用于低温分离空气的方法和设备技术

本发明专利技术提供一种用于低温分离空气的方法，其中空气分离设备用于低温分离空气的方法，其中使用具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)的空气分离设备(100–3100)，其中使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，设置为：使用第三精馏塔(13)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(13)被设计成双塔的一部分，所述第三精馏塔(13)布置于所述第二精馏塔(12)下方，并且给所述第三精馏塔(14)供应空气。本发明专利技术还涉及一种对应的设备(100–3100)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于低温分离空气的方法和设备本专利技术涉及一种用于低温分离空气的方法和一种根据独立权利要求的前序部分所述的对应的设备。
技术介绍
通过在空气分离设备中低温分离空气来生产液态或气态空气产品是已知的并且例如在Wiley-VCH出版公司2006年由H.-W.编辑出版的“IndustrialGasesProcessing”一书中，特别地在章节2.2.5“CryogenicRectification”中进行了描述。空气分离设备具有精馏塔系统，这些精馏塔系统通常可例如被设计为双塔系统，特别地为典型的林德双塔系统，但也可被设计成三塔或多塔系统。除了用于提取液态和/或气态的氮和/或氧的精馏塔，即用于氮氧分离的精馏塔外，还可设置用于提取其他空气组分，特别地氪、氙和/或氩的精馏塔。经常将“精馏”和“蒸馏”以及“柱”和“塔”这些术语或者由此组成的术语作为同义词使用。使得所述精馏塔系统的精馏塔以不同的压力水平运行。已知的双塔系统具有所谓的高压塔(也被称为压力塔、中压塔或下塔)和所谓的低压塔(也被称为上塔)。典型地使得高压塔以4至7bar的压力水平运行，特别地约5.3bar。典型地使得低压塔以1至2bar的压力水平运行，特别地约1.4bar。在某些情况下，在两个精馏塔中也可使用更高的压力水平。此处和下文说明的压力为各自给定的塔的顶部处的绝对压力。已知现有技术中有所谓的SPECTRA方法，用来提供压缩氮作为主要产物。以下还将对此进行详细解释。本专利技术以实施方式解决这样的任务：主要在能耗和收率方面改善此类SPEC+TRA方法。本专利技术的任务的重点特别地还在于提供一种方法和一种空气分离设备，借助于该方法或空气分离设备，除了能够以明显高于大气压的压力水平提供更多的高纯气态氮之外，也能以有利的方式提供另外的氮产物和/或氩。
技术实现思路
在此背景下，本专利技术提出具有独立权利要求的特征的一种用于低温分离空气的方法和一种对应的设备。优选的实施方案是各从属权利要求以及后面的说明的对象。在解释本专利技术的特征和优点之前，先对本专利技术的一些基本原理进行进一步的解释，并对下面所用的术语进行定义。在空气分离设备中使用的装置在引用的专业文献，例如(见上文)的书中的章节2.2.5.6“Apparatus”中进行了描述。因此，除非下文的定义与之有偏差，否则本申请的上下文中的用语明确参照所引用的专业文献。在本文使用的语言中，流体和气体可富含或缺乏一种或多种成分，其中“富含”可表示在摩尔、重量或体积基础上的至少75％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，而“缺乏”可表示最多25％、10％、5％、1％、0.1％或0.01％的含量。“大部分”这一术语可对应于“富含”这一定义。此外，液体和气体可富集或贫化一种或多种成分，其中这些术语以初始液体或初始气体中的含量为准，即液体或气体是从该初始液体或初始气体中提取而来的。如果液体或气体相对于初始液体或初始气体含有至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1,000倍的对应成分的含量，则为“富集”，而如果液体或气体含有最多0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍的对应成分的含量，则为“贫化”。如果在此例如提及“氧”、“氮”或“氩”，则也应将其理解为富含氧或氮，但不一定完全由这些物质组成的液体或气体。本申请书使用“压力水平”和“温度水平”这两个术语来表征压力和温度，由此表示不必为了实现本专利技术的理念而在对应设备中使用以精确的压力或温度值的形式的相应压力和温度。然而，此类压力和温度典型地在一定的范围内移动，该范围例如为平均值±1％、5％、10％或20％。在此，对应的压力水平和温度水平可在不相交的范围内，或者在相互重叠的范围内。特别地，例如压力水平包括不可避免的或预期的压力损失。对应的内容适用于温度水平。此处单位为bar的压力水平为绝对压力。如果这里谈及“膨胀机”，可理解为典型地众所周知的涡轮膨胀机。这些膨胀机特别地也可与压缩机耦合。这些压缩机特别地可为涡轮压缩机。典型地也将涡轮膨胀机和涡轮压缩机构成的对应的组合称作“涡轮增压机”。在涡轮增压机中，涡轮膨胀机和涡轮压缩机机械耦合，其中能够以相同转速(例如经由共同的轴)或者以不同转速(例如经由合适的传动齿轮)实现所述的耦合。这里一般使用术语“压缩机”。“冷压缩机”在此表示这样的压缩机，即以明显低于0℃，特别地低于–50、–75或–100℃并且达到–150或–200℃的温度水平将流体流供应给该压缩机。特别地借助于主换热器(见下文)将对应的流体流冷却到对应的温度水平。“主空气压缩机”的特征在于：通过该主空气压缩机压缩所有供应给空气分离设备并且在那里分离的空气。与之相反，在一个或多个可选地设置的另外的压缩机中，例如在增压机中，仅在每种情况下对之前已在主空气压缩机中压缩的空气的一部分继续进行压缩。对应地，空气分离设备的“主换热器”是指这样的换热器，即在该换热器中至少冷却供应给空气分离设备并且在那里分离的空气的主要部分。至少在相对于从空气分离设备排出的物质流的逆流中进行该操作。在这里使用的语言中，从空气分离设备“排出的”物质流或者“产物”是不再参与设备内部循环，而是持续从中抽取的流体。在本专利技术的上下文中使用的“换热器”可采用专业上常见的方式设计。换热器用于在例如彼此逆流输运的至少两股流体流之间间接传热，例如在一股热压缩空气流和一股或多股冷流体流之间，或者在一股深冷的液态空气产物和一股或多股热或较热的流体流之间，但在适当时也可在深冷的流体流之间。换热器可由单个或多个并联和/或者串联的换热器分段构成，例如由一个或多个板式换热器模块构成。换热器例如为板式换热器(英文：PlateFinHeatExchanger)。此类换热器具有“通道”，这些通道被设计成具有换热面的彼此分开的流道，平行并且通过其他通道分开地合并成“通道组”。换热器的特征就是在其中在某个时刻在两个移动介质之间，即至少一个待冷却的和至少一个待加热的流体流之间交换热量。“冷凝器蒸发器”指的是将第一冷凝流体流与第二蒸发流体流在其中间接换热的换热器。每个冷凝器蒸发器具有液化室和蒸发室。液化室和蒸发室具有液化通道以及蒸发通道。在液化室中使得第一流体流冷凝(液化)，在蒸发室中使得第二流体流蒸发。通过相互间存在换热关系的通道组形成蒸发室和液化室。“上部”、“下部”、“上方”、“下方”、“在…之上”、“在…之下”、“在…旁边”、“并排”、“垂直”、“水平”等相对的空间概念在此涉及空气分离设备的蒸馏塔在正常运行中的空间取向。两个精馏塔或其他组件“上下重叠”的布置在此应理解为，两个设备部件中下方的那个的上端与两个设备部件中上方的那个的下端相比处于较低或相同的测地学高度，并且两个设备部件的投影在水平面上重合。特别地，两个设备部件精确地上下重叠布置，也就是说，两个设备部件的轴线在同一垂直直线上延伸。然而，两个设备部件的轴线不必精确地上下垂直，而是也可相互偏移，特别地当两个设备部件中的一个，例如精馏塔或直径较小的塔段，与另一个具有较大直径的塔段具有与冷箱的钢板外壳相同的距离。<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于低温分离空气的方法，其中使用具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)的空气分离设备(100–3100)，其中/n–使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，/n–以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，/n–在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，/n–使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，/n–在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，/n–从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且/n–在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，/n其特征在于，/n–使用第三精馏塔(14)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(14)被设计成双塔的一部分，所述第三精馏塔(14)布置于所述第二精馏塔(12)下方，并且给所述第三精馏塔(14)供应空气。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181023 EP 18020543.7;20181023 EP 18020542.91.用于低温分离空气的方法，其中使用具有第一精馏塔(11)和第二精馏塔(12)的空气分离设备(100–3100)，其中
–使得所述第一精馏塔(11)以第一压力水平运行，并且使得所述第二精馏塔(12)以低于所述第一压力水平的第二压力水平运行，
–以一股或多股第一物质流的形式从所述第一精馏塔(11)抽取与大气空气相比富集氧的流体，
–在换热器(2)中加热以所述一股或多股第一物质流的形式取自所述第一精馏塔(11)的所述流体的至少一部分，
–使用压缩机(5)压缩在所述换热器(2)中加热的所述流体的一部分，并且送回到所述第一精馏塔(11)中，
–在所述换热器(2)中冷凝所述第一精馏塔(11)的塔顶气的第一部分，并且以至少一种富氮空气产物的形式从所述空气分离设备(100，3100)排出第二部分，
–从所述第一精馏塔(11)抽取含有氧、氮和氩的另外的流体并且用作第二物质流或者用来形成第二物质流，将所述第二物质流转移到所述第二精馏塔(12)中，并且
–在所述第二精馏塔(12)的塔底中形成富氧塔底液并且以第三物质流的形式从所述空气分离设备(100，200)排出至少一部分，
其特征在于，
–使用第三精馏塔(14)，其中所述第二精馏塔(12)和所述第三精馏塔(14)被设计成双塔的一部分，所述第三精馏塔(14)布置于所述第二精馏塔(12)下方，并且给所述第三精馏塔(14)供应空气。


