一种具有氮液化器的空气分离装置和方法与流程

本发明属于低温空气分离领域，涉及一种具有氮液化器的空气分离装置和方法。

背景技术：

在许多化工工程(例如煤化工、富氧燃烧等)中，需要很大量的气态氧气产品，在一些示例中，需要高达100至200吨每天的氧气。在这个量级下，低温空气分离装置是产生氧气产品的优选方法。在低温空气分离装置中，空气被压缩然后净化除掉例如二氧化碳、湿气和烃等较高沸点杂质。得到的压缩且净化的原料空气可在主换热器中冷却至适于其精馏的温度，并接着引入到具有高压塔和低压塔的精馏系统中。

在低温空气分离流程中，已冷却至适于精馏温度的空气在高压塔中产生氮越来越富集的上升气相，所得富氮塔顶产物冷凝产生氧越来越富集的下降液相。液相和气相通过传质接触元件进行接触，所述传质接触元件可以是塔板或者是结构化填料。在任何情况下，所述接触在高压塔中产生富氧的粗制富集液体塔底产物，然后将粗制富集液体塔底产物导入低压塔中以进一步的精馏，在低压塔中收集到塔底高纯液氧和在高压塔中形成富氮塔顶产物。高压塔可通过冷凝器-再沸器热联接到低压塔，所述冷凝器-再沸器靠近低压塔的底部放置。在冷凝器-再沸器中，所述低压塔底高纯液氧部分蒸发，由高压塔富氮塔顶产物构成的富氮蒸气流进入冷凝器-再沸器中，并相对于高纯液氧的蒸发而冷凝产生高纯液氮，该高纯液氮用于在高压塔和低压塔中进行回流，或者至少部分可作为产品。

现有技术中，氮液化器可以向空气分离装置提供冷量。在某些氮液化器的设置中具有双涡轮增压机，所述双涡轮增压机以特别的排列从而提供有利的机械设计参数和有效的冷却曲线特征。来自高压塔的低压氮和/或来自低压塔的超低压氮，通过空气分离装置的主换热器复热后可以得到低压氮和/或超低压氮产品，部分低压氮和/或超低压氮产品可加料到氮液化器中进行液化。液化所得富氮液流可返回到高压塔和/或低压塔顶部以提供冷量，也可部分导入液氮储罐进行储存。

在全低压空气分离流程中，主空气压缩机的工作压力接近于下塔即高压塔的压力，因为具有较低的能耗而被广泛运用。然而，若客户要求在全低压流程中生产较高压力的气态氧气产品，则需要从塔中抽取一股液氧产品流，并通过至少一台液氧泵进行加压再进入换热器蒸发获得气态氧气产品；较优地抽取低压塔底部收集的高纯液氧，并通过液氧泵进行加压再进入换热器蒸发获得高纯气态氧气产品但是存在一个问题，由于换热器的设计要求，需要有一股具有匹配压力的换热流股用于蒸发该加压后的高纯液氧。现有技术中，通常会使用氮气产品压缩机将至少一部分低压氮和/或超低压氮产品增压至需要的压力，再进入主换热器用于蒸发加压后的高纯液氧，然后这一部分氮气再送回高压塔的顶部。

有鉴于此，如何充分利用氮液化器中现有的压缩机和/或增压机产生用于蒸发较高压力液氧产品流的富氮蒸气流，设计一种新的具有氮液化器的空气分离装置和方法，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

技术实现要素：

为了实现上述发明目的，本发明公开了一种具有氮液化器的空气分离方法，所述方法包括：在至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔的精馏系统中分离原料空气，该原料空气是经主空气压缩机压缩且经过净化的干燥空气；在高压塔和/或低压塔抽取至少一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，输送入氮液化器的第一氮气压缩机增压；所述氮液化器还包括至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器，至少部分增压后的富氮蒸气流经所述膨胀机膨胀产生冷量使得至少部分增压后的富氮蒸气流液化，经第二换热器输入分离器，得到富氮液流，至少部分富氮液流导入到高压塔或低压塔中；其中，从高压塔和/或低压塔中抽取至少一液氧产品流，经第一泵增压后所述液氧产品流在第一换热器或第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品输出。

更进一步地，若所述液氧产品流在第一换热器与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，经过第一换热器换热的至少部分增压后的富氮蒸气流被送入高压塔的顶部。

