低温分离空气的方法和设备技术

该方法和设备用于在用于氮氧分离的蒸馏塔系统中低温分离空气，该蒸馏塔系统包括第一高压塔(23)和低压塔(25，26)以及三个冷凝器-蒸发器，即高压塔-塔顶冷凝器(27)、低压塔-塔底蒸发器(28)和辅助冷凝器(29；228)。将第一进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却。将经冷却的第一进料空气流(22)在第一压力下导入第一高压塔(23)中。在高压塔-塔顶冷凝器(27)中使来自第一高压塔(23)的气态塔顶氮气(44，45)冷凝。将在高压塔-塔顶冷凝器(27)中冷凝的塔顶氮气(46)的至少一部分(47)作为回流液体送至第一高压塔(23)。低压塔(25，26)的塔底液体(66)的一部分在低压塔-塔底蒸发器(28)中通过与冷凝的加热流体(58)的间接热交换而蒸发。低压塔(25，26)的塔底液体(66)的未蒸发的部分(67)在辅助冷凝器(29；228)中至少部分地蒸发。在辅助冷凝器(29；228)中蒸发的液体(68)的至少一部分作为气态氧气产品(69)获得。该用于氮氧分离的蒸馏塔系统此外还包括第二高压塔(24)。将第二进料空气流(35)在主热交换器(20，21)中冷却，随后在高于第一压力的第二压力下导入第二高压塔(24)中。将第二高压塔(24)的塔顶气体(58)的至少一部分在低压塔-塔底蒸发器(28)中用作加热流体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温分离空气的方法和设备
本专利技术涉及根据权利要求1的主题的低温分离空气的方法。该方法在用于氮氧分离的蒸馏塔系统中实施，该系统包括第一高压塔和低压塔以及三个冷凝器-蒸发器，即高压塔-塔顶冷凝器、低压塔-塔底蒸发器和辅助冷凝器。本专利技术尤其是涉及低压过程。
技术介绍
“低压过程”在此理解为低压塔塔顶处的工作压力小于2.0巴、尤其是小于1.8巴、更尤其是小于1.5巴的过程。“冷凝器-蒸发器”所指的是一种热交换器，在其中第一冷凝流体流与第二蒸发流体流进行间接热交换。每个冷凝器-蒸发器具有分别由液化通道和蒸发通道构成的液化腔室和蒸发腔室。在液化腔室中第一流体流被冷凝(液化)，在蒸发腔室中第二流体流被蒸发。蒸发腔室和液化腔室由彼此成热交换关系的通道的组形成。冷凝器-蒸发器例如可以构造成降膜蒸发器或浴式蒸发器。在“降膜蒸发器”中，待蒸发的流体从上向下穿过蒸发腔室流动并且在此过程中被部分地蒸发。在“浴式蒸发器”(有时也称作“循环蒸发器”或“热虹吸管蒸发器”)中，热交换器模块处于待蒸发的流体的液体浴中。由于热虹吸效应，流体由下向上穿过蒸发通道流动并且在顶部又作为两相混合物排出。剩余液体在热交换器模块外部回流至液体浴中。(在浴式蒸发器中，蒸发腔室不仅可以包括蒸发通道，而且还可以包括围绕热交换器模块的外部腔室)。用于低压塔的冷凝器-蒸发器(高压塔-塔顶冷凝器，若其构造成低压塔-中间蒸发器，和低压塔-塔底蒸发器)可以设置在低压塔的内部或者在一个或多个单独的容器中。高压塔-塔顶冷凝器也可以设置在第一高压塔的塔顶。“物料交换元件”在此理解为所有的塔内部构件，其在上升蒸汽和下降液体之间引起对于蒸馏(精馏)至关重要的强烈的物料交换。该术语尤其是包括传统的物料交换盘、有序填料和散装填料元件(无序填料)。在本专利技术的方法和设备中及在实施例中，原则上可以在每个塔中使用传统的物料交换盘(例如筛板塔盘)、松散填料(无序填料)和/或有序填料。在一个塔中还可以将不同种类的元件加以组合。由于压力损失小，优选为有序填料。其进一步增强了本专利技术的节能效果。在工艺技术的意义上，高压塔和低压塔均形成分离塔。其通常设置在容器中。替代性地，每个塔的物料交换元件可以分配到两个或更多个相应地相连接的容器中。辅助冷凝器的供料在一种选择中是通过离开低压塔-塔底蒸发器的蒸发腔室的低压塔塔底液体的一部分形成的；在低压塔-塔底蒸发器构造成浴式蒸发器时，通常选择该工艺过程。选择性地，例如在使用降膜蒸发器时，低压塔的塔底液体从最低的物料交换元件排出，导入低压塔-塔底蒸发器的蒸发腔室中，而低压塔-塔底液体的未蒸发的部分从低压塔底部排出，至少部分地送至辅助冷凝器。在辅助冷凝器中，来自高压塔的空气或氮富集的馏分可以用作加热介质。在传统的将两个冷凝器-蒸发器用于低压塔的方法中，低压塔-塔底蒸发器与辅助冷凝器一起用空气流进行加热；这不利于分离效率，因为大部分空气被预先液化，并因此不再参与到高压塔中的预分离中。US2008/115531A1公开了前述类型的将两个冷凝器-蒸发器用于低压塔的辅助冷凝器-方法，其中不需要此类在提高的压力下的空气流。替代性地，来自高压塔的氮气在制冷压缩机中达到提高的压力，并在低压塔-塔底蒸发器中(以及在辅助冷凝器中)用作加热介质。使用制冷压缩机是昂贵且不方便的，此外与在低温水平引入热量相关联，这在能量方面从根本上是不利的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供此类方法及相应的设备，从而以比较低的设备成本和复杂性运行，并且在能量方面也特别有利地运行。该目的是通过权利要求1的特征实现的。尤其是使用了工作压力高于第一高压塔的工作压力的第二高压塔。在本专利技术的方法中，可以省略掉制冷压缩机，而且空气不会在低压塔-塔底蒸发器中预先液化。低压塔-塔底蒸发器的液化腔室在大约为第二高压塔塔顶的压力下运行；在任何情况下，第二高压塔的塔顶气体在导入低压塔-塔底蒸发器中之前不被压缩，而是优选在其正常压力下进入所述蒸发器的液化腔室。第一眼看上去这是荒谬的，与使用制冷压缩机的情况相比，其努力和花费看上去非常高，也就是说要使用额外的分离塔-第二高压塔，此外将一部分空气压缩到提高的压力。然而，在本专利技术的范畴内，节约能量的程度出人意料地高，实际上产生了不枉费额外的努力和成本的相当大的优势。额外地或优选替代性地，可以通过使来自用于氮氧分离的蒸馏塔系统的高压塔的氮富集的流做功膨胀，并在主热交换器中对经做功膨胀的氮富集的流进行加热，从而通过压缩氮气透平获得冷量。氮富集的流可以来自第二高压塔，但优选从第一高压塔取出；其尤其是在不采取改变压力的措施的情况下被引导到相应的膨胀机；因此，其进入压力等于相应的高压塔的工作压力(减去压力损失)。有利的是，将至少一部分在做功膨胀之后被加热的氮富集的流在进料空气的净化装置中用作再生气。这不仅有利地使用了经做功膨胀的流，而且使低压塔压力与再生气在净化装置中所经历的压力损失脱离关系。因为再生气并没有依照惯例从低压塔排出，低压塔压力可以相应地更低，例如低于1.3巴，因此可以降低整体压力水平。这进一步提高了该方法的能量效率。此外有利的是，在本专利技术的方法中，高压塔-塔顶冷凝器作为低压塔-中间蒸发器运行，其方式是使来自低压塔的液体中间馏分在此蒸发并将在低压塔-中间蒸发器中蒸发的中间馏分的至少一部分作为上升气体导入低压塔中。由此以特别有利的方式产生用于第一高压塔的回流液体，同时改善了低压塔的分离效率。在根据本专利技术的方法的一个扩展的实施方案中，低压塔由至少两个区段形成，其中第一区段和第二区段均设置在分离的包括物料交换元件的容器中，低压塔的第二区段设置成与第一高压塔并排。在该方法中，低压塔被划分开，这意味着其物料交换元件被分配到多于一个容器中，尤其是精确为两个容器。这些容器通过管线以如下方式连接，总体上实现了低压塔的工艺技术效果。因此，塔和冷凝器-蒸发器可以如下方式设置，使液体基于自然的高差尽可能远地流入相应的容器中。低压塔的第二区段设置成与第一高压塔并排。“并排”在此意味着在设备的正常运行中这两个塔以如下方式布置，它们的横截面在水平面上的投影彼此不重叠。虽然“分开的低压塔”的应用本身由DE10009977所公开，但是与不同的冷凝器连接模式、与低压塔中升高的工作压力及与特定的侧塔的相关性是非常特殊的。因此到目前为止还没有人想到将此类塔分离模式应用于根据US2008/115531A1的低压过程。在本专利技术的一个特别有利的实施方案中，低压塔的第一区段包括在低压塔-中间蒸发器和低压塔-塔底蒸发器之间的物料交换元件，第二区段包括低压塔的物料交换元件，经由该物料交换元件排出所述塔的塔顶产品。原则上还可以将低压塔划分成三个或更多个区段。优选使用精确的两个区段。低压塔的第一区段优选也与第一高压塔并排布置，尤其是在第一高压塔和低压塔的第二区段之间。若第一高压塔构造成一个部分，并且低压塔构造成两个部分，则在此情况下这些塔的所有的区段彼此并排布置。由此实现了特别低的总建筑高度。在此有利的是，低压塔的第一区段不是直立在地面上，而是安装在一定高度，从而不必泵送需要在低压塔中作为回流的液氮。替代性地，低压塔的第一区段可以布置在第一高压塔上方。替代性地，低压塔的第一区段可以设置在第一高压塔上方或者在另一个高压塔上方。本文档来自技高网...

【技术保护点】
在用于氮氧分离的蒸馏塔系统中低温分离空气的方法，该蒸馏塔系统包括第一高压塔(23)和低压塔(25，26)以及三个冷凝器‑蒸发器，即高压塔‑塔顶冷凝器(27)、低压塔‑塔底蒸发器(28)和辅助冷凝器(29；228)，在该方法中：‑将第一进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却，‑将经冷却的第一进料空气流(22)在第一压力下导入第一高压塔(23)中，‑在高压塔‑塔顶冷凝器(27)中使来自第一高压塔(23)的气态塔顶氮气(44，45)冷凝，‑将在高压塔‑塔顶冷凝器(27)中冷凝的塔顶氮气(46)的至少一部分(47)作为回流液体送至第一高压塔(23)，‑低压塔(25，26)的塔底液体(66)的一部分在低压塔‑塔底蒸发器(28)中通过与冷凝的加热流体(58)的间接热交换而蒸发，‑低压塔(25，26)的塔底液体(66)的未蒸发的部分(67)在辅助冷凝器(29；228)中至少部分地蒸发，及‑在辅助冷凝器(29；228)中蒸发的液体(68)的至少一部分作为气态氧气产品(69)获得，其特征在于，‑该用于氮氧分离的蒸馏塔系统此外还包括第二高压塔(24)，‑将第二进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却，‑将经冷却的第二进料空气流(35)在高于第一压力的第二压力下导入第二高压塔(24)中，及‑将第二高压塔(24)的塔顶气体(58)的至少一部分在低压塔‑塔底蒸发器(28)中用作加热流体。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.09.20 DE 102011113668.5;2011.09.20 DE 10201111.在用于氮氧分离的蒸馏塔系统中低温分离空气的方法，该蒸馏塔系统包括第一高压塔(23)和低压塔(25，26)以及三个冷凝器-蒸发器，即高压塔-塔顶冷凝器(27)、低压塔-塔底蒸发器(28)和辅助冷凝器(29；228)，在该方法中：-将第一进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却，-将经冷却的第一进料空气流(22)在第一压力下导入第一高压塔(23)中，-在高压塔-塔顶冷凝器(27)中使来自第一高压塔(23)的气态塔顶氮气(44，45)冷凝，-将在高压塔-塔顶冷凝器(27)中冷凝的塔顶氮气(46)的至少一部分(47)作为回流液体送至第一高压塔(23)，-低压塔(25，26)的塔底液体(66)的一部分在低压塔-塔底蒸发器(28)中通过与冷凝的加热流体(58)的间接热交换而蒸发，-低压塔(25，26)的塔底液体(66)的未蒸发的部分(67)在辅助冷凝器(29；228)中至少部分地蒸发，及-在辅助冷凝器(29；228)中蒸发的液体(68)的至少一部分作为气态氧气产品(69)获得，其特征在于，-该用于氮氧分离的蒸馏塔系统此外还包括第二高压塔(24)，-将第二进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却，-将经冷却的第二进料空气流(35)在高于第一压力的第二压力下导入第二高压塔(24)中，及-将第二高压塔(24)的塔顶气体(58)的至少一部分在低压塔-塔底蒸发器(28)中用作加热流体。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使来自用于氮氧分离的蒸馏塔系统的第一高压塔(23)的氮富集的流(51，52)做功膨胀(53)，将经做功膨胀的氮富集的流(54)在主热交换器(20，21)中加热。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将经加热的氮富集的流(55)的至少一部分在用于进料空气的净化装置(18，30；118)中用作再生气(56，57)。4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，高压塔-塔顶冷凝器(27)作为低压塔-中间蒸发器(27)运行，其方式是通过在此使来自低压塔(25，26)的液态中间馏分(75)蒸发，并将在低压塔-中间蒸发器(27)中蒸发的中间馏分的至少一部分作为上升气体导入(77，79)低压塔(25，26)中。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，低压塔通过至少两个区段形成，其中第一区段(25)和第二区段(26)各自设置在分离的包括物料交换元件的容器中，低压塔的第二区段(26)与第一高压塔(23)并排设置。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，低压塔的第一区段(25)包括在低压塔-中间蒸发器(27)与低压塔-塔底蒸发器(28)之间的物料交换元件，第二区段(26)包括位于低压塔的塔顶的物料交换元件。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，低压塔的第一区段(25)与第一高压塔(23)并排设置。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，低压塔的第一区段(25)设置在第一高压塔(23)与低压塔的第二区段(26)之间。9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，低压塔的第一区段(25)设置在第一高压塔(23)上方。10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，高压塔-塔顶冷凝器(27)设置在低压塔的第一区段(25)的上方或内部。11.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，低压塔-塔底蒸发器(28)设置在低压塔的第一区段(25)的下方或内部。12.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，辅助冷凝器(29；228)设置在低压塔-塔底蒸发器(28)下方。13.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，第一和第二高压塔(23，24)彼此上下布置，第一高压塔(23)设置在第二高压塔(24)下方。14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，辅助冷凝器(29)设置在第一高压塔与第二高压塔之间。15.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将第三进料空气流在主热交换器(20，21)中冷却，使经冷却的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·德姆斯基，A·阿列克谢耶夫，T·拉斯伯恩，D·戈卢贝夫，A·亚伊利，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE