CN1118061A - 空气分离 - Google Patents

Abstract

通过进口2将空气导入到高压精馏塔8中。通过出口14将富氧液流从高压精馏塔8导出。一部分富氧液流通过进口28导入到低压精馏塔10中。这部分液流在塔10中被分离成氧和氮。

Description

空气分离

本发明涉及以富氧空气中分离氩和氧的方法及设备。

工业上最重要的分离空气方法是精馏法。典型的空气精馏法包含下列步骤：将空气压缩，通过除去水蒸气和二氧化碳来纯化压缩空气，通过与返回的产物气流热交换将压缩空气预冷至适合其精馏的温度。精馏在由高压塔和低压塔组成的新谓的；“双精馏塔”中进行，也就是说二塔中一个的操作压力比另一塔为高。大多数新进空气被引入高压塔中并被分离成富氧液态空气和氮蒸气。将氮蒸气冷凝。部分冷凝液在高压塔中被用作液体加流。富氧液态空气从高压塔底部导出并被用作低压塔的原料气。通常富氧液流被低温冷却并通过节流阀或减压阀导引到低压塔的中区。在低压塔中富氧液态气空气被分离成相当纯的氧和氮。气态氧和氮产物从低压塔中得到通常逆着新进空气流成回流并进行两者间的热交换。将高压塔的剩余冷凝液低温冷却后通过节流(即减压)阀送至低压塔顶部用来未提供低压塔的液体回流。通过重沸液态氧产生从底部起通过低压塔的上行汽流。重沸是通过低压塔底部的液态氧和来自高压塔的氮进行热交换来完成的。结果氮气被冷凝。

在低压塔的富氧液态空气被导入之处下方的一中间面上产生了氩的局部最大浓度。如果需要生产氩产品，可从低压塔中氩浓度一般在5至15％(体积比)左右的地方获取富氩氧气，并将其导入到侧塔的底部区域，在侧塔内分离出氩产品。通常，在富氩氧气流从低塔流动至氩塔时，不会采取任何步骤来调节其压力。氩塔的回流是通过该塔顶上的冷凝器提供的。该冷凝器是通过至少一部分将要导入到低压塔中的富氧液态空气来冷却的。

为促进气液接触而在氩塔中使用筛盘是大家熟知的事情。由于氩和氧的挥发性差不多，因此通常在氩塔中要使用大量的筛盘。在氩塔中形成的压降使正在冷凝的氩和用于冷却塔头冷凝器的富氧液体之间维持所需的小的温差。

自80年代中期以来，许多注意力被集中在用填料来替代筛盘上以提高空气分离厂中精馏塔的液汽接触效果。EP-A-0377117证实通过在氩塔中装上足够高度的填料就可获得基本无氧的氩产品。(如果在氩塔中使用蒸馏盘，当需要从氩塔将富氧流体导至低压塔时，其压降足以使无氧氩的冷凝温度变低至使塔头冷凝器无法运行的程度)。然而，结果会使得在塔头冷凝器中富氧液体和氩气流之间的温差变得不不合宜的高。EP-B-341512公开了通过使用阀门来降低从低压塔流到氩塔的富氩氧流的压力从而控制塔头冷凝器压差的方法。EP-A-594214公开了用富氩重沸氩塔而本身由此而冷凝的方法。冷凝的富氩氧流在氩塔的一传质区被导入氩塔中，但流体仍从氩塔柱底部返回至低压塔原来来导出富氩氧的那个区域中。

在所有上述方法中，将氧中的氩浓度降低5％(体积)B至符合对氧产品更具体的要求而所进行的分离均完全是由低压精馏塔完成的。本发明的目标是提供某一方法和设备使得一些这种分离可在氩塔本身之中进行并在此中得到氧产品。由此就可能可以获得下述的好处。

本发明提供了从富氧空气中分离氩和氧产品的方法，包括：在适合于经精馏离的温度下形成富氧空气流，在低压精馏塔中将富氧空气流分离成氧和氮，提供低压精馏塔液氮回流，产生通过低压精馏塔的上行的重沸的氧流，从低压塔的中间传质区导出富氩氧气流，将富氩氧气流至少部分地冷凝，至少将一部分冷凝的富氩流减压，将减压了的富氩流导入到氩塔的中间质量交换区并在此分离出富氩流体和无氩流体，其中富氩氧流的冷凝是通过与在氩塔中离析出的无氩流体间接热交换进行的，其特征在于冷凝后的富氩氧流的另一部分被送回到低压精馏塔中。

