用于从产氮低温空气分离单元增强回收氩和氧的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种中压空气分离单元和空气分离循环，该中压空气分离单元和空气分离循环提供最多至约96％的氩回收率、98％或更大的总氮回收率以及有限的气态氧生产。所述空气分离被配置为从低压塔产生第一高纯度富氧流和第二较低纯度富氧流，其中的一者用作制冷剂以冷凝氩冷凝器中的氩，其中所得的气化氧流用于使变温吸附预纯化器单元再生。所述第一高纯度富氧流的全部或一部分在主换热器中气化以产生所述气态氧产物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从产氮低温空气分离单元增强回收氩和氧的系统和方法
本专利技术涉及氩和氧从产氮低温空气分离单元的增强回收，并且更具体地讲，涉及用于氩的增强回收并且提供中压氧的受限生产的中压空气分离单元和工艺。
技术介绍
以生产氮为目标并在中压(即，高于常规空气分离单元压力的压力)下操作的空气分离设备已存在一段时间。在常规空气分离单元中，如果中压下的氮是期望的，则可在高于常规空气分离单元的压力下操作低压塔。然而，这种操作通常会导致氩回收率的显著降低，因为很多氩会在富氧流或富氮流中损失而不是传递至氩塔。为了在此类中压制氮空气分离单元中增加氩回收率，在20世纪80年代晚期和20世纪90年代早期开发了改进的空气分离循环。参见例如技术出版物Cheung，中压低温空气分离过程、气体分离和纯化(ModeratePressureCryogenicAirSeparationProcess,GasSeparation&Purification)，第5卷，1991年3月和美国专利号4,822,395(Cheung)。在这些现有技术文献中，公开了氩回收率略高的制氮和氩的空气分离设备。改进的空气分离循环涉及在优选地介于约80至150psia之间的标称压力下操作高压塔，而低压塔优选地在约20至45psia的标称压力下操作，并且氩塔也将优选地在约20至45psia的标称压力下操作。约20至45psia的中压下的高纯度氮(即，>99.98％纯度)的回收率大约为94％。97.3％纯度和约20至45psia之间的压力下的高氩回收率一般高于90％但上限为约93％。在上述现有技术中压空气分离循环中，来自低压塔的贮槽的高纯度液氧用作氩冷凝器中的制冷剂而不是釜液体。然而，当使用来自低压塔的贮槽的高纯度液氧时，氩塔需要在比常规氩塔更高的压力下操作以便实现氩冷凝器中的所需温度差。氩塔的压力增加需要低压塔和高压塔也在高于常规空气分离单元的压力下操作。氩冷凝器中使用高纯度液氧也意味着避免了通常进给低压塔的较大釜蒸气流，这使得回收率显著提高。因此，通过该中压空气分离循环可实现对氮、氩和氧的高回收率，尽管与常规空气分离循环相比，高压另外会对回收造成罚分。空气分离单元的中压操作一般有利于氮生产，因为这意味着氮压缩不太耗能并且氮压缩机往往比常规系统的氮压缩机更便宜。尽管Cheung公布和美国专利号4,822,395中的空气分离单元提供了离开氩冷凝器的高纯度氧蒸气，但该氧流不用作氧产物，因为该流在过低的压力(例如，18psia)下离开该工艺并且将通常要求氧压缩机以足够的压力将氧产物递送给顾客。在一些地区中，由于安全和成本考虑，氧压缩机的使用通常是不可接受的。当使用氧压缩机时，氧压缩机非常昂贵并且通常需要更复杂的工程安全系统，这两者都不利地影响了空气分离单元的资本成本和操作成本。需要改善的中压空气分离单元和中压空气分离循环，其进一步改善氩回收并且提供有限的氧回收而不需要氧压缩机。
技术实现思路
本专利技术可被表征为空气分离单元，该空气分离单元被配置为产生一种或多种高纯度氮产物并且具有98％或更大的氮回收率。本专利技术空气分离单元包括(i)主空气压缩系统，该主空气压缩系统被配置用于接收进入的进料空气流并且产生经压缩的空气流；(ii)基于吸附的预纯化器单元，该基于吸附的预纯化器单元被配置用于从经压缩的空气流去除水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类并且产生经压缩并且纯化的空气流，其中经压缩并且纯化的空气流被分成至少经压缩并且纯化的空气流的第一部分和经压缩并且纯化的空气流的第二部分；(iii)主换热系统，该主换热系统被配置为冷却经压缩并且纯化的空气流的第一部分以产生蒸气空气流并且部分地冷却经压缩并且纯化的空气流的第二部分；(iv)涡轮膨胀机布置，该涡轮膨胀机布置被配置为使经压缩并且纯化的空气流的经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流，从而向空气分离单元赋予制冷；(V)蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括具有介于6.0巴(a)和10.0巴(a)之间的操作压力的高压塔和具有介于1.5巴(a)和2.8巴(a)之间的操作压力的低压塔，所述高压塔和所述低压塔经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连，其中所述蒸馏塔系统还包括与所述低压塔操作性地联接的氩塔布置，所述氩塔布置具有至少一个氩塔和氩冷凝器。所述蒸馏塔系统被配置为在所述高压塔中接收所述蒸气空气流的全部或一部分并在所述低压塔中接收所述排气流，并且产生来自所述低压塔的具有大于或等于99.5％氧的第一氧浓度的第一富氧流。所述氩塔被配置为从所述低压塔接收富氩-氧流，并且产生返回或释放到所述低压塔中的第三富氧塔底馏出物流以及被引导至所述氩冷凝器的富氩塔顶馏出物，所述氩冷凝器被配置为依靠来自所述低压塔的所述第二富氧流来冷凝所述富氩塔顶馏出物以产生粗制氩流或产物氩流、氩回流流和富氧废物流以及液体富氧流。空气分离单元还包括过冷器布置，该过冷器布置与蒸馏塔系统操作性地联接并且被配置为经由与来自低压塔的氮塔顶馏出物流的间接换热来使来自高压塔的釜氧流和来自冷凝器-再沸器的氮流过冷。所述过冷器布置被进一步配置为任选地经由与所述富氧废物流的间接换热来使来自所述低压塔的所述富氧流中的至少一者过冷。所述空气分离单元被配置为回收大于75％的氩，同时以大于约98％的总氮回收率产生一种或多种高纯度氮产物，并且以大于或等于约3.4巴(a)的压力从所述低压塔产生高纯度泵送氧流。另选地，本专利技术可被表征为在低温空气分离单元中分离空气以便以98％或更大的氮回收率产生一种或多种高纯度氮产物的方法。本专利技术方法包括以下步骤：(a)压缩进入的进料空气流以产生经压缩的空气流；(b)在基于吸附的预纯化单元中纯化经压缩的空气流，该基于吸附的预纯化单元被配置为从经压缩的空气流去除水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类以产生经压缩并且纯化的空气流；(c)将经压缩并且纯化的空气流分成至少经压缩并且纯化的空气流的第一部分和经压缩并且纯化的空气流的第二部分；(d)在适用于在低温蒸馏系统中精馏的温度下将经压缩并且纯化的空气流的第一部分冷却为蒸气空气流，并且部分地冷却经压缩并且纯化的空气流的第二部分；(e)在涡轮中使经压缩并且纯化的空气流的经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流；(f)在低温蒸馏塔系统中精馏液体空气流和排气流，该低温蒸馏塔系统包括具有介于6.0巴和10.0巴之间的操作压力的高压塔和具有介于1.5巴和2.8巴之间的操作压力的低压塔，该高压塔和该低压塔经由冷凝器再沸器以热传递关系相连，其中精馏步骤产生来自低压塔的具有大于或等于99.5％氧的第一氧浓度的第一富氧流、来自低压塔的氮塔顶馏出物流；以及来自冷凝器-再沸器的冷凝氮流；(g)在氩塔布置中对从所述低压塔提取的氧-氩流进行精馏，所述氩塔布置被配置为产生作为塔底馏出物流的第三富氧流和富氩塔顶馏出物；(h)经由与来自所述低压塔的所述氮塔顶馏出物流的间接换热来使来自所述高压塔的第四富氧流(即，釜流)和来自所述冷凝器-再沸器的所述冷凝氮流过冷，以及在过冷器单元中任选地经由与富氧废物流的间接换热来使来自所述低压塔的一种或多种富氧流过冷；(i)使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气分离单元，所述空气分离单元包括：/n主空气压缩系统，所述主空气压缩系统被配置用于接收进入的进料空气流并且产生经压缩的空气流；/n基于吸附的预纯化器单元，所述基于吸附的预纯化器单元被配置用于从所述经压缩的空气流去除水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类并且产生经压缩并且纯化的空气流，其中所述经压缩并且纯化的空气流被分成至少所述经压缩并且纯化的空气流的第一部分和所述经压缩并且纯化的空气流的第二部分；/n主换热系统，所述主换热系统被配置为冷却所述经压缩并且纯化的空气流的所述第一部分以产生蒸气空气流并且部分地冷却所述经压缩并且纯化的空气流的所述第二部分；/n涡轮膨胀机布置，所述涡轮膨胀机布置被配置为使所述经压缩并且纯化的空气流的所述经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流，所述排气流向所述空气分离单元赋予制冷；/n蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括具有介于6.0巴(a)和10.0巴(a)之间的操作压力的高压塔和具有介于1.5巴(a)和2.8巴(a)之间的操作压力的低压塔，所述高压塔和所述低压塔经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连；/n所述蒸馏塔系统还包括与所述低压塔操作性地联接的氩塔布置，所述氩塔布置具有至少一个氩塔和氩冷凝器；/n所述蒸馏塔系统被配置为在所述高压塔中接收所述蒸气空气流的全部或一部分并在所述低压塔中接收所述排气流，并且产生来自所述低压塔的具有大于或等于99.5％氧的氧浓度的富氧流和来自所述低压塔的氮塔顶馏出物流；/n其中所述氩塔被配置为从所述低压塔接收富氩-氧流，并且产生返回或释放到所述低压塔中的第三富氧塔底馏出物流以及被引导至所述氩冷凝器的富氩塔顶馏出物；/n其中所述氩冷凝器被配置为依靠来自所述低压塔的所述富氧流的第一部分来冷凝所述富氩塔顶馏出物以产生粗制氩流或产物氩流、氩回流流和富氧废物流；/n过冷器布置，所述过冷器布置与所述蒸馏塔系统操作性地联接并且被配置为经由与来自所述低压塔的所述氮塔顶馏出物流的间接换热来使来自所述高压塔的第四釜富氧流和来自所述冷凝器-再沸器的氮流过冷；并且/n其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种高纯度氮产物；/n其中所述空气分离单元被配置为回收大于75％的氩；并且/n其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种氧产物，所述一种或多种氧产物包括来自所述低压塔的处于大于或等于3.4巴(a)的压力的高纯度泵送氧流。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180425 US 15/9622971.一种空气分离单元，所述空气分离单元包括：
主空气压缩系统，所述主空气压缩系统被配置用于接收进入的进料空气流并且产生经压缩的空气流；
基于吸附的预纯化器单元，所述基于吸附的预纯化器单元被配置用于从所述经压缩的空气流去除水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类并且产生经压缩并且纯化的空气流，其中所述经压缩并且纯化的空气流被分成至少所述经压缩并且纯化的空气流的第一部分和所述经压缩并且纯化的空气流的第二部分；
主换热系统，所述主换热系统被配置为冷却所述经压缩并且纯化的空气流的所述第一部分以产生蒸气空气流并且部分地冷却所述经压缩并且纯化的空气流的所述第二部分；
涡轮膨胀机布置，所述涡轮膨胀机布置被配置为使所述经压缩并且纯化的空气流的所述经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流，所述排气流向所述空气分离单元赋予制冷；
蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括具有介于6.0巴(a)和10.0巴(a)之间的操作压力的高压塔和具有介于1.5巴(a)和2.8巴(a)之间的操作压力的低压塔，所述高压塔和所述低压塔经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连；
所述蒸馏塔系统还包括与所述低压塔操作性地联接的氩塔布置，所述氩塔布置具有至少一个氩塔和氩冷凝器；
所述蒸馏塔系统被配置为在所述高压塔中接收所述蒸气空气流的全部或一部分并在所述低压塔中接收所述排气流，并且产生来自所述低压塔的具有大于或等于99.5％氧的氧浓度的富氧流和来自所述低压塔的氮塔顶馏出物流；
其中所述氩塔被配置为从所述低压塔接收富氩-氧流，并且产生返回或释放到所述低压塔中的第三富氧塔底馏出物流以及被引导至所述氩冷凝器的富氩塔顶馏出物；
其中所述氩冷凝器被配置为依靠来自所述低压塔的所述富氧流的第一部分来冷凝所述富氩塔顶馏出物以产生粗制氩流或产物氩流、氩回流流和富氧废物流；
过冷器布置，所述过冷器布置与所述蒸馏塔系统操作性地联接并且被配置为经由与来自所述低压塔的所述氮塔顶馏出物流的间接换热来使来自所述高压塔的第四釜富氧流和来自所述冷凝器-再沸器的氮流过冷；并且
其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种高纯度氮产物；
其中所述空气分离单元被配置为回收大于75％的氩；并且
其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种氧产物，所述一种或多种氧产物包括来自所述低压塔的处于大于或等于3.4巴(a)的压力的高纯度泵送氧流。


2.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述过冷器布置被进一步配置为经由与所述富氧废物流的间接换热来使来自所述低压塔的所述第二富氧流过冷。


3.根据权利要求1所述的空气分离单元：
其中所述基于吸附的预纯化器单元是被配置用于纯化所述经压缩的空气流的多床变温吸附单元，所述多床变温吸附单元被进一步配置为使得每个床在吸附来自所述经压缩的空气流的所述水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类的在线操作阶段与其中所述床通过取自所述空气分离单元并且具有大于90.0％的氧含量的吹扫气体来再生的离线操作阶段之间交替；并且
其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种高纯度氮产物并且具有98％或更大的氮回收率。


4.根据权利要求3所述的空气分离单元，其中所述吹扫气体是所述富氧废物流。


5.根据权利要求4所述的空气分离单元，其中所述基于吸附的预纯化器单元还包括蒸汽加热器、电...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·汉德利，N·M·普罗塞，B·R·克罗默，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US