更进一步地，所述氮液化器包括第一氮气压缩机、第一膨胀机、第二换热器和第一分离器；还包括第一增压机、第二膨胀机和第二增压机；在高压塔顶部抽取第一富氮蒸气流，经第一换热器复热后，连接至氮液化器的第一氮气压缩机；在所述氮液化器中，包含第一富氮蒸气流的第一氮气经过第一氮气压缩机增压之后，分为两部分：第一部分第一氮气连续进入第一增压机和第二增压机增压，经过增压机的冷却器冷却后进入第二换热器并分为两股；第一股(j11)在第二换热器中冷却后经过节流连接至第一分离器；第二股(j12)由第二换热器中间位置抽出进入第二膨胀机进行膨胀，形成第二涡轮排气流并输送入至第一分离器；所述送入第一分离器的流股的气相和液相在第一分离器中分开以形成第一气相流和第一液相流；第一气相流返回第二换热器复热后，与第一富氮蒸气流合并输送至第一氮气压缩机的入口；第二部分第一氮气经过第二换热器部分冷却后，由第二换热器中间位置抽出进入第一膨胀机进行膨胀，形成第一涡轮排气流并返回第二换热器，在第二换热器中与第一气相流合并进行复热；所述第一氮气至少由第一富氮蒸气流及第一气相流构成；所述富氮液流由第一液相流构成；至少部分第一富氮蒸气流通过第一氮气压缩、第一增压机和第二增压机增压；所述液氧产品流在第一换热器或氮液化器的第二换热器中与至少部分增压后的第一富氮蒸气流进行换热。

更进一步地，通过使用第一泵将所述液氧产品流增压至不同压力范围，以达到所需的气态氧气产品的压力。

更进一步地，所述液氧产品流是从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取的高纯液氧。

更进一步地，所述氮液化器还包括第二氮气压缩机、第三换热器和第二分离器；在低压塔顶部抽取第二富氮蒸气流，依次经过冷器和第一换热器复热后，输送至氮液化器的第二氮气压缩机；包含第二富氮蒸气流的第二氮气经过第二氮气压缩机增压之后，与所述第一气相流合并输送至第一氮气压缩机。

更进一步地，至少部分第一液相流经过节流连接至第二分离器，在第二分离器中气相和液相分开以形成第二气相流和第二液相流；第二气相流返回第二换热器复热后，与第二富氮蒸气流合并输送至第二氮气压缩机的入口；第二液相流输送至第三换热器与至少部分第一液相流进行换热后，与第二气相流合并返回第二换热器。

更进一步地，所述第二氮气至少由第二富氮蒸气流及第二气相流构成。

更进一步地，第一膨胀机做功为第一增压机提供动力；第二膨胀机做功为第二增压机提供动力。

更进一步地，所述第一换热器和过冷器可以合并为一个主换热器。

此外，本发明还公开了一种具有氮液化器的空气分离装置，所述装置包括：一精馏系统，其至少具有通过冷凝器-再沸器热联接的高压塔和低压塔；一主空气压缩机，原料空气管路通入主空气压缩机；第一换热器；一过冷器；及一氮液化器，其包括第一氮气压缩机、至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器；将至少部分富氮液流导入到高压塔和/或低压塔中的管路；其中，还包括从高压塔和/或低压塔中抽取所述液氧产品流，使得所述液氧产品流在第一换热器或氮液化器的第二换热器中与至少部分增压后的富氮蒸气流进行换热，复热后作为气态氧气产品输出的管路；及，至少通过使用氮液化器的氮气压缩机对至少部分所述富氮蒸气流进行增压的管道。

更进一步地，所述氮液化器包括第一氮气压缩机、第一膨胀机、第二换热器和第一分离器；还包括第一增压机、第二膨胀机和第二增压机；将高压塔顶部抽取的第一富氮蒸气流经第一换热器，连接至第一氮气压缩机的管路；所述氮液化器还包括：将所述第一部分第一氮气连续进入第一增压机和第二增压机增压，经过增压端的冷却器冷却后进入第二换热器的管路；将所述第一股经过第二换热器部分冷却，并经过节流连接至第一分离器的管路；将所述第二股由第二换热器中间位置抽出进入第二膨胀机进行膨胀，形成第二涡轮排气流并连接至第一分离器的管路；将第一气相流返回第二换热器复热后，与第一富氮蒸气流合并连接至第一氮气压缩机的入口的管路；将所述第二部分第一氮气经过第二换热器部分冷却后，由第二换热器中间位置抽出进入第一膨胀机进行膨胀，形成第一涡轮排气流并返回第二换热器，在第二换热器中与第一气相流合并进行复热的管路。

更进一步地，还包括将经过第一换热器换热的至少部分所述富氮蒸气流送入高压塔顶部的管道。

更进一步地，还包括第一泵，通过使用所述第一泵将所述液氧产品流增压至不同压力范围。

更进一步地，还包括从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取高纯液氧的管路。

更进一步地，所述氮液化器还包括第二氮气压缩机、第三换热器和第二分离器；将在低压塔顶部抽取的第二富氮蒸气流经过冷器复热，进一步连接至第一换热器复热后，连接至氮液化器的第二氮气压缩机的管路；将包含第二富氮蒸气流的第二氮气经过第二氮气压缩机增压之后，与所述第一气相流合并连接至第一氮气压缩机的管路。

更进一步地，还包括将至少部分第一液相流经过节流连接至第二分离器的管路；将第二气相流返回第二换热器复热后，与第二富氮蒸气流合并连接至第二氮气压缩机的入口的管路；将第二液相流连接至第三换热器与至少部分第一液相流进行换热后，与第二气相流合并返回第二换热器的管路。

更进一步地，第一膨胀机与第一增压机通过转轴机械连接；第二膨胀机与第二增压机通过转轴机械连接。

更进一步地，所述第一换热器和过冷器为一体式的主换热器。

与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案具有以下优点：可以利用氮液化器中现有的压缩机和/或增压机提供具有匹配压力的至少部分增压后的富氮蒸气流用于蒸发加压后的液氧产品，从而在全低压流程中生产较高压力的气态氧气产品，可以节省一台现有技术中的氮气产品压缩机；高效地整合了现有的空气分离装置和氮液化器，节省了设备投入并优化了能耗；氮液化器的设计不局限于本发明实施例，也可以使用非常简单的设置的氮液化器，其中富氮蒸气流以非常节能的方式独自被压缩、膨胀和液化；此外，液氧产品流的蒸发过程可以在空气分离装置的主换热器中进行，也可以在氮液化器的换热器中进行，使用灵活。

附图说明

关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图得到进一步的了解。

图1是现有技术的空气分离装置的设备结构示意图；

图2是实现本发明的氮液化器的设备结构示意图；

图3是本发明改造的空气分离装置与氮液化器连接的优选设备结构示意图；

图4是本发明改造的空气分离装置与氮液化器连接的另一优选设备结构示意图。

高压塔k01

低压塔k02

冷凝器-再沸器e02

主空气压缩机c01

第一换热器e01

第一氮气压缩机c21

第二氮气压缩机c20

第二换热器e20

第一增压机et20c

第一膨胀机et20

第一增压机的冷却器et20ce

第二增压机et21c

第二膨胀机et21

第二增压机的冷却器et21ce

第一分离器v20

第三换热器e21

第二分离器v22

第一泵p03

后备泵p02

过冷器e03

原料空气a

低压富氮蒸气流e

低压高纯氮气产品e’

污氮气c

超低压高纯液氧f

超低压高纯氧气产品f’

超低压高纯液氧g

低压高纯液氧g’

第一氮气j

第一部分第一氮气j1

第二部分第一氮气j2

第一部分第一氮气j1的第一股j11

第一部分第一氮气j1的第二股j12

第一涡轮排气流j2’

第二涡轮排气流j12’

第一气相流k

第一液相流l

超低压富氮蒸气流b

超低压高纯氮气产品b’

第二氮气m

第二气相流n

第二液相流o

至少部分所述富氮液流p

至少另一部分所述富氮液流s

高纯液氮i

富氧液流h

高纯液氧q

高压高纯氧气产品q’

中压高纯氧气产品q”

至少部分增压后的富氮蒸气流r。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的具体实施例。然而，应当将本发明理解成并不局限于以下描述的这种实施方式，并且本发明的技术理念可以与其他公知技术或功能与那些公知技术相同的其他技术组合实施。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或多个该特征。

“原料空气”指主要包含氧和氮的混合物。本发明中，原料空气是经主空气压缩机压缩且经过净化的干燥空气。

术语“污氮气”覆盖了氮含量一般不低于95摩尔百分比的气态流体。“富氮蒸气流”指的是含氮量一般不低于99％摩尔百分比的气态流体，优选高于99.999％摩尔百分比的高纯氮气，并且“富氮蒸气流”中氮的含量高于“污氮气”；本发明中，第一富氮蒸气流从高压塔的顶部抽取，其压力与高压塔的操作压力相近，约5～6.5bara；第二富氮蒸气流从低压塔的顶部抽取，其压力与低压塔的操作压力相近，约1～1.5bara；考虑到通常意义上1～2bara一般称为超低压，2～10bara一般称为低压，所以第一富氮蒸气流对应低压富氮蒸气流，第二富氮蒸气流对应超低压富氮蒸气流。高压塔顶部的低压富氮蒸气流在冷凝器-再沸器中被冷凝产生高纯液氮，该高纯液氮的一部分可作为产品，另一部分可过冷并进一步节流送入低压塔中做回流液。

氮液化器是一种使气态氮气变为液态氮气的装置，其工作原理主要是通过将气体压缩到高压，经过冷却器取走压缩热，然后采取绝热膨胀或者节流膨胀产生冷量使得气体变为液体。所述富氮蒸气流在氮液化器中液化产生富氮液流，原则上该富氮液流中氮的摩尔百分比与所述富氮蒸气流一致。本发明中，第一富氮蒸气流和/或第二富氮蒸气流在氮液化器中液化形成的富氮液流的成分与高纯液氮相近。

术语“富氧液流”指氧的摩尔百分比大于30％的液态流体；术语“高纯液氧”覆盖了氧的摩尔百分比大于99％的液态流体，通常“高纯液氧”中氧的含量高于“富氧液流”。本发明中，从高压塔底部抽取的属于富氧液流，其中氧的摩尔百分比约70％；而从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取的属于高纯液氧，氧的摩尔百分比高达99.999％。优选地，气态氧气产品由所述高纯液氧蒸发所得，也可以由高压塔或低压塔其他塔板处抽取的氧摩尔百分比不同的其他液氧产品流蒸发所得。

本发明的低温空气分离是至少部分在温度为150k或低于150k下进行的低温精馏方法。此处的“塔”意指一蒸馏或分馏塔或区，其中液相和气相逆流接触以有效地分离流体混合物。低压塔可垂直地安装在高压塔顶部或两个塔并排安装。冷凝器-再沸器一般位于低压塔的底部，其种类包括管壳式，降膜式，浸浴式等，本发明采用浸浴式冷凝蒸发器。

在主换热器中，经压缩、预冷且净化的原料空气和精馏产生的气体和/或液体产品进行非接触换热，并被冷却到接近或等于高压塔的精馏温度，一般低于150k。主换热器与过冷器通常被设计为分体式，而本发明优选地设计为一体式换热器。

从高压塔和/或低压塔中抽取的液氧产品流通过第一泵增压至目标压力后送出，该压力可以是低压、中压或者高压，通常意义上10～50bara一般称为中压，50～90bara一般称为高压。若所述液氧产品流是从低压塔底部的冷凝器-再沸器中抽取的高纯液氧，则通过选择不同扬程的低温液氧泵或者串联不同数量的低温液氧泵，增压至不同压力范围，以输出与客户所需的气态氧气产品压力相同的液氧。

下面结合附图1-4详细说明本发明的具体实施例。

参考图1，出于示例的目的描述了现有技术的空气分离装置，其包括高压塔和低压塔以生产至少一种液氧产品流和富氮蒸气流。然而，这仅仅是示例性目的，本发明可应用于单独具有高压塔和低压塔的空气分离装置，或者也包括氩塔的空气分离装置。

原料空气a经过主空气压缩机c01增压至6bara左右，进而通过预冷和纯化后(预冷系统和纯化系统未示出)送入第一换热器e01，与精馏后来自低压塔k02顶部1.1bara的超低压富氮蒸气流b、低压塔k02上部1.15bara的污氮气c以及来自高压塔k01顶部5.5bara的低压富氮蒸气流e进行间接换热，冷却至约-176℃后送入高压塔k01的下部进行精馏。所述低压富氮蒸气流e在第一换热器e01中复热后作为低压高纯氮气产品e’输出；所述超低压富氮蒸气流b在第一换热器e01中复热后作为超低压高纯氮气产品b’直接输出，或者通过增加氮气产品压缩机c50增压至需要的压力输出。从低压塔k01底部的冷凝器-再沸器e02中抽取超低压高纯液氧，其中一部分超低压高纯液氧f在第一换热器e01中复热后作为超低压高纯氧气产品f’输出，至少另一部分超低压高纯液氧g通过后备泵p02加压，然后经过冷器e03过冷后形成低压高纯液氧g’送入液氧储罐。过冷所需的冷量由所述来自低压塔k02顶部1.1bara的超低压富氮蒸气流b和低压塔k02上部1.15bara的污氮气c提供。所述过冷器e03还用于过冷从高压塔k01底部抽取的富氧液流h，其经过冷器e03过冷后送入低压塔k02中部做回流液；所述过冷器e03还用于过冷从高压塔k01顶部抽取的高纯液氮i，其经过冷器e03过冷后进一步节流送入低压塔k02顶部做回流液。来自低压塔k02顶部1.1bara的超低压富氮蒸气流b和低压塔k02上部1.15bara的污氮气c依次送入过冷器e03和第一换热器e01复热。所述第一换热器e01和过冷器e03可以被设计为一个整体的主换热器。

参考图2，描述了实现本发明的氮液化器的设备结构示意图。氮液化器包括第一氮气压缩机、至少一膨胀机、第二换热器和至少一分离器，其工作原理主要是将富氮蒸气流至少通过第一氮气压缩机加压，经过冷器取走压缩热，然后通过至少一膨胀机膨胀产生冷量使得气体变为液体，绝热膨胀或节流膨胀得到的液体中夹带有少量气体，所以再通过至少一分离器进行气液分离，从而得到富氮液流。

本实施例中，氮液化器包括第一氮气压缩机c21、第一膨胀机et20、第二换热器e20和第一分离器v20，还包括第一增压机et20c、第二膨胀机et21和第二增压机et21c。第一膨胀机做功为第一增压机提供动力；第二膨胀机做功为第二增压机提供动力。复热后的所述低压富氮蒸气流e(即5.5bara的低压高纯氮气产品e’)输送至氮液化器的第一氮气压缩机c21，所述氮液化器与高压塔相连使得所述氮液化器接收来自高压塔顶部的低压富氮蒸气流e。在氮液化器中，包含低压富氮蒸气流e的第一氮气j经过第一氮气压缩机c21增压达到30bara，分为两部分：(1)第一部分第一氮气j1连续进入第一增压机et20c和第二增压机et21c增压达到65bara，经过增压机的冷却器et20ce和et21ce冷却后进入第二换热器e20并分为两股；第一部分第一氮气j1的第一股j11经过第二换热器e20冷却成富氮液流，引出后经过节流至5.5bara连接至第一分离器v20；第一部分第一氮气j1的第二股j12由第二换热器e20中间位置抽出进入第二膨胀机et21进行膨胀，形成5.5bara的第二涡轮排气流j12’并连接至第一分离器v20；所述送入第一分离器v20的流股的气相和液相在第一分离器v20中分开以形成第一气相流k和第一液相流l；第一气相流k返回第二换热器e20复热后，与低压富氮蒸气流e合并输送至第一氮气压缩机c21的入口；(2)第一氮气j的第二部分j2经过第二换热器e20部分冷却后，由第二换热器中间位置抽出进入第一膨胀机et20进行膨胀，形成约5.5bara的第一涡轮排气流j2’并返回第二换热器，在第二换热器e20中与第一气相流k合并进行复热。所述第一氮气j至少由低压富氮蒸气流e，第一气相流k及第一涡流排气流j2’构成；所述在氮液化器中液化产生的富氮液流主要由第一液相流l构成。

本实施例中，所述氮液化器还包括第二氮气压缩机c20、第三换热器e21和第二分离器v22。复热后的所述超低压富氮蒸气流b(1.1bara的超低压高纯氮气产品b’)输送至氮液化器的第二氮气压缩机c20，所述氮液化器与低压塔相连使得所述氮液化器接收来自低压塔顶部的超低压富氮蒸气流b。在氮液化器中，包含超低压富氮蒸气流b的第二氮气m经过第二氮气压缩机c20增压达到5.5bara，与所述第一气相流k合并输送至第一氮气压缩机c21的入口；至少部分第一液相流l经过节流至约1.1bara连接至第二分离器v22，在第二分离器中气相和液相分开以形成第二气相流n和第二液相流o；第二气相流n返回第二换热器e20复热后，与超低压富氮蒸气流b合并连接至第二氮气压缩机c20的入口；第二液相流o连接至第三换热器e21与至少部分第一液相流l进行换热后，与第二气相流n合并返回第二换热器。所述第二氮气m至少由超低压富氮蒸气流b，第二气相流n及换热后的第二液相流o构成。

所述低压富氮蒸气流e和超低压富氮蒸气流b在氮液化器中液化产生富氮液流(主要由第一液相流l构成)，并且至少部分所述富氮液流p导入到高压塔和/或低压塔中，至少另一部分所述富氮液流s导入到液氮储罐中。考虑到富氮液流在远距离输送至液氮储罐的过程中会出现冷量的损失而被汽化，所以增加了所述第三换热器e21和第二分离器v22，主要为了使得至少部分第一液相流s被进一步冷却。

参考图3，出于示例的目的描述了本发明改造的空气分离装置与氮液化器连接的优选设备结构示意图。来自高压塔k01顶部5.5bara的低压富氮蒸气流e和来自低压塔k02顶部1.1bara的超低压富氮蒸气流b经第一换热器e01复热后，分别连接至氮液化器的第一氮气压缩机c21和第二氮气压缩机c20。所述低压富氮蒸气流e和超低压富氮蒸气流b在氮液化器中液化产生富氮液流，至少部分所述富氮液流p经过节流，与从高压塔k01顶部抽取的高纯液氮i合并送入低压塔k02顶部做回流液，至少另一部分所述富氮液流s导入到液氮储罐中。从低压塔底部的冷凝器-再沸器e02中抽取超低压高纯液氧，其中一部分高纯液氧q通过使用第一泵(液氧泵)p03增压至高压，然后进入第二换热器e20中复热后作为高压高纯氧气产品q’输出，至少另一部分超低压高纯液氧g通过后备泵p02加压，然后经过冷器e03过冷后形成低压高纯液氧g’送入液氧储罐。本实施例可以充分利用氮液化器中的第一氮气压缩机和增压机产生用于蒸发高压高纯液氧q的约65bara的至少部分增压后的富氮蒸气流j1(第一氮气j至少由低压富氮蒸气流e构成)。此外，本实施例可以通过第一氮气压缩机c21和第二氮气压缩机c20产生至少一股高纯氮气产品，从而替代现有技术中的氮气产品压缩机c50；同时由于第二换热器e20中流股发生变化，所用氮液化器的第二换热器e20的设计相较于图2需要做调整。

参考图4，出于示例的目的描述了本发明改造的空气分离装置与氮液化器连接的另一优选设备结构示意图。来自高压塔k01顶部5.5bara的低压富氮蒸气流e和来自低压塔k02顶部1.1bara的超低压富氮蒸气流b经第一换热器e01复热后，分别连接至氮液化器的第一氮气压缩机c21和第二氮气压缩机c20。所述低压富氮蒸气流e和超低压富氮蒸气流b在氮液化器中液化产生富氮液流，并且至少部分所述富氮液流p经过节流，与从高压塔k01顶部抽取的高纯液氮i合并送入低压塔k02顶部做回流液，至少另一部分所述富氮液流s导入到液氮储罐中。从低压塔底部的冷凝器-再沸器e02中抽取超低压高纯液氧，其中一部分高纯液氧q通过使用第一泵(液氧泵)p03增压至中压，然后进入第一换热器e01中复热后作为中压高纯氧气产品q”输出，至少另一部分超低压高纯液氧g通过后备泵p02加压，然后经过冷器e03过冷后形成低压高纯液氧g’送入液氧储罐。本实施例可以充分利用氮液化器中的第一氮气压缩机产生用于蒸发中压高纯液氧q的约30bara的至少部分增压后的富氮蒸气流r(至少由低压富氮蒸气流e构成)，所述至少部分增压后的富氮蒸气流r经过第一换热器e01被送回高压塔k01的顶部。本实施例可以通过第一氮气压缩机c21和第二氮气压缩机c20产生至少一股高纯氮气产品，从而替代现有技术中的氮气产品压缩机c50；此外，由于第一换热器e01中流股发生变化，所用第一换热器e01的设计需要做相应的调整。

能理解的是，根据本发明也可采用其他氮液化器的设计。例如，可以使用非常简单的氮液化器，其中富氮蒸气流以非常节能的方式独自被压缩、膨胀和液化。然而，本发明主要在于利用氮液化器中现有的压缩机和/或增压机提供具有匹配压力的至少部分增压后的富氮蒸气流用于蒸发加压后的液氧产品流，从而在全低压流程中生产较高压力的气态氧气产品，而且可以节省一台现有技术中的氮气产品压缩机c50；此外，液氧产品流的蒸发过程可以在空气分离装置的主换热器中进行，也可以在氮液化器的换热器中进行；由于换热器中流股发生变化，所用换热器的设计需要做相应的调整。

本说明书中所述的只是本发明的较佳具体实施例，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明的限制。凡本领域技术人员依本发明的构思通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本发明的范围之内。