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CN102192637A - 空气分离方法和设备 - Google Patents

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CN102192637A
CN102192637A CN2011100660633A CN201110066063A CN102192637A CN 102192637 A CN102192637 A CN 102192637A CN 2011100660633 A CN2011100660633 A CN 2011100660633A CN 201110066063 A CN201110066063 A CN 201110066063A CN 102192637 A CN102192637 A CN 102192637A
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CN
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liquid
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lower pressure
argon
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H.E.霍华德
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Praxair Technology Inc
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Praxair Technology Inc
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Abstract

提供了一种低温空气分离方法和设备，其中，产生第一和第二液体流。第一液体流具有高于空气的氧含量，并且可包括较高压力蒸馏柱底成分，第二液体流，例如，空气具有低于第一液体流的氧含量以及不低于空气的氩含量。第二液体流通过与第一液体流的间接热交换来过冷，并且这两个液体流都被引入较低压力柱。第二液体流在粗液氧柱底成分或其部分被引入较低压力柱的点以上被引入较低压力柱，以提高引入第二液体流的点以下的液体与蒸汽的比，减少柱顶成分内的氧。

Description

空气分离方法和设备
技术领域
本发明涉及分离空气的方法和设备，其中，压缩和净化的空气在蒸馏柱单元中蒸馏，供给到蒸馏柱单元的液体受到增强的过冷，由此，通过增加在液体供给位置以下的液体与蒸汽的比来提高蒸馏柱单元的较低压力柱的氧和/或氩的回收率。
背景技术
通过在空气分离装置中进行的蒸馏将空气分离为其各种组分。这种装置采用主空气压缩机来压缩空气，预净化单元从空气除去更高沸点的杂质，诸如二氧化碳、水蒸汽和碳氢化合物，以及主热交换器来将所得到的压缩和净化的空气冷却到适合于在蒸馏柱单元内进行蒸馏的低温温度。该蒸馏柱单元采用较高压力柱、较低压力柱以及当氩是期望产品时可选地采用氩柱。
压缩的空气被引入较高压力柱并精馏为粗液氧柱底成分（也称为釜液）和富氮蒸汽柱顶成分。粗液氧流被引入较低压力柱，以进一步提纯为富氧液体柱底成分和富氮蒸汽柱顶成分。较低压力柱操作在较低压力以使得富氧液体能够冷凝较高压力柱的富氮蒸汽柱顶成分中的至少一部分，以便使两个柱都回流，并从冷凝物中生产氮产物。富氧液体、富氮蒸汽和冷凝的富氮蒸汽的流可被引入到主热交换器中，以帮助冷却空气并加热以生产氧和氮产物。
当氩是期望产物时，氩柱可被连接到较低压力柱以精馏包含从较低压力柱移除的蒸汽的氩和氧的流。此外，当需要高压（可能是超临界的压力）的氧和/或氮产物时，作为较低压力柱中的柱底成分生产的富氧液体的流和/或作为冷凝物生产的富氮液体的流可以被泵送，然后在热交换器中被加热，以生产高压蒸汽或超临界流体。通常，用于该目的的热交换量是通过在主空气压缩机中压缩空气之后在增压压缩机中进一步压缩空气的一部分来提供的。所得到的增压空气流是液化的并且该液体空气流能够被引入较高压力柱或较低压力柱或此两者。
能够认识到，氧存在于较低压力柱的柱顶中的程度主要依赖于较低压力柱的上部中的回流比。随着回流比（L/V）增加，更多的氧和氩将以较低的水平从较低压力柱提取出来（最终回收为产物氧和氩）。通常，在采用泵来对产物加压而得到液化空气的装置中，至少一部分液体空气以比粗液氧被引入的位置高的位置被引入较低压力柱。该液体空气的引入会将引入点以下的液体与蒸汽的比增加到对于柱的顶部将存在或如果液体空气没有供给到上部柱将存在的L/V。这降低了较低压力柱的柱顶成分内的氧的量，从而增加了氧回收率。
如将要讨论的，本发明提供了一种用于分离空气的方法和设备，其中，产生过冷液体，其具有不小于空气的氧和氮含量以及氩含量，并且该过冷液体被引入到粗液氧被引入的区域以上的较低压力柱中，以将氧在较低压力柱的顶部所存在的程度降低到大于在现有技术中通过引入液体空气所常规获得的程度。
发明内容
本发明的一个方面提供了空气分离方法，其中，进行低温蒸馏过程，其包括，在至少具有较高压力柱和较低压力柱的蒸馏柱单元中至少将压缩和净化的空气蒸馏为富氮部分和富氧部分。较低压力柱以热传递关系与较高压力柱操作地相关联，并连接到较高压力柱，使得在较高压力柱中产生的粗液氧柱底成分被引入较低压力柱并在较低压力柱中进一步提纯。
进行低温精馏过程，使得产生包含氧和氮的第一液体流和第二液体流。第一液体流具有高于空气的氧含量，第二液体流具有低于第一液体流的氧含量以及不低于净化后的空气的氩含量。第二液体流通过与第一液体流的间接热交换来过冷，第二液体流在粗液氧柱底成分或其任意部分被引入较低压力柱的位置以上的柱位置被引入较低压力柱。结果，第二液体流被引入的柱位置以下的液体与蒸汽的比被提高了，因此，柱顶成分中的氧减少，提高了蒸馏柱单元的氧回收率。
因使用本发明的方法，提高了氧的生产，因为柱顶成分中的氧减少了。这一减少将大于现有技术中的减少，因为第二液体流处于过冷状态。在现有技术中，液体空气的引入伴随着使液体空气膨胀。也可以包括液体空气的第二液体流的过冷降低了由膨胀所造成的蒸汽的量以及该流被引入较低压力柱的量。因此，较低压力柱内的液体与蒸汽的比与现有技术相比增加了，并且液体氧和液体氩被驱使到下降液相的量增加了。结果，与现有技术的方法相比，氧回收率增加了。另外，如果氩是期望的产物，则蒸馏柱单元设有连接到较低压力柱的氩柱，使得包含蒸汽流的氧和氩被引入氩柱，并且氩与氧分离以产生用于制造氩产物的富氩部分。提供氩冷凝器来冷凝富氩蒸汽流，该富氩蒸汽流包括富氩部分，用于产生氩产物和柱回流。在过冷之后，第二液体流被引入较低压力柱，这降低了较低压力柱的柱顶成分中的氩。这样，在较低压力柱的较低部分中有增加的氩积聚。结果，包含蒸汽流的氧和氩能够被从较低压力柱提取的比率增加了。由于从蒸馏柱单元回收的氩与该包含的氩成比例，因此，从蒸馏柱单元回收的氩增加了。应该注意，此处以及权利要求中使用的术语“低温精馏过程”指的是任意以下这种过程，其包括但不限于，压缩并净化空气，然后将空气冷却到在具有较高压力柱、较低压力柱以及可能具有氩柱的空气分离单元中进行精馏的适当温度，并且进一步地，以某种方式（如通过空气的涡轮膨胀）将致冷施加于该过程中。该过程可包括通过与由于加热而液化的增压空气流的间接热交换而加热泵送的富氧以及可选的富氮流来制造加压的产物。此外，此处以及权利要求中所使用的术语“低温精馏装置”指的是具有能够进行这种低温精馏过程的构件的装置，构件包括但不限于主空气压缩机、预净化单元、主热交换器、具有较高压力柱、较低压力柱以及可选的氩柱的蒸馏柱单元、用于产生致冷的装置（诸如涡轮膨胀器）、当需要加压产物时的一个或多个泵、以及用于压缩空气来加热所得到的泵送流的增压压缩机。
进行低温精馏过程，使得由较高压力柱的粗液氧柱底成分组成的粗液氧流被过冷，并包括被引入较低压力柱并在较低压力柱中进一步提纯的粗液氧柱底成分。某一组分浓的流（空气的某一组分浓，例如氧和/或氮）的至少一部分被泵送以形成泵送的液体流并且泵送的液体流的至少一部分通过与增压空气流的间接热交换来加热，从而从泵送的液体流产生加压的产物流，并且从增压空气流产生液体空气流。
第一液体流可以由部分粗液氧流形成，并且粗液氧流的剩余部分可以被阀膨胀，并引入较低压力柱。第二液体流可以由液体空气流的至少一部分形成。在过冷第二液体流之前，第一液体流被阀膨胀，并且第二液体流被阀膨胀，并被引入粗液氧流的剩余部分之上的较低压力柱。在之前所述的具体实施例中，经过阀膨胀的第一液体流被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，由此，第二液体流冷凝富氩蒸汽流，过冷第二液体流并从第一液体流产生液相和蒸汽相。分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。在备选的具体实施例中，在第一液体流在热交换器中被阀膨胀之后，第二液体流通过在热交换器中与第一液体流的间接热交换而被过冷。在通过热交换器之后，第一液体流被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。
在另一备选实施例中，第一液体流由部分粗液氧流形成，并且粗液氧流的剩余部分可以被阀膨胀，并引入较低压力柱。液体空气流被阀膨胀并引入较高压力柱，第二液体流在液体空气流被引入较高压力柱的柱水平从较高压力柱被移除。在热交换器内被阀膨胀之后，第二液体流通过与第一液体流的间接热交换被过冷，并且过冷之后的第二液体流被阀膨胀，并被引入粗液氧流的剩余部分之上的较低压力柱。在通过热交换器之后，第一液体流被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。
在又一备选实施例中，一部分粗液氧流被阀膨胀，然后引入氩冷凝器，并与作为氩柱的柱顶成分产生的富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。粗液氧流的剩余部分被阀膨胀，并引入较低压力柱，并且由蒸汽相组成的蒸汽相流被引入较低压力柱。第一液体流由包括液相的液相流形成，第二液体流由至少一部分液体空气流形成。第二液体流被阀膨胀，并在热交换器中通过与第一液体流的间接热交换而被过冷，并且过冷之后的第二液体流被阀膨胀，并被引入粗液氧流的剩余部分之上的较低压力柱。
在另一实施例中，液体空气流被阀膨胀并引入较高压力柱，第二液体流在液体空气被引入较高压力柱的水平或以下从较高压力柱被移除。第一液体流从较低压力柱移除，被阀膨胀，并且在热交换器中与第二液体流间接热交换，从而过冷第二液体流。第一液体流从热交换器传递到氩冷凝器，并与作为氩柱的柱顶成分而产生的富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。 分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流在第一液体流从较低压力柱移除的较低压力柱水平或以下被引入较低压力柱。过冷之后的第二液体流被阀膨胀，并在引入粗液氧柱底成分流的位置以上的柱位置被引入较低压力柱。
在另一方面，本发明提供包括低温精馏装置的空气分离设备。 低温精馏装置包括蒸馏柱单元，该蒸馏柱单元至少具有构造成将压缩和净化的空气至少蒸馏为富氮部分和富氧部分的较高压力柱和较低压力柱。较低压力柱以热传递关系与较高压力柱操作地相关联，并连接到较高压力柱，使得在较高压力柱中产生的粗液氧柱底成分被引入较低压力柱并在较低压力柱中进一步提纯。低温精馏装置具有产生第一液体流和装置和产生第二液体流的装置。第一液体流和第二液体流都包含氧和氮，第一液体流具有高于空气的氧含量，第二液体流具有低于第一液体流的氧含量以及不低于净化后的空气的氩含量。还提供了用于使粗液氧柱底成分过冷以在较低压力柱中进一步提纯的第一装置和用于使第二液体流通过与第一液体流间接热交换而被过冷的第二装置。第二过冷装置连接到较低压力柱，使得第二液体流在粗液氧柱底成分或其任意部分被引入较低压力柱的位置以上引入较低压力柱，使得引入第二液体流的柱位置以下的液体与蒸汽的比增加，因此，在较低压力柱中柱顶成分内的氧减少，并且较低压力柱内的富氧部分的氧回收率增加。
