专利名称：通过低温蒸馏来分离空气的设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及ー种用于通过低温蒸馏来分离空气的设备。特别地，本实用新型涉及ー种使用具有两个塔顶冷凝器的单个塔来生产气态氮和可能的液氮的设备。
背景技术：
从US-A-5711167已知类似设备。然而，本实用新型与US_A_5711167的设备的不同之处在于再循环富氮气体在位于氮压缩机下游和塔上游的主热交換器中被冷却
实用新型内容
根据本实用新型的ー个目的，提供了一种通过低温蒸馏来分离空气从而生产氮产品的设备，该设备包括(a)用干与供给空气蒸馏产品相互作用来冷却供给空气流的热交換器；(b)用于将所述供给空气分离为第一富氮蒸气和富氧液体的蒸馏塔以及用于将所述供给空气传送到所述蒸馏塔的第一高度/位置的装置；(C)第一冷凝器，该第一冷凝器能够通过与所述第一富氮蒸气的一部分间接进行热交换来使所述富氧液体气化，以形成富含氧的液体和第二富氮蒸气；(d)用于提取所述富含氧的液体并且将所述富含氧的液体输送到第二冷凝器的装置；(e)用于提取所述第二富氮蒸气并且将这种富氮蒸气输送到再循环压缩机的装置；(f)位于所述第二冷凝器中的间接热交換装置，用于提供所述富含氧的液体的气化，以产生废料流；(g)用于提取所述废料流并且将所述废料流输送到所述热交換器的装置；(h)用于压缩所述第二富氮蒸气的压缩机；(i)用于将所述经压缩的第二富氮蒸气传送到所述蒸馏塔的第二高度的装置；所述第一和第二高度通过至少一个理论级分离，和(j)用于将所述第一富氮蒸气的一部分输送到所述热交換器以进行升温的装置，所述设备的特征在于，其包括用于将所述第二富氮蒸气从压缩机出口传送到热交换器以便进行冷却的装置和用于将经冷却的第二富氮蒸气从热交換器传送到蒸馏塔的第ニ高度的装置。根据其它可选特征-所述设备可包括膨胀装置和用于在去除位置从所述热交換器提取所述废料流并且将所提取的废料流从热交換器传送到膨胀装置的装置。-所述热交換器设计成使得在使用中，用于待传送到膨胀装置的废料流的去除位置的温度高于第二富氮蒸气从压缩机被传送到热交換器的温度。-所述热交換器设计成使得在使用中，所述废料流被输送到热交換器的位置的温度低于第二富氮蒸气从压缩机被传送到热交換器的温度。-所述压缩机位于用于隔离蒸馏塔和/或热交換器的冷箱内。-用于将经冷却的第二富氮蒸气从热交換器传送到蒸馏塔的第二高度的装置是用于将经冷却的第二富氮蒸气从热交換器的冷端传送到蒸馏塔的第二高度的装置。
现将參考附图更详细地描述本实用新型。图I是描绘了主要的エ艺流和设备构件的本实用新型的一个实施例的示意图。
具体实施方式
參照附图，其中描绘了本实用新型的优选实施例，供给空气流2在主热交換器10中被冷却并且在供给管路4中被输送到蒸馏塔20的第一高度。在输送到蒸馏塔之前，利用众所周知的技术干燥并净化供给空气流，所述技术可包括例如吸收器、过滤器、附加热交換器等。在蒸馏塔20中，氧在蒸馏区段17中被剥离并且在该蒸馏区段上方形成第一富氮蒸气。在蒸馏塔20的底部处提取富氧液流6，该富氧液流被膨胀并经由管路7输送到冷凝器区段30。第一冷凝器区段30包括第一再沸器/冷凝器50，其中来自蒸馏塔的第一富含氮的蒸气的第一部分经由管路31被输送，通过与富氧液流和氮冷凝物间接进行热交换而被冷凝，并且在管路32中作为回流返回蒸馏塔。如果需要的话，氮冷凝物的一部分23可作为液氮产品被提取。冷凝器区段30中的富氧液流的一部分的气化引起冷凝器区段30的壳体中的液相和富氮蒸气相。具有不同组分的这些相中的每ー相均被进ー步处理，以提供氮产品的高效回收。形成在第一冷凝器区段30中的液体被提取，至少部分被膨胀，并且经由流8被输送到包括再沸器/冷凝器60的第二冷凝器区段40。来自第一冷凝器壳体的富含氧的液体的至少一部分通过与来自蒸馏塔的富氮蒸气的至少一部分间接进行热交换而在第二冷凝器40中气化。该第二部分富氮蒸气经由管路21被输送到再沸器/冷凝器60并且在冷凝器40中产生经冷凝的富氮液体，经由管路22从冷凝器40提取该经冷凝的富氮液体。可选地，可经由管路23从所述第二冷凝器提取液氮产品。根据本实用新型，经气化的富氧废气流41与其它エ艺流相互作用升温而形成升温的废气流42。升温的废气流42的至少一部分在膨胀装置80中膨胀而形成膨胀的废料流45，膨胀的废料流45在主热交換器中被进ー步升温并且此后作为废气流47，WG从该エ艺被提取。形成在第一冷凝器区段30中的蒸气在管路12中被提取并且在还没有被升温的情况下输送到压缩机70，并且在压缩后，经压缩的再循环流13在主热交換器10中冷却而形成经冷却的再循环流，该经冷却的再循环流在管路14中在第二高度处被输送到蒸馏塔。根据本实用新型，从冷凝器30提取的蒸气流12与供给空气相比具有高的氧含量，并且优选该流在压缩后被再循环到管路4中主供给空气的供给位置(第一高度)下方至少ー个理论级的位置。[0032]通常，所述再循环流12、14包含介于25%mol.与29%mol.(摩尔百分比)之间的氧并且所述废料流41、42、45包含超过46%mol.的氧。优选地，蒸馏区段19设置在主空气供给位置与蒸馏塔中再循环流14返回的位置之间。在本实用新型的优选实施例中，膨胀装置80机械地联接至压缩机70，使得膨胀能量的至少一部分被直接用于压縮，并且压缩机70优选为与膨胀装置80机械地集成的制冷压缩机。气态氮产品从蒸馏塔20的顶部被提取并在管路26中输送到主热交換器被升温并且可在管路27中作为气态氮产品获得。除了其它因素，本实用新型的エ艺和设备与如在US-A-5711167中公开的现有技术相比的优点源自于经压缩的再循环流13首先在主热交換器10中被冷却然后被传送到蒸馏塔20的特征。因此，废气流42的温度高于现有技术中的温度。在涡轮的出ロ处的温度 远离其露点，从而减轻了由于在涡轮出口中或其附近形成液体而引起的液体侵蚀的风险。由于前述的较高的入口温度，涡轮能够生成比现有技术多I. 08%的冷能。这允许氮压缩机70处理较高流量的再循环气体。因此，回收率提高了 2. 15%，并且额定功耗比现有技术减少2. 31%。示例本实用新型的エ艺已对具有处于0. 90MPa (G)和IOppb氧纯度的16，OOONmVh的
氮产品流的氮发生器进行模拟。在0. 93MPa (G)的压カ和53°C的温度下为27，730Nm3/h的干燥且清洁的环境空气流(基本没有水分和CO2)(流2)在经由流4进入蒸馏塔20的中间级之前在交換器10中被冷却到-163. 2°C的温度。包含37. 5%mol.的氧的27，337Nm3/h的富氧液流经由流6从塔20的底部被提取，经阀膨胀，并且经由流7被供给到主气化器壳体30。具有15，600_3/11的流量和28.37%氧的气态富氧再循环流12在0.5110^ (G)和-170°C下离开主气化器30。流12然后在再循环升压器70中被压缩到0.92MPa (G)和_150°C的温度并且此后在交換器10中被冷却到-163. 2°C的温度，被供给到塔20的底部。被供给到主冷凝器30的富氧液体的余量(balance)经由流8被提取并且在辅助冷凝器40中气化。该气态富氧废料流41在主热交換器10中从_170°C升温到_140°C，在涡轮80中膨胀，然后重新进入主交換器10，在这里它被升温到53°C。废料流47具有11，670Nm3/h的流量并且包含49. 46%mol.的氧。处于0. 92MPa (G)和-169. 1°C的具有16，OOONmVh的流量的气态氮流经由流26从蒸馏塔20的顶部被提取，在交換器中升温，并且通过流27作为处于0. 9IMPa (G)和53°C的产品被输送。
权利要求1.一种通过低温蒸馏来分离空气从而生产氮产品的设备，包括 (a)用于与供给空气蒸馏产品相互作用来冷却供给空气流的热交换器(10)； (b)用于将所述供给空气分离为第一富氮蒸气和富氧液体的蒸馏塔(20)以及用于将所述供给空气输送到所述蒸馏塔(20)的第一高度的装置； (c)第一冷凝器(50)，所述第一冷凝器能够通过与所述第一富氮蒸气的一部分间接进行热交换来使所述富氧液体气化，以形成富含氧的液体和第二富氮蒸气； (d)用于提取所述富含氧的液体并且将所述富含氧的液体输送到第二冷凝器￠0)的装置⑶； (e)用于提取所述第二富氮蒸气并且将这种富氮蒸气输送到再循环压缩机(70)的装置； (f)位于所述第二冷凝器中的间接热交换装置，用于提供所述富含氧的液体的气化，以产生废料流； (g)用于提取所述废料流并且将所述废料流输送到所述热交换器的装置(41)； (h)用于压缩所述第二富氮蒸气的所述压缩机(70)； (i)用于将经压缩的第二富氮蒸气传送到所述蒸馏塔(20)的第二高度的装置；所述第一高度和第二高度通过至少一个理论级分离，和 U)用于将所述第一富氮蒸气的一部分输送到所述热交换器以进行升温的装置(26)， 其特征在于，所述设备包括用于将所述第二富氮蒸气从压缩机出口传送到所述热交换器以进行冷却的装置以及用于将经冷却的第二富氮蒸气从所述热交换器传送到所述蒸馏塔的所述第二高度的装置。
2.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述设备还包括膨胀装置和用于在去除位置从所述热交换器提取所述废料流并且将所提取的废料流从所述热交换器传送到所述膨胀装置(80)的装置。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述热交换器设计成在使用时用于待传送到所述膨胀装置的废料流的去除位置的温度高于所述第二富氮蒸气从所述压缩机被传送到所述热交换器的温度。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述热交换器设计成在使用时所述废料流被输送到所述热交换器的位置的温度低于所述第二富氮蒸气从所述压缩机被传送到所述热交换器的温度。
5.根据权利要求I或2所述的设备，其特征在于，所述压缩机(70)位于用于隔离所述蒸馏塔(20)和/或所述热交换器(10)的冷箱内。
6.根据权利要求I所述的设备，其特征在于，所述用于将经冷却的第二富氮蒸气从所述热交换器传送到所述蒸馏塔的所述第二高度的装置是用于将所述经冷却的第二富氮蒸气从所述热交换器的冷端传送到所述蒸馏塔的所述第二高度的装置。
专利摘要本实用新型涉及一种通过低温蒸馏来分离空气从而生产氮产品的设备，该设备包括热交换器(10)，用于与供给空气蒸馏产品相互作用来冷却供给空气流；用于将所述供给空气分离成第一富氮蒸气和富氧液体的蒸馏塔(20)以及用于将所述供给空气传送到具有两个塔顶冷凝器(50，60)的所述塔(20)的第一高度的装置；用于从冷凝器去除富氮蒸气并且将这种富氮蒸气输送到再循环压缩机(70)的装置；用于将富氮蒸气从压缩机出口传送到热交换器以进行冷却的装置和用于将经冷却的富氮蒸气从热交换器传送到塔的装置。
文档编号F25J3/04GK202648307SQ20122006038
公开日2013年1月2日 申请日期2012年2月23日 优先权日2012年2月23日
发明者内山梢, 杨珍 申请人:液化空气(杭州)有限公司