空气分离方法及设备技术

一种空气分离方法及设备，其中超临界氧产物经由与增压空气流进行间接热交换通过加热具有超临界压力的泵送液氧流而产生。间接热交换在热交换器内进行，并且液氮流在热交换器中被气化以降低增压空气流为加热该泵送液氧流除此之外需要的压力。泵送液氧流构成从空气分离单元去除的富氧液体的90%，空气在空气分离单元中被精馏，液氮构成未用作为回流的液氮的至少90%，并且液氮流与富氧液体之间的流量率比例在大约0.3与0.90之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】一种空气分离方法及设备，其中超临界氧产物经由与增压空气流进行间接热交换通过加热具有超临界压力的泵送液氧流而产生。间接热交换在热交换器内进行，并且液氮流在热交换器中被气化以降低增压空气流为加热该泵送液氧流除此之外需要的压力。泵送液氧流构成从空气分离单元去除的富氧液体的90%，空气在空气分离单元中被精馏，液氮构成未用作为回流的液氮的至少90%，并且液氮流与富氧液体之间的流量率比例在大约0.3与0.90之间。【专利说明】空气分罔方法及设备
本专利技术涉及一种用于分离空气的方法及设备，其中富氧液体被泵送从而产生具有超临界压力的泵送液氧流(pumped liquid oxygen stream),泵送液氧流继而通过与增压空气流(boosted pressure air stream)进行间接热交换而被加温(warm)至超临界温度，从而产生作为超临界流体的氧产物。更具体地，本专利技术涉及这样的方法及设备:其中在加压液体流被加热时，液氮流同时被气化，从而降低了增压空气流为单独加热该泵送液氧流除此之外(otherwise)需要的压力。
技术介绍
对于超高压超临界氧来说存在着新兴市场，这主要受到用于此类氧的气化器的需求所驱使。通常，氧从空气的低温分离中产生。尽管通过此类低温精馏(cryogenicrectification)产生的氧能够在中等(moderate)操作压力下产生然后被压缩,但更多的时候液氧流在低温精馏装备(Plant)内被泵送至超临界压力，然后通过与增压空气流进行间接热交换被加热至超临界温度，从而产生作为超临界流体的氧产物。在低温精馏装备中，进给空气流被压缩并且被纯化去除较高沸点的杂质，诸如水分、二氧化碳、一氧化碳和碳氢化合物等，从而产生了压缩和纯化空气流。此类空气流的一部分可以在由至少一个较高压力热交换器和至少一个较低压力热交换器组成的成组热交换器装置(banked heat exchanger arrangement)的较低压力热交换器内被冷却。在成组热交换器装置中，较高压力热交换器被设置用于通过与高增压空气流(high pressureboosted air stream)进行间接热传递来将泵送液氧流加热至超临界温度。使用此类热交换器组(banking)节省了制造成本，因为只有较高压力热交换器必须被制造成经受住加热氧所必需的增压空气流(the boosted air stream)的高氧压力和甚至更高的压力。在任何情况下，来自于较低压力热交换器的冷却空气随后以热传递的关系被引入到具有较高压力塔(column)和较低压力塔的空气分离单元中，以便将空气精馏成富氮和富氧馏分(fraction)。这样的空气分离单元还可以包含连接至较低压力塔的氩塔，以便将含氩蒸气流精馏成富氩产物或本领域中称为粗氩的中间氩产物。较高压力塔和较低压力塔含有质量传递接触元件(mass transfer contactingelement),诸如塔盘(tray)或规整填料(structured packing)或这些元件的组合，以便接触液相和气相，并因此在这些塔内完成连续蒸馏。进入较高压力塔的空气产生上升气相，上升气相在其沿着较高压力塔上升时变得始终富有氮(evermore rich in nitrogen),从而产生作为塔顶产物(column overhead)的富氮蒸气。然后，富氮蒸气被冷凝以产生富氮液体，富氮液体部分用于使较高压力塔进行回流并且引发(initiate)下降液相，下降液相在质量传递接触元件内接触上升气相并在该液相下降时变得始终更富有氧(ever morericher in oxygen)。结果,在较高压力塔中产生了又称为爸液(kettle liquid)的粗液氧塔底产物(column bottoms)。此类液态塔底产物在较低压力塔中进一步被精炼,而且如果存在氩塔，此类液态塔底产物在被引入到较低压力塔中之前还用作热传递介质以冷凝氩塔中的富氩蒸气。进一步精炼在较低压力塔中产生了富氧液态塔底产物并且产生了富有氮的塔顶产物。富氧液体流随后被去除并且被泵送，从而产生了泵送液氧流，泵送液氧流至少部分地被引入到较高压力热交换器中以形成氧产物。较高压力塔与较低压力塔之间的热传递关系通过冷凝器重沸器(condenserreboiler)而产生,冷凝器重沸器位于较低压力塔的储槽(sump)中。较高压力塔的富氮蒸气塔顶产物流被冷凝以产生富氮液体，富氮液体部分用作至较高压力塔的回流。冷凝是通过与较低压力塔的富氧液态塔底产物进行间接热交换的，这引起此类液体在较低压力塔中沸腾(boil)并且产生沸腾物(boilup)。富氮液体的一部分可以作为产物，而事实上可以被泵送并且还可以与泵送液氧流一起被引入到较高压力热交换器中。在美国专利申请公开第2008/0307828号中，泵送氧流和氮流两者都穿过成组热交换装置的较高压力热交换器，以产生作为超临界流体的氧产物并且使泵送氮流气化，并因此在压力下产生氮蒸气产物。在超临界压力下产生氧时，较高压力热交换器必须被构建成经受住比待被加热的氧流甚至更高的压力。例如，如果120绝对巴(bar absolute)的氧被加热至超临界温度，增压空气流将优选地(optimally)具有大约160绝对巴的压力。这样的问题在于，制造经受住增压空气流的压力的此类热交换器的成本以及相关联的管路和阀(管路和阀也必须予以(be rated to)相同超高的压力)的成本可能变得极其昂贵。此外，能量成本可能会增加，因为取决于压力可能需要直列式筒形压缩机(inline barrel compressor),直列式筒形压缩机具有小于可在较低压力下使用的整体式齿轮压缩机(integrally geared compressor)的效率。最终，在此类系统启动期间，在超高压力下压力测试失败的后果可能是相当严重的。因此，需要最大限度地减小将泵送液氧加热至超临界温度所需的增压空气流的压力。如将讨论的那样，本专利技术提供了一种用于分离空气的方法及设备，其涉及以如下的方式使超临界压力下的泵送液氧流和热交换器内的液氮流两者加温:其中待被气化的液氮的流量率(flow rate)足以允许(allow for)在低于增压空气流除此之外所需压力的压力下进行运转。
技术实现思路
一方面，本专利技术提供了一种分离空气的方法，其中空气在低温精馏过程中被分离。在这样的过程中，压缩、纯化和冷却的空气在具有较高压力塔和较低压力塔的空气分离单元中被精馏，并且通过与增压空气流进行间接热交换，泵送液氧流的至少一部分被加热且液氮流被气化。由在较低压力塔中产生的富氧液态塔底产物组成的富氧流的至少一部分被泵送从而产生了泵送液氧流。液氮流由针对(against)部分气化富氧液态塔底产物、通过使较高压力塔的富氮蒸气塔顶产物冷凝所形成的并且未用作为回流的富氮液体流的一部分而产生。泵送液氧流的至少一部分具有超临界压力，并且被加热至超临界温度以产生作为超临界流体的氧产物。至少一部分的泵送液氧流构成至少大约90%的富氧流，而液氮流的至少一部分具有亚临界压力并且构成了富氮液体流的一部分的至少大约90%。液氮流和至少一部分的泵送液氧流具有在0.3与0.90之间的比例的流量率。增压空气流本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：NM普罗泽，RJ吉布，JR萨尔奇，L扎姆布拉诺，AM瓦塔，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：
国别省市：