在超大氣壓條件下提取氧和氮的方法和裝置的製作方法

2023-05-17 11:29:46

專利名稱：在超大氣壓條件下提取氧和氮的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在超大氣壓條件下、通過在一精餾系統中經權利要求1所述的步驟(a)至(g)對空氣進行低溫離解而提取氧和氮的方法。
US-A-4224045記載了一種具有這些步驟的方法。壓力塔和低壓塔通過在低壓塔塔底設置的冷凝蒸發器進行熱耦合。高壓氮產物在壓力塔塔頂上被排出。如果想在壓力條件下提取在低壓塔內沉積的氧產物，可以使整個雙塔或至少使低壓塔在相應增壓條件下工作，或者將液氧產物加壓並接著逆風蒸發(內壓縮)。或者可通過低壓塔輸出的富氮剩餘氣體的減壓(僅第一種情況可能)，或者通過一部分輸入低壓塔的送風的減壓(如US-A-4224045所述)製冷。但不管是直接送風，還是使低壓塔在增壓條件下工作都會惡化低壓塔內的精餾並因而降低氧產物的產量和/或純度。
故本發明的任務在於提出一種本說明書引言部分中所述方式的方法和相應裝置，用此方法和裝置可以在超大氣壓條件下同時提取氧和氮並且該方法和裝置的工作尤為經濟，特別是氧產量高。
本任務的解決方案是，通過與壓力塔頂部的冷凝蒸氣的逆流間接換熱提高低壓塔底部輸出的液體壓力並且把在間接換熱中獲取的那部分蒸氣送回到低壓塔內，在加入低壓塔內前被減壓。
因此，依照本發明壓力塔和低壓塔內的壓力相互獨立，即壓力塔可以在特別高的壓力條件下工作(例如8巴、10巴或10巴以上)，而低壓塔的壓力僅略高於大氣壓，例如1.2至2巴，優選1.5至1.6巴。這樣壓力塔內的壓力可以按照所需要的氮產物的壓力進行調整，從而可以把氮產物壓縮機設計得較小或完全不用氮產物壓縮機，儘管如此，低壓塔仍具有最佳的分離效果。可以採取任何一種已知的方法增大低壓塔底部輸出的液體壓力，例如採用一臺泵和/或通過靜壓勢能。最終的壓力應足以在與壓力塔輸出的壓力塔壓力條件下的冷凝蒸氣間接換熱時實現液體蒸發。
間接換熱一方面用於壓力塔頂部冷卻，即，產生對壓力塔和必要時對低壓塔的液體回流，另一方面在氧迴路的旁路上通過液體升壓和氣態減壓產生相對低壓塔向上移動的蒸氣。
有利的是，在本發明的低壓塔內至少部分地優選僅採用有序排列的填料作為物質交換件。由於其壓力損耗特別小，所以可以進一步降低低壓塔底部的壓力。
由壓力塔加入低壓塔的兩種液體通常由壓力塔塔底液體(第一液體餾份)及壓力塔塔頂或中間位置的液體(第二液體餾份)構成，所述中間位置位於壓力塔塔頂下面10至30，優選20理論塔板。
優選對間接換熱時通過低壓塔底部的液體的蒸發獲得的蒸氣進行有效的減壓，例如在一減壓渦輪機中進行。這樣可以獲得特別多的工藝冷卻方法。有利的是採用一臺磁支承或氣體支承的渦輪機作為減壓渦輪機。
至少可用在對間接換熱中獲取的蒸氣減壓時產生的一部分能量來壓縮工藝流，例如將低壓塔輸出的含氮餾份壓縮到再生分子篩所需要的壓力上，用於減壓及壓縮的裝置最好是例如通過一共用軸機械耦合在一起。
在低壓塔中減壓氣體的上遊側對間接換熱中獲得的蒸氣進行加熱。此加熱優選在主換熱器中進行，該主換熱器也用於料風的冷卻。通常蒸氣的待減壓部分在介於主換熱器冷端和熱端溫度間的溫度下從主換熱器中引出。
在間接換熱中獲得的蒸氣部分，例如那些不送去減壓的部分，優選作為氧壓力產物被提取出。這樣，只需要一臺裝置，通常為氧氣泵，既用於對產物，又用於對製冷迴路中的物料的增壓。
由於低壓塔內低壓的有利條件，故本發明的方法也適用於製取氬。為此把由低壓塔內輸出的含氬的餾份加入粗氬塔內。例如在EP-B-377117、EP-A-628777或EP-A-669509中對這種製取氬的細節已做了描述。
此外本發明還涉及一種依照權利要求7至11在超大氣壓壓力下，通過對空氣進行低溫離解而製取氧和氮的裝置。
下面將對照附圖中所述實施例對本發明及本發明的細節做進一步的說明。


圖1為本發明的方法和裝置的第一即特別優選的實施例；
圖2為對由低壓塔輸出的含氮的剩餘氣體進行二次壓縮的另一實施例；圖3為製取氬的第三實施例。
經壓縮和由水及二氧化碳清洗後的料風1在一主熱換器2內被冷卻到露點並通過管路3在壓力為10巴條件下被送入壓力塔4內。在壓力塔塔頂通過管路10提取出尚含有大約1ppm雜質的蒸氣狀氮並將其中一部分在構成塔頂冷凝器的冷凝蒸發器12中冷凝，剩餘部分通過管路14返回到主換熱器2內，在此處加熱到環境溫度並在15處作為氣態壓力產物排出。在冷凝蒸發器12中獲取的冷凝液13一方面作為壓力塔4的回流；另一方面可以部分作為液體產物16排出。
作為從壓力塔輸出的第一液體餾份的富氧塔底液體5經節流閥6控制加入到低壓塔7內。在壓力塔塔頂下部的理論塔板數為20處提取第二液體餾份8並在第一液體餾份上方，優選在塔頂經減壓9加入低壓塔內。(替代此方法或附加此方法，還可以將通過管路16提取的液體加到低壓塔7內)。
將低壓塔7的塔底液體(第三液體餾份17)通過泵18升壓到約5巴壓力，在逆流器內冷卻並送至冷凝蒸發器12的蒸發室。泵入液體的一部分按需要可作為產物21提取出。在冷凝蒸發器12中獲得的蒸氣22被引入主換熱器2中並且其中一部分作為氣態壓力產物在其熱端23提取出。剩餘的氣體在中間位置由主換熱器2中引出(24)，在渦輪機25內被有效減壓到約為低壓塔壓力並經逆流換熱器被送回到入低壓塔7內。
在低壓塔7的塔頂處提取含氮剩餘氣體28，首先被兩個由壓力塔輸出的液體餾份逆向加熱(29)，最後被繼續引向主換熱器2。被加熱的剩餘氣體30例如可以排空或作為分子篩的再生氣體用於淨化空氣。
在後一情況下，如果剩餘氣體30再生部分31如圖2所示在壓縮機32中被升壓到蓄熱壓力上(圖2直至此細節與圖1相符)，則該壓縮機可以例如通過一個與渦輪機25共用的軸來驅動。採取此措施，可以繼續降低低壓塔的壓力，例如降到約1.1巴。其反過來，又降低了渦輪機的出口壓力並隨之提高了製冷功率水平。
對這兩個實施例都可以附加配備粗氬塔34。相對圖1的情況，在圖3中對此點做了詳細表述。從低壓塔7內氬含量相對較高的位置將含氬的蒸氣餾份35引入粗氬塔內並在此處離解成一例如通過管路36提取的液體粗氬餾份和一剩餘餾分37。通過對壓力塔輸出的塔底液體5的一部分38蒸發實現粗氬塔34塔頂的冷卻39。此時產生的蒸氣40被送入低壓塔7內。
在實施例中由蒸餾塔板構成壓力塔內的物質交換單元，在低壓塔內和必要時在粗氬塔34內的物質交換單元則是由順序排列的填充物構成。但原則上講，在本發明中的所有塔內都可以採用通用的蒸餾塔板、填充體(無順序的填充物)和/或順序排列的填充物。而且在一個塔內也可以採用不同種類的單元組合。由於壓力損耗小，因而在低壓塔內特別優選的是順序排列的填充物。
權利要求
1.在超大氣壓條件下，採用在具有壓力塔(4)和低壓塔(7)的精餾塔系統中進行低溫離解而提取氧和氮的方法，其步驟如下(a)將經壓縮和清洗的料風(1，3)加入壓力塔(4)中，(b)將至少一部分由壓力塔(4)底部輸出的第一液體餾份(5)加入(6)低壓塔(7)內，(c)將由壓力塔(4)的頂部或中部輸出的第二液體餾份(8)加入(9)低壓塔(7)內，(d)在與由壓力塔(4)頂部輸出的冷凝蒸氣(11)進行間接熱交換(12)中使由低壓塔(7)底部輸出的第三液體餾份(17)蒸發，(e)將至少一部分通過間接換熱獲得的蒸氣(22，24，26，27)引入低壓塔(7)內，(f)將至少一部分通過間接換熱獲得的冷凝液(13)引入壓力塔(4)內，(g)提取作為壓力塔(4)頂部產物的高壓氮餾份(10，14，15)，其特徵在於(h)在與由壓力塔(4)頂部輸出的冷凝蒸氣(11)進行間接熱變換(12)的入口側提高從低壓塔(7)底部輸出的第三液體餾份(17)的壓力並且(i)經間接換熱獲取的、將回送至低壓塔(7)內的蒸氣部分(24)在加入(27)低壓塔(7)內前減壓。
2.依照權利要求1的方法，其特徵在於依照步驟(i)對經間接換熱獲取的蒸氣進行有效減壓。
3.依照權利要求2的方法，其特徵在於至少將一部分在對間接換熱時獲取的蒸氣減壓(25)產生的能量用於壓縮(32)工藝流(31)。
4.依照權利要求1至3中的任一項的方法，其特徵在於經間接換熱獲取的蒸氣(22)在依照步驟(i)進行減壓(25)的入口側被加熱(2)。
5.依照權利要求1至4中的任一項的方法，其特徵在於提取經間接換熱(12)獲取的蒸氣(22)作為氧壓力產物的一部分(23)。
6.依照權利要求1至5中的任一項的方法，其特徵在於把由低壓塔(7)輸出的含氬的餾份(35)加入粗氬塔(34)內。
7.在超大氣壓條件下，採用在具有壓力塔(4)和低壓塔(7)的精餾系統中對空氣進行低溫離解而提取氧和氮的裝置，包括(a)一用於將壓縮和清洗後的料風加入壓力塔(4)內的送風管路(1，3)，(b)一第一液體餾份管路(5)，該管路將壓力塔(4)的底部與低壓塔(7)連接在一起，(c)一第二液體餾份管路(8)，該管路將壓力塔(4)的頂部或中部與低壓塔(7)連接在一起，(d)一冷凝蒸發室(12)，其蒸發室通過一第三液體餾份管路(17)與低壓塔(7)底部相連並且其冷凝室(通過10，11)與壓力塔(4)的頂部連接在一起，(e)一位於冷凝蒸發器(12)的蒸發室和低壓塔(7)之間的蒸氣管路(22，24，26，27)，(f)一位於冷凝蒸發器(12)的冷凝室和壓力塔(4)之間的第四液體餾份管路(13)和(g)一高壓氮產物管路(10，14，15)，該管路與壓力塔(4)頂部連接在一起，其特徵在於(h)用於提高第三液體餾份管路(17)中壓力的裝置(18)和(i)用於降低位於冷凝蒸發器(12)和低壓塔(7)之間的蒸氣管路(22，24，26，27)內壓力的裝置(25)。
8.依照權利要求7的裝置，其特徵在於用於降壓的裝置包括一臺減壓機(25)。
9.依照權利要求7或8的裝置，其特徵在於具有一氧產物管路(23)，該管路與蒸氣管路(22)連接在一起。
10.依照權利要求7至9中的任一項裝置，其特徵在於具有將減壓機(25)的機械能傳遞到一用於壓縮工藝流(31)的壓縮機(32)的裝置(33)。
11.依照權利要求7至10中的任一項裝置，其特徵在於具有一粗氬塔(34)，該塔與低壓塔(35，37)連接在一起。
全文摘要
本發明方法和裝置用於在超大氣壓條件下，在一精餾塔系統中對空氣進行低溫離解、提取氧和氮。將壓縮和清洗後的料風1，3，加入壓力塔4內。由壓力塔4的底部或者頂部或中部輸出的液體5，8被加入到低壓塔7內。由低壓塔7底部輸出的第三液體餾份17在與由壓力塔4頂部輸出的冷凝蒸氣11進行間接換熱時被蒸發，其中至少一部分在此時獲取的蒸氣22，24，26，27被加入到低壓塔7內。將冷凝液13加入到壓力塔4內。提取作為壓力塔4頂部產物的高壓氮餾份10，14，15。在間接換熱12的入口側提高由低壓塔17底部輸出的第三液體餾份17的壓力；那些經間接換熱獲取的蒸氣部分24將回送至低壓塔內，在加入27低壓塔7內前被減壓25。
文檔編號F25J3/00GK1153895SQ9612080
公開日1997年7月9日 申請日期1996年11月25日 優先權日1996年11月25日
發明者羅特曼·迪特裡希 申請人:林德股份公司