本发明还提供从富氧空气分离氩和氧产品的设备，包括：在适合于精馏分离的温度下形成富氧空气流的装置，将富氧空气流分离成氧和氮的低压精馏塔，供应低压精馏塔液氮回流的第一个冷凝器—再沸器，将富氩气流从低压塔的中间传质区输送到将富氩气流分离成富氩流体和无氩流体的氩塔的中间传质区的导管，在导管上的减压装置，与氩塔相连的第二个冷凝器—再沸器，其中第二个冷凝器—再沸器的冷凝道位于所述导管的减压装置的上游，这样就可使一部分富氩气流通过与氩塔中分离出的无氩液体间接热交换而冷凝，其特征在于沿着第二个冷凝器—再沸器冷凝道往下流，所述的导管与低压精馏塔的一个入口相连接。

本发明的方法和设备提供了两方面的好处。首先，可以使制得的贫氩流体的含氩量达到最低水平，这样就可从氩塔中取出氧产品(最好处于液态)而不会对该生产过程中的氩产量有大的负面影响。这样就避免了要将贫氩流体送回到低压精馏塔的需要，和类似的已知方法相比可降低输入气量从而可减小氩塔的尺寸。再则，通过使用联接于氩塔的重沸器将无氩液体重沸，提高了在低压精馏塔底部的重沸率。这样和已往的空气分离方法的运行相比，就可节约能耗。(因为富氩氧流本身被用于加热联接于氩塔的重沸器，因此没必要为此设单独的热力泵路)。

富氧空气最好为液态，最好取自于将氮从压缩空气流中分离的高压分馏塔中，其中的压缩空气已除去了水蒸汽和二氧化碳。通常，也从膨胀透平机提供空气到低压精馏塔中。本发明的方法和设备和类似的常规方法相比，可以使相对于提供给高压塔的空气比率来说提供给低压塔的空气比率有所提高，因此降低了具体的能耗。

在本发明方法的一些实施例中，富氧液态空气流在高压和低压塔间其组分上并无什么变化。而在本发明方法的另一些实施例中，富氧液态空气流被进一步在正输往低压塔的上游氧中强化氧。这种强化最好这样进行：将来自高压塔的富氧液流通过减压装置送到中等压力分馏塔中，中压塔顶端操作压力高于低压塔顶端的压力而低于高压塔顶端的压力；在中压塔中将富氧液态空气中的氮分离出来，重沸在中压塔形成的一部分底部液馏分形成上行气流；将作为经进一步强化的液态空气的所述底液馏分导出。可将在中压分馏塔分离出的氮冷凝，其一部分冷凝液用于补充供应低压精馏塔的液氮回流。也可采用其它的替代方法用来补充这种回流，例如可加入其它来源的液氮。一种可替代使用但并不十分好的形成进一步强化液体的方法是使来自高压塔的富氧液流快速通过减压阀并重沸一部分这种富氧流体，残余的富氧液态空气被用作进一步强化的液体。通常，在上述这种替代方法中，用于重沸所述液体的重沸器—冷凝器可置于相分离器中。重沸器也可置于相分离器的上游。

在中压塔中形成的所述的底液馏分的重沸最好是通过与高压塔中分离出的氮的间接热交换来完成。因此最好有第三个重沸器—冷凝器与中压塔相配套，其冷凝管与高压塔的顶端相连，这样可使氮流经冷凝管并得到冷凝。在第一个冷凝—重沸器中最好使用来自高压塔的氮来重热低压塔。

将来自于高压塔的富氧液态空气在正被导入低压精馏塔的上游氧中进一步强化氧的本发明方法提高了为低压塔提供液氮回流的能力，因此如果需要生产液氮产品，或要从高压塔中直接得到气态氮产品，或要从高压塔中直接得到气态氮产品，或要将一部分液态原料空气导入到高压塔中(例如如果空气被用于汽化加压的液氧产物)，或需要以任何其它要塔系统无回流情况出现的方式运用本发明方法，(这种将富氧液态空气在往低压精馏塔的上游氧中进一步强化氧的)本发明方法就特别有用。

此中所用术语“低压精馏塔”是指其顶部操作压力小于2巴的塔。此中所用的术语“间接热交换”是指被进行热交换的流体间没有物理接触。

氩塔最好是填充塔。因此，氩塔的每米塔高的压降可以维持在相对低的水平，这样可使富氩氧流通过的减压装置两端有一实在的压降，而无需在低压塔的底部存在实际约1.5巴的压力或使氩塔顶部的压力低于常压。适合的填料是商标为MELLPRK由Sulzer BrothersLimited出售的结构填料。在氩塔顶端最好已和一通过流到低压精馏塔的富氧液的至少一部分来冷却的冷凝器相连接。此外，冷凝器也可通过取自于低压精馏塔的液流冷却。

氩产品的纯度取决于在氩塔中所用筛盘的数量或填充物的高度。如果需要，可以生产出基本不含氧的产品。

被返回到低压精馏塔的那部分的冷凝的富氩氧流最好取自于减压装置的上游。

本发明的方法和设备适合于制备液态或气态的氧产品，也适合于同时生产液体和气体氧产品。气态氧产品可通过将取自于低压塔和氩塔两塔或其中一塔的液态氧气化来得到。在按本发明方法生产的情况下，可从低压精馏塔中得出液氧，减压后导入到构成氩塔一部分的一个池中以便从该氩塔的池中得出单纯液氧流，升压后通过与输入空气间接热交换而气化形成气态氧产品。如果需要30％左右的氧产品为液态产品，那末这种液氧产品最好完全取自于氩塔。如要所需的氧产品完全是气态的，那末最好将液氧从氩塔泵至低压精馏塔中并在那里进行汽化。

现在将根据附图的实例来叙述本发明的方法和设备，其中：

图1是按照本发明的第一种装备的流程图；

图2是为图1的设备生产原料的热交换器和有关设备流程图；

图3是按照本发明的第二种装备的流程图；

图4是为图3的设备生产原料的热交换器和有关设备流程图。

上述图并不是按比例绘制的。

参见图1，高压和低压空气流被输送到由高压分馏塔8和低压精馏塔10组成的双精馏塔6中。高压空气流在其露点温度或稍高一点的温度下通过位于塔8液—气接触装置(没画出)下方的进口2输入到高压塔8中。这些液—气接触装置可以是液—气接触盘，也可以是无规或结构填料。低压空气流在其露点或稍高温度下通过进口4导入到低压精馏塔10中。进口4位于塔10的中间传质区处。

通常高压精馏塔是在其底部压力为6巴的压力状态下工作的，并通过第一个冷凝器—重沸器12和低压精馏塔10形成热联系。第一个冷凝器—重沸器12具有冷凝通道，在此通道上在高压塔8分离出来的氮通过与低压塔10分离出来的液氧进行间热交换而冷凝，一部分液氧在此被重沸。一部分在冷凝器—重沸器12中形成的液氮冷凝液在高压塔8中被用作回流。上升气体和下行液体间紧密接触的结果产生了质量交换。结果氮从进来的空气中分离出来。液流通过出口14从高压塔8的底部送走，并在热交换器16上低温冷却。通过出口14送出的液量和通过进口2导入的空气量大致相同，结果液体中增加了含氧量。在热交换器16的下游，经低温冷却后的富氧液流被分成二股支流。一支流通过减压阀18流过连接在氩塔22顶部的冷凝器20。这个富氧液流的支流在通过冷凝器20时被气化。产生的气流通过位于进口4下方塔10的液气接触区上的进口24输入到低压精馏塔10中。第二条来自于高压精馏塔8底部的经低温冷却的富氧液流的支流通过减压阀26经与进口4同等高度的进口28导入低压精馏塔10中。

通过进口24和28导入的富氧流体和通过进口4导入空气流在低压精馏塔中被分离成氧和氮产品。象先前所叙述的那样，低压精馏塔10的重热是通过在低压塔10中分离的液氧和来自高压塔8的氮气之间在第一个冷凝器—重沸器12上进行间接热交换提供的，氮气则因此而被冷凝。低压精馏塔10的液氮回流可这样提供：将设在高压塔8使用的那部分来自冷凝器12的冷凝氮在热交换器16低温冷却后，通过减压阀30并经进口32导入到低压精馏塔的顶部。为提高塔10中下行液体和上行气体间的传质效率，最好采用结构填料形式的液—气接触装置。通过出口34从低压精馏塔顶将氮产品取出并以冷端进热端出的方向通过热交换器16。此外一部分在第一个冷凝器—重沸器12中重沸的氧作为气态氧产品从出口36输出。另外，在低压精馏塔10中分离出来的那部分液氧可作为产品经出口38输出。

空气中主要的低沸点组分为氧，氮和氩、尽管氩组分占空气体积的1％以下，但在进口24平面下方塔10的中间液—气接触面上的氩的局部最大浓度通常可达到体积的7％到15％气态的富氩氧流通过出口40从氩浓度虽不是最大但在其浓度为体积的5％以上最好是8％以上的塔10的接触面上导出并通过处于氩塔22底部的第二个重沸器—冷凝器42。富氩气流通过第二个冷凝器—重沸器后至少要冷凝一部分气流，最好能把全部气流都冷凝。一部分冷凝的富氩氧流经减压阀44并通过在中间液—气接触面上的进口46输入到氩塔中。因此，氩塔22不仅生产氩产品(“富氩流体”)，而且也生产氧产品(“贫氩流体”)。液态氧产品通过出口49导出，其纯度一般与在低压精馏塔10中生产的氧产品相同，但如果需要则可制到不同的纯度。为保持在氩塔22中制备的氧产品的纯度，一部分冷凝的富氩氧流被泵43送回到与出口40相当的低压塔10的传质面上。

在氩塔22中，上升气和下降液压互相紧密接触，结果使两者之间产生了制备氧和氩产产品所需要的传质作用。如果要获得含大约2％氧的不那么纯的氩产品。那末就要使在进口46水平面上方的填料具有相当于40至50个理论塔板数。但是，如果需要基本不合氧的的氩产品，如氧含量为百万分之十以下，那末通常要使在进口46水平面上方的填料高度具有相当于140至180个理论塔板数的水平。液氩产品通过出口48从塔22的顶上得到并可进行进一步纯化，例如可通过深精馏塔(未绘出)去除氮。如果需要，可将出口48设在22塔中液—气接触装置的顶部下方以降低氩产品中的氮含量。此餐，富氮气体混合物可作为小排放流(没绘出)从塔22的顶部排掉。

现在参见图2，压缩器50将空气流压缩。压缩器50一般都配有水冷却器(未绘出)用以除去压缩热。压缩后的空气流50通过纯化单元50以去除水汽和二氧化碳。单元52使用吸附床(未绘出)来去除水汽和二氧化碳。吸附床相互间歇运作，当一张或多张床纯化进料空气时，其余的则进行再生，例如用热氮气流清洗。这种纯化单元及其操作运行是本领域人员所熟悉的，在此无需多阐述。纯化后的空气被分成二股气流。一股气流沿热端56进冷端58出的方向通过热交换器54并形成通过进口2导入高压塔8的空气流(见图1)。

再参看图2，纯化后的空气的第二股气流在升压压缩机59中进一步压缩，该压缩机带有水冷却器(未绘出)来除去伴随压缩所产生的热。这个被进一步压缩的第二股空气流从热端54进入流过主热交换器52到交换器的一个中间区。如此冷却后的第二股空气流从该中间区导出并在膨胀透平机60中膨胀至达到低压精馏塔10(见图1)的压力。该膨胀后的空气通过进口4形成导入低压精馏塔10的空气流。

再参照图2，膨胀透平机60和升压压缩机相连使膨胀功被用来驱动压缩机59。膨胀透平机60的运行也产生致冷作用，这种作用可满足在根据上。图1所述的本方法对致冷的双重要求。第一种要求是补偿从设备环境中吸收的热。这种热的吸收可通过将该设备的所有部分置于热绝缘箱一有时本领域人士称之为“冷藏箱”中在低于常温于运行而使之维持在最低程度。然而，已知塔8，10和22均在低温下运行，这种热吸收是不能完全清除的。第二种要求是提供产品生产所需的致冷作用。由本发明方法提供的一主要优点是通过在氩塔22中进行了一些氧的生产，在低压精馏塔10的重沸率可以得到提高。这样就可以将更大比例的输入空气作为低压空气通过进口4导入到塔10中。结果，更大比例的输入气体流过升压压缩机59和膨胀透平机60。这样就大有裨益。例如可比相应的常规厂减少具体能耗。此外，可以致更多的冷从而可以得到更大比例的液态氧产品。或者制得液氮产品。

为了对图2中所示的热交换器54提供冷却，从它的冷端58通到它的热端56设置了通道62和64用以使可能各来自于图1所示装置的出口36和34的气态氧和气态氮产品流的流过。

再参照图1，可以了解到冷凝后的富氩液流流过减压或节流阀44时相应于其两端的压降而会有一温降。正是温差的大小决定氩塔22中在入口46和第二个冷凝器—重沸器42(可以是热虹吸管式或下流式)之间部分可以完成的分离量。一般大约0.3巴的压降就足以提供制备纯氧所需的温差。如果为保证液—气接触效果而在氩塔22中使用诸如MELLPAK一类的低压降结构填充物，低压精馏塔10就可以于富氩气流出口40平面上以大约1.5巴的常规压力运行，而同时在氩塔顶端的压力则维持在高于大气压的水平。

将富氩流体以液态导入到氩塔22中也可获得许多益处。如果氩塔22的运行是按Mc Cabe-Thiele图规划的，那末输入到塔22的原料在液体状态比在气体状态下操作线的斜率更大。因此，如果进口46水平面至塔顶的理论塔板数一定，同时所生产的氩产品的技术参数也一定，那末导入液态原料就可以减少塔22对液氩回流的需求。此外，因为没有液体从氩塔22的底部返回到低压塔10的中间质量交换面上，所以就没有氩返回到低压塔中。因此和相当的常规设备或工厂相比，进入氩塔22的富氩氧的导入率就可以比较低。上述两种因素可使塔上的进料量减少(与相当的常规工厂相比)，从而可以用小一些尺寸的塔并且使氩冷凝器20的负载得以降低。因此冷凝器20的尺寸也可以减小。

尽管如上所述的那样，在氩塔22中氧产品的分离使得低压精馏塔10可以利用来处理加工更多的低压空气，但是最大程度地利用可获得的有利因素的功能受到在低压精馏塔中缺乏液氮回流的限制。如果双精馏塔需要处理大比例的液态输入空气时，这种限制就显得更为突出。如果大部分的氧产品以液体状态从塔系统中输出，并通过泵加压，被气化形成加压气态产品，就可能如例一样出现这种需要。在附图的图3和图4中有一装置，它可以增加对低压精馏塔10回流液氮的生产从而使本发明方法按所谓的液泵工艺操作运行。

参照附图中的图3，双精馏塔102由高压塔104，低压塔106和将两塔热联一起的第一个冷凝器—重沸器108组成。通过进口110将处于或接近于露点温度经高压压缩的气态空气导入到其底部压力通常为6巴的高压塔104中。通过处于一中间质量交换面上的第二个进口112将液态空气导入到高压塔104中。一部分液态空气从进口112的上游导出，经热交换器114低温冷却后通过节流或减压阀116减压，并通过过位于一中间传质面上的进口118导入到低压精馏塔106中。在位于低压精馏中的液—气接触装置(未绘出)上液相呼气相相互接触从而发生传质。(在高压塔104中也有这种装置，但未绘出来)。在塔104和106中的液—气接触装置可以由蒸馏盘或结构填充物组成，在低压塔106中最好采用后者。除了液态空气进口118外，低压精馏塔106也有一个低压气态空气的进口120。

进入高压塔104的空气通过在塔104中上升气流和下降回流液间的逆流接触将氮分离出来。对于塔104的液氧回流液是通过在第一个冷凝器—重沸器108中将氮冷凝而形成的，而这种冷凝又是通过与在低压精馏塔106中分离出来的液氧进行间接热交换来完成的，一些液氧因此而重沸。一部份来自于第一个冷凝器—重沸器108的液氮冷凝液被用作高压蒸馏塔104的回流液。其余的冷凝液经过热交换器114低温冷却并通过节流阀120减压。从节流阀120出来后，这种液氮冷凝液作为回流液被导入到低压精馏塔的顶部。

与图1所示的设备不同，第一个冷凝器一重沸器108并不是塔104和106液氮回流液的唯一来源。从出口122排出来自于高压塔104底部的富氧液流，在热交换器114低温冷却，经过减压阀124输入到辅助(或中压)精馏塔126的底部区域，该辅助塔的顶部操作压力(一般约3巴)低于高压塔104的顶部压力但高于低压塔106的顶部压力。在辅助精馏塔126的底部设置了一个冷凝器—再沸器128(这里被称为“第三个冷凝—再沸器”)，它被用来冷凝来自于高压精馏塔104顶部的氮气。产生的液氮回流液可在塔104和106的一个或二个中使用。此外，辅助精馏塔126配有冷凝器130用以冷凝在那儿分离的氮。只有一部分液氮作为回流被返回到塔126中。其余的热交换器114中低温冷却后，通过节流阀132减压并与通过减压阀120的液氧流在阀120下游的某处混合。

第三具冷凝—再沸器128的运作再沸了在塔126底部收集的一部分富氧液体。结果，这种液体在氧中进一步强化了氧，而同时产生了通过塔126的上升气流。塔126含有液—气接触装置(未绘出)(如：蒸馏盘或填料)，可使下降液体和上升气体间发生传质，结果使氮在塔126中得到分离。进一步强化的液流通过出口133从辅助精馏塔126的底部导出并被分成两股独立的液流。一股进一步强化的液流经节流阀134并通过一般位于与进口120同一水平面但低于进口118水平面的进口136导入到低精馏塔106中。第二股进一步强化后的液流通过节流阀138用于冷却设于辅助精馏塔126顶部的冷凝器130。结果，只是第二股进一步强化后的液流的一部分被重沸。其产生的气—液混合物流出冷凝器130后被用于冷却设在氩塔142顶部的另一个冷凝器140。该股流中的更多的液体因此而气化，形成的在氧中强化氧了的基本完全气态的气流从冷凝器140通过进口144流入到低压精馏塔106中。

通过进口118和120导入的空气流和通过进口136和144导入的富氧流体在低压精馏塔106中分离成氧和氮。正象前面所提及的那样，通过塔106的上行气流是通过开动第一个冷凝器—重沸器来产生的，液氮回流液流则从塔106的顶端导入。在塔106中的液—气接触装置(未绘出)使上升气体和下降液体互相紧密接触发生传质，从而完成所需的分离。气态氮产品通过位于低压精馏塔106顶部的出口146导出并以冷端进热端出的方向流过热交换器114。液态氧产品则通过出口148从低压精馏塔的底部导出。如果需要，气态氧产品也可以通过出口150得到。任何从出口150得到的氧只可成为低压产品，而通过出口148得到的液氧则可通过加压转变成高压氧产品。

与对关于图1所示的低压精馏塔10所述的方式相类似，在图3所示的低压精馏塔低于进口144的某一面上产生了局部最大的氩浓度。一般含氩8％(体积)以上但浓度低于塔106出现的最大氩浓度水平的富氩流在气态下通过出口152导出，通过另一个冷凝器—重沸器154(“第二个冷凝器—重沸器”)被部分或全部地冷凝(最好是全部冷凝)。这种冷凝是通过富氩氧流与氩塔142中分离出的液氧进行间接热交换而实现的，一部分液氧回此而被重沸。这种产生的包含冷凝液在内的流体被分成二部分。一部分从而第二个冷凝器—重沸器154流过节流阀156并导至氩塔142的中间质量交换面上。氩塔142的建造和操作如附图中的图1所示并与上文所述的氩塔22类似。来自于第二个冷凝器—重沸器154的冷凝液的另一部分通过泵55返回到低压塔106的中间传质面上，而正是从这一传质面上的出口152输出了作为冷凝用的富氩氧流。因此冷凝器—重沸器154也起低压塔106的中间冷凝器作用。

液氩产品通过出口160从氩顶部获取。液氧则靠原164通过出口164导出氩塔的底部并将液氧压力提高到符合供应品要求的水平。通过泵164获得的液氧包括来自低压精馏塔106的出口148的液氧。为此，配有节流阀(未画出)的一导管(未画出)可从出口148伸到氩塔142的底部。

现在参照附图中的图4，空气流在第一个压缩机170中压缩。出了压缩机170后该空气流通过净化单元172以除掉水汽和二氧化碳。在单元172上使用吸附床(未画出)来去除水汽和二氧化碳。这种吸附床是相互轮歇使用的，当一张或多张床进行原料空气的净化时，其余的则进行再生，例如通过热氮流清洗。这种净化单元及其操作是本领域人员所熟知的，无须更多叙述。

纯化后的空气流被分成二条支流。第一条支流以热端176进冷端178出的方式通过主热交换器174使其温度降到其露点温度左右。这种冷却后的气流构成了一部分通过进口110导入到高压塔104的高压空气流(见图3)。

再参照图4，第二股纯化后的压缩空气流在压缩机180上进一步压缩。这个进一步压缩的空气流被分成两部分。一部分从热端176进入主热交换器174而被冷却并从174的一中间区导出。这种经冷却并进一步压缩的空气流在膨胀透平机上膨胀并成为通过进口120导入到低压精馏塔106的空气(见图3)。

再参照图4，第二股压缩空气流再在压缩机184压缩并被分成两股支流。一股支流流出压缩机184后从热端176进冷端178出通过主热交换器174。所产生的经冷却的进一步压缩的空气支流通过节流阀186被分配成两部分液态空气流，一部分经进口110进入到高压塔104中而另一部分经进口118进入到低压精馏塔106中(见图3)。再参照图4，第二股经进一步压缩的空气支流在第二个膨胀透平机188中膨胀。产生的膨胀空气流在位于主热交换器174的中间热交换区导入到174中并从其冷端178流出。所产生的冷空气流构成了通过进口110导入到高压塔104其余空气流(见图3)。再参照图4，来自于热交换器114热端(见图3)的产品氮从冷端178到热端176通过在主热交换器174上的通道190。此外依靠泵144(见图3)将加压氧流从冷端178到热端176通过在主热交换器174上的通道192。氧由于通过主热交换器174而被气化。选择好压缩机184的出口压力以便使被气化的液氧流的温度—热焓曲线与从热交换器174的冷端178流出后进入节流阀186的流体的温度—热焓曲线之间维持在非常相配的程度。在上例中，没有通过出口150从低压精馏塔106(见图3)导出任何气态氧。

可以认识到，被泵送通过图4所示的热交换器174和因此而气化的液氧此例越大，通过节流阀186的空气就液化得越多。尽管在低压精馏塔106中也可以分离一些液态空气，但是可分离的量受到限制，而且对高压氧产品要求的增加意味着图2所示的设备要使得更大比例的液态空气被导入到高压精馏塔104中。结果，在塔104的顶端提供的氮气就会变少，从而在第一个冷凝—重沸器108上形成的液氮回流液就更少。然而，与图1所示的设备的操作相类似，富氩氧气流的冷凝及其被导入进氩塔142使得可直接通过进口120输送到低压塔的低压空气量可能得以提高。通过进口120提高了空气导入塔106的比率导致了在低压精馏塔的上部对液氮回流液的要求。中压精馏塔126的运行使得图3所示的设备即使在液态空气通过进口112导入到高压塔104而真正降低该塔为低压精馏塔制备液氮的能力时也能满足精馏塔106对提高回流液量的要求。

对于附图所示的设备可以进行多种修改和变化。例如，如果需要利用图1所示的设备来分离除气态空气外的一股或多股液态空气(例如，如果这种液态空气是通过与一正在气化的、加压的液氧产品间交换形成的)，对于塔8和10的额外的液氮回流液可通过将一部分取自于低压精馏塔10的气态氮产品液化来提供或从液氮的外部来源来解决。

图3所示的中压塔126代表的只是莸得这种液化的一个途径。对图1所示设备可做的其它改变是可以生产液氮产品和可从高压精馏塔8直接获得高压气态氮产品。也可以对图2所示的辅助设备作一些改变可满足由于图1所示设备的这种修改带来的对致冷方面的需要。

另一个修改方案是在图1所示的与氩塔22顶部相连的冷凝器20可以通过取自于低压精馏塔10的中间传质区的液流来冷却。因此该液流至少部分被气化并被送回到低压精馏塔10中。

图3所示的设备可通过将沿阀138往下的进一步强化的液流方向反转来改变。这就是说，从阀138起深强化的液体流过与氩塔142相连的冷凝器140并顺流流过与中压分馏塔126相连的冷凝器130。(此外，如需要可将两个冷凝器130和140合并成一个热交换器)。此外气化的深强化的氧流从冷凝器130流过进口144进入到低压精馏塔106中。

此中所用的术语“减压阀”包含了可相互交替使用经常被称为“膨胀阀”或“节流阀”的这种阀。减压阀不须要有运动件，它可简单地由较小横截面的进口部分和较大横截面的出口部分之间的一段带阶的管子组成。随着流体越阶流动，其压力不断降低。

Claims (12)

1.从富氧空气中分离氩和氧产品的方法，包括：在适合于经精馏分离的温度下形成富氧空气流，在低压精馏塔中将富氧空气流分离成氧和氮，提供低压精馏塔液氮回流，产生通过低压精馏塔的上行的重沸的氧流，从低压塔的中间传质区导出富氩氧气流，将富氩氧气流至少部分地冷凝，至少将一部分冷凝的富氩流减压，将减压了的富氩流导入到氩塔的中间质量交换区并在此分离出富氩流体和无氩流体，其中富氩氧流的冷凝是通过与在氩塔中分离出的无氩流体间接热交换进行的，其特征在于冷凝后的富氩氧流的另一部分被送回到低压精馏塔中。

2.权利要求1的方法，其特征还在于被返回到低压精馏塔的那部分冷凝的富氩氧流取自于所述减压处的上游。

3.权利要求1或2的方法，其特征还在于富氧空气流在液态下取自于将氮从压缩空气流分离出来的高压分馏塔，并在被导入到低压精馏塔的上流氧中进一步强化氧，这里所述的压缩空气是已除去了水蒸汽和二氧化碳的压缩空气。

4.权利要求3的方法，其特征还在于：将富氧液态空气流通过减压分馏塔中；在中压塔中将氮从富氧液态空气中分离出来；将在中压塔形成的一部分底部液态馏分重沸以提供该塔的上升气流；将作为进一步强化的液态空气的所述的底部液态馏分导出。

5.权利要求4的方法，其特征还在于所述底部液态馏分的重沸是通过与在高压塔中分离的氮气进行间接热交换来完成的。

6.权利要求5的方法，其特征还在于在氮塔顶部有一冷凝器，在此在氩塔分离出的氩气通过与进一步强化后的液态空气进行间接热交换而冷凝。

7.按上面任一项权利要求的方法，其特征还在于液氧产品是从氩塔底部获得的。

8.按权利要求1至6任一项的方法，其特征还在于从低压精馏塔获得液态氧，减压后被导入到氩塔的池中，单独从氩塔中获得的液氧加压后气化成气态氧产品。

9.从富氧空气中分离氩和氧产品的设备，包括：在适合于精馏分离的温度下形成富氧空气流的装置，将富氧空气流分离成氧和氮的低压精馏塔，供应低压精馏塔液氮回流的第一个冷凝器—再沸器，将富氩气流从低压塔的中间传质区输送到将富氩气流分离成富氩流体和无氩流体的氩塔的中间传质区的导管，在导管上的减压装置，与氩塔相连的第二个冷凝器—再沸器，其中第二个冷凝器—再沸器的冷凝通道位于所述导管的减压装置的上游，这样就可使一部分富氩气流通过与氩塔中分离出的无氩液体的间接热交换而冷凝，其特征在于沿着第二个冷凝器—再沸器冷凝通道往下流，所述的导管与低压精馏塔的一个入口相连接。

10.权利要求9的设备，进一步包括供应液态的富氧空气给低压精馏塔并供应氮给第一个冷凝器—重沸器的冷凝通道的高压分馏塔；一个主热交换器；从压缩空气中去除水汽和二氧化碳的装置，其中这种去除装置有一出口通过主热交换器与进入高压分馏塔的一个空气进口相连接。

12.权利要求11的设备，其特征还在于具有介乎于高压和低压塔之间的用以改变富氧液态空气组成的装置。

13.权利要求12的设备，其特征还在于所述的组成改变包括制备底液馏分和富氮气的中压分馏塔，其一进口经减压装置与高压塔的一出口相连；与中压塔相联的第三个冷凝器—再沸器，用以再沸一些底液馏分而由此提供通过中压分馏塔的上升气流；以及将作为进一步强化后的液体的底部液态馏分导至低压塔的装置。

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