以可变能耗低温分离空气的方法和设备技术

本发明专利技术涉及用于在具有高压塔(21)和低压塔(22)的蒸馏塔系统中通过低温分离空气以可变的方式获得压缩气体产品(72；73)的方法和设备。将全部的进料空气在主空气压缩机(2)中压缩至比高压塔(21)的工作压力高至少4巴的第一压力。将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气(7)的第一支流(8，11，14)在主热交换器(13)中冷却至中间温度，及在第一空气涡轮机(15)中做功减压，并导入(40；18，19，20)所述蒸馏塔系统中。将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气的第二支流(12，27，29，30)在第一增压机(9)中增压，在所述主热交换器(13)中冷却，随后减压(31)及导入所述蒸馏塔系统中。由蒸馏塔系统以液态形式排出第一产品流(69；75)及升高压力(71；76)至第一产品压力，在主热交换器(13)中蒸发或伪蒸发及加热，作为第一压缩气体产品(GOX IC；GAN IC)获得。将来自低压塔的气态氮(55，56)在多级氮产品压缩机(57/59)中由入口压力压缩至最终压力。至少暂时将来自高压塔(21)的气态氮(178，179，180)在氮压缩机(57/59)的第一级的下游与来自低压塔的氮混合。在第一运行模式中获得第一量的第一压缩气体产品，在第二运行模式中获得较少的第二量。在第一运行模式中在氮压缩机(57/59)中压缩也可以为零的第一量的高压塔氮(178，179，180)，及在第二运行模式中压缩较多的第二量。

Method and apparatus for separating air at low temperature by variable energy consumption

The invention relates to a method and an apparatus for obtaining a compressed gas product (72; 73) in a variable manner by cryogenic separation of air in a distillation column system having a high pressure tower (21) and a low pressure tower (22). The total feed air is compressed in the main air compressor (2) to a first pressure of at least 4 bar higher than the working pressure of the high pressure tower (21). In the main air compressor (2) air compression material (7) in the first branch (8, 11, 14) in the main heat exchanger (13) cooling to the temperature in the middle, and the first air turbine (15) in the work pressure, and import (40; 18, 19, 20) system the distillation tower. In the main air compressor (2) in the feed air compressed into second branches (12, 27, 29, 30) in the first booster booster, (9) in the main heat exchanger (13) cooling, decompression (31) and then into the distillation tower system. The distillation system in liquid form from the first product stream (69; 75) and high pressure (71; 76) to the first product pressure in the main heat exchanger (13) evaporation or pseudo evaporation and heating, as the first compressed gas products (GOX IC; GAN IC) obtained. The gaseous nitrogen (55, 56) from the low-pressure tower is compressed from the inlet pressure to the final pressure in the multistage nitrogen product compressor (57/59). At least temporarily, the gaseous nitrogen (178179180) from the high-pressure tower (21) is mixed downstream of the first stage of the nitrogen compressor (57/59) with nitrogen from the low-pressure tower. In the first operation mode, a first amount of a first compressed gas product is obtained, and a second amount is obtained in the second operation mode. In the first operation mode, a first volume of nitrogen (178179180) compressed in the nitrogen compressor (57/59) can also be zero, and second more compressed in the second operation mode.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】以可变能耗低温分离空气的方法和设备
本专利技术涉及通过低温分离空气以可变的方式获得压缩气体产品的方法和设备。
技术介绍
例如由Hausen/Linde低温技术(Tieftemperaturtechnik)1985年第2版第4章(第281至337页)公开了用于低温分离空气的方法和设备。该设备的蒸馏塔系统可以构造为双塔系统(例如传统的Linde双塔系统)，或者构造为三塔系统或多塔系统。除了用于氮氧分离的塔以外还可以具有其他用于生产高纯产品和/或其他空气组分尤其是稀有气体的装置，例如氩生产装置和/或氪氙生产装置。在该方法中，在“内部压缩”的过程中，以液态形式压缩的产品流与传热介质方向相反地蒸发，最终作为(内部压缩的)压缩气体产品获得。该方法也称作内部压缩。其用于生产气态压缩产品。在超临界压力的情况下不发生实际意义上的相变；于是产品流发生“伪蒸发”。产品流例如可以是来自双塔系统的低压塔的氧产品，或者是来自双塔系统的高压塔或来自主冷凝器的液化空间的氮产品，由此将高压塔和低压塔以热交换方式相连接。处于高压的传热介质与(伪)蒸发的产品流方向相反地发生液化(或伪液化，条件是处于超临界压力)。传热介质通常由一部分的空气形成，在此情况下由压缩的进料空气的“第二支流”形成。例如由DE830805、DE901542(＝US2,712,738/US2,784,572)、DE952908、DE1103363(＝US3,083,544)、DE1112997(＝US3,214,925)、DE1124529、DE1117616(＝US3,280,574)、DE1226616(＝US3,216,206)、DE1229561(＝US3,222,878)、DE1199293、DE1187248(＝US3,371,496)、DE1235347、DE1258882(＝US3,426,543)、DE1263037(＝US3,401,531)、DE1501722(＝US3,416,323)、DE1501723(＝US3,500,651)、DE253132(＝US4,279,631)、DE2646690、EP93448B1(＝US4,555,256)、EP384483B1(＝US5,036,672)、EP505812B1(＝US5,263,328)、EP716280B1(＝US5,644,934)、EP842385B1(＝US5,953,937)、EP758733B1(＝US5,845,517)、EP895045B1(＝US6,038,885)、DE19803437A1、EP949471B1(＝US6,185,960B1)、EP955509A1(＝US6,196,022B1)、EP1031804A1(＝US6,314,755)、DE19909744A1、EP1067345A1(＝US6,336,345)、EP1074805A1(＝US6,332,337)、DE19954593A1、EP1134525A1(＝US6,477,860)、DE10013073A1、EP1139046A1、EP1146301A1、EP150082A1、EP1213552A1、DE10115258A1、EP1284404A1(＝US2003/051504A1)、EP1308680A1(＝US6,612,129B2)、DE10213212A1、DE10213211A1、EP1357342A1或DE10238282A1、DE10302389A1、DE10334559A1、DE10334560A1、DE10332863A1、EP1544559A1、EP1585926A1、DE102005029274A1、EP1666824A1、EP1672301A1、DE102005028012A1、WO2007/033838A1、WO2007/104449A1、EP1845324A1、DE102006032731A1、EP1892490A1、DE102007014643A1、A1、EP2015012A2、EP2015013A2、EP2026024A1、WO2009/095188A2或DE102008016355A1公开了内部压缩方法。DE102010052545A1显示了一种稳态内部压缩方法，其中在主热交换器中加热空气流，并送回主空气压缩机。
技术实现思路
本专利技术尤其是涉及其中将全部的进料空气压缩至明显高于蒸馏塔系统的塔内部的最高蒸馏压力(通常是高压塔压力)的压力的系统。该系统还称作HAP法(HAP–高空气压力)。在此情况下，“第一压力”即其中压缩全部空气的主空气压缩机(MAC)的出口压力例如超出最高蒸馏压力多于4巴，尤其是6至16巴。绝对而言，“第一压力”例如在17与25巴之间。在HAP法中，主空气压缩机通常是单个利用外部能量驱动的用于压缩空气的机器。“单个机器”在此理解为单级或多级压缩机，其压缩级全部与相同的驱动装置相连接，其中所有的压缩级容纳在相同的外壳中或者与相同的传动器相连接。代替此类HAP法的是所谓的MAC-BAC法，其中在主空气压缩机中将空气压缩至比较低的总空气压力，例如至高压塔的工作压力(加上管道损耗)。在利用外部能量驱动的空气增压机(BAC＝增压空气压缩机)中将一部分来自主空气压缩机的空气压缩至更高的压力。这部分更高压力的空气(通常称作节流流)提供在主热交换器中使内部压缩的产品(伪)蒸发所需的大部分热量。其在主空气压缩机的下游在节流阀中或者在液体涡轮机(DLE＝重液膨胀机denseliquidexpander)中减压至蒸馏塔系统中所需的压力。对于内部压缩的产品的波动的需求经常必须设计以可变的压缩气体生产可变地运行的空气分离设备。反过来可行的是，通过提供具有不同水平的能耗的不同运行模式，虽然恒定地或基本上恒定地生产，仍然可变地运行空气分离设备。此类约束条件的具体例子是在环氧乙烷生产设备中提供内部压缩的氧(GOXIV)及任选存在的其他气态和/或液态产品。在此经常是在EO生产中使氧需求适应于催化剂状态的情况；因此可以在催化剂寿命(通常约为3年)期间在100％与约70％之间改变。在此重要的是，在此时间内空气分离设备以不同的GOXIV产品量(在100％与约70％之间)运行大致相同的时间。因此重要的是，该设备不仅有效地在100％GOXIV的设计情况下运行，而且有效地在欠载情况下运行。由于其他空气分离产品的生产与GOXIV产品无关，使得这一要求变得更加困难；例如对于一种、多种或全部的其他空气分离产品的需求可以保持不变，而GOX生产由100％降低至大约70％。所述“其他空气分离产品”例如可以是一种、多种或全部的以下产品：-内部压缩的氮产品(GANIV)，-其他气态压缩产品，例如以气态形式由高压塔排出的压缩氮(HPGAN)，其任选在氮压缩机中进一步压缩，-一种或多种液态产品，如液态氧、液态氮和/或液态氩。通过传统的MAC-BAC法可以比较好地实现该目的，这是因为这两个压缩机(MAC和BAC)负责功能上分离的目的。主空气压缩机原则上仅为了分离供应进料空气；空气增压机为了内部压缩(GOXIV，GANIV)及为了液体生产供应能量。这两个机器在此通常可以比较简单地在70％与100％之间调节。在HAP本文档来自技高网...

【技术保护点】
在具有高压塔(21)和低压塔(22)的蒸馏塔系统中通过低温分离空气以可变的方式获得压缩气体产品(72；73)的方法，其中‑将全部的进料空气在主空气压缩机(2)中压缩至比高压塔(21)的工作压力高至少4巴的第一压力，‑将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气(7)的第一支流(8，11，14)在主热交换器(13)中冷却至中间温度，及在第一空气涡轮机(15)中做功减压，‑将做功减压的第一支流(16)的至少第一部分导入(40；18，19，20)所述蒸馏塔系统中，‑将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气的第二支流(12，27，29，30)在尤其是利用第一涡轮机(15)驱动的第一增压机(9)中增压至高于第一压力的第二压力，在所述主热交换器(13)中冷却，随后减压(31)及导入所述蒸馏塔系统中，‑由蒸馏塔系统以液态形式排出第一产品流(69；75)及升高压力(71；76)至第一产品压力，‑第一产品流在第一产品压力下在主热交换器(13)中蒸发或伪蒸发及加热，‑作为第一压缩气体产品(GOX IC；GAN IC)获得经加热的第一产品流(72；77)，‑将含有至少78摩尔％氮的第一工艺流在多级压缩机(57/59)中由入口压力压缩至最终压力，其中‑多级压缩机由氮产品压缩机(57/59)形成，及‑第一工艺流由来自低压塔的第一气态氮流(55，56)形成，‑至少暂时将含有至少78摩尔％氮的第二工艺流(180)在多级压缩机(2；57/59)的第一级的下游与第一工艺流混合，其中第二工艺流(180)由来自高压塔(21)的第一气态氮流(178，179)形成，‑在第一运行模式中获得第一量的第一压缩气体产品，‑在第二运行模式中获得小于第一量的第二量的第一压缩气体产品，‑在第一运行模式中在多级压缩机(2；57/59)中压缩也可以为零的第一量的第二工艺流(65；180)，及‑在第二运行模式中在多级压缩机(2；57/59)中压缩大于第一量的第二工艺流的第二量的第二工艺流(65；180)。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.05 EP 14002307.81.在具有高压塔(21)和低压塔(22)的蒸馏塔系统中通过低温分离空气以可变的方式获得压缩气体产品(72；73)的方法，其中-将全部的进料空气在主空气压缩机(2)中压缩至比高压塔(21)的工作压力高至少4巴的第一压力，-将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气(7)的第一支流(8，11，14)在主热交换器(13)中冷却至中间温度，及在第一空气涡轮机(15)中做功减压，-将做功减压的第一支流(16)的至少第一部分导入(40；18，19，20)所述蒸馏塔系统中，-将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气的第二支流(12，27，29，30)在尤其是利用第一涡轮机(15)驱动的第一增压机(9)中增压至高于第一压力的第二压力，在所述主热交换器(13)中冷却，随后减压(31)及导入所述蒸馏塔系统中，-由蒸馏塔系统以液态形式排出第一产品流(69；75)及升高压力(71；76)至第一产品压力，-第一产品流在第一产品压力下在主热交换器(13)中蒸发或伪蒸发及加热，-作为第一压缩气体产品(GOXIC；GANIC)获得经加热的第一产品流(72；77)，-将含有至少78摩尔％氮的第一工艺流在多级压缩机(57/59)中由入口压力压缩至最终压力，其中-多级压缩机由氮产品压缩机(57/59)形成，及-第一工艺流由来自低压塔的第一气态氮流(55，56)形成，-至少暂时将含有至少78摩尔％氮的第二工艺流(180)在多级压缩机(2；57/59)的第一级的下游与第一工艺流混合，其中第二工艺流(180)由来自高压塔(21)的第一气态氮流(178，179)形成，-在第一运行模式中获得第一量的第一压缩气体产品，-在第二运行模式中获得小于第一量的第二量的第一压缩气体产品，-在第一运行模式中在多级压缩机(2；57/59)中压缩也可以为零的第一量的第二工艺流(65；180)，及-在第二运行模式中在多级压缩机(2；57/59)中压缩大于第一量的第二工艺流的第二量的第二工艺流(65；180)。2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在氮产品压缩机的中间级将第二工艺流或第四工艺流与第一工艺流或与第二工艺流混合。3.根据权利要求1至2之一的方法，其特征在于，在第二运行模式中由低压塔(22)的下部区域排出氧气流(181)，与来自低压塔(22)的上部区域的氮富集的流(61)混合，将该混合物在所述主热交换器(13)中加热。4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于，-将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气(7)的第三支流(36，37)在所述主热交换器(13)中冷却至中间温度，及在第二空气涡轮机(38)中做功减压，及-将做功减压的第三支流(39)的至少第一部分导入(40)所述蒸馏塔系统中，-其中第二空气涡轮机的涡轮机入口压力尤其是等于第一压力。5.根据权利要求4的方法，其特征在于，-将在主空气压缩机(2)中压缩的进料空气(7)的第二支流(12，27，29，30)在第一增压机(9)的下游在所述主热交换器(13)中冷却至中间温度，在作为制冷压缩机运行并且利用第二涡轮机(38)驱动的第二增压机(28)中增压至高于第一压力的第三压力，在所述主热交换器(13)中冷却，随后减压(31)及导入(32)所述蒸馏塔系统中。6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于，将在主空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·戈卢别夫，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE