專利名稱：空氣分離方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種藉空氣低溫精餾來分離空氣的方法和裝置，其中將空氣壓縮、預(yù)凈化、冷卻、輸至兩級精餾段，并分離成一種富氧餾份和一種富氮餾份，同時由精餾段低壓級抽出另一種富集氬的氧餾份，并在粗氬精餾段中分離成粗氬和一種難于沸騰的殘余餾份。
空氣分離的主產(chǎn)物氧和氮，可直接從兩級精餾段抽出。而沸點在氧沸點和氮沸點之間的氬，卻富集于精餾段低壓級的中間區(qū)域。在此部位，抽出一種基本由氧組成的餾份，大部分含于原料空氣中的氬就隨之而抽出。該餾份藉在粗氬塔中進行的精餾，分離成粗氬和一種液態(tài)殘余餾份。該殘余餾份則被回輸至低壓級。
由聯(lián)邦德國專利局公開說明書DE-OS-3436897，已知一種本說明書開頭所提及的那種方法。其中在兩級空氣精餾之后，而粗氬塔中得到氣態(tài)粗氬，它約有95%由氬組成，而且主要雜質(zhì)為約3%的氧和2%的氮(各百分比均為體積比)。用迄今已知的工藝，在通常只有約60塊精餾塔板的粗氬塔中進行精餾，只能不完全地除去氧，這是由于氬的沸點和氧的沸點挨得極近之故。這兩個沸點之差，例如在壓力為1bar時，為2.9K。
要制備含雜質(zhì)少于1%的純氬，就必須在將易揮發(fā)的氮于純氬塔中精餾分離出去之前，先將沸點比氬高得極為有限的氧，從以已知方法制得的粗氬中除去。
在已知方法中，從粗氬中分離出氧，是在所謂的Deoxo裝置中進行的。在該裝置中，使氧同與之混合的氫燃燒，并將由此產(chǎn)生的水在干燥器中分離掉。這樣一種工藝，舉例來說，已在聯(lián)邦德國專利局公開說明書DE-OS-3428968中予以公開。
這種Deoxo裝置是一種昂貴的裝置，并由于消耗相當(dāng)多的氫而首先使生產(chǎn)成本提高。當(dāng)在空氣分離裝置中進行的各化學(xué)過程中，無論如何也不產(chǎn)生氫時，要提供氰是特別費錢的事。
本發(fā)明的任務(wù)是，研制一種本說明書開頭所提及的那種以設(shè)備投資小和生產(chǎn)成本低為特色的工藝和裝置。
該任務(wù)通過至少使用150塊理論板進行粗氬精餾而得以解決。本發(fā)明尤為有利的發(fā)展是，將來自粗氬精餾段的粗氬，在純氬精餾段中分離成純氬和一種易于沸騰的殘余餾份。
迄今，在設(shè)計空氣分離裝置時，尚未認真考慮在氧約為1%的條件下來精餾分離氧和氬。這是由于這樣一種工藝因這兩種物質(zhì)的沸點差極小而極難實現(xiàn)，而且花銷很大。這種謹慎是以下面所要簡短闡明的、暫時明白易懂的論據(jù)為基礎(chǔ)的。
在其中要進行這樣一種分離的精餾塔中，其塔頂必須予以冷卻，以產(chǎn)生回流。對于這種塔頂冷卻，只能考慮采用來自增壓級的塔底餾份進行間接換熱，就象通常在粗氬精餾時也采用的那樣。在此情況下，塔底餾份在塔頂冷凝器中減壓，并在其中液化。來自所冷凝氣體的熱量在粗氬精餾塔塔頂中，經(jīng)間接換熱而予吸收。汽化的塔底餾份則被導(dǎo)入低壓塔。用此方法可產(chǎn)生回流的前提條件自然是，待冷卻塔的塔頂處氣體冷凝溫度要高于汽化的塔底液體汽化溫度。該溫度由各餾份的壓力所確定。其值均受低壓塔的壓力制約，這一方面因為待精餾的含氬餾份來源于低壓塔之故，另一方面因為用于冷卻的餾份緊接著被輸入低壓塔之故。對這兩股氣流中的任一股進行輔助壓縮，這在經(jīng)濟上是不合理的，因為這牽涉到比所得氬量大得多的輸送量。
空氣分離裝置中精餾塔的分離級幾乎僅靠塔板來實現(xiàn)分離。然而，一座能從氬中完全分離掉氧的精餾塔，必須包含數(shù)目大得可在塔內(nèi)產(chǎn)生很大壓差的塔板。因此，塔頂處壓力的下降，要大得使塔頂氣的冷凝溫度低于增壓塔塔底液體(30-40%氧)在低壓塔壓力(約1.4bar)時的氣體溫度。從而，不再有可能產(chǎn)生回流液體，在該塔中不能進行精餾。
按本發(fā)明，仍保留僅以精餾法來分離氧。在本發(fā)明裝置中放棄精餾板，以具特定結(jié)構(gòu)且在精餾塔內(nèi)僅產(chǎn)生極小壓降的填料或填充體抵之，藉此可使僅以精餾法分離氧成為可能。由于絲毫沒有關(guān)于具特定結(jié)構(gòu)的填料或填充體在空氣精餾時效果的經(jīng)驗值，所以可先憑在較大試壓裝置中所得的經(jīng)驗來評估，在此領(lǐng)域中，特別在粗氬塔中，采用填料的可行性，經(jīng)多次試驗已知，使用150至200之間，較佳約180的理論板數(shù)，可在符合經(jīng)濟要求的氬收率時，使粗氬中的氧含量小于1ppm。
尤為有利的是，這種氬精餾在粗氬塔就已進行。因此，粗氬塔雖然須建造得帶有高數(shù)目的分離級，并達較高的建筑高度。但是，由于不含氧的氬可直接輸給純氬精餾段，故而所產(chǎn)生的節(jié)約要比輔助支出大得多。不需要安裝用來消除殘留氧的Deoxo裝置。然而，本發(fā)明的主要優(yōu)點則在于，可完全省去Deoxo裝置的大筆運行費用及由該裝置所致的較大控制費用。
下面用附圖
中示意表示的實施例來更詳細地闡明本發(fā)明。該圖以簡化形式，示出一種按本發(fā)明僅用精餾法進行的空氣分離，并接著制取氬的工藝。
空氣經(jīng)由管道1被吸進縮氣機2，并在凈化級3中除去水蒸汽和二氧化碳。該空氣接著在換熱器4中為產(chǎn)品氣體逆流冷卻，并有一部分經(jīng)由管道5被輸入兩級精餾塔9的增壓塔10。該空氣的另一部分則在換熱器4中，在中等溫度時分出(管道6)，在渦輪機7中作功減壓，并經(jīng)由管道8輸向低壓塔11。
在冷凝蒸發(fā)器12中，出自增壓塔頂部的氣體逆蒸發(fā)著的低壓塔塔底液體而冷凝，并以回流形式供向增壓塔。氮以氣態(tài)(管道15)及液態(tài)(管道14)從增壓塔抽出。一部分以液體狀態(tài)被抽出的氮，經(jīng)由管道18作為回流液體供入低壓塔。塔底液體經(jīng)由管道18被抽出增壓塔，并在一部分經(jīng)由管道16被輸至低壓塔的中間部位。
氣態(tài)氮(管道20)和氣態(tài)氧(管道21)作為產(chǎn)物流從低壓塔被抽出，并接著在換熱器4中加熱到接近環(huán)境溫度。另一餾份經(jīng)由管道22離開低壓塔。該餾份含氧87-92%，較佳90%，含氬8-13。較佳10%，此外還含約0.05%氮，并被供入粗氬塔24的下部，粗氬塔24的塔頂冷凝器26籍經(jīng)由管道17從增壓塔10的塔底引過來的蒸發(fā)液體來冷卻。道管17中的塔底液體含35-40%氧，并在引入塔頂冷凝器26之前，被減壓到大約低壓塔的壓力。蒸發(fā)的部分經(jīng)由管道19被引入低壓塔。
粗氬塔24按本發(fā)明，裝有具特定結(jié)構(gòu)并相當(dāng)于理論板數(shù)為170-200，較佳約180的填料，并在1.2-1.6bar，較佳1.3bar的低壓塔壓力下工作。代替該填料，也可使用相似的低壓力損填料。僅還含約1ppm氧的氬以氣態(tài)形式經(jīng)由管道25被抽出。該氬的一部分在塔頂冷凝器26中予以液化，并以回流形式送回到粗氬塔中。其余部分的氬在粗氬液化器28中，在與來自增壓塔的蒸發(fā)氮29進行換熱的過程中，被冷凝。
由于按本發(fā)明建造的粗氬塔建筑高度很高(約30m)，所以可在管道40中利用從粗氬塔塔頂所抽出粗氬的流體靜位壓，來產(chǎn)生在純氬塔30中進行精細純化所需的壓力。
在同樣可象高大精餾塔9那樣，以常規(guī)方法用塔板建造的純氬塔中，留在粗氬中的氮被分離出來。該塔的塔底用經(jīng)由管道15從增壓塔引過來的氮氣來加熱。此時冷凝下來的氮31同從增壓塔以液態(tài)形式抽出的氮32一起用來冷卻純氬塔的塔頂。在純氬塔的塔頂處，氣體經(jīng)由管道34被抽出，并部分地在塔頂冷凝器33中液化，然后回流到純氬塔30中。其余部分經(jīng)由管道37作為殘余氣體予以排放，該殘余氣主要由氮組成。總計還含1-10ppm雜質(zhì)，最好還含3ppm雜質(zhì)的液態(tài)純氬，經(jīng)由管道39被抽出。
權(quán)利要求
1.藉空氣低溫精餾來分離空氣的方法，其中將空氣壓縮、預(yù)凈化、冷卻、輸至兩級精餾段，并分離成一種富氧餾份和一種富氮餾份，同時由精餾段低壓級抽出另一富集氬的氧餾份，并在粗氬精餾段中分離成粗氬和一種難于沸騰的殘余餾份，其特征在于，粗氬精餾用至少150塊理論板來進行。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，將來自粗氬精餾段的粗氬，在純氬精餾段中分離成純氬和一種易于沸騰的殘余餾份。
3.實施權(quán)利要求1所述方法用的裝置，該裝置包括一座由增壓塔和低壓塔組成的兩級精餾塔和一座粗氬塔，其特征在于，粗氬塔中裝有具有特定結(jié)構(gòu)的填料或填充體。
全文摘要
本發(fā)明記載了一種藉空氣低溫精餾來分離空氣的工藝和裝置，其中氬僅藉精餾來制取。粗氬塔(24)中至少配置150塊理論精餾板，才有可能在其中完全分離掉氧。
文檔編號F25J3/04GK1043196SQ8910884
公開日1990年6月20日 申請日期1989年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1988年12月1日
發(fā)明者威廉·羅德, 霍斯特·科杜安 申請人:林德股份公司