氮气生产方法及装置的制作方法

专利名称：氮气生产方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过低温精馏在精馏塔中分离气体混合物以生产氮气产 物的方法和装置，其中蒸发由塔底馏分构成的富氧液体，同时冷凝含有 氮气的塔顶馏分以形成精馏塔回流。更特别的，本发明涉及这样一种方 法和装置，其中富氧液体被连续蒸发，以及由富氧液体连续蒸发产生的 富氮蒸气相被冷却并随后再引入塔中以提高氮气回收率。
背景技术：
可以通过低温精馏从包括氮气和氧气的气体混合物，例如空气中分 离氮气。典型的，压縮并净化过的空气流体被冷却至适合其精馏的温 度，随后在精馏塔中精馏产生塔顶富氮蒸气和塔底富氧馏分。通过冷凝 一些富氮蒸气产生塔的回流。该冷凝通过富氮蒸气流体和富氧塔底馏分 流股间接换热完成。部分液体可作为产物。
富氧塔底产物的最终蒸发产生废弃流股。该废弃流股和氮气产物流 股通过主换热器以冷却进料的压縮和净化过的空气。通过在主换热器中 部分加热废弃流股、废弃流股通过透平膨胀机以及随后在主换热器中加 热废弃流股，可提供制冷。
一般地，用于富氧液体与富氮蒸气换热的冷凝器性能是低效率的。 蒸发的富氧液体流体与冷却的塔顶氮气馏分之间存在过量的温度差。因 而，大部分因为在冷凝器的换热，该方法消了耗额外的压縮功。另外 的，精馏塔塔底附近存在过量的成分梯度。特别地，很少的级内出现快 速的成分变化。这样的急剧的成分变化对应于转变为无效功的大量的热 力学不可逆性。现有技术中，大量努力主要集中于冷凝器操作和塔回 收。
US4867773和US4872893详述了类似的方法，涉及单塔氮气精馏方 法，其中至少部分蒸发的富氧塔底馏分被加热、压縮并再循环到塔中。 回流流体以比进料空气低的位置进料。改进的效果使得塔顶冷凝器更有效操作以增加氮气回收。
US4883519说明了另一种单塔氮气精馏方法，其中塔顶馏分氮气通 过两个换热器冷凝。该方法中，富氧塔底馏分流体减压至第一压力并部 分蒸发。产生的蒸气再循环至主空气压縮机。剩余的富氧液体进一步减 压并引入第二低压换热器中充分蒸发。至少部分生成的蒸气引入涡轮膨 胀机用于冷凝生产。
US4927441公开了另一种单塔氮气方法，其类似于US4883519中所 公开的。在该设置中，富氧塔底馏分减压至第一压力并随后引入分离容 器，其含有包含如填料的传质元件的小的传质部分。该传质塔部分用于 在流体减压和引入第二换热器之前进一步富集流体中的氧气。该装置的 优点在于产生在传质部分产生的塔顶馏分与空气构成非常接近，因此可 通过主空气压縮机再利用，而没有相应的构成混合损失。
US5711167公开了一种单塔氮气方法，其中两个塔顶冷凝器用于通 过富氧液体连续蒸发产生精馏塔的回流。在两个塔顶冷凝器之一中进行 的富氧液体第一部分蒸发中，产生的蒸气在制冷压縮机中被压縮并引回 精馏塔底部。在第二冷凝器中进行的富氧液体第二次部分蒸发产生的富 氧废弃物在排放前加热并膨胀。至少部分膨胀的轴功引入制冷压縮。
US5899093详述了一种方法，其中富氧塔底馏分首先被部分减压并 弓I入精馏器型冷凝器。产生于冷凝器中的富氧塔底馏分分离出富氮气 体，并通过在空气压縮机中进行气体压縮来回收分离的富氮气体。更加 富氧的剩余流体进一步减压并用于冷凝来自塔的塔顶馏分氮气的额外部 分。更加富氧的剩余流体进一步减压并用于冷凝来自塔的塔顶馏分氮气 的额外部分。首选部分蒸发获得的氮气馏分再循环至气体压縮机，随后 到塔。
US5934106和US5868006公开了一种单塔氮气发生器，其中塔顶馏 分氮气被来自塔系统的两个流体冷凝。第一富氮类空气的液体流体蒸发 并再压縮回塔中。第二富氧塔底馏分流体从塔中提出并也被蒸发。第二 蒸发馏分被加热并随后膨胀。膨胀功提供第一循环流体的制冷压縮需要 的轴功。
要讨论的是，本发明涉及通过空气或其他含有氧气和氮气的气体在精馏塔中的低温精馏，回收富氮蒸气的方法，其中至少部分由液体塔底 馏分构成的富氧液体流体连续蒸发中产生的富氮液体冷凝物被引入精馏 塔，以在能量效率和成本效率方式增加富氮蒸气的蒸气生成。

发明内容
本发明提供一种分离包括氮气和氧气的气体混合物以生成氮气产物 的方法。按照该方法，由气体混合物构成的净化过的、压缩并冷却的气 体流体引入精馏塔以生成塔顶富氮蒸气和富氧液体塔底馏分。至少部分 由富氧液体塔底馏分构成的第一富氧液体流体减压并随后在第一换热器 中部分蒸发。蒸气相从由第一富氧液体流体部分蒸发形成的液相脱离。 至少部分由液相构成的第二富氧液体流体减压并随后通过与至少一部分 由蒸气相构成的蒸气相流体在第二换热器中间接换热而部分蒸发。这充 分冷凝气相流体以形成富氮液体流体。
由塔顶富氮蒸气构成的塔顶富氮流体的第一部分在第一换热器中冷 凝，塔顶富氮流体的第二部分在第三换热器中冷凝。塔顶富氮流体的第 二部分的冷凝通过与第二富氧流体在其部分蒸发之后间接换热进行，从 而进一步蒸发第二富氧流体。至少部分塔顶富氮流体冷凝之后作为回流 回到精馏塔。
至少部分富氮液体流体随后在净化过的、压縮并冷却的流体上方引 入精馏塔。产物氮气流体产生于富氮蒸气部分。
第一富氧液体流体可通过与氮气产物流体和由第二富氧液体流体进 一步蒸发之后的蒸气馏分构成的废弃流体进行间接换热而被过冷。由气 体混合物构成的压縮并 净化过的流体可通过与氮气产物流体和富氧流体 过冷之后的废弃流体、以及如果存在的第二部分富氮蒸气流体在其压縮 之前间接换热而冷却。压縮和净化过的流体冷却从而形成至少部分净化 过的、压缩并冷却的流体。
在本发明的一个具体实施例中，蒸气相流体的第一部分可在第二换 热器中充分冷凝以形成富氮液体流体，并且气相流体的第二部分可被温
热(warm)、压縮和冷却并再循环至精馏塔。通过在温热和压縮之后将 蒸气相流体的第二部分与压縮并净化过的流体结合以形成合并的压縮并 净化过的流体来完成冷却和再循环。在该实施例中，合并的压縮并净化过的流体被氮气产物流体、废弃流体和富氮蒸气蒸气流体的第二部分冷 却。同样地，蒸气相流体的第二部分通过与压縮并净化过的流体联合而 冷却并再循环回精馏塔。
优选的，废弃流体和氮气产物流体以及如果存在的富氮蒸气流体在 其压縮之前，都与压縮并净化的流体在主换热器内间接换热。废弃流体 可在主换热器中部分温热并随后膨胀做功产生排出流体。排出流体再引 入主换热器并完全温热以制冷低温精馏过程。应注意到此处以及权利要 求中使用的术语"部分温热"意为废弃流体被温热至介于主换热器热端和 冷端温度之间的温度。此处以及权利要求中使用的术语"完全温热"意为 完全温热至主换热器热端的温度。
富氮液体流体的压力可在充分冷凝之后并在引入精馏塔之前调节。 该调节可通过充分冷凝之后机械泵送富氮液体流体或膨胀富氮液体流体 完成。
另 一方面，本发明提供一种分离包括氮气和氧气的气体混合物以生 成氮气产物的装置。由本发明的这个方面，精馏塔与主换热器连接以精 馏由气体混合物构成的净化过的、压縮并冷却的流体，产生塔顶富氮蒸 气和富氧液体塔底馏分。
第一阀门用于减压包括至少部分富氧液体塔底馏分的第一富氧流 体。第一换热器连接于第一阀门以部分蒸发第一富氧液体流体，并且相 分离器连接于第一换热器以从第一富氧流体部分蒸发形成的液相中分离 气相。第二阀门连接于相分离器以减压包括至少部分液相的第二富氧液 体流体，并且第二换热器连接于第二阀门和相分离器，以通过与至少部 分由第一富氧流体部分蒸发所形成蒸气相构成的蒸气相流体间接换热而 部分蒸发第二富氧液体流体。这充分冷凝了蒸气相流体以产生富氮液体 流体。第三换热器与第二换热器串联操作以进一步蒸发第二富氧液体流 体。
精馏塔连接于第一换热器和第三换热器以冷凝由塔顶富氮蒸气构成
的至少部分塔顶富氮流体，并在冷凝之后将至少部分塔顶富氮流体作为
回流送回到精馏塔。
第二换热器连接于精馏塔以引导至少部分富氮液体流体在净化过的、压縮并冷却的流体上方进入精馏塔。提供用于提取形成于部分塔顶 富氮蒸气的产物氮气流体的设备。
在本发明的一个具体实施例中，可以提供主换热器以冷却由气体混 合物构成的压縮并净化过的流体，从而形成净化过的、压縮并冷却流 体。在选择性的实施例中，第二换热器可连接于相分离器，使得蒸气相 流体的第一部分在第二换热器中充分冷凝以形成富氮液体流体。压缩机 可与相分离器流体相连，并连接于主换热器，主换热器可被设计成使得 蒸气相流体的第二部分在主换热器中温热并在压縮机中压縮。该选择性 实施例中的主换热器也同时与压縮并净化过的流体和压縮机流体相连， 使得蒸气相流体的第二部分与压縮并净化过的流体结合以形成结合的压 縮并净化过的流体。该实施例中，压縮并净化过的流体在主换热器中冷 却以形成净化过的、压縮并冷却的流体。
过冷器可连接于精馏塔，使得第一富氧液体流体通过与氮气产物流 体和由第二富氧液体流体进一步蒸发之后的蒸气馏分构成的废弃流体间 接换热而过冷。主换热器也连接于过冷器并被设计成使得压縮并净化过 的空气流体通过与氮气产物流体和第一富氧流体过冷之后的废弃流体间 接换热冷却。如果存在的，气相流体的第二部分也用于冷却结合的压缩 并净化过的空气流体。
优选的，主换热器也可被设计成使得废弃流体在主换热器中部分温 热，并且排出流体在主换热器中完全温热，以冷却该装置。膨胀机连接 于主换热器使得部分温热之后的废弃流体在膨胀机中膨胀做功，以生成 排出流体。
泵可放入第二换热器和精馏塔之间，以在充分冷凝之后和进入精馏 塔之前加压富氮液体流体。选择性的，第三阀门可放入第二换热器和精 馏塔之间，以在充分冷凝之后和进入精馏塔之前减小富氮液体流体的压 力。泵或阀门的选择将取决于第二冷凝器和富氮液体进料位置之间的高 度差产生的重力压头。
本发明的方法和装置两方面的描述中显然的是，富氮液体至塔的回 流有利于增加富氮蒸气的产生。这也减少了塔底组分的变化以使得操作 线更接近气液平衡曲线，从而产生更高的效率。这减小了转化为减少压縮需求的损失功。用于塔回流的富氧液体流体和富氮蒸气的间接换热可 通过三级蒸发方法减小间接换热流体的记录设备温差从而比现有技术中 更有效的完成。这获得比现有技术中完成的更有效的方法。


说明书确定的权利要求清楚地指出了申请人认为的其发明的主题， 相信本发明与附图联系起来将更好的被理解，其中
图1为可用于进行本发明中的方法的装置的示意性的工艺流程以及
图2为图1的选择性实施例。 详细描述
如图1所示，表示了用于进行本发明中方法的装置1。 包含氮气和氧气构成的压縮并净化过的流体10,例如空气，在主换 热器12中冷却以形成净化过的、压縮并冷却的流体13,并随后引入精
馏塔14用于分离氧气和氮气。精馏塔14中，净化过的、压縮并冷却的 流体13被精馏并分离为富氧液体塔底馏分16和塔顶富氮蒸气18。由富 氮蒸气18构成的产物流体20可在主换热器12中完全温热，并冷却压縮 并净化过的流体10。
精馏塔14包括传质接触部件，如通常布置在精馏塔14的塔底区域 22和位于塔底区域22上方的剩余区域24的规整填料或塔板。典型的， 精馏塔14在大约5bar至大约12bar绝对压力的压力范围操作。
压縮并净化过的流体IO可由其他方法完成的或现有技术已知的单元 操作最终生成，也可利用压縮机和预净化单元生成，所述预净化单元使 用吸附剂吸附水、二氧化碳和可在低温过程中冷凝或积聚的可能危险的 烃。可意识到的，压缩机和净化单元可用于与本发明连接。
压縮并净化过的流体10在大约饱和温度引入精馏塔14，其引入开 始形成始终富含氮气的上升的气相以形成塔顶富氮蒸气18。由塔顶富氮 蒸气构成的塔顶富氮流体26从精馏塔14提出并分成补充塔顶富氮流体 28和氮气产物流体20。然而可以理解，氮气产物流体20可从精馏塔14 分离提出。将被讨论的，补充塔顶富氮流体28冷凝产生引入精馏塔14的回流流体29,以形成与上升的蒸气相接触并始终富含氧气的下降的液 相，当其下降时形成塔底馏分的富氧液体16。
由富氧液体塔底馏分构成的第一富氧液体流体30在过冷换热器32 中可选择地过冷。产生的过冷液体压力由第一阀门34降低。通过第一阀 门34的第一富氧液体流体30随后在第一换热器36中部分蒸发，以形成 两相流体38。两相流体38中的液相和气相在相分离器40中分离为液相 42和气相44。应注意到，通过第一换热器36的富氧液体流体30可典型 的具有大约10%至大约40%之间的蒸气馏分，更优选大约30%。
包括液相42的第二富氧液体流体46利用第二阀门48减压，并随后 在第二换热器50中部分蒸发。通过第二阀门48的压降通常位于大约1.0 到1.5bar规格范围内。同样引入第二换热器50的是由充分冷凝以形成富 氮液体流体54的气相44构成的气相流体52。此处以及权利要求中使用 的术语"充分冷凝"意为流体具有通常超过大约95%体积的液体馏分。而 且，应注意到，该富氮液体流体的典型的组分为75至90%范围的氮
第二换热器50中部分蒸发之后的第二富氧液体流体46随后引入第 三换热器56，其表示为自然的热虹吸操作以进一步蒸发第二富氧液体流 体46，从而产生附图标记58所示的蒸气馏分，其作为废弃流体60排 出。在换热器50中部分蒸发之后，第二富氧液体流体46的蒸气馏分在 大约40%至大约60%范围，更优选的，大约45%至大约50%。
塔顶富氮流体28的第一部分62在第一换热器36中冷凝，第二部分 64在第三换热器56中冷凝产生液体流体66。至少部分结合的液体冷凝 流体66作为回流流体29回到精馏塔14。可选择的液体产物流体68也可 提取并引入合适的容器(未示出)。
可理解的，第一换热器36,第二换热器50和第三换热器56通常为 铜焊的铝换热器。可使用其他换热器类型，例如壳管类型。如果使用了 铜焊的铝换热器，第一换热器36和第三换热器56可整合在单独模块。 而且任何数量的换热器流通配置都可使用。换热器可为如图所示的一次 通过蒸发器，或者可设计为循环蒸发器。例如，所有换热器可设计为自 然和泵循环类型的热虹吸。可理解的，包含在与精馏塔14连接的容器70内的换热器56是沸腾流体由重力液压头引导的自然热虹吸。
应注意到，两相流体在铝换热器中的分配通常要求分离液体和蒸气 进口分配通道。为了促进该分配，进入第一换热器36的第一富氧液体流 体30以及进入第二换热器50的两相流体46可被相分离。此外，压縮并 净化过的流体10作为压縮和净化过的流体10部分冷凝产生的液相和气 相流体引入精馏塔14。在另一种变化中，第一换热器36和第二换热器 50可用于过冷其他流体的目的，如在送去存储之前的流体68。
相分离器40可为简单的气液分离容器。第二富氧液体流体46的富 氧程度可通过包含例如规整填料或塔板的传质介质得到增加。大量流体 可用于在允许情况下向相分离器40底部给予额外的热量以促进额外的氧 气富集。
富氮液体流体54在压縮并净化过的流体10位置上方引入精馏塔 14。这增加了富氮蒸气的生成并降低了精馏塔14底部区域的组分梯度。 可认识到，冷凝流体54中的氮气含量将高于富氧液体16中的含量，因 而其在精馏塔14的较高位置引入。应注意到，并非所有富氮液体流体 54都需要进入精馏塔14。部分的流体54可用于与流体10结合、蒸发并 温热和/或再循环、或引入容器70以控制换热器。
为了将富氮液体流体54引入精馏塔14，大多数情况下，需要压力 调整以通过设备72冷凝流体54。例如，进入精馏塔14的液体流体54的 压力太低时，设备72可为泵。如果使用泵，有利于使用容器提供额外的 液体停留时间。该容器优选使用小的蒸气排出线(必要时可连接于废弃 流体)。选择性的，如果由于冷箱中的组分放置使得冷凝流体54的静压 头足够，设备72可简单的为阀门。
如上所述，第一富氧液体流体30在过冷单元32中过冷，其可为铜 焊的铝换热器，实际上可为换热器12的一部分。第一富氧液体流体30 通过部分温热废弃流体60和氮气产物流体20而过冷。在被部分温热之 后，废弃流体60和氮气产物流体20引入主换热器12以冷却进入的压縮 并净化过的流体10。
从壳70排出的废弃流体60典型的可具有大约2至大约7bar的绝对 压力。在所示的实施例中，装置1通过在主换热器12中部分温热废弃流体60而冷却，以形成部分温热流体74并随后在透平膨胀机76中膨胀产 生排出流体78，该流体78在主换热器12中完全温热至接近环境温度和 压力，从而冷却装置1。膨胀的轴功可在通过温热的油压制动器膨胀或 消耗之前给予发生器和用于压縮空气、氮气或废弃流体60。应注意到， 部分的流体74可旁路通过涡轮76并使用阀门引入排出流体78。本发明 可能有其他冷却类型，包括，外部冷源或甚至现有技术中表述的空气膨 胀机。
如图2所示，富氮液体流体54由蒸气相流体52的第一部分52a构 成。蒸气相流体52的第二部分52b通过主换热器12，并随后在压縮机80 中压缩。在主换热器12'中完全温热之后，蒸气相流体52的第二部分 52b可随后与压縮并净化过的流体10结合以形成组合的压縮并净化过的 流体11。在主换热器12'中冷却之后，生成的净化过的、压縮并冷却的 流体13，引入精馏塔14。应注意到，类似的配置可涉及将部分温热的流 体74分开，以使部分流体压縮而返回另一部分至精馏塔14的底部。另 一个实现该目的的选择性的方案是通过主换热器12'的分离通道再循环蒸 气相流体52的第二部分52b回到精馏塔14。而且，废弃流体60可引入 另一个精馏区域或选择性的可被温热、压縮并随后作为类似过程的进 料。
本发明可用于任意数量的形成类似所述功能的精馏塔的结合。例 如，精馏塔14可使用辅助的再沸器以进一步增加和再循环。在该装置 中，额外的空气和氮气流体可压縮至较髙压力并在再沸器中冷凝，从而 提供额外的蒸气流体。
而且，精馏塔14可使用堆积和规整填料的结合。精馏塔14可分成 多个区域。如现有技术己知的，"回流泵"可用于将塔液体导入塔中和从 塔区域引出。在这点上，设备72可为用作回流泵和压力控制设备的机械 泵。
在本发明的另一可能的实施例中，其他富氧流体可从精馏塔14中提 取并加入作为富氧液体流体30的补充以对第一换热器36、第二换热器 50和第三换热器56的温度控制或减小大小。还可能利用本发明中不直接使用换热器12或12，(或前述的压縮和 预净化设备)的某些方面。例如，常规的单塔氮气发生器可用于生成净 化的、压縮并冷却的流体。该流体可由来自提取自与单塔氮气发生器联 合的冷凝器的蒸发的富氧塔底馏分获得。在这点上，单塔氮气发生器优 选在10至大约20bar的压力范围操作。精馏塔14可按上述操作。氮气产 物和废弃流体可按与如图l所述类似的方式通过主换热器。虽然本发明参照优选实施例进行描述，对于本领域技术人员来说， 大量变化和增加可在不离开如目前待审查的权利要求中阐明的本发明的 精神和范围内做出。
权利要求
1. 一种分离包括氮气和氧气的气体混合物以生成氮气产物的方法，所述方法包括将净化过的、压缩并冷却的气体流体引入精馏塔以生成塔顶富氮蒸气和富氧液体塔底馏分；减压包括至少部分富氧液体塔底馏分的第一富氧液体流体，在第一换热器中部分蒸发第一富氧液体流体，从第一富氧液体流体部分蒸发形成的液相中分离蒸气相，减压包括至少部分液相的第二富氧液体流体以及通过在第二换热器中与至少部分由液相构成的液相流体间接换热来部分蒸发第二富氧液体流体，从而充分冷凝至少部分蒸气相流体以形成富氮液体流体；由塔顶富氮蒸气构成的塔顶富氮流体的第一部分在第一换热器中冷凝，塔顶富氮流体的第二部分在第三换热器中通过与第二富氧流体在其部分蒸发之后间接换热进行冷凝，从而进一步蒸发第二富氧流体，至少部分冷凝的塔顶富氮流体作为回流回到精馏塔；至少部分富氮液体流体在净化过的、压缩并冷却的液体流体上方引入精馏塔；由塔顶富氮蒸气的部分生成产物氮气流体。
2. 如权利要求1所述的方法，进一步包括通过与氮气产物流体和包括第二富氧液体流体进一步蒸发之后的蒸 发馏分的废弃流体间接换热，从而过冷第一富氧液体流体；以及通过与氮气产物流体和富氧流体过冷之后的废弃流体间接换热，从 而冷却由气体混合物构成的压縮并净化过的流体，从而压缩并净化过的 流体形成至少部分净化过的、压縮并冷却的流体。
3. 如权利要求2所述的方法，其中废弃流体和氮气产物流体与压縮并净化过的流体在主换热器中间接 换热；废弃流体在主换热器中部分温热并随后膨胀做功以产生排出流体；以及排出流体再引入主换热器并完全温热以制冷低温精馏过程。
4. 如权利要求1所述的方法，其中富氧液体流体的压力在进入精馏 塔之前调整。
5. 如权利要求4所述的方法，其中富氮液体流体的压力通过机械泵 送富氮液体流体调整。
6. 如权利要求4所述的方法，其中富氮液体流体的压力通过富氮液 体流体阀门膨胀调整。
7. 如权利要求1所述的方法，其中蒸气相流体的第一部分在第二换热器中完全冷却以形成富氮液体流 体；以及气相流体的第二部分被温热、压縮和冷却并再循环回到精馏塔。
8. 如权利要求7所述的方法，其中第一富氧液体流体通过与氮气产物流体和废弃流体间接换热而过 冷；以及压縮并净化过的流体在压縮后与蒸气相流体的第二部分结合以形成 结合的、压縮并净化过的流体，并且在压縮之前，结合的压縮并净化过 的流体与与氮气产物流体和在过冷第一富氧液体流体和富氮蒸气流体第 二部分之后的废弃流体，进行间接换热而冷却，从而由结合的压縮并净 化过的流体形成净化过的、压縮并冷却的流体；其中蒸气相流体的第二部分通过与压縮并净化过的流体结合而被冷 却并再循环回到精馏塔。
9. 如权利要求8所述的方法，其中废弃流体、氮气产物流体和蒸气相流体的第二部分与压縮并净化过 的流体在主换热器中间接换热；废弃流体在主换热器中部分温热并随后膨胀做功以生成排出流体；以及排出流体再引入主换热器并完全温热以制冷低温精馏过程。
10. —种分离包括氮气和氧气的气体混合物以生成氮气产物的装置， 所述装置包括-连接于主换热器的精馏塔，以精馏由气体混合物构成的净化过的、压縮并冷却的流体，生成塔顶富氮蒸气和富氧液体塔底馏分；用于减压包括至少部分富氧液体塔底馏分的第一富氧液体流体的第 一阀门；连接于第一阀门的第一换热器，以蒸发第一富氧液体流体； 连接于第一换热器的相分离器，以从第一富氧液体流体部分蒸发形成的液相中分离气相；连接于相分离器的第二阀门，用于减压包括至少部分液相的第二富氧液体流体；连接于第二阀门和相分离器的第二换热器，以通过与由蒸气相的至 少部分蒸气相流体间接换热以部分蒸发第二富氧液体流体，从而充分冷 凝至少部分蒸气相流体并形成富氮液体流体；连接于第二换热器的第三换热器，以进一步蒸发第二富氧液体流体；连接于第一换热器和第三换热器的精馏塔，以冷凝由塔顶富氮蒸气 构成的至少部分塔顶富氮流体并在冷凝之后将至少部分塔顶富氮流体作 为回流返回至精馏塔；连接于精馏塔的第二换热器，以在净化过的、压縮并冷却的流体上 方将至少部分富氮液体流体引入精馏塔；以及提取包括部分塔顶富氮蒸气的产物氮气流体的设备。
11. 如权利要求10所述的装置，进一步包括主换热器，以冷却由气体混合物构成的压縮并净化过的流体，并形 成至少部分净化过的、压缩并冷却的流体；连接于精馏塔的过冷器，使得第一富氧液体流体通过与氮气产物流 体和由第二富氧液体流体进一步蒸发之后的蒸气馏分构成的废弃流体间 接换热，从而过冷；以及也连接于过冷器的主换热器，并被设计为使得压縮并净化过的流体 通过与氮气产物流体和在过冷第一富氧流体之后的废弃流体间接换热而 冷却。
12. 如权利要求11所述的装置，其中主换热器被设计为使得废弃流体和氮气产物流体与压縮并净化过的流体间接换热，废弃流体在主换热器中部分温热并且排出流体在主交换 器中完全温热以冷却该装置；以及膨胀机连接于主换热器，使得部分温热之后的废弃流体在膨胀机中 膨胀做功以生成排出流体。
13. 如权利要求10所述的装置，其中泵位于第二换热器和精馏塔之 间，以在充分冷凝之后和进入精馏塔之前加压富氮液体流体。
14. 如权利要求IO所述的装置，其中第三阀门位于第二换热器和精 馏塔之间，以在进入精馏塔之前减小富氮液体流体的压力。
15. 如权利要求11所述的装置，其中第二换热器连接于相分离器，使得蒸气相流体的第一部分在第二换 热器中充分冷凝，以形成富氮液体流体；压縮机与相分离器流体相连并与主换热器相连，主换热器也被设计 成使得蒸气相流体的第二部分在主换热器中温热并在压缩机中压縮；以 及主换热器同时与压縮并净化过的流体以及压縮机流动流体相连，使 得蒸气相流体的第二部分与压縮并净化过的流体结合以形成结合的压縮 并净化过的流体，结合的压縮并净化过的流体在主换热器中冷却以形成 净化的、压縮并冷却的流体。
16. 如权利要求15所述的装置，其中主换热器也设计成使得结合的 压縮并净化过的流体通过与氮气产物流体、第一富氧流体过冷之后的废 弃流体和蒸气相流体的第二部分间接换热而冷却。
17. 如权利要求16所述的装置，其中主换热器被设计成使得废弃流体和氮气产物流体与压縮并净化过的 流体间接换热，废弃流体在主换热器中部分温热并且排出流体在主换热 器中充分温热以冷却该装置；以及膨胀机连接于主换热器使得部分温热之后的废弃流体在膨胀机中膨 胀做功以生成排出流体。
全文摘要
从含有氮气和氧气的气体混合物中精馏氮气的方法和装置。富氧塔底液体在第一换热器中部分蒸发以冷凝部分塔顶馏分从而产生回流。此后，相分离部分蒸发的富氧液体。由至少部分液相构成的第二富氧液体流体被用于充分冷却得自所述相分离的全部或部分气体流，从而形成富氮液体流体。至少部分富氮液体流体再引入塔中以提高氮气回收。第二富氧液体流体随后用于冷却塔回流的第二部分。
文档编号F25J3/04GK101285640SQ20081010927
公开日2008年10月15日 申请日期2008年3月7日 优先权日2007年3月9日
发明者H·E·霍沃德 申请人:普莱克斯技术有限公司