專利名稱：生產氮氣及液氮的低溫精餾方法
技術領域：
本發明一般涉及進料空氣的低溫精餾，更具體地說，涉及進料空氣低溫精餾生產氮的方法。
進料空氣的低溫精餾生產氮氣，一般利用一種或多種工藝物流如部分進料空氣的氣輪膨脹，提供驅動分離所需的致冷。這種氣輪膨脹系統有效，但耗能很大。通常生產氮氣時還希望生產液氮。這樣的系統就迫使整個低溫空氣分離工廠擔負很高的致冷負荷，因為相當大量的致冷要隨液氮帶出工廠。隨回收相應液體氮量的增加，這個問題加劇。而生產氮氣和液氮二者的系統，能做到耗費能量比當今技術所需的更少，是最有希望的。
因此本發明目的在于提供一種低溫空氣分離生產氮氣和液氮這兩種產品的方法，能夠做到消耗能量比已知方法所需用的更少。
本領域技術人員在閱讀本披露之后將會明白，以上和其它目的通過本發明均可達到，其一方面為一種通過進料空氣低溫精餾生產氮氣及液氮的方法包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過與所述進行冷卻的已被壓縮的多組分致冷劑流體的間接熱交換，來加熱該膨脹了的多組分致冷劑流體，并又與進料空氣的間接熱交換，來產生冷卻后的進料空氣；(B)、將冷卻后的進料空氣輸送至低溫精餾塔中，通過在低溫精餾塔內的低溫精餾，將進料空氣分離為富氮蒸氣和富氧液體；(C)、回收該富氮蒸氣的第一部分作為產品氮氣；(D)、冷凝第二部分的富氮蒸氣，生產富氮液體；以及(E)、回收至少一部分富氮液體作為產品液氮。
本發明的另一方面是
一種通過進料空氣的低溫精餾生產氮氣及液氮的方法包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過與所述進行冷卻已被壓縮的多組分致冷劑流體的間接熱交換，來加熱該膨脹了的多組分致冷劑流體，并又與進料空氣的間接熱交換，來產生冷卻后的進料空氣；(B)、將冷卻后的進料空氣輸送至第一低溫精餾塔中，并通過在第一低溫精餾塔內的低溫精餾，將進料空氣分離為富氮蒸氣和富氧流體；(C)、將富氧流體送至第二低溫精餾塔中，在第二低溫精餾塔內通過低溫精餾將富氧流體分離為較富氮的流體和較富氧的流體；(D)、回收至少一部分較富氮流體作為產品液氮；并(E)、回收至少富氮蒸氣和較富氮的流體中的至少一種作為產品氮氣。
這里所用術語“塔”指的是一種蒸餾或分餾塔，或蒸餾或分餾區，即一種接觸塔或接觸區，其中液相及蒸氣相進行逆流接觸，實現流體混合物的分離，例如可通過裝在塔內一系列垂直間隔的塔盤或塔板上及／或諸如結構式或亂堆式的填料單元上來進行蒸氣相與液相間的接觸。對蒸餾塔進一步的討論，可參考R．H．佩里及C．H．希爾頓合編的“化學工程師手冊”，第五版，第13節“連續蒸餾方法”(邁克格偌-席爾圖書公司(McGraw-Hill Book Company)，紐約)。
蒸氣液相接觸的分離過程取決于組分間的蒸氣壓差。高蒸氣壓(或高揮發性或低沸點)的組分傾向于在蒸氣相中濃縮，而低蒸氣壓(或低揮發性或高沸點)的組分傾向于在液相中濃縮。蒸餾是一種可利用液體混合物的加熱在蒸氣相中濃縮較易揮發組分，在液相中濃縮較難揮發組分的分離過程。部分冷凝是利用蒸氣混合物的冷卻在蒸氣相中濃縮易揮發組分及在液相中濃縮難揮發組分的方法的分離過程。精餾，或連續蒸餾，是將連續部分汽化及冷凝結合一起的分離過程，如通過對蒸氣相液相逆流處理所達到的那樣。蒸氣相與液相間的逆流接觸可以是絕熱的，或非絕熱的，并可包括相間積分(分段)或微分(連續)的接觸。利用精餾原理分離混合物的分離工藝裝置通常可互相通稱為精餾塔、蒸餾塔、或分餾塔。低溫精餾是一種至少部分溫度處于或低于150°K(絕對)下進行的精餾過程。
這里所用術語“間接熱交換”指的是，使兩流體無任何實體接觸或彼此互不混合情況下所進行的熱交換。
這里所用術語“膨脹”指實行壓力降低。
這里所用術語“產品氮氣”指氮濃度至少99％(摩爾)的氣體。
這里所用術語“產品液氮”指氮濃度至少99％(摩爾)的液體。
這里所用術語“進料空氣”指包括主要為氧及氮的一種混合物，諸如環境空氣。
這里所用術語“上部”和“下部”分別指一個塔的中點以上和以下的塔段。
這里所用術語“可變負荷致冷劑”指的是一種多組分流體，即兩種或多種組分其比例使這些組分的液相可在該混合物的泡點及露點間進行連續升溫變化的混合物。混合物的泡點是，在給定壓力下全部處于液相的混合物只要加熱就招致形成與液相平衡的蒸氣相的溫度。混合物的露點溫度指的是，在給定壓力下全部處于蒸氣相的混合物只要撤熱就招致形成與蒸氣相平衡的液相的溫度。因此，在混合物泡點與露點間的溫度區就是汽液兩相平衡共存區。在實施本發明中，對于該多組分致冷劑流體的泡點與露點間的溫差至少10°K，優選至少20°K，更優選至少50°K。
這里所用術語“碳氟化合物”指的是下述物質的一種四氟代甲烷(CF4)、全氟乙烷(C2F6)、全氟丙烷(C3F8)、全氟丁烷(C4F10)、全氟戊烷(C5F12)、全氟乙烯(C2F4)、全氟丙烯(C3F6)、全氟丁烯(C4F8)、全氟戊烯(C5F10)、己氟環丙烷(cyclo-C3F6)和辛氟環丁烷(cyclo-C4F8)。
這里所用術語“氟代烴”指的是下述物質的一種三氟甲烷(CHF3)、五氟乙烷(C2HF5)、四氟乙烷(C2H2F4)、庚氟丙烷(C3HF7)、己氟丙烷(C3H2F6)、戊氟丙烷(C3H3F5)、四氟丙烷(C3H4F4)、壬氟丁烷(C4HF9)、辛氟丁烷(C4H2F8)、十一氟戊烷(C5HF11)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、氟代乙烷(C2H5F)、二氟乙烷(C2H4F2)、三氟乙烷(C2H3F3)、二氟乙烯(C2H2F2)、三氟乙烯(C2HF3)、氟乙烯(C2H3F)、戊氟丙烯(C3HF5)、四氟丙烯(C3H2F4)、三氟丙烯(C3H3F3)、二氟丙烯(C3H4F2)、庚氟丁烯(C4HF7)、己氟丁烯(C4H2F6)和壬氟戊烯(C5HF9)。
這里所用術語“氟醚”指的是下述物質的一種三氟甲氧-全氟甲烷(CF3-O-CF3)、二氟甲氧-全氟甲烷(CHF2-O-CF3)、一氟甲氧-全氟甲烷(CH2F-O-CF3)、二氟甲氧-二氟甲烷(CHF2-O-CHF2)、二氟甲氧-全氟乙烷(CHF2-O-C2F5)、二氟甲氧-1，2，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、二氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、全氟乙氧-氟代甲烷(C2F5-O-CH2F)、全氟甲氧-1，1，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、全氟甲氧-1，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、環-1，1，2，2-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、環-1，1，3，3-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、全氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