低温分馏空气的方法和空气分馏设备的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及根据独立权利要求的前序部分所述低溫分馈空气的方法和相应的空 气分馈设备。
【背景技术】
[0002] 通过在空气分馈设备中低溫分馈空气产生液态或气态空气产品的生产是已知的， 且在例如H-WHSring(编辑），IndustrialGasesProcessing,Wiley-VCH, 2006,更具体 地在2. 2. 5节"低溫精馈"中描述过。
[0003] 空气分馈设备具有蒸馈塔系统，其可例如采用双塔系统的形式，特别是传统Linde 双塔系统，但也可为=或多塔系统。蒸馈塔除了用于得到液态和/或气态氮和/或氧（例 如液态氧化〇讶、气态氧（GOX)、液态氮化IN)和/或气态氮（GAN))，即用于氮-氧分离的蒸 馈塔，提供蒸馈塔还可用于得到更多的空气成分，特别是惰性气体氯、氣和/或氣。
[0004] 本发明特别适用于空气分馈设备中，其中富氧流从蒸馈塔系统排出用于主要地或 完全地W气态进行氮-氧分离。然而，本发明还可用于空气分馈设备中，其中从蒸馈塔系统 排出液体流W提供富氧产物，例如在带有内部压力的空气分馈设备中，提供沸点比氧高的 成分的富集是可能的（如下面将解释的）。带有内部压缩的空气分馈设备例如在Ioc.Cit, 2. 2. 5. 2节"内部压缩"中解释。 阳0化]典型空气分馈设备的蒸馈塔系统是在其蒸馈塔内的各种操作压力下进行操作。已 知的双塔系统具有例如"高压"塔（也简单称为压力塔）和"低压"塔。高压塔的操作压力 例如可达4. 3到6. 9己，优选地为大约5. 0己。在例如1. 3到1. 7己、优选地为约1. 5己的 操作压力下操作低压塔。低压塔具有稍微高于大气压的操作压力的目的主要是能够从对应 的空气分馈设备中排出产物，而不使用额外的累。此处和下文表述的压力为绝对压力。
[0006] 如已知的，供给双塔系统的高压塔的空气被用于得到富氧塔底产物（也称为富集 液体），其被传送到低压塔中。在低压塔中，主要包含氧的塔底产物被从来自高压塔的富氧 塔底产物中分离且进一步任选地流入低压塔。为了在低压塔中提供上升气流且由此保持精 馈，继续加热低压塔的塔底产物，W部分塔底产物被逐渐变成气相。可在冷凝-蒸发器（也 称为主冷凝器）的内部或外部进行加热，用来自高压塔的气态、富含氮的塔顶产物加热。
[0007] 它可能出现的问题是，在所描述的低压塔的操作期间，来自高压塔的富氧塔底产 物且因此最终来自进料空气的不易挥发成分，和被供应到低压塔内的任何其它流体可随时 在其塔底或在对应外部冷凝蒸发器的蒸发室内富集。在该连接中被认为关键的成分为具有 达四个碳原子的控，W及诸如一氧化二氮和二氧化碳的化合物，其不可能使用普通作用力 完全与进料空气相分离。
[0008] 最大可容许浓度的对应化合物在，例如于欧洲工业气体协会巧IGA)的工业气体 委员会（IGC)的文件65/13/E，附录E和F，"在1.2己（绝对压力）上的液氧热虹吸再沸 器操作中的最高污染物水平"和"在1. 2己（绝对压力）上的液氧下流再沸器操作中的最 高污染物水平"中陈述。如在第7. 3. 2节中进一步解释的，"净化"，富集问题在设备中不明 显，在所述设备中，得到显著部分的液态或气态的内部压缩氧富集富氧产物，因为在该情况 下，部分塔底产物W液体形式连续地从低压塔的塔底或对应外部冷凝-蒸发器的蒸发室排 出。然而，在空气分馈设备中仅气态富氧流从低压塔排出，反之必要的、优选连续地排出作 为"清除量"的小部分塔底产物。本文所引用的EIGA出版物建议0. 1 %至0.2%的引导空 气量。如果不可能连续排出，适当体积可被间歇性地、即至少每12小时排出。
[0009] 不期望成分的对应富集还可发生在带有用于得到氣的蒸馈塔的已知空气分馈设 备的塔顶冷凝器中，其蒸发室被加载有高压塔的富氧塔底产物。同样可应用于氯/氣富集 塔底，如下解释的。通常，每当液体体积W低溫富氧液体方式供应到蒸发室中时且液体体积 的部分通过蒸发连续转换为气时，尤其当适当部分W液体形式从液体体积排出时，即产生 相应问题。
[0010] 事实上，困难可能出现在调节体积上，即消除体积，其W液体形式从对应蒸发室中 排出。因此由于经济原因期望保持尽可能小的该体积，运是由于接下来通常不会进一步使 用且因此在过程中丢失。另外，在低溫液体被排出而不通过热交换器时难免发生制冷损耗。 另一方面，如果体积太小，所提及的成分会过多地富集在蒸发室内。
[0011] 因此需要一种简单且可靠的方式来确认成分的富集，所述成分的沸点高于富氧的 低溫液体中的氧，从而可得到简单且低成本的方式，其允许W该种方式核查用于和/调节 待排出体积的规范的符合性。
【发明内容】
[0012] 通过根据独立权利要求前序部分所述的空气低溫分馈方法和相应的空气分馈设 备达到该目的。附属权利要求和说明书中的各种情况呈现了优选实施方案。
[0013] 在解释本发明特征和优点之前，将解释所述使用的基本原则和术语。
[0014] 在本文所使用的语言中，液体和气态流可富集或贫乏于一种或多种成分中，其中 基于摩尔、重量或体积，"富集"可表示至少50%,75%,90%,95%,99%,99. 5%,99. 9%或 99.99%的含量，且贫乏表示至多50%，25%，10%，5%，1%，0.1%或0.01%的含量。术语 "主要地"可对应于"富集"的定义。在本文所使用的语言中，液体或气态流可进一步被富 集或消耗于一种或多种成分中，其中在空气分馈情况下运些术语与被导入的空气或其组分 相关。相对于所导入空气中各自的含量，如果液体或气态流包含至少1. 1倍、1. 5倍、2倍、 5倍、10倍、100倍、或1000倍的对应成分的含量，其被"富集"，且如果包含至多0. 9倍、0. 5 倍、0. 1倍、0.Ol倍、或0.OOl倍对应成分的含量，其被"消耗"。如果此处提及"液态氧"，则 应意为富氧的液体流，但不需要排它性地由氧组成。
[0015] 低溫液体在空气分馈设备中的各个点上得到且在维持特定填充水平时在蒸发室 内连续蒸发。运例如在上面解释的情况，低压塔的塔底同时构成主冷凝器的蒸发室。
[0016] 当然，相应主冷凝器还被安置在双塔系统的外侧，在该情况下称其为外部主冷凝 器。本发明可被应用于任何期望的蒸发室中，特别是冷凝-蒸发器的蒸发室内。蒸发室的 特征在于，通过低溫液体方式形成液体体积且保持在其中，部分液体体积通过蒸发连续转 换成气相。"冷凝-蒸发器"具有液化室和蒸发室。在每种情况下，彼此在流体连通的通道 (液化或蒸发通道）组形成蒸发和液化室。在执行第一液体流的液化室冷凝时，在蒸发室内 发生第二流体流的蒸发。两股流体流于此处间接热交换。
[0017] "低溫"液体、或相应流体、液态空气产物、流等意为液体介质，其沸点明显地低于 各自环境溫度，例如小于200K，尤其77K至110K。低溫介质的实施例为上述定义的液态空 气、液态氧和液态氮。
[0018] 本发巧的优点
[0019] 用本身已知的用于低溫空气分馈的方法执行本发明，其中通过低溫液体方式供应 存在于空气分馈设备的蒸馈塔系统中的蒸发室内的液体体积，且其中部分液体体积通过蒸 发连续地转换为气相。除了氧，低溫液体、特别是来自低压塔塔底的富氧液体包含的成分包 括沸点高于氧的氣。特别的，在上述定义的文本中，对应液体可主要由氧组成。当然，还可 存在沸点高于氧的成分。通过自然空气包含的氣含量来确定氣的含量，其在全球范围内是 基本不变的。传统净化装置不会保留氣用于空气分馈设备中的进料空气，且不会引起进一 步中断至分离。
[0020] 另一方面，特别通过在操作相应空气分馈设备的位置确定沸点高于氧的至少一种 更多成分的含量。如在上面引用的EIGA文件中，尤其第7. 4节中，"污染物分析"中陈述的， 在带有化学、石化和冶金设备的高度工业化的区域中，此类高含量成分尤其是能够预期到 的。根据行业本质，可保留大量的一氧化二氮、控和/或二氧化碳。尤其当二氧化碳在传统 进料空气净化装置中被大量移除时，残余含量可被供应到相应蒸馈塔系统中。
[0021] 本发明提出确定液体体积中的氣的含量且用于测量沸点高于液体体积中的氧的 成分的任何富集。
[0022] 本发明于此处可设及将氣用于测量在相应液体体积中沸点高于氧的至少一种成 分的浓度。基于液体体积中确定的氣的含量，因此可能确定沸点高于氧的至少一种成分的 含量。还如W下所解释的，其具有的优点在于，仅需要确定一种成分、即氣的含量，且至少在 该基础上的数量级上可估算一种或多