低温精馏装置可以是泵送液氧装置，并且可以设有连接到空气分离单元的泵，使得组分浓的流（空气的某组分浓）的至少一部分被泵送以形成泵送的液体流。主热交换器连接到空气分离单元，用于通过与增压空气流的间接热交换来冷却空气并加热至少一部分泵送液体流，从而由泵送液体流产生加压产物流，并由增压空气流产生液体空气流。第一过冷装置构造成过冷由将要在较低压力柱中进一步提纯的粗液氧柱底成分组成的粗液氧流，并且蒸馏柱单元可以设有氩柱。氩柱连接到较低压力柱，使得包含蒸汽流的氧和氩被引入氩柱，并且氩与氧分离，以产生富氩蒸汽流。氩冷凝器构造成冷凝富氩蒸汽流，使柱回流返回到氩柱，并产生氩产物流。第二过冷装置可连接到第一过冷装置，使得第一液体流由一部分粗液氧流形成，第二过冷装置还可连接到主热交换装置，使得第二液体流由至少一部分液体空气流形成。第一过冷装置连接到较低压力柱，使得粗液氧流的剩余部分被引入较低压力柱。较低压力柱连接到第二过冷装置，使得第二液体流在粗液氧流的剩余部分之上引入较低压力柱。第一、第二和第三膨胀阀分别位于：较低压力柱和第一过冷装置之间，使得粗液氧流的剩余部分在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；第二过冷装置和第一过冷装置之间，使得第一分支粗液氧流在进入第二过冷装置之前被阀膨胀；以及第二过冷装置和较低压力柱之间，使得第二液体流在被引入较低压力柱之前被阀膨胀。
第二过冷装置可以是氩冷凝器，并且在此情况下，氩冷凝器构造成使得第一液体流被引入氩冷凝器并与富氩蒸汽流和第二液体流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，过冷第二液体流并从第一液体流产生液相和蒸汽相。氩冷凝器连接到较低压力柱，使得分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。或者，第二过冷装置可以是热交换器，并且氩冷凝器连接到热交换器，使得已通过热交换器的第一液体流被引入氩冷凝器，并与作为氩柱的柱顶成分而产生的富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流并从第一液体流产生液相和蒸汽相。氩冷凝器连接到较低压力柱，使得分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。
在另一个备选实施例中，第二过冷装置是连接到第一过冷装置的热交换器，使得第一液体流由一部分粗液氧流形成，并且第一过冷装置连接到较低压力柱，使得粗液氧流的剩余部分被阀膨胀，并引入较低压力柱。较高压力柱连接到主热交换器，使得液体空气流被引入较高压力柱，并且热交换器连接到较高压力柱，使得第二液体流在液体空气流被引入较高压力柱的柱水平从较高压力柱移除。较低压力柱连接到热交换器，使得第二液体流在已经被过冷之后在粗液氧的剩余部分之上引入较低压力柱。氩冷凝器连接到热交换器，使得在通过热交换器之后，第一液体流被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。氩冷凝器连接到较低压力柱，使得分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到较低压力柱。第一、第二、第三和第四膨胀阀分别位于：较低压力柱和第一过冷装置之间，使得粗液氧流的剩余部分在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；热交换器和第一过冷装置之间，使得第一液体流在进入热交换器之前被阀膨胀；热交换器和较低压力柱之间，使得第二液体流在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；以及主热交换装置和较高压力柱之间，使得液体空气流在进入较高压力柱之前被膨胀。
在另一备选实施例中，氩冷凝器连接到第一过冷装置，使得粗液氧流的一部分被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。较低压力柱连接到第一过冷装置，使得粗液氧流的剩余部分被引入较低压力柱，并且氩冷凝器连接到较低压力柱，使得由蒸汽相组成的蒸汽相流被引入较低压力柱。第二过冷装置是连接到氩冷凝器的热交换器，使得第一液体流由液相组成的液相流形成，热交换器还连接到主热交换装置，使得第二液体流由至少一部分液体空气流形成。较低压力柱连接到热交换器，使得第二液体流在已经被过冷之后在粗液氧流的剩余部分之上引入较低压力柱。第一、第二、第三和第四膨胀阀分别位于：较低压力柱和第一过冷装置之间，使得粗液氧流的剩余部分在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；热交换器和第一过冷装置之间，使得第一液体流在进入热交换器之前被阀膨胀；热交换器和较低压力柱之间，使得第二液体流在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；以及主热交换装置和热交换装置之间，使得至少一部分液体空气流在进入热交换器之前被膨胀。
在另一个备选实施例中，主热交换装置连接到较高压力柱，使得液体空气流被引入较高压力柱。第二过冷装置是连接到较高压力柱和较低压力柱的热交换器，使得第二液体流在液体空气流引入较高压力柱的较高压力柱水平或以下从较高压力柱移除，第一液体流从较低压力柱移除，并且第二液体流在过冷之后在引入粗液氧柱底成分流的位置以上被引入较低压力柱。氩冷凝器连接到热交换器，使得第一液体流从热交换器传递到氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝富氩蒸汽流，并从第一液体流产生液相和蒸汽相。氩冷凝器转而连接到较低压力柱，使得分别由液相和蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流在第一液体流从较低压力柱移除的较低压力柱水平或以下被引入到较低压力柱。第一、第二、第三和第四膨胀阀分别位于：较低压力柱和第一过冷装置之间，使得粗液氧流的剩余部分在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；热交换器和较低压力柱之间，使得第一液体流在进入热交换器之前被阀膨胀；热交换器和较低压力柱之间，使得第二液体流在被引入较低压力柱之前被阀膨胀；以及主热交换装置和较高压力柱之间，使得至少一部分液体空气流在进入较高压力柱之前被阀膨胀。
附图说明
尽管说明书的结尾具有权利要求，其清楚地指出了申请人认为其发明的主题，但相信结合附图将会更好地理解本发明，附图中：
图1是空气分离设备的示意图，其用于执行根据本发明的方法，其中，与氩柱相关联的氩冷凝器构造成作为过冷设备使用，该过冷设备用于过冷引入到该设备的较低压力柱中的液体流，用于降低该柱的柱顶成分内的氧和氩含量；
图2是用于执行根据本发明的方法的空气分离设备的替代实施例的部分示意图，其中，单独的热交换器用作过冷设备，并且液体流由液体空气组成；
图3是图2的替代实施例，其中，液体流由从较高压力柱获得的合成液体空气组成；
图4是图3的替代实施例，其中，液体流通过与液相流的间接热交换而被过冷，该液相流由与氩柱相关联的氩冷凝器中产生的液相组成；以及
图5是图3的替代实施例，其中，液体流通过与从较低压力柱移除的液体流的间接热交换来过冷。
为了避免不必要的重复解释，在本发明的各种实施例中具有相同功能的元件在附图所示时将使用相同的参考标号。
具体实施方式
参考图1，示出了空气分离设备1，其被设计为进行低温精馏过程，以生产加压的氧产物和氩产物。然而，本发明并不限于这种设备，其对设计成生产氧产物（带有或没有氩产物）的任何这类设备具有更一般的应用。
如将所述的，在空气分离设备1中，较高压力柱的粗液氧柱底成分（也称为釜液）通过对这种底部液体流进行过冷然后将这种流引入较低压力柱中而进一步在较低压力柱中提纯。流的一部分可用于在与氩柱相关联的氩冷凝器中冷凝氩，然后作为液相流和蒸汽相流引入较低压力柱中。根据本发明，由粗液氧或具有比空气高的氧含量的其它流组成的第一液体流用于对第二液体流进行过冷，其中，第二液体流是液体空气流或关于其它实施例将论述的包含氧和氮并具有低于第一液体流的氧含量和不低于空气的氩浓度的合成液体空气流。第二液体流被过冷，然后在高于粗液氧的位置被引入较低压力柱，以提高较低压力柱内的液体与蒸汽的比。这样做的效果是驱使氧以及氩成为在该柱中下降的液相以提高在较低压力柱中生产的富氧液体柱底成分中的氧以及氧回收率。当氩是一种期望的产物时，更多的氩将也被引入氩柱，以提高氩回收率。还要提到的是，尽管本发明相对于氩是期望产物的泵送的液体氧装置来论述，但本发明可以通过以下过程来应用：从适当的柱位置移除具有之前所述的氧、氮和氩含量的第一和第二液体流、通过与第一液体流的间接热交换而过冷第二液体流、之后将第二液体流引入较低压力柱以提高引入点以下的柱段内的液体与蒸汽的比来驱使氧成为在较低压力柱内下降的液相。
更具体而言，在空气分离设备1中，第一液体流由粗液氧组成，第二液体流由液体空气组成。在空气分离设备1中，供给空气流10被压缩机12压缩，然后在净化单元14内净化。压缩机12可以是在级间具有中间冷却器和从最终级移除压缩的热量的后置冷却器的多级机器。尽管未示出，但独立的后置冷却器可以直接安装于压缩机12的下游。本领域技术人员所熟知的预净化单元14可包含吸附剂床，例如氧化铝或碳分子筛类型的吸附剂以吸附包含在空气和供给空气流10内的较高沸点的杂质。例如，熟知的这种较高沸点的杂质包括将在空气分离设备1所造成的低精馏温度下凝固和积聚的水蒸汽和二氧化碳。另外，可能在富氧液体中聚集并从而造成安全隐患的碳氢化合物也可以被吸附。
然后，所得到的压缩和净化空气流16被分成第一和第二分支压缩和净化空气流18和20。第一分支压缩和净化空气流18在主热交换器22内被冷却到接近饱和。应该认识到，尽管主热交换器22被示出为单个的单元，但本领域技术人员将理解，用于冷却空气和用于进行其它热交换操作的实际装置可能不同于所示出的。通常，所使用的装置将包括两个或更多并联连接的热交换器，并且进一步地，各个这种热交换器可以被分为在其热端和冷端的段。另外，热交换器还划分为分组设计，其中，在高压力下要求的热交换量，例如，在增压空气流53和至少一部分泵送的液体流102的第一部分104（这两者以下介绍）之间的热交换在一个或多个高压热交换器中进行，而在低压力下的其它热交换量在低压热交换器中进行，例如，第一分支压缩和净化的空气流18和富氮蒸汽流94（这两者以下介绍）。所有这些热交换器可以是板翅片设计并且包括蒸铝结构。对于较高压力热交换器，螺旋缠绕的热交换器是一种可能的结构。
所得到的压缩、净化和冷却的流24然后被引入到具有较高和较低压力柱28和30以及氩柱32的空气分离单元26。具体而言，压缩、净化和冷却的流24被引入较高压力柱28，该较高压力柱28在大约5巴至大约6巴之间的压力操作，被称为“较高压力”是因为其以高于较低压力柱30的压力操作，较低压力柱30被称为“较低压力”是因为其以低于较高压力柱28的压力操作。较高压力柱28设有质量传递接触元件，总体以参考标号34和36示出，其用于接触要分离的上升的液相混合物、空气以及下降的液相。随着蒸汽相在柱内上升，其氮浓度变大，以产生富氮蒸汽柱顶成分和粗液氧柱底成分50（也称为釜液），其将在较低压力柱30中进一步提纯。质量传递元件可包括结构化的填充、板、随机填充或这些元件的组合。较低压力柱30设有这些质量传递元件，其由参考标号38、40、42、44和46来总体表示，并且氩柱32也设有以参考标号48来总体表示的质量传递元件。
第二分支压缩空气流20在增压压缩器52中进一步压缩，以产生增压空气流53，该增压空气流53被引入主热交换器22。增压空气流53占进入空气分离设备1的总空气的大约30%和大约40%之间。增压空气流53的第一部分54在部分通过主热交换器22之后从主热交换器22移除，在膨胀涡轮56中进行膨胀，通过产生压力在大约1.1巴和大约1.5巴之间的排放流58而产生致冷，该排放流58被引入较低压力柱30。通常，增压空气流53的第一部分54占增压空气流53的大约10%和大约20%之间。应该注意，轴的膨胀功可以应用于膨胀流的压缩或用于压缩另一过程流或发电。如本领域已知的，致冷必须应用到空气分离装置，用于补偿热交换器中的热端损失、到装置的热泄漏以及产生液体。本领域中还已知产生这种致冷的其它方式，诸如，将涡轮排气引入较高压力柱，从较低压力柱获得的富氮流在部分加热之后的氮膨胀，以及本领域已知的其它膨胀循环。增压空气流53的第二或剩余部分在主热交换器22中冷却之后形成温度在大约98K和大约105K之间的范围的液体空气流60。应该注意，可以通过在中间级从增压压缩机52移去流并将该流进一步压缩而产生增压空气流的第一部分54。第二增压空气流53然后可以引入主热交换器22并在主热交换器22中完全通过。不管怎样，权利要求中的术语“增压空气流”指的是用于加热泵送的液氧流并可以任何传统方式形成的任何高压空气流。液体空气流60接下来被分为第一部分62和第二部分64。液体空气流的第一部分62被膨胀阀66阀膨胀，并引入较高压力柱28，第二部分64形成第二液体流，用于提高较低压力柱中的液体与蒸汽的比。
包含粗液氧柱底成分50的粗液氧流68在过冷单元70中被过冷，在较低压力柱30中以下面将要介绍的方式进一步提纯。在这方面，过冷单元70包括用于实现过冷的第一过冷装置。如本领域中已知的，可以使用其它装置，诸如在主热交换器22的部分中结合过冷功能。应该注意，在交换器118中进一步过冷之前，液体空气流64可以在交换器70内部分过冷。应该注意，在使用独立的过冷单元时，交换器的物理位置可能必须使得液体泵能够驱动粗液氧回到上部柱。粗液氧的提纯产生较低压力柱30的富氧液体柱底成分72，该柱底成分72在较低压力柱30的底部的冷凝器再沸器74中被部分蒸发，该冷凝器再沸器74冷凝从较高压力柱28移除的富氮蒸汽柱顶流76。所得到的富氮液体流78被分为第一和第二富氮回流流80和82，这两个回流流分别回流到较高压力柱28和较低压力柱30。第二富氮回流流在过冷单元70中过冷，并部分地作为回流流84被膨胀阀86阀膨胀并作为回流引入到较低压力柱30。可选地，第二富氮回流流82的另一部分88在膨胀阀90中被阀膨胀，并可作为氮液体产物流92。过冷热交换量由富氮蒸汽流94提供，该富氮蒸汽流94由来自较低压力柱30的柱顶成分组成。在过冷单元70中被部分加热之后，富氮蒸汽流在主热交换器22中被完全加热，并作为氮产物流96。
如全部或可选地所示，由富氧液体柱底成分72组成的富氧液体流98的一部分被泵100泵送，以产生泵送的液体流102。至少一部分泵送的液体流102的第一部分104可以在主热交换器22中与第一分支的压缩空气流18间接热交换而被加热，以产生加压的氧产物流106。取决于泵送的液体流102的加压程度，加压的氧产物流106将成为超临界流体或高压蒸汽。可选地，泵送的液体流102的一部分108可以在膨胀阀110中被阀膨胀，并作为富氧液体产物流112。如本领域技术人员已知的，作为附加或替代，富氮的另一组分浓的液体流可以用于形成加压产物。
氩柱32操作在与较低压力柱30差不多的压力下，并通常取决于所期望的氩提纯的量而采用50到180之间的级。包含供给流114的气态氩和氧被从氩浓度至少接近最大值的点从较低压力柱30移除，并且包含供给的氩和氧在氩柱32中精馏为富氩的蒸汽柱顶成分和富氧的液体柱底成分。由在氩柱32中产生的柱顶成分组成的富氩的蒸汽流115在具有壳体117和芯118的氩冷凝器116中冷凝，以产生富氩液体流120。富氩液体流120的一部分122作为回流返回氩柱32，一部分124在膨胀阀126内被阀膨胀，并作为氩产物流128。取决于级数，这种富氩产物可以按照本领域已知的方式被进一步处理以移除氧和氮。所得到的氩柱32的富氧和贫氩液体柱底成分可以作为流130，由泵132泵送，然后作为贫氩液体流134返回到较低压力柱30。
由较高压力柱28的粗液氧柱底成分50组成的粗液氧流68在过冷单元70内被过冷，如之前所述，然后，分为第一和第二分支粗液氧流138和140。如将所论述的，第一分支粗液氧流138在图1所示的具体实施例中作为第一液体流，其以将要描述的方式来过冷由液体空气流60的第二部分64所形成的第二液体流。第一分支粗液氧流138在膨胀阀142中被阀膨胀并引入容纳芯118的壳体117中以冷凝富氩蒸汽流116。这使第一分支粗液氧流138部分地蒸发，并产生液相和蒸汽相。分别由该液相和蒸汽相所组成的液相流和蒸汽相流146和148被引入较低压力柱30，用于对粗液氧柱底成分50进行进一步提纯。此外，第二分支粗液氧流140在阀150中被阀膨胀，然后被引入较低压力柱，用于进一步提纯。
第二液体流（液体空气流60的一部分64）也被引入氩冷凝器116的芯118，在此处，其通过与由第一分支粗液氧流138所形成的第一液体流进行间接热交换而被过冷。所得到的过冷的第二液体流152然后在阀154中被阀膨胀，并以高于引入第二分支粗液氧流140和液相流146及蒸汽相流148的位置的位置被引入较低压力柱30。优选地，氩冷凝器116的芯118是板翅片结构，在分隔片之间具有冷却通道，该冷却通道被供给富氩蒸汽流115和第二液体流。用于使包含在第一分支粗液氧流138中的粗液氧部分蒸发的沸腾通道在相对端开放。设在氩冷凝器116的芯118中的过冷第二液体流的冷却通道将不与用来冷凝氩的冷却通道相邻。结果，过冷的第二液体流152将具有与冷凝的氩差不多的温度，并且在膨胀阀154所产生的闪蒸将减少。以这种方式，较低压力柱30（在段44中）的回流率将增加，在较低压力柱30的柱顶成分中的氧和氩的量将降低，与富氧液体柱底成分72相关的氧回收率以及包含流114的氧和氩能够从较低压力柱30取出的比率都将增加，导致增加的氧和氩回收率。
因此，在图1中，氩冷凝器116组成具有过冷功能的第二过冷装置。参考图2，提供了空气分离设备1’，其组成图1所示的空气分离设备1的备选实施例。空气分离设备1’结合有用于过冷由专用热交换器156形成的第二液体流的第二装置。由第一分支粗液氧流138产生的第一液体流在膨胀阀142中膨胀之后，被引入热交换器156，对第二液体流（液体空气流的第二部分64）进行过冷。间接热交换将使第二分支粗液氧流138部分蒸发，该第二分支粗液氧流138通过与富氩蒸汽流115的间接热交换将被进一步蒸发。因此，氩冷凝器116’不设有独立的一组用于第二液体流的冷却通道。该实施例的优点在于所得到的过冷的第二液体流152’的温度将比冷凝的氩低若干度。因此，与由图1所示的空气分离设备1产生的过冷的第二液体流152相比，在过冷的第二液体流152’内产生的闪蒸蒸汽更少。
参考图3，示出了空气分离设备1’’，其组成图2所示的空气分离设备1’的备选实施例。在空气分离设备1’’中，所有的液体空气流60都被引入较高压力柱28。第二液体流64’是类似于空气的流，也称为合成液体空气，其包含氧、氮以及氩。在净化之后，氩浓度不小于空气，氧含量小于粗液氧柱底成分50。该第二液体流64’被从液体空气流60被引入较高压力柱28的点或以下的柱位置移除。在所示出的实施例中，通过从板的下降管或从物理上与液体空气流60被引入较高压力柱28的相同柱位置移除的位置以上的填充段移除下降液体而产生第二液体流64’。在空气分离设备1’中，专用热交换器156’用作通过与第一分支粗液氧流138形成的第一液体流间接热交换来对第二液体流64’进行过冷的装置。该布置的优点在于，由液体空气所产生的闪蒸气体的一部分在较高压力柱28中被捕获，因此增加了所得到的过冷第二液体流152’’所提供的液体回流，以及过冷的第二液体流152’’比图1所示的过冷的第二液体流152更冷。应该注意，第二液体流152’’供给到较低压力柱30的位置可以位于较高的高度(~200 ft)，在这种情况下，将需要机械泵能够使液体空气进入其供给位置。相同的考虑也适用于本文所述的本发明的其它实施例。
图4中示出了空气分离设备1’’’，其中，所有的第一分支粗液氧在膨胀阀142中被阀膨胀，并引入氩冷凝器116。本实施例中的第一液体流由液相流146形成，该液相流146从氩冷凝器排出并且在专用热交换器156’’中与第二分支液体空气流64被膨胀阀158部分地释放压力之后所形成的第二液体流进行间接热交换。这样，如果液化空气具有足够的压力，则在膨胀（等熵或等焓）时可能发生温度升高，因为该流体在其“逆变点”以上。对于等焓（阀）膨胀，逆变点由等于零的焦耳-汤姆逊系数（μJT）来限定（负值得到在压力减小时的温度升高）。因此，使用阀158可以提高LMT，因此，热交换器156’’可以更小，从而比如上所述的热交换器156和156’更为廉价。此外，热交换导致液相流154的部分蒸发，以产生两相流160，该两相流160在比第二分支粗液氧流140低的位置引入较低压力柱30，以提供更多的氮气提蒸汽，从而提高较低压力柱30的分离能力。所得到的过冷的第二液体流152’’’在膨胀阀154中阀膨胀并引入较低压力柱30，如在以上其它实施例所述。
图5示出了类似于图3所示的空气分离设备1’’的空气分离设备1iv。然而，在空气分离设备1iv中，第一液体流162从较低压力柱30提取，该第一液体流162具有与图1所示的液相流146相似的组分。第一液体流162在膨胀阀164中阀膨胀，并且通过在专用热交换器156’’’中与第二液体流64’的间接热交换而部分地蒸发。然后，第一液体流162被引入氩冷凝器116中，在氩冷凝器116中其被进一步蒸发。如所示，液相流146和蒸汽相流148在第一液体流162所提取的水平上引入较低压力柱30，尽管这些流的引入点可以低于该水平。接着，所有粗液氧流68在过冷单元70内过冷之后在膨胀阀166中被阀膨胀，并引入较低压力柱30，用于进一步提纯，所得到的过冷的液体流152’’以高于粗液氧流68被引入较低压力柱30。
尽管参考优选实施例描述了本发明，但如本领域技术人员将认识到的，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出多种改变、增加或省略。

Claims (16)

1. 一种空气分离方法，包括：
进行低温精馏过程，所述低温精馏过程包括在蒸馏柱单元内将压缩和净化的空气至少蒸馏为富氮部分和富氧部分，所述蒸馏柱单元至少具有较高压力柱和较低压力柱，所述较低压力柱以热传递关系与所述较高压力柱操作地相关联，并连接到所述较高压力柱，使得在所述较高压力柱中产生的粗液氧柱底成分被引入所述较低压力柱并在所述较低压力柱中进一步提纯；以及
进行低温精馏过程，使得产生包含氧和氮的第一液体流和第二液体流，所述第一液体流的氧含量高于空气，并且所述第二液体流的氧含量低于所述第一液体流，并且所述第二液体流的氩含量不低于净化后的空气，所述第二液体流通过与所述第一液体流的间接热交换来过冷，并且所述第二液体流在粗液氧柱底成分或其任一部分被引入所述较低压力柱的柱位置以上被引入所述较低压力柱，使得所述第二液体流被引入的柱位置以下的液体与蒸汽的比增加，并且因此，所述较低压力柱的柱顶成分内的氧减少，提高所述蒸馏柱单元的氧回收率。
2. 如权利要求1所述的空气分离方法，其中：
所述蒸馏柱单元具有连接到所述较低压力柱的氩柱，使得包含蒸汽流的氧和氩被引入所述氩柱，并且氩与氧分离以产生在生产氩产物时使用的富氩部分，所述蒸馏柱单元还具有氩冷凝器，冷凝由所述富氩部分组成的富氩蒸汽流，用于生产氩产物和到所述氩柱的回流；
在过冷之后将所述第二液体流引入所述较低压力柱将减少所述较低压力柱的柱顶成分内的氩，以提高能够从所述较低压力柱获取包含蒸汽流的氧和氩的比率，从而提高氩回收率；以及
进行低温精馏过程，使得由所述较高压力柱的粗液氧柱底成分组成的粗液氧流被过冷，并包括被引入所述较低压力柱并在所述较低压力柱中进一步提纯的粗液氧柱底成分，并且空气的某组分浓的组分浓流的至少一部分被泵送以形成泵送液体流，所述泵送液体流的至少一部分通过与增压空气流的间接热交换而被加热，从而由所述泵送液体流产生加压产物流，以及由增压空气流产生液体空气流。
3. 如权利要求2所述的空气分离方法，其中：
所述第一液体流由所述粗液氧流的一部分形成；
所述粗液氧流的剩余部分被阀膨胀并引入到所述较低压力柱；
所述第二液体流由所述液体空气流的至少一部分形成；
在过冷所述第二液体流之前，阀膨胀所述第一液体流；以及
所述第二液体流被阀膨胀并引入到所述粗液氧流的剩余部分以上的较低压力柱。
4. 如权利要求3所述的空气分离方法，其中：
经过阀膨胀的所述第一液体流被引入所述氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流和所述第二液体流间接热交换，由此，冷凝所述富氩蒸汽流，过冷所述第二液体流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；以及
分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱。
5. 如权利要求3所述的空气分离方法，其中：
在所述第一液体流被阀膨胀之后，所述第二液体流通过在热交换器中与所述第一液体流的间接热交换而被过冷；
所述第一液体流在通过所述热交换器之后，被引入所述氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；以及
分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱。
6. 如权利要求2所述的空气分离方法，其中：
所述第一液体流由所述粗液氧流的一部分形成；
所述粗液氧流的剩余部分被阀膨胀并引入到所述较低压力柱；
所述液体空气流被阀膨胀并引入所述较高压力柱；
所述第二液体流在所述液体空气流被引入所述较高压力柱的柱水平从所述较高压力柱移除；
在所述第一液体流在热交换器中被阀膨胀之后，所述第二液体流通过与所述第一液体流的间接热交换而被过冷；
被过冷后的所述第二液体流被阀膨胀并引入到所述粗液氧的剩余部分以上的所述较低压力柱；
所述第一液体流在通过所述热交换器之后，被引入所述氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；以及
分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱。
7. 如权利要求2所述的空气分离方法，其中：
所述粗液氧流的一部分被阀膨胀并引入所述氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；
所述粗液氧流的剩余部分被阀膨胀并引入到所述较低压力柱；
由所述蒸汽相组成的蒸汽相流被引入所述较低压力柱；
所述第一液体流由所述液相组成的液相流形成；
所述第二液体流由所述液体空气流的至少一部分形成；
所述第二液体流被阀膨胀，并且通过在热交换器中与所述第一液体流的间接热交换而被过冷；以及
被过冷后的所述第二液体流被阀膨胀并引入到所述粗液氧流的剩余部分以上的所述较低压力柱。
8. 如权利要求2所述的空气分离方法，其中：
所述液体空气流被阀膨胀并引入所述较高压力柱；
所述第二液体流在所述液体空气流被引入所述较高压力柱的较高压力柱水平或以下从所述较高压力柱移除；
所述第一液体流从所述较低压力柱移除，被阀膨胀，并且在热交换器中与所述第二液体流间接热交换，从而过冷所述第二液体流；
所述第一液体流从所述热交换器传递到所述氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；
分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流在所述第一液体流从所述较低压力柱移除的较低压力柱水平或以下被引入所述较低压力柱；以及
过冷之后的所述第二液体流被阀膨胀，并在引入所述粗液氧柱底成分流的位置以上的柱位置被引入所述较低压力柱。
9. 一种空气分离设备，包括：
低温精馏装置，所述低温精馏装置包括蒸馏柱单元，所述蒸馏柱单元至少具有构造成将压缩和净化的空气至少蒸馏成富氮部分和富氧部分的较高压力柱和较低压力柱，所述较低压力柱以热传递关系与所述较高压力柱操作地相关联，并连接到所述较高压力柱，使得在所述较高压力柱中产生的粗液氧柱底成分被引入所述较低压力柱并在所述较低压力柱中进一步提纯；
所述低温精馏装置具有用于产生第一液体流的装置、用于产生第二液体流的装置，所述第一液体流和所述第二液体流包含氧和氮，所述第一液体流的氧含量高于空气，所述第二液体流的氧含量低于所述第一液体流，并且氩含量不低于净化后的空气，所述第一装置用于过冷将要在所述较低压力柱中进一步提纯的粗液氧柱底成分，所述第二装置用于使所述第二液体流通过与所述第一液体流的间接热交换而被过冷；以及
所述第二过冷装置连接到所述较低压力柱，使得所述第二液体流在粗液氧柱底成分或其任意部分被引入所述较低压力柱的位置以上的柱位置引入所述较低压力柱，使得引入所述第二液体流的柱位置以下的液体与蒸汽的比增加，因此，在所述较低压力柱的柱顶成分内的氧减少，并且所述蒸馏柱单元的氧回收率增加。
10. 如权利要求9所述的空气分离设备，其中：
所述低温精馏装置具有连接到所述空气分离单元的泵，使得空气的某一组分浓的组分浓流的至少一部分被泵送以形成泵送的液体流，并且具有连接到所述空气分离单元的主热交换装置，用于通过与增压空气流的间接热交换来冷却空气并加热至少一部分所述泵送液体流，从而从所述泵送液体流产生加压的产物流，并且从所述增压空气流产生液体空气流；
所述第一过冷装置构造成过冷由将要在所述较低压力柱中进一步提纯的粗液氧柱底成分组成的粗液氧流；以及
所述蒸馏柱单元具有连接到所述较低压力柱的氩柱，使得包含蒸汽流的氧和氩被引入所述氩柱，并且氩与氧分离以产生富氩蒸汽流，所述蒸馏柱单元还具有氩冷凝器，所述氩冷凝器构造成冷凝所述富氩蒸汽流，使柱回流返回到所述氩柱并产生氩产物流。
11. 如权利要求10所述的空气分离设备，其中：
所述第二过冷装置连接到所述第一过冷装置，使得所述第一液体流由一部分所述粗液氧流形成，所述第二过冷装置还连接到主热交换装置，使得所述第二液体流由至少一部分所述液体空气流形成；
所述第一过冷装置连接到所述较低压力柱，使得所述粗液氧流的剩余部分被引入所述较低压力柱；
所述较低压力柱连接到所述第二过冷装置，使得所述第二液体流在所述粗液氧流的剩余部分之上引入所述较低压力柱；以及
第一、第二和第三膨胀阀，分别位于：所述较低压力柱和所述第一过冷装置之间，使得所述粗液氧流的剩余部分在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；所述第二过冷装置和所述第一过冷装置之间，使得所述第一分支粗液氧流在进入所述第二过冷装置之前被阀膨胀；以及所述第二过冷装置和所述较低压力柱之间，使得所述第二液体流在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀。
12. 如权利要求11所述的空气分离设备，其中：
所述第二过冷装置是氩冷凝器，所述氩冷凝器构造成使得所述第一液体流被引入氩冷凝器并与所述富氩蒸汽流和所述第二液体流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，过冷所述第二液体流并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；以及
所述氩冷凝器连接到所述较低压力柱，使得分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱。
13. 如权利要求11所述的空气分离设备，其中：
所述第二过冷装置是热交换器；
所述氩冷凝器连接到所述热交换器，使得已通过所述热交换器的所述第一液体流被引入所述氩冷凝器，并与作为所述氩柱的柱顶成分而产生的富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；以及
所述氩冷凝器连接到所述较低压力柱，使得分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱。
14. 如权利要求10所述的空气分离设备，其中：
所述第二过冷装置是连接到所述第一过冷装置的热交换器，使得所述第一液体流由所述粗液氧流的一部分形成；
所述第一过冷装置连接到所述较低压力柱，使得所述粗液氧流的剩余部分被阀膨胀并被引入所述较低压力柱；
所述较高压力柱连接到所述主热交换装置，使得所述液体空气流被引入所述较高压力柱；
所述热交换器连接到所述较高压力柱，使得所述第二液体流在所述液体空气流被引入所述较高压力柱的柱水平从所述较高压力柱移除；
所述较低压力柱连接到所述热交换器，使得所述第二液体流在已经被过冷之后在所述粗液氧的剩余部分之上引入所述较低压力柱；
所述氩冷凝器连接到所述热交换器，使得所述第一液体流在通过所述热交换器之后被引入氩冷凝器，并与所述富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；
所述氩冷凝器连接到所述较低压力柱，使得分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流被引入到所述较低压力柱；以及
第一、第二、第三和第四膨胀阀，分别位于：所述较低压力柱和所述第一过冷装置之间，使得所述粗液氧流的剩余部分在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；所述热交换器和所述第一过冷装置之间，使得所述第一流体流在进入所述热交换器之前被阀膨胀；所述热交换器和所述较低压力柱之间，使得所述第二液体流在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；以及所述主热交换装置和所述较高压力柱之间，使得所述液体空气流在进入所述较高压力柱之前被膨胀。
15. 如权利要求10所述的空气分离设备，其中：
所述氩冷凝器连接到所述第一过冷装置，使得所述粗液氧流的一部分被引入氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；
所述较低压力柱连接到所述第一过冷装置，使得所述粗液氧流的剩余部分被引入所述较低压力柱；
所述氩冷凝器连接到所述较低压力柱，使得由所述蒸汽相组成的蒸汽相流被引入到所述较低压力柱；
所述第二过冷装置是连接到所述氩冷凝器的热交换器，使得所述第一液体流由所述液相组成的液相流形成，所述热交换器还连接到所述主热交换装置，使得所述第二液体流由至少一部分所述液体空气流形成；
所述较低压力柱连接到所述热交换器，使得所述第二液体流在已经被过冷之后在所述粗液氧流的剩余部分之上引入所述较低压力柱；以及
第一、第二、第三和第四膨胀阀，分别位于：所述较低压力柱和所述第一过冷装置之间，使得所述粗液氧流的剩余部分在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；所述热交换器和所述第一过冷装置之间，使得所述第一流体流在进入所述热交换器之前被阀膨胀；所述热交换器和所述较低压力柱之间，使得所述第二液体流在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；以及所述主热交换装置和所述热交换装置之间，使得至少一部分所述液体空气流在进入所述热交换器之前被膨胀。
16. 如权利要求10所述的空气分离设备，其中：
所述主热交换装置连接到所述较高压力柱，使得所述液体空气流被引入所述较高压力柱；
所述第二过冷装置是连接到所述较高压力柱和所述较低压力柱的热交换器，使得所述第二液体流在所述液体空气流引入所述较高压力柱的较高压力柱水平或以下从所述较高压力柱移除，所述第一液体流从所述较低压力柱移除，并且所述第二液体流在过冷之后在引入所述粗液氧柱底成分流的位置以上被引入所述较低压力柱；
所述氩冷凝器连接到所述热交换器，使得所述第一液体流从所述热交换器传递到所述氩冷凝器，并与富氩蒸汽流间接热交换，从而冷凝所述富氩蒸汽流，并从所述第一液体流产生液相和蒸汽相；
所述氩冷凝器连接到所述较低压力柱，使得分别由所述液相和所述蒸汽相组成的液相流和蒸汽相流在所述第一液体流从所述较低压力柱移除的较低压力柱水平或以下被引入到所述较低压力柱；以及
第一、第二、第三和第四膨胀阀，分别位于：所述较低压力柱和所述第一过冷装置之间，使得所述粗液氧流的剩余部分在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；所述热交换器和所述较低压力柱之间，使得所述第一液体流在进入所述热交换器之前被阀膨胀；所述热交换器和所述较低压力柱之间，使得所述第二液体流在被引入所述较低压力柱之前被阀膨胀；以及所述主热交换装置和所述较高压力柱之间，使得至少一部分所述液体空气流在进入所述较高压力柱之前被阀膨胀。
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