2.根据权利要求1所述的方法，其中供应给所述第三精馏塔(14)的空气包括经过压缩和冷却的空气，使用膨胀机(201)使所述经过压缩和冷却的空气膨胀。


3.根据权利要求2所述的方法，其中使得所述第二精馏塔(12)利用冷凝器蒸发器(121)运行，所述冷凝器蒸发器布置于所述第二精馏塔(12)的塔底区域中，并且使用取自和/或供应给所述第三精馏塔(14)的流体加热所述冷凝器蒸发器。


4.根据权利要求3所述的方法，其中在布置于所述第二精馏塔(12)的所述塔底区域中的所述冷凝器蒸发器(121)中将供应给所述第三精馏塔(14)的所述空气至少部分液化，并且作为液态回流送回给所述第三精馏塔(14)。


5.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其中在布置于所述第二精馏塔(12)的所述塔底区域中的所述冷凝器蒸发器(121)中将在所述第三精馏塔(14)中形成的塔顶气至少部分液化，并且作为回流送回给所述第二和/或第三精馏塔(12，14)。


6.根据权利要求3或4中的一项所述的方法，其中在所述第三精馏塔(14)中形成塔底液，将所述塔底液至少部分送入到所述第二精馏塔(12)中。


7.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中在所述第二精馏塔(12)中形成富氮塔顶气，并且将其中至少一部分作为另外的富氮空气产物从所述空气分离设备(3000，3100)排出，其中所述第一精馏塔(11...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·昆兹，斯特凡·洛克纳，W·哈格，L·柯克纳，托比亚斯·劳滕施莱格，D·戈卢别夫，
申请(专利权)人：林德有限责任公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE