專利名稱：空氣分離方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種空氣分離方法及設(shè)備，即是通過低溫精餾的原理來分離空氣，制取氧、氮、氬的方法及設(shè)備。
空氣分離是采用精餾塔來完成的，德國專利DE3610973A1公開了一種帶增壓機(jī)膨脹的單級精餾塔流程，制取99.9999%的高純氮?dú)?。這種空氣分離方法是原料空氣在壓縮機(jī)中被壓縮到6bar壓力后進(jìn)入分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔和部分碳?xì)浠衔铮缓蠓殖啥罚渲?0%的凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器中被冷卻到約100K溫度后進(jìn)入精餾塔底部所設(shè)置的蒸發(fā)器通道內(nèi)加熱塔釜的液體空氣，出蒸發(fā)器后通過一只節(jié)流伐減壓至4bar壓力后進(jìn)入精餾塔中部。另一路約占60%的原料空氣在膨脹機(jī)的增壓機(jī)中增壓至7bar壓力后，再進(jìn)入主換熱器中被返流氣體冷卻到120K溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)中作絕熱膨脹，膨脹至4bar壓力后進(jìn)入精餾塔內(nèi)，精餾塔底部獲得含氧較高的液體空氣，引出塔后，再經(jīng)過冷器過冷進(jìn)入精餾塔頂部所設(shè)置的冷凝蒸發(fā)器內(nèi)作塔的冷源，在精餾塔頂部可獲得99.9999%的高純氮?dú)?。該發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是由于原料空氣被增壓，因此進(jìn)入塔內(nèi)的膨脹空氣量相應(yīng)減少，并提高了塔的精餾效果，另一方面，由于液體空氣被一股較熱的空氣所加熱，因此，可以獲得含氧較高的液體空氣，使氮?dú)猱a(chǎn)量有了提高。
該發(fā)明的不足是第一由于通入塔釜蒸發(fā)器內(nèi)的空氣溫度約為100K，在塔底可獲得含氧為36～50%的液體空氣，因此，高純氮產(chǎn)量的提取率有所提高，但還有很大的提高余地。第二精餾塔壓力較高，壓縮機(jī)的壓力相應(yīng)較高，因此，能耗較高。第三液體空氣因含氧太低無法利用，綜合利用差。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種空氣分離方法及設(shè)備，它可以是一種超低壓流程，它在極低的能耗條件下，通過一只單級精餾塔制取99.99～99.9999%高純氮產(chǎn)品;同時還能制取含氧為60～98%的富氧氣體，提出在單級精餾塔上采用增壓膨脹的方法及在單級精餾塔上制取粗氬的方法及設(shè)備，對氧、氮、氬均有特別高的提取率。
本發(fā)明的任務(wù)是通過下列方法來解決，一種低溫精餾的空氣分離方法，它是把被壓縮的原料空氣冷卻后進(jìn)入分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔?，形成凈化原料空氣，方法之一是凈化原料空氣分成二部分，其中一部分進(jìn)入主換熱器冷卻至接近液化溫度后進(jìn)入精餾塔中部，另一部分則進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)進(jìn)行增壓，增壓后的原料空氣進(jìn)入主換熱器的空氣通道被返流氣體冷卻至一定溫度后，再進(jìn)入膨脹機(jī)中作絕熱膨脹或增壓后的原料空氣直接進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹，膨脹氣體則進(jìn)入精餾塔底部所設(shè)置的蒸發(fā)器內(nèi)，加熱塔底的液體空氣，并控制液體空氣的溫度在工作壓力下，液體空氣的含氧量在40～近100%時所對應(yīng)的溫度值，必須控制液體空氣溫度低低于工作壓力下含氧近100%所對應(yīng)的溫度值，被冷卻的原料空氣出蒸發(fā)器后在換熱器中再次冷卻液化后進(jìn)入精餾塔中部;方法之二是出分子篩的凈化原料空氣全部進(jìn)入精餾塔中部，由一部分被空分裝置所分離的帶壓的常溫氣體，再進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中進(jìn)行增壓，直接或再進(jìn)入主換熱器中被冷卻至一定溫度后進(jìn)入膨脹機(jī)中作絕熱膨脹，膨脹后的氣體則進(jìn)入精餾塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣體，加熱液體空氣，并控制液體空氣溫度在工作壓力下液體空氣的含氧量在40～近100%時所對應(yīng)的溫度值，必須控制液體空氣溫度低于工作壓力下含氧近100%時所對應(yīng)的溫度值，分離氣體被冷卻出蒸發(fā)器后則在主換熱器中復(fù)熱至常溫。在原料空氣入口處下部與塔釜蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。在精餾塔頂部設(shè)置一只冷凝器，冷凝塔內(nèi)上升氣體，其冷源是由精餾塔內(nèi)被冷凝的一部分液氮引出塔后，再經(jīng)換熱器過冷減壓后進(jìn)入冷凝器低壓作塔的冷源，在冷凝器二側(cè)可由極小的壓力差約0.02～0.15MPa的壓力來獲得1.3K以上的溫差。
引入一部分被分離的氣體進(jìn)入分子篩吸附器內(nèi)作再生氣體。
對于提氬的空分流程而言，在精餾塔的凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的塔板段中部有一個氬富集區(qū)，在氬富集區(qū)抽出一部分氬餾份氣體進(jìn)入一只粗氬塔底部作原料氣，在粗氬塔頂部設(shè)有一只冷凝器，通入來自精餾塔頂部的液氮以冷凝粗氬塔內(nèi)上升氣體，粗氬塔底部的冷凝液體仍回入精餾塔相應(yīng)部位。在粗氬塔頂部可獲得粗氬氣體。
1一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只低壓塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝狻?br> b凈化原料空氣分為二部分，其中一部分進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被增壓后進(jìn)入主換熱器被冷卻后再從主換熱器中部引出，進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹或者被增壓的原料空氣直接進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹，膨脹氣體再進(jìn)入壓力塔底部和蒸發(fā)器內(nèi)加熱底部塔釜中的液體空氣，另一部分則經(jīng)主換熱器被返流氣體冷卻至飽和蒸汽后進(jìn)入壓力塔中部。
c低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由低壓塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的凈化原料空氣被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)一只換熱器被返流氣體冷卻液化后，進(jìn)入低壓塔中部作回流液，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。
d從低壓塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后在主換熱器中復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。
e粗氬塔頂部設(shè)置一只冷凝器，引出低壓塔頂部的冷凝液氮作粗氬塔的冷源，并由低壓塔飽和蒸汽的凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的塔板段中部氬富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入粗氬塔底部作原料氣，在粗氬塔內(nèi)精餾粗氬塔頂部冷凝器排出少量廢氣，被冷凝的液體流入粗氬塔底部再回入低壓塔內(nèi)，粗氬氣則在粗氬塔的頂部引出。
f從低壓塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。
g從低壓塔頂部引出的壓力純氣氮和粗氬塔冷凝器所蒸發(fā)的壓力純氣氮匯合后，經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出獲壓力高純氮產(chǎn)品，在低壓塔頂部的冷凝器內(nèi)可以獲得高純液氮產(chǎn)品。
2一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只低壓塔的增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器除去水份、二氧化碳、乙炔及其他碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝狻?br> b凈化原料空氣分為二部分，其中一部分進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被增壓后進(jìn)入主換熱器被冷卻后再從主換熱器中部引出，進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹或者被增壓的原料空氣直接進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹，膨脹氣體再進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱底部塔釜中的液體空氣，另一部分則經(jīng)主換熱器被返流氣體冷卻至飽和蒸汽后進(jìn)入低壓塔中部。
c低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由低壓塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，低壓塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的凈化原料空氣被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)一只換熱器被返流氣體冷卻液化后，進(jìn)入壓力塔中部作回流液，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。
d從低壓塔底部的塔板引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后，在主換熱器復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。
e從低壓塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。
f在低壓塔頂部的壓力純氣氮經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作壓力高純氮產(chǎn)品，在低壓塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得純液氮產(chǎn)品。
3一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只壓力塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝狻?br> b凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后被返流氣體冷卻后進(jìn)入壓力塔中部。
c壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由壓力塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，壓力塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的膨脹氣體被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱至常溫后出裝置，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。
d從壓力塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后，在主換熱器復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。
e粗氬塔頂部設(shè)置一只冷凝器，引入壓力塔頂部的冷凝液氮作粗氬塔的冷源，并由壓力塔飽和蒸汽的凈化原料入口處下部所設(shè)置的塔板段中部氬富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入粗氬塔底部作原料氣，在粗氬塔內(nèi)精餾后，在粗氬塔頂部冷凝器排出少量廢氣，被冷凝的液體流入粗氬塔底部再回入壓力塔內(nèi)，粗氬氣則在粗氬塔的頂部引出。
f從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。
g從壓力塔頂部引出壓力純氣氮和粗氬塔冷凝器所蒸發(fā)的壓力純氣氮匯合后，經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出獲壓力高純氮產(chǎn)品，在壓力塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得高純液氮產(chǎn)品。
h進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹氣體來源是1)從壓力塔頂部引出的壓力氮?dú)猓?)或者是從壓力塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的純氮?dú)猓?)或者是從壓力塔底部引出的壓力富氧氣。它們在主換熱器復(fù)熱至常溫后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被壓縮后進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹，或者進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹的。膨脹氣體則進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣體。
4一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只壓力塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝狻?br> b凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后被返流氣體冷卻后進(jìn)入壓力塔中部。
c壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由壓力塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，壓力塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的膨脹氣體被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱至常溫后出裝置，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置有一塔板段。
d從壓力塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后，在主換熱器中復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。
e從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。
f在壓力塔頂部的壓力純氣氮經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作壓力高純氮產(chǎn)品，在壓力塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得純液氮產(chǎn)品。
g進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹氣體來源是1)從壓力塔頂部引出的壓力氮?dú)猓?)或者是從壓力塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的純氮?dú)猓?)或者是從壓力塔底部引出的壓力富氧氣。它們在主換熱器復(fù)熱至常溫后分別進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被壓縮后進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹，或者進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的。膨脹氣體則進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣體。
下面結(jié)合流程圖，描述各種空氣分離設(shè)備流程。


圖1精餾塔為一只低壓塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程;
圖2精餾塔為一只低壓塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程;
圖3精餾塔為一只壓力塔，一只粗氬塔返流氣體增壓膨脹的空氣設(shè)備流程;
圖4精餾塔為一只壓力塔返流氣體增壓膨脹的空氣設(shè)備流程;
圖1是精餾塔為一只低壓塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程。原料空氣由管道1進(jìn)入壓縮機(jī)2壓縮至0.25～1MPa壓力，冷卻后由管道3進(jìn)入分子篩吸附器4除去水份、二氧化碳、乙炔及其他碳?xì)浠衔铮?jīng)管道5，主換熱器6被返流氣體冷卻達(dá)到飽和蒸汽溫度后，經(jīng)管道7減壓伐8減壓至不低于150kPa壓力后，經(jīng)管道9進(jìn)入精餾塔中部，在管道5上引出一部分原料空氣經(jīng)管道20進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)21中被增壓后，由管道22引出進(jìn)入主換熱器6中的空氣通道內(nèi)，冷卻至一定溫度后，由管道23引出，進(jìn)入膨脹機(jī)24內(nèi)作絕熱膨脹或者這部分原料空氣在增壓機(jī)21被增壓后，由管道22a進(jìn)入膨脹機(jī)24作絕熱膨脹，膨脹氣體由管道25進(jìn)入塔10底部所設(shè)置蒸發(fā)器26內(nèi)加熱塔釜內(nèi)的液體空氣，控制液體空氣溫度低于工作壓力下液體空氣含氧近100%時所對應(yīng)的溫度值，被冷卻的膨脹空氣出蒸發(fā)器26后由管道27進(jìn)入換熱器28被返流氣體冷卻至飽和蒸汽后，經(jīng)管道29進(jìn)入精餾塔10中部進(jìn)行精餾。在塔釜上部的塔板上引出含氧約60～98%的富氧氣體，經(jīng)管道14進(jìn)入主換熱器6。為了防止塔釜中富氧液體中乙炔等碳?xì)浠衔锏姆e聚而發(fā)生爆炸，在塔底由管道16引出一部分液體空氣進(jìn)入富氧氣體中，一起經(jīng)主換熱器6復(fù)熱至常溫后，由管道15引出作產(chǎn)品氣。精餾塔10底部所設(shè)置蒸發(fā)器26與原料空氣入口管9之間設(shè)置一段塔板段10a。精餾塔10內(nèi)上升氣體被塔頂冷凝器11所冷凝，冷凝的純液氮一部分作塔的回流液，另一部分則被引出經(jīng)管道30液氮過冷器31被返流氣氮過冷后，經(jīng)管道32，減壓伐33減壓降溫后由管道34進(jìn)入冷凝器11低壓側(cè)作塔的冷源，冷凝器11所蒸發(fā)的低壓氮?dú)庥晒艿?0經(jīng)換熱器組復(fù)熱至常溫后，由管道42引出作低壓氮產(chǎn)品氣，其中一部分經(jīng)管道43進(jìn)入分子篩吸附器4作再生氣體，再由管道44放空。高純氮?dú)鈩t由管道35引出塔后，經(jīng)換熱器28，管道36再在主換熱器6復(fù)熱至常溫后由管道37引出作高純氮?dú)猱a(chǎn)品。
粗氬塔的流路是粗氬塔50頂部設(shè)有一只冷凝器51，從精餾塔10的原料空氣入口管道9下方所設(shè)置的塔板段10a中氬富集區(qū)引出一股氬餾份氣體，經(jīng)管道54進(jìn)入粗氬塔50下部，上升氣體中的氧被粗氬冷凝器51冷凝后其回流液仍由管道55回入壓力塔10內(nèi)，從精餾塔10頂部所引出純液氮的其中一部分，經(jīng)管道52進(jìn)入粗氬塔冷凝器51內(nèi)作塔的冷源，粗氬塔50頂部冷凝器51內(nèi)由管道57排出少量廢氣，粗氬則從粗氬塔51頂部由管道56引出，再按照傳統(tǒng)方法進(jìn)一步除去粗氬中的微量氧、氮，即獲得純氬，此超出本發(fā)明的涉及的范圍。
圖2是精餾塔為一只低壓塔，增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程。
與圖1相比其變動部分是取消粗氬系統(tǒng)的粗氬塔50及相應(yīng)的管道，富氧氣引出管道可改在增設(shè)的塔板段10a中氬富集區(qū)下方的塔板上引出，以利于減少純氮中的氬。
圖3是精餾塔為一只壓力塔，一只粗氬塔返流氣體增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程。
與圖1相比其變動部分是1)被壓縮凈化的原料空氣冷卻后全部進(jìn)入塔10中部。
2)進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)的膨脹氣體可由冷凝器11中被蒸發(fā)的壓力氮?dú)饣蛘呤菈毫λ?0頂部所引出的壓力氮?dú)?包括粗氬冷凝器51所蒸發(fā)的壓力氮?dú)?，或者是壓力塔10底部所引出壓力富氧氣體，均在換熱器組復(fù)熱至常溫后進(jìn)入增壓機(jī)21的，然后直接或冷卻后進(jìn)入膨脹機(jī)24作絕熱膨脹。
3)膨脹氣體進(jìn)入蒸發(fā)器26，被冷卻后出蒸發(fā)器，由管道27進(jìn)入主換熱器6復(fù)熱至常溫后作產(chǎn)品氣。
圖4是精餾塔為一只壓力塔返流氣體增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程。
與圖3相比其變動部分中取消粗氬系統(tǒng)的粗氬塔50及相應(yīng)管道，富氧氣引出管道可以改在增設(shè)的塔板段10a中氬富集區(qū)下方的塔板上引出，以利于減少純氮中的氬。
權(quán)利要求
1.一種低溫精餾的空氣分離方法，被壓縮的原料空氣冷卻后進(jìn)入分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝?，并通過換熱器冷卻至接近飽和蒸汽溫度，然后進(jìn)入精餾塔進(jìn)行精餾分離，其特征在于凈化原料空氣引入精餾塔的壓力塔中部，在壓力塔底部，設(shè)置有蒸發(fā)器，用于加熱塔底的液體空氣，控制液體空氣溫度在工作壓力下液體空氣含量在40～近100%時的對應(yīng)的溫度值，在壓力塔頂部設(shè)置冷凝器冷凝塔內(nèi)上升氣體，在壓力塔引入原料空氣入口處與蒸發(fā)器之間設(shè)置一段塔板段。設(shè)置在精餾塔的底部的蒸發(fā)器內(nèi)通入部分加熱氣體，是帶壓的或膨脹后低壓氣體，這部分氣體為凈化原料空氣，或?yàn)楸环蛛x的氣體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1，2所述的空氣分離方法，其特征在于精餾塔凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的塔板段的氬餾份富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，通入粗氬塔底部作原料氣，粗氬塔頂部設(shè)置的冷凝器內(nèi)通入精餾塔頂部的冷凝液氮作冷源，冷凝粗氬塔內(nèi)上升氣體，粗氬氣則在粗氬塔頂引出，冷凝液體仍回入精餾塔內(nèi)相應(yīng)部位。
3.一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只低壓塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠衔镄纬蓛艋峡諝?。b凈化原料空氣分為二部分，其中一部分進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被增壓后進(jìn)入主換熱器被冷卻后再從主換熱器中部引出，進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹或者被增壓的原料空氣直接進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹，膨脹氣體再進(jìn)入壓力塔底部和蒸發(fā)器內(nèi)加熱底部塔釜中的液體空氣，另一部分則經(jīng)主換熱器被返流氣體冷卻至飽和蒸汽后進(jìn)入壓力塔中部。c低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由低壓塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的凈化原料空氣被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)一只換熱器被返流氣體冷卻液化后，進(jìn)入低壓塔中部作回流液，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。d從低壓塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后在主換熱器中復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。e粗氬塔頂部設(shè)置一只冷凝器，引出低壓塔頂部的冷凝液氮作粗氬塔的冷源，并由低壓塔飽和蒸汽的凈化原料空氣入口處下部所設(shè)置的塔板段中部氬富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入粗氬塔底部作原料氣在粗氬塔內(nèi)精餾粗氬塔頂部冷凝器排出少量廢氣，被冷凝的液體流入粗氬塔底部再回入低壓塔內(nèi)，粗氬氣則在粗氬塔的頂部引出。f從低壓塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。g從低壓塔頂部引出的壓力純氣氮和粗氬塔冷凝器所蒸發(fā)的壓力純氣氮匯合后，經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出獲壓力高純氮產(chǎn)品，在低壓塔頂部的冷凝器內(nèi)可以獲得高純液氮產(chǎn)品。
4.一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只低壓塔的增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器除去水份、二氧化碳、乙炔及其他碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝?。b凈化原料空氣分為二部分，其中一部分進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被增壓后進(jìn)入主換熱器被冷卻后再從主換熱器中部引出，進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹或者被增壓的原料空氣直接進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹，膨脹氣體再進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)加熱底部塔釜中的液體空氣，另一部分則經(jīng)主換熱器被返流氣體冷卻至飽和蒸汽后進(jìn)入低壓塔中部。c低壓塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由低壓塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，低壓塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的凈化原料空氣被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)一只換熱器被返流氣體冷卻液化后，進(jìn)入壓力塔中部作回流液，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。d從低壓塔底部的塔板引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后，在主換熱器復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。e從低壓塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。f在低壓塔頂部的壓力純氣氮經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作壓力高純氮產(chǎn)品，在低壓塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得純液氮產(chǎn)品。
5.一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只壓力塔，一只粗氬塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝?。b凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后被返流氣體冷卻后進(jìn)入壓力塔中部。c壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由壓力塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，壓力塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的膨脹氣體被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱至常溫后出裝置，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置一塔板段。d從壓力塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后，在主換熱器復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。e粗氬塔頂部設(shè)置一只冷凝器，引入壓力塔頂部的冷凝液氮作粗氬塔的冷源，并由壓力塔飽和蒸汽的凈化原料入口處下部所設(shè)置的塔板段中部氬富集區(qū)引出一部分氬餾份氣體，進(jìn)入粗氬塔底部作原料氣，在粗氬塔內(nèi)精餾后，在粗氬塔頂部冷凝器排出少量廢氣，被冷凝的液體流入粗氬塔底部再回入壓力塔內(nèi)，粗氬氣則在粗氬塔的頂部引出。f從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。g從壓力塔頂部引出壓力純氣氮和粗氬塔冷凝器所蒸發(fā)的壓力純氣氮匯合后，經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出獲壓力高純氮產(chǎn)品，在壓力塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得高純液氮產(chǎn)品。h進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹氣體來源是1)從壓力塔頂部引出的壓力氮?dú)猓?)或者是從壓力塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的純氮?dú)猓?)或者是從壓力塔底部引出的壓力富氧氣。它們在主換熱器復(fù)熱至常溫后進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被壓縮后進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹，或者進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹的。膨脹氣體則進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣體。
6.一種低溫精餾的空氣分離設(shè)備，其精餾塔為一只壓力塔增壓膨脹的空氣分離設(shè)備流程，其特征為a被壓縮的原料空氣在分子篩吸附器中除去水份、二氧化碳、乙炔及其他部分碳?xì)浠臀镄纬蓛艋峡諝?。b凈化原料空氣進(jìn)入主換熱器后被返流氣體冷卻后進(jìn)入壓力塔中部。c壓力塔頂部設(shè)置一只冷凝器，由壓力塔頂部冷凝的一部分純液氮經(jīng)一只過冷器過冷后，再經(jīng)一只減壓閥減壓降溫后進(jìn)入冷凝器氮側(cè)作塔的冷源，壓力塔底部設(shè)有一只蒸發(fā)器，進(jìn)入蒸發(fā)器內(nèi)作熱源的膨脹氣體被液體空氣冷卻后出蒸發(fā)器，再進(jìn)入主換熱器復(fù)熱至常溫后出裝置，在凈化原料空氣入口處與底部蒸發(fā)器之間設(shè)置有一塔板段。d從壓力塔底部引出的富氧氣體與塔釜底部所引出的部分富氧液體混合后在主換熱器中復(fù)熱后引出裝置作富氧產(chǎn)品。e從壓力塔頂部冷凝器內(nèi)蒸發(fā)的低壓氮?dú)饨?jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置，一部分作低壓氮?dú)猱a(chǎn)品，另一部分作分子篩吸附器的再生氣體。f在壓力塔頂部的壓力純氣氮經(jīng)換熱器組復(fù)熱后引出裝置作壓力高純氮產(chǎn)品，在壓力塔頂部的冷凝器內(nèi)可獲得純液氮產(chǎn)品。g進(jìn)入膨脹機(jī)的膨脹氣體來源是1)從壓力塔頂部引出的壓力氮?dú)猓?)或者是從壓力塔頂部冷凝器所蒸發(fā)的純氮?dú)猓?)或者是從壓力塔底部引出的壓力富氧氣。它們在主換熱器復(fù)熱至常溫后分別進(jìn)入膨脹機(jī)的增壓機(jī)中被壓縮后進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹，或者進(jìn)入主換熱器內(nèi)冷卻至一定溫度后再進(jìn)入膨脹機(jī)作絕熱膨脹的。膨脹氣體則進(jìn)入壓力塔底部的蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣源。
7.根據(jù)權(quán)利要求5，6所述的空氣分離方法，其特征在于從主換熱器復(fù)熱后的富氧氣體通道上，或者從復(fù)熱后的壓力氮?dú)馔ǖ郎弦霾糠謮毫怏w進(jìn)入增壓機(jī)中增壓的，及在膨脹機(jī)內(nèi)作絕熱膨脹的，膨脹氣體則進(jìn)入塔釜蒸發(fā)器內(nèi)作加熱氣體，出蒸發(fā)器后經(jīng)主換熱器復(fù)熱后出裝置作產(chǎn)品氣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種空氣分離方法及設(shè)備，即是通過低溫精餾的原理來分離空氣，制取氧、氮、氬的方法及設(shè)備。它可以是一種超低壓流程，在極低的能耗條件下，通過一只單級精餾塔制取99.99～99.9999％高純氮產(chǎn)品，同時還能制取含氧為60～98％的富氧氣體，提出在單級精餾塔上采用增壓膨脹的方法及在單級精餾塔上制取粗氬的方法及設(shè)備，對氧、氮、氬均有特別高的提取率。
文檔編號C01B21/04GK1076269SQ92108349
公開日1993年9月15日 申請日期1992年3月12日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月12日
發(fā)明者孫克澄 申請人:孫克澄