、環-1，1，2，3，3-戊氟丙醚(cyclo-C3H2F5-O-)、全氟甲氧-全氟丙酮(CF3-O-CF2-O-CF3)、全氟甲氧-全氟乙烷(CF3-O-C2F5)、全氟甲氧-1，2，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、全氟甲氧-2，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、環-全氟甲氧-全氟丙酮(cyclo-CF2-O-CF2-O-CF3-)和環-全氟丙醚(cyclo-C3F6-O)。
這里所用術語“大氣氣體”指的是下述物質氮(N2)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、一氧化碳、氫和氦(He)。
這里所用術語“無毒”指的是按照合格暴露極限處理時不造成嚴重或長期危害的中毒。
這里所用術語“難燃”指的是無閃點或閃點非常高，至少600°K。
這里所用術語“低臭氧消耗”指的是消耗臭氧的能力在0．15以下，如蒙特利爾普若托公約所規定，其中二氯氟甲烷(CCl2F2)的消耗臭氧能力為1．0。
這里所用術語“非臭氧消耗”指的是不含氯、溴或碘原子的組分。
這里所用術語“正常沸點”指的是在1個標準大氣壓下，即14．696磅／平方英寸(絕對)下，的沸騰溫度。
圖1為本發明一組優選實施方案的流程示意圖，其中一個低溫精餾塔用于生產氮氣和液氮。
圖2為本發明另一優選實施方案的流程示意圖，其中一個低溫精餾塔用于生產氮氣和液氮，而多組分流體另外用于該塔的熱泵。
圖3是本發明另一優選實施方案的流程示意圖，其中一個低溫精餾塔用于生產氮氣和液氮，和蒸發、壓縮一部分釜液并將其返回該塔。
圖4本發明另一優選實施方案的流程示意圖，其中兩個低溫精餾塔用于生產氮氣和液氮。
現參照附圖對本發明作更詳細的說明。現參照圖1，進料空氣60通過壓縮機30的通路被壓縮至一般40至200磅／平方英寸(絕對)的壓力范圍。所得被壓縮的進料空氣61在后冷卻器31中經冷卻移出壓縮熱，所得進料空氣流62經凈化器32通路加以清潔，除去高沸雜質，如水蒸氣、二氧化碳及烴類，經凈化后的進料空氣流63再經主換熱器1的通路進行冷卻，產生冷卻后的進料空氣流64。
進料空氣經返回產品流及廢物流和由多組分致冷劑流體產生的致冷作用而被冷卻。多組分致冷劑流體以206物流經循環壓縮機220通路壓縮至一般60-600psia為的壓力范圍，構成壓縮后的多組分致冷劑流體201。該壓縮后的多組分致冷劑流體經后冷器221通路冷卻，撤出壓縮熱，并可能被部分冷凝。然后該壓縮后的多組分致冷劑流體以202物流被輸送穿過主熱交換器1，進一步加以冷卻，并至少部分被冷凝，和可能被全部冷凝。接著該冷卻及壓縮后的多組分致冷劑流體203通過伐204膨脹或節流。節流優選部分汽化該多組分致冷劑流體，冷卻流體并產生致冷作用。對于某些受限制的情況，取決于熱交換的條件，該壓縮后流體203在膨脹之前可以是過冷液體，并可在初期膨脹后保持液態。而后，經熱交換器中的加熱，該流體會出現兩相。流體穿過伐的壓力膨脹借助焦耳湯姆孫效應而產生致冷作用，即由于在等焓條件下壓力膨脹而降低流體的溫度。但是，在某些情況下，由于膨脹功而可能使溫度降低。
再將載冷的多組分兩相流205通過主熱交換器1，使之加熱和完全汽化，從而通過間接熱交換而對冷流202起作用，并也可將致冷作用傳遞給熱交換器內的幾種工藝物流，包括進料空氣流63，由此通過將多組分致冷劑流體致冷回路產生的致冷作用傳送至低溫精餾工廠中，維持分離過程。然后所得加熱后的多組分致冷劑流體以蒸氣流206被循環至壓縮機220，再開始新的循環。在多組分致冷劑流體的致冷循環中，在高壓混合物進行冷凝時，低壓混合物也與其相反在沸騰，即冷凝熱沸騰了低壓液體。在每一溫度水平下，汽化與冷凝間的凈差產生致冷作用。對于給定的致冷組分的組合、混合物的組成、流率及壓力水平決定每一溫度水平上可提供的致冷作用。圖1說明其中載冷的多組分流體對進料空氣起冷卻作用并不干擾熱傳遞流體的優選實施方案。但要明白，多組分致冷劑流體可以冷卻可接著用于冷卻進料空氣流的另一流體。
冷卻后的進料空氣分流為主要部分108，此部分被輸送穿過低溫精餾塔10，和次要部分，此部分經熱交換器3通路至少被部分冷凝后以物流110進入塔10。
低溫精餾塔10操作于一般30-200psia的壓力范圍。在低溫精餾塔10內，進料空氣經低溫精餾被分離為富氮蒸氣和富氧液體。富氮蒸氣以物流69從精餾塔10上部引出，富氮蒸氣的第一部分91經熱交換器3加熱，所得物流93經主熱交換器1加熱形成產物流94，以回收作為產品氮氣。圖1說明該優選實施方案，其中物流94的氮氣經壓縮機33壓縮，所得壓縮氮氣流106經后冷器34通路冷卻移出壓縮熱，并作為升壓的產品氮氣以物流107加以回收，其壓力一般在50-300psia范圍。本發明的產品氮氣純度高達99．9％摩爾氮或更高。
富氮蒸氣的第二部分70被輸送通過頂部冷凝器2，經冷凝形成富氮液體，以物流71從頂部冷凝器2引出。至少部分富氮液體以物流98作為產品液氮加以回收。也可將富氮液體物流72輸送進入塔10作為回流。本發明產品液氮純度可高達99．9％摩爾氮或更高。
將富氧液體從精餾塔10下部以物流65引出，并送經熱交換器3通路加以過冷。所得過冷富氧液體66再經閥67節流膨脹，然后以物流68輸送進入頂部冷凝器2，通過與富氮蒸氣的間接熱交換進行汽化，以實現前述富氮蒸氣冷凝為富氮液體。將所得富氧蒸氣從頂部冷凝器2以物流102引出，經熱交換器3的通路加熱，將所得物流104進一步經主熱交換器1通路加熱，接著作為廢物流105排出系統。雖然圖1未加說明，但形成廢物流的一部分富氧蒸氣可用于再生凈化器32。
圖2說明本發明另一實施方案，其中將多組分致冷劑流體的致冷回路與該塔進行了組合。雖然操作該致冷回路一般需較多動力，但這種裝置可改善氮的回收。圖2中數字與圖1中表示一般設備的數字相同，對這些一般設備將不再作詳細描述。
現參考圖2，將冷卻后的進料空氣流64直接送至塔10內。冷卻后的多組分致冷劑流體203在膨脹前進一步被冷卻。在圖2說明的實施方案中，這種進一步冷卻是通過與塔10底液，即富氧液體，在塔底再沸器7中的間接熱交換進行的。該進一步冷卻對物流203起進一步冷凝和一般完全冷凝的作用。接著將液化后的多組分致冷劑流體以物流217從底部再沸器7送至伐220，使之膨脹或節流，產生致冷作用，然后以物流221送至頂部冷凝器2進行汽化。將所得的多組分致冷劑流體由頂部冷凝器2以物流218輸送穿過熱交換器3進行加熱，將所得物流219輸送至主熱交換器1，進一步加熱，實現對物流202及63的冷卻，如前所述。
圖3說明本發明的另一優選實施方案。圖3中用于表示一般設備的數字與圖1中的那些相同，對這些一般設備也不再作詳細描述。在圖3所述的實施方案中，對主熱交換器用1a及1b標記的兩部分來說明。
現參照圖3，將富氧液體68輸送穿過頂部冷凝器2，進行部分汽化，然后作為兩相流333送至相分離器313，分離為蒸氣部分和液體部分。蒸氣部分以物流336從該相分離器313引出，經壓縮機360通路壓縮，再以物流337送入塔10的下部。其余富氧液體的液流部分以物流339從相分離器313引出，經伐340節流，并以物流341通過頂部冷凝器2，經與第二部分富氮蒸氣的間接熱交換進行汽化。將所得汽化后的富氧流體以物流302從頂部冷凝器2送經熱交換器3和主熱交換器1b形成物流329，再經氣輪膨脹器380進行氣輪膨脹，產生致冷作用。將所得載冷的物流304通過主熱交換器1a、1b通路加熱，然后以物流305排出系統。
圖4說明本發明采用兩塔的另一優選實施方案，其中產品氮氣可以在兩個不同壓力下加以回收。圖4中用于表示一般設備的數字與圖1中的那些相同，對這些一般設備也不再作詳細描述。
現參照圖4，將冷卻后的進料空氣流64直接送至第一低溫精餾塔110內，操作于一般100-200psia的壓力范圍內。如果需要，將富氮蒸氣的部分85輸送穿過主熱交換器1，以物流86回收產品氮氣。將整個富氮液體以物流71輸送至塔110作為回流。在圖3說明的實施方案中，輸進頂部冷凝器2的部分富氧液體是未被汽化的。
將來自頂部冷凝器2的富氧蒸氣以物流76輸送穿過伐77，并以物流78輸送進入第二低溫精餾塔111。其余富氧液體以物流81從頂部冷凝器引出，經熱交換器或過冷器5加以過冷。將所得過冷的富氧液體以物流82輸送穿過伐83，接著以物流84進入第二低溫精餾塔111，第二低溫精餾塔操作于壓力低于第一低溫精餾塔110的條件下，一般在30-130psia的范圍內。
在塔111內，通過低溫精餾將供給該塔的富氧液體分離為較富氮流和較富氧流。較富氮流以氣流188從塔上部引出，如果需要，可將191部分經熱交換器5、3及1通路加熱，并以物流194作為產品氮氣加以回收。如果所需，物流194也可經壓縮機133通路進行壓縮，所得物流176在后冷器134中進行冷卻，所得物流177作為產品氮氣加以回收。將物流188的一部分或全部以物流90輸送進入頂部冷凝器6，進行冷凝，形成較富氮的液體，再以物流195從頂部冷凝器抽出。將物流195的一部分198回收作為產品液氮，另一部分196輸送進入塔111作為回流。另外，可將較富氮流以液體從塔111抽出，將第一部分回收作為產品液氮，第二部分泵送進入塔110上部作為回流。
將較富氧流以液流199從第二塔111的下部引出，并輸送通過伐100，再以物流101輸送進入頂部冷凝器6，通過與前述進行冷凝的較富氮的蒸氣進行間接的熱交換加以汽化。將所得較富氧的蒸氣以物流102從頂部冷凝器6引出，經熱交換器5、3及1通路進行加熱，并作為廢物流178排出系統。
該多組分致冷劑流體含兩種或多種組分，以提供在各溫度下所需的致冷。致冷劑的最佳選擇取決于具體系統的致冷負荷對溫度的關系。要根據正常沸點、潛熱、易燃性、毒性及臭氧消耗能力來選擇適宜的組分。
一組用于實施本發明多組分致冷劑流體的優選實施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚的至少兩種組分。
另一組用于實施本發明多組分致冷劑流體的優選實施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚的至少一種組分，和至少一種大氣氣體。
還有另一組用于實施本發明多組分致冷劑流體的優選實施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚中的至少兩種組分和至少兩種大氣氣體。
還有另一組用于實施本發明多組分致冷劑流體的優選實施方案，包括至少一種氟醚和至少一種選自碳氟化合物、氟代烴、氟醚和大氣氣體的組分。
在一組優選實施方案中，該多組分致冷劑流體是僅由碳氟化合物組成。在另一組優選實施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟代烴所組成。在另一組優選實施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和大氣氣體所組成。在另一組優選實施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟代烴及氟醚所組成。在另一組優選實施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟醚和大氣氣體所組成。
用于實施本發明的多組分致冷劑流體可含有其它組分，諸如氫氯碳氟化合物類及／或烴類。優選的是，該多組分致冷劑流體不含氫氯碳氟化合物類。在另一組本發明優選實施方案中，該多組分致冷劑流體不含烴類。最優選的是，該多組分致冷劑流體既不含氫氯碳氟化合物類，也不含烴類。最優選的是，該多組分致冷劑流體是無毒、難燃和不消耗臭氧的，和最優選的是該多組分致冷劑流體的各組分都是碳氟化合物、氟代烴、氟醚或大氣氣體。
本發明特別有利的是，用于有效地從環境溫度達到低溫溫度。表1至表8列出了可用于實施本發明的多組分致冷劑流體混合物的優選實施例。表中所列濃度范圍均為摩爾百分數。
表1 表2
表3 表4 表5
表6 表7 表8
本發明特別適用于提供寬溫度范圍，包括低溫溫度范圍的致冷。在一組本發明優選實施方案中，致冷劑混合物兩個或數個組分中的每一組分所具有的正常沸點都應與其致冷劑混合物中每一另外組分的正常沸點差異至少5°K，更優選至少10°K，最優選至少20°K。這樣就可提高寬溫度范圍內包括低溫溫度范圍內的致冷效率。在本發明特別優選實施方案中，該多組分致冷劑流體混合物中沸點最高組分的正常沸點比該多組分致冷劑流體混合物中沸點最低組分的正常沸點至少高50°K，優選高至少100°K，最優選高至少200°K。
盡管在附圖中說明的多組分致冷劑流體流回路都是封閉單流回路，但利用其它流回路的裝置也是理想的。例如，可能最好利用多獨立流回路，各回路有其自己的致冷劑混合物和過程條件。這樣的多回路更易于在不同溫度范圍內形成致冷作用，并可降低致冷劑系統的復雜性。此外，可能最好在一個或數個溫度下的流動回路中包括相分離過程，以構成某些致冷劑流體的內循環。致冷劑流體的這種內循環可避免致冷劑液體不必要的冷卻，并防止致冷劑液體的凍結。優選的是，由多組分致冷回路所產生的致冷將是操作該工藝及產生目的產品所需全部致冷。但是，其它源的致冷，諸如某一工藝流的氣輪膨脹，也可以用于實施本發明。
構成用于實施本發明的多組分致冷劑流體的組分及其濃度，都要達到能形成可變負荷的多組分致冷劑流體程度，并優選在本發明方法的全溫度范圍內可保持這種可變負荷的特征。這樣顯然會提高效率，正因為如此在這樣寬的溫度范圍內才能產生和利用致冷。這樣定義的組分優選組合還有另外一個好處，即可利用它們來構成無毒、難燃及低或無臭氧消耗的流體混合物。這就具備了優于有毒、易燃和消耗臭氧的傳統致冷劑的另外一些長處。
一種用于實施本發明的優選可變負荷的多組分致冷劑流體，即無毒、難燃和不消耗臭氧的多組分致冷劑流體，包括選自下述組合的兩組份或更多組分C5F12、CHF2-O-C2HF4、C4HF9、C3H3F5、C2F5-O-CH2F、C3H2F6、CHF2-O-CHF2、C4F10、CF3-O-C2H2F3、C3HF7、CH2F-O-CF3、C2H2F4、CHF2-O-CF3、C3F8、C2HF5、CF3-O-CF3、C2F6、CHF3、CF4、O2、Ar、N2、Ne及He。
另一種用于實施本發明的優選可變負荷的多組分致冷劑流體，即無毒、難燃和不消耗臭氧并加熱總能量低的多組分致冷劑流體，包括選自下述組合的兩組份或更多組分CHCl2F3、CHF2-O-C2HF4、C3H3F5、C2F5-O-CH2F、C3H2F6、CHF2-O-CHF2、CHClF4、CF3-O-C2H2F3、C3HF7、CH2F-O-CF3、C2H2F4、CHF2-O-CF3、C2HF5、CF3-O-CF3、CHF3、CF4、O2、Ar、N2、Ne及He。
盡管參照某些優選實施方案對本發明已經進行了詳述，但本領域的技術人員均會認識到，在本發明精神和權利要求的范圍內，還存在本發明的一些其它實施方案。
權利要求
1.一種進料空氣低溫精餾生產氮氣和液氮的方法，包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過與所述進行冷卻的已被壓縮的多組分致冷劑流體間接熱交換，來加熱該膨脹的多組分致冷劑流體，并又與進料空氣的間接熱交換，來形成冷卻后的進料空氣；(B)、將冷卻后的進料空氣輸送至低溫精餾塔中，通過在低溫精餾塔內的低溫精餾將進料空氣分離為富氮蒸氣和富氧液體；(C)、回收該富氮蒸氣的第一部分作為產品氮氣；(D)、冷凝第二部分的富氮蒸氣，產生富氮液體；以及(E)、回收至少一些富氮液體作為產品液氮。
2.按照權利要求1的方法，其中第二部分的富氮蒸氣的冷凝以生產富氮液體，是通過與富氧液體的間接熱交換完成的。
3.按照權利要求1的方法，還包括在該多組分致冷劑流體膨脹之前冷卻已被壓縮的多組分致冷劑流體。
4.按照權利要求3的方法，其中進一步冷卻該多組分致冷劑流體是通過與富氧液體的間接熱交換完成的。
5.按照權利要求1的方法，其中該多組分致冷劑流體的每一組分是碳氟化合物、氟代烴和氟醚或大氣氣體。
6.按照權利要求1的方法，其中該富氧液體經部分汽化形成蒸氣部分和液體部分，液體部分通過與富氮蒸氣的第二部分的間接熱交換而被汽化而產生富氮液體，和蒸氣部分經壓縮，然后被送入低溫精餾塔。
7.一種通過進料空氣低溫精餾生產氮氣和液氮的方法包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過與所述進行冷卻的已被壓縮的多組分致冷劑流體間接熱交換，來加熱該膨脹的多組分致冷劑流體，并又與進料空氣的間接熱交換，來形成冷卻后的進料空氣；(B)、將冷卻后的進料空氣輸送至第一低溫精餾塔中，通過第一低溫精餾塔內的低溫精餾將該進料空氣分離為富氮蒸氣和富氧流體；(C)、將富氧流體送至第二低溫精餾塔，在第二低溫精餾塔內通過低溫精餾，將將富氧流體分離為較富氮的流體和較富氧的流體；(D)、回收至少一些較富氮的流體作為產品液氮；并(E)、回收至少一些富氮蒸氣和較富氮的流體中的至少一種作為產品氮氣。
8.按照權利要求7的方法，其中富氮蒸氣和較富氮的流體二者都被回收作為產品氮氣。
9.按照權利要求7的方法，其中將富氧流體作為液體和蒸氣輸送進入第二低溫精餾塔。
10.按照權利要求7的方法，其中該多組分致冷劑流體的每一組分是碳氟化合物、氟代烴和氟醚或大氣氣體。
全文摘要
一種低溫精餾的方法,其中氮氣和液氮二者均可采用一個或多個塔通過空氣有效加以生產,其中驅動低溫分離的致冷作用是通過一種多組分致冷劑流體的致冷回路,優選為閉合回路來提供的。
文檔編號C09K5/04GK1295227SQ00129228
公開日2001年5月16日 申請日期2000年9月30日 優先權日1999年11月3日
發明者B·阿曼, D·P·博納奎斯特, J·A·維伯, J·H·茲莫, A·阿查亞, M·A·A·拉沙德 申請人:普拉塞爾技術有限公司