低温分离空气的方法和空气分离设备技术

本申请建议利用具有蒸馏塔系统(10)的空气分离设备(100)低温分离空气的方法，该蒸馏塔系统包括在高压塔压力水平工作的高压塔(11)和在低压塔压力水平工作的低压塔(12)。本发明专利技术还涉及相应的空气分离设备(100)。

【技术实现步骤摘要】
低温分离空气的方法和空气分离设备
本专利技术涉及在空气分离设备中低温分离空气的方法和用于实施此类方法的空气分离设备。
技术介绍
通过在空气分离设备中低温分离空气生产液态或气态的空气产品是已知的，例如在H.-W.(Hrsg.)，IndustrialGasesProcessing，Wiley-VCH，2006中尤其是第2.2.5节“CryogenicRectification(低温精馏)”有描述。对于一系列工业化利用气态氧气来说需要使用具有所谓内压缩的空气分离装置。相应的空气分离装置同样在上述引文中阐述并且可以参考其附图2.3A。在相应的空气分离设备中对超低温液体、特别是处于超低温下的液态氧施加压力，相对导热体蒸发，最后得到气态产品。内压缩与对处于低压的气态产品进行额外压缩相比具有能量转换方面的优势。上述的内容相应的对于其他的其他产品，例如氮气或氩气来说同样可以通过气态下的内压缩得到并且事先作为低温液体从蒸馏塔系统排出。若相应的低温液体受到超过临界压力的压力，不会发生通常意义上的蒸发，而是转换至超临界状态。这被称为“伪蒸发”。同样是低温液体产品的内压缩氧气可以通过所谓的High-Air-Pressure(HAP-)方法实现。“低温液体产品”在这里可以理解为相应的空气分离设备只能提排出少量的液态产品，例如少于导入蒸馏系统的所有空气量的2％。HAP法可以被理解为一种空气分离方法，其中导入蒸馏系统的所有空气(这里也被称为“空气原料”)首先在主空气压缩室内被压缩至一定的压力，该压力明显大于蒸馏系统中的最大工作压力。特别的在HAP法中将空气首先压缩至一定压力，该压力比蒸馏系统内的工作压力高至少4至5巴，最多高20巴。传统的具有高压塔和低压塔的双塔系统中，蒸馏塔系统中的“最大工作压力”是高压塔的工作压力。HAP法的空气分离设备的投资成本特别的低，因为仅仅需要一个压缩机。为了在能量方面优化HAP法，可以使用所谓的节流流。如原则上已知的，此类节流流是压缩的进料空气的支流，其可以继续升压，冷却及经由减压装置特别是节流阀减压进入蒸馏塔系统或其高压塔中。在所述HAP法中，此类节流流可以由所有进料空气所施加的已经是高的初始压力开始，借助热的和冷的增压机继续升压。将空气送入相应的“热的增压机”，无需或者仅在比较低的冷却随后，例如在主空气压缩机下游的水冷器中。此类热增压机的送入端温度因此明显高于0℃。“冷增压机”的送入温度由于之前对导入冷增压机的空气进行冷却而显著低于0℃。大多数HAP法在主热量交换器中具有有利的Q/T特征，当通过内压缩产生的氧气压力大于25巴时，这意味着借助相应的涡轮在超低温和液态状态下压缩至一定的压力水平。当内压缩氧气所需的压力下降至明显低于25巴时，对于HAP法来说Q/T特性的能力转换效率相对不利。当压力处于6至25巴时，具有主压缩机和副压缩机的传统方法显得更有利。在被称为MAC/BAC法(MainAirCompressor/BoosterAirCompressor)的方法中，送入蒸馏系统的部分空气仅仅被压缩至蒸馏系统中的最大工作压力或在任选更小，而另一部空气借助副压缩机压缩至更高的压力。此类方法在不产生或仅仅产生很少量的液态空气产品，例如液态氧时特别的有利。若此外在此类情况下对于气态的富含氮气的空气产品的需求小，则特别是提出MAC/BAC法，其中使用所谓的进吹涡轮机，即压缩的空气减压送入蒸馏塔系统的低压塔内的涡轮机。但是相应的MAC/BAC法与HAP法相反，由于压缩装置的成本更高，它的投资费用更高。因此需要一种方法，它可以将HAP法的低成本优势和特别具有进吹涡轮机的MAC/BAC法的上述优点结合起来。
技术实现思路
在此类背景下建议一种用于在空气分离设备中低温分离空气的方法，以及实施此类方法的空气分离设备。下面描述优选的实施方案。本申请使用术语“压力水平”和“温度水平”来表征压力和温度，由此表达在相应的设备中不必以精确的压力值或温度值的形式使用压力和温度，以实现本专利技术的方案。但是此类压力和温度通常在一定的范围内波动，例如围绕中值波动±1％、5％、10％、20％或者甚至50％。在此，相应的压力水平和温度水平可以在不连续的范围内或者在相互重叠的范围内。例如压力水平尤其是包括不可避免的压力损失或预期的压力损失，其例如由于冷却效应或传输损失引起。相应的也适用于温度水平。在此以巴给出的压力水平涉及绝对压力。在空气分离设备中使用涡轮压缩机用于压缩空气。例如“主空气压缩机”，其特征在于，通过它将导入蒸馏塔系统的所有空气，即所有空气原料进行压缩。相应的也可以将“副压缩机”设为涡轮压缩机，在其中在MAC/BAC法中将导入主压缩机中的部分空气压缩至更高的压力。为了对部分空气进行压缩通常设计其他的涡轮压缩机，为了对部分空气进行压缩通常设计其他的涡轮压缩机，它们也被称为增压机，与主空气压缩机或副压缩机相比，它仅仅在相对小的范围内进行压缩。在空气分离设备的许多位置上此外可以对空气进行减压，其中可以使用涡轮扩张器形式的减压机，其中也被称为“涡轮”。涡轮扩张器也可以与涡轮压缩机或增压机相连并对其进行驱动。当一个或多个涡轮压缩机不借助外部能量，即仅仅通过一个或多个涡轮压缩机进行驱动时，此类布置也可以被称为“涡轮增压机”。在涡轮增压机中涡轮扩展器和涡轮压缩机或者增压机机械连接。通常可以使旋转单元，例如减压机或减压涡轮、压缩机或压缩级、升压涡轮或增压机、电动机的转子或类似的装置以合适的方式互相机械连接。“机械连接”在这里的语境中被理解为通过机械部件，例如齿轮、皮带、变速器等类似装置在这些旋转部件之间实现固定的或机械可调的转速关系。机械连接通常通过两个或多个各自互相啮合，例如以形状啮合或摩擦啮合的部件，例如齿轮或皮带轮利用皮带或其他旋转固连的方式实现。旋转固定的连接特别的可以通过共同的轴实现，在其上各自旋转固定的安装旋转单元。旋转单元的转速在此类情况下是相同的。与之相反相应的单元“机械分离”，指的是在相应部件之间不存在固定或机械可调的转速关系。当然也可以例如在多个电动机之间特别是通过合适的电子控制，或在多个涡轮之间特别是通过选择合适的送入和终端压力预设特定的转速关系。但是这不是通过一个或多个各自互相啮合，例如以形状啮合或摩擦啮合的部件或通过旋转固定的连接实现。涡轮压缩机和涡轮膨胀器的机械结构为专业人士所熟知。在涡轮压缩机内借助转子叶片实施空气的压缩，该叶片被布置在转子或直接布置在轴上。涡轮压缩机在这里形成结构单元，但是它具有多个“压缩级”。压缩级通常包括转子或相应的转子叶片装置。所有压缩级可以由同一根轴驱动。涡轮膨胀器实际上被设计成可参考的，但是这里的转子叶片通过膨胀的空气进行驱动。这里也涉及多个膨胀级。涡轮压缩机和涡轮膨胀可以被设计成径向或轴向机器。在本申请的范畴内讨论的是获得空气产品，特别是氧气或氮气产品。“产品”离开所述的设备并且例如布置在油箱内或在其中使用。因此这里不仅仅涉及设备内部的循环，也可以在离开设备之前被使用，例如作为热交换器中的冷却剂。“产品”的术语因此不包括此类馏出物或流，它们本身被储存在设备中并且仅仅在那里作为回流、冷却剂或吹洗气体使用。专利技术优点本专利技术基于以下认识，使用串联布置的增压机，节流流的待压缩的空气在在其之间不本文档来自技高网...

【技术保护点】
利用具有蒸馏塔系统(10)的空气分离设备(100)低温分离空气的方法，该蒸馏塔系统包括在高压塔压力水平工作的高压塔(11)和在低压塔压力水平工作的低压塔(12)，其中该方法包括：‑首先将所有送入蒸馏塔系统(10)中的空气压缩至比高压塔压力水平高至少4且最多20巴的初始压力水平，‑一部分被压缩至初始压力水平的空气在大于0℃的第一温度水平实施第一升压过程，随后在低于第一温度水平的温度水平实施两个其他的升压过程，随后利用节流阀(14)减压送入高压塔(11)中，‑从低压塔(12)排出低温的富氧液体，所述低温的富氧液体在低温状态实施升压，加热和蒸发，从空气分离设备(100)导出，其特征在于，‑针对第一升压过程使用第一增压机(2)，其是利用第一减压机(9)驱动的，在其中使另一部分被压缩至初始压力水平的空气从初始压力水平减压至低压塔压力水平，随后送入低压塔(12)中，‑针对两个其他的升压过程使用相继地引导空气通过其中的第二增压机(5)和第三增压机(6)，其中空气以离开第二增压机(5)时的温度水平送入第三增压机(6)，‑各自总计引导通过第一增压机(2)、第二增压机(5)和第三增压机(6)的空气量彼此相差不超过10％，‑从低压塔(12)排出的低温富氧液体在低温状态实施的升压过程是升压到6至25巴，‑基于所有送入蒸馏塔系统(10)中的空气量，从空气分离设备(100)以液态导出比例为最多1％的空气产品。...

【技术特征摘要】
2015.12.07 EP 15003482.51.利用具有蒸馏塔系统(10)的空气分离设备(100)低温分离空气的方法，该蒸馏塔系统包括在高压塔压力水平工作的高压塔(11)和在低压塔压力水平工作的低压塔(12)，其中该方法包括：-首先将所有送入蒸馏塔系统(10)中的空气压缩至比高压塔压力水平高至少4且最多20巴的初始压力水平，-一部分被压缩至初始压力水平的空气在大于0℃的第一温度水平实施第一升压过程，随后在低于第一温度水平的温度水平实施两个其他的升压过程，随后利用节流阀(14)减压送入高压塔(11)中，-从低压塔(12)排出低温的富氧液体，所述低温的富氧液体在低温状态实施升压，加热和蒸发，从空气分离设备(100)导出，其特征在于，-针对第一升压过程使用第一增压机(2)，其是利用第一减压机(9)驱动的，在其中使另一部分被压缩至初始压力水平的空气从初始压力水平减压至低压塔压力水平，随后送入低压塔(12)中，-针对两个其他的升压过程使用相继地引导空气通过其中的第二增压机(5)和第三增压机(6)，其中空气以离开第二增压机(5)时的温度水平送入第三增压机(6)，-各自总计引导通过第一增压机(2)、第二增压机(5)和第三增压机(6)的空气量彼此相差不超过10％，-从低压塔(12)排出的低温富氧液体在低温状态实施的升压过程是升压到6至25巴，-基于所有送入蒸馏塔系统(10)中的空气量，从空气分离设备(100)以液态导出比例为最多1％的空气产品。2.根据权利要求1的方法，其中基于所有送入蒸馏塔系统(10)中的空气量，将比例为最多2％的富氮空气产品从高压塔(11)排出并从空气分离设备(100)以气态导出。3.根据权利要求1或2的方法，其中第二增压机(5)和第三增压机(6)各自借助减压机(7，8)驱动，在其中使预先冷却且随后送入蒸馏塔系统(10)中的另一部分被压缩至初始压力水平的空气平行地进行减压。4.根据权利要求3的方法，其中空气在驱动第二增压机(5)和第三增压机(6)的减压机(7，8)中进行减压至高压塔压力水平。5.根据权利要求4的方法，其中空气通过在驱动第二增压机(5)和第三增压机(6)的减压机(7，8)中减压至高压塔压力水平而部分液化，其中将保持气态的部分送入高压塔(11)中及将液化的部分送入低压塔(12)中。6.根据前述权利要求之一的方法，其中冷却另一部分被压缩至初始压力水平的空气，并从初始压力水平开始减压进入高压塔(11)中。7.根据前述权利要求之一的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·劳滕施莱格，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE