用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备技术

在用于通过空气的低温蒸馏一次性生产第一加压气体和第二气体的方法中，根据第一工况，没有流体在第二热交换器(2)中被加热或冷却，根据第二工况，来自双塔的加压液体流(19)在第二交换器中被加热并气化以一次性形成所需的气体，第二压力下的空气流(9)在第二交换器中冷却。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备
本专利技术涉及用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备。本专利技术尤其提出了用于利用设备瞬态生产气体的方法并描述了该设备，该设备在正常工况中生产气态氧、气态氮、液氧和液氮。所述设备包括双塔，该双塔具有在被称为中压(MP)的第一压力下运行的第一塔和在被称为低压(LP)的比所述第一压力低的第二压力下运行的第二塔。
技术介绍
这种以瞬态模式生产的气体可以例如是在石油化工过程的惰化阶段期间使用的加压纯氮，该惰化阶段在需要正常工况的气态要求之前数天连续需要大量的氮。因为这种瞬态氮不可完全由液体氮的储存提供，所以本专利技术提出热交换器装置作为专用主体，使得可以在瞬态阶段特定地产生气体需求量，并且还可以产生其它气体(例如，氧气)的需求量；液氮和液氧的产生在瞬态阶段期间可以减少或甚至为零。交换器主体装置因此使得可以在正常工况中生产气体和液体需求量。由于各种工况模式之间的生产要求(在压力和流速方面)相距甚远，所以对分离装备的主交换器的灵活性要求甚至更大。因此，所形成的用于多种运行工况的交换器的尺寸设计远非针对给定工况而言的技术和经济最适条件。借助于专用于一种或多种瞬态工况情形的一条或多条热交换管路使得可以实现这些工况情形所要求的灵活性，同时确保工况的技术和经济最适条件在考虑中。例如，生产用于石油化工总厂的工业气体的空气分离设备将被允许在不同的压力下根据消耗单元的特定操作而产生极不相同的量。通常，液体(氮、氧、氩)的储存使得可以提高空气分离设备的生产流程的灵活性。然而，液体的储存受限于储存容量。当消耗单元的非标准工况数天都要求较大量时，可能优选利用空气分离设备直接生产，而非针对这个瞬态工况制定存储量。这个工况所要求的空气分离设备的生产灵活性因此可以由本专利技术提供，而不会降低正常工况的效率。一个替代解决方案是从中压(MP)塔生产中压气态氮并通过压缩机进行压缩。如果从MP塔中抽取的气态氮不充足，则将需要储存的液氮气化。为了不借助于储存液体的气化而生产出比可以在MP塔处抽取的气态氮多的气态氮，可以通过低压塔的上级来生产氮并且然后也通过压缩机进行压缩。在这两种情形下，均需要氮压缩机，或者甚至还需要在低压塔的顶部处具有减小的直径的部段。
技术实现思路
本专利技术提出了一种作为专用主体的热交换器设备，其包括专用的瞬态交换管路，使得可以在瞬态(临时，短期)阶段期间特定地产生气态需求量。在这个示例中考量的瞬态气体是氮，但是本专利技术还应用于由空气分离设备生产的其它气体。在这个瞬态阶段期间，维持气态氧的生产，而液氮和液氧的生产可减少或甚至为零。瞬态氮自第一塔(MP塔)泵出，并且经专用交换管路(此处被称为瞬态交换管路)逆着来自可选地由涡轮驱动的增压压缩机的排放的高压(HP)空气气化；同时，泵送的氧经另一专用交换管路逆着来自相同的增压压缩机的排放或来自第二增压压缩机的HP空气气化。停止气态氮的生产，该气态氮一般从MP塔产生并且在第三专用交换管路中逆着来自空气净化单元的MP空气被加热。正常阶段期间，瞬态氮的生产停止，同时建立起气态氮从MP塔的正常生产。维持气态氧的生产，将液体的生产调节至它们的正常设定点。此处专用于气态氮的瞬态生产的交换管路仅涉及在流经所述交换管路时会改变状态的流体：液氮(LIN)逆着液化的HP空气气化成高压氮(HPGAN)，通常使得可以降低热端处的差以获得空气分离设备的能量效率的残余氮此处使得可以针对相同量的交换热量(或“充量”)极大地改善瞬态交换器的紧凑度；这还使得可以使用更密集的波纹。在本专利技术的情况中，期望获得的紧凑度是充分的，这是因为针对相同的交换“充量”，交换体积可以比在不改变状态的第三流体的存在中所需的体积的一半小。也是就是说，(体积/充量)瞬态交换器<0.5×(体积/充量)常规交换器。这个解决方案还使得可以通过流在与生产相关的交换主体上的重新分布来特定地生产根据客户要求的工况所需的氮。在瞬态阶段期间，仅产生瞬态氮而关闭用于正常氮的交换主体的通路。在正常阶段期间，仅产生正常氮而关闭瞬态交换主体。根据本专利技术的一个目的，提供一种用于通过空气的低温蒸馏在双塔中生产第一加压气体且间或还生产第二气体的方法，所述双塔包括第一塔和第二塔，该第二塔在比所述第一塔的压力低的压力下运行，其中：i)根据第一工况，空气在基本上是所述第一塔的运行压力的第一压力下在第一热交换器中冷却并被送至所述第一塔，在所述第一热交换器中加热源自所述第一塔和第二塔的两股富氮气体流，没有流体在所述第二热交换器中被加热或被冷却，在第三热交换器中冷却在高于所述第一压力的第二压力下的至少一个空气流，加压液体在所述第三热交换器中气化，并且在该第三热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流，以及ii)根据第二工况，空气在所述第一热交换器中在所述第一压力下冷却并被送至所述第一塔，在所述第一热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流，源自所述双塔的加压液体流在所述第二热交换器中被加热并气化以形成间或需要的气体，所述第二压力下的空气流在所述第二热交换器中冷却并可选地凝结(浓缩)，该空气流和所述加压液体流是在所述第二热交换器中交换热量的仅有流体，在所述第三热交换器中冷却所述第二压力下的空气流，可选地在所述第三热交换器中冷却在高于所述第一压力或甚至高于所述第二压力的压力下的另一空气流，加压液体在所述第三热交换器中气化，并且在该第三热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流。根据其它可选特征：-在所述第二工况期间，在所述第一热交换器中加热源自所述第二塔的单一富氮气体流；-在高于所述第一塔的运行压力的压力下的空气流中的一者在所述第三热交换器内在所述第一工况和第二工况中部分地冷却、在涡轮中膨胀并被送至所述第一塔或第二塔；-被送至所述涡轮的流源自第一增压压缩机，在高于所述第一塔的运行压力的压力下的所述空气流的另一者源自由所述涡轮驱动的第二增压压缩机；-根据所述第一工况产生作为最终产物的一定量的液体，根据所述第二工况不产生作为最终产物的液体；-根据所述第一工况产生作为最终产物的一定量的液体，根据所述第二工况产生作为最终产物的比在所述第一工况中产生的所述一定量的液体少的一定量的液体；-所述加压液体流富含氮。根据本专利技术的另一目的，提供一种通过低温蒸馏分离空气的设备，该设备包括：具有第一塔和第二塔的双塔，该第二塔在比所述第一塔的压力低的压力下运行；第一热交换器；第二热交换器，其能连接至供给管道以实现仅两个流体之间的非直接热交换；第三热交换器；用于将在基本上与所述第一塔的运行压力相等的第一压力下的空气流送至所述第一热交换器并从该第一热交换器送至所述第一塔的装置；用于将在高于所述第一压力的第二压力下的空气分成第一部分和第二部分的装置；用于将所述第二压力下的所述第一部分经所述供给管道中的第一管道送至所述第二热交换器的装置；用于防止所述第一部分被送至所述第二热交换器的阀；用于将所述第二压力下的所述第二部分送至所述第三热交换器的装置；可选地，用于将在高于所述第一压力的压力下的空气流送至所述第三热交换器的其它装置；用于将加压液体从所述双塔送至所述第三热交换器中气化的装置；用于将间或需要的液体从所述双塔经所述供给管道中的第二管道送至所述第二热交换器中气化的装置；用于防止将间或需要的液体从所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过空气的低温蒸馏在双塔中生产第一加压气体且间或还生产第二气体的方法，所述双塔包括第一塔和第二塔，该第二塔在比所述第一塔的压力低的压力下运行，其中：i)根据第一工况，空气(5)在基本上是所述第一塔的运行压力的第一压力下在第一热交换器(1)中被冷却并被送至所述第一塔，在所述第一交换器中加热源自所述第一塔和第二塔的两股富氮气体流(21，23)，没有流体在第二热交换器(2)中被加热或被冷却，在第三热交换器(3)中冷却在高于所述第一压力的第二压力下的至少一股空气流(11，13)，加压液体(15)在所述第三交换器中气化，并且在该第三交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(17)，以及ii)根据第二工况，空气(5)在所述第一压力下在所述第一交换器中被冷却并被送至所述第一塔，在所述第一交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(21)，源自所述双塔的加压液体流(19)在所述第二交换器中被加热并气化以形成间或需要的气体，所述第二压力下的空气流(9)在所述第二交换器中被冷却并可选地凝结，该空气流和所述加压液体流是在所述第二交换器中交换热量的仅有流体，在所述第三交换器中冷却所述第二压力下的空气流(11，13)，可选地在所述第三交换器中冷却在高于所述第一压力或甚至高于所述第二压力的压力下的另一空气流，加压液体(15)在所述第三交换器中气化，并且在该第三交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(17)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.12 FR 12585491.一种用于通过空气的低温蒸馏在双塔中生产第一加压气体且间或还生产第二气体的方法，所述双塔包括第一塔和第二塔，该第二塔在比所述第一塔的压力低的压力下运行，其中：i)根据第一工况，空气(5)在是所述第一塔的运行压力的第一压力下在第一热交换器(1)中被冷却并被送至所述第一塔，在所述第一热交换器中加热源自所述第一塔和第二塔的两股富氮气体流(21，23)，没有流体在第二热交换器(2)中被加热或被冷却，在第三热交换器(3)中冷却在高于所述第一压力的第二压力下的至少一股空气流(11，13)，加压液体(15)在所述第三热交换器中气化，并且在该第三热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(17)，以及ii)根据第二工况，空气(5)在所述第一压力下在所述第一热交换器中被冷却并被送至所述第一塔，在所述第一热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(21)，源自所述双塔的加压液体流(19)在所述第二热交换器中被加热并气化以形成间或需要的气体，所述第二压力下的空气流(9)在所述第二热交换器中被冷却，该空气流和所述加压液体流是在所述第二热交换器中交换热量的仅有流体，在所述第三热交换器中冷却所述第二压力下的空气流(11，13)，加压液体(15)在所述第三热交换器中气化，并且在该第三热交换器中加热源自所述第二塔的富氮气体流(17)。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二工况期间，在所述第一热交换器中加热源自所述第二塔的单一富氮气体流(21)。3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在高于所述第一塔的运行压力的压力下的空气流中的一者(13)在所述第一工况和第二工况中在所述第三热交换器(3)内部分地被冷却、在涡轮中膨胀并被送至所述第一塔或第二塔。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，被送至所述涡轮的流源自第一增压压缩机。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在高于所述第一塔的运行压力的压力下的所述空气流的另一者(7，11)源自由所述涡轮驱动的第二增压压缩机。6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·科尼亚尔，R·杜贝蒂尔格勒尼耶，S·格拉尔德，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR