用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备技术

一种用于通过低温蒸馏分离空气的设备，包括塔系统(31，33)、热交换器(4)、涡轮机(6)、用于在第一压力下输送经压缩和净化的空气(11)以在所述热交换器(4)中在所述第一压力下冷却的装置、用于输送氮含量至少为空气的氮含量的第一气流(16)以在所述热交换器中冷却和液化或伪液化而形成液化流的装置、用于输送所述液化流(10)的至少一部分以在所述热交换器中升温和蒸发至所述热交换器的第一中间温度而形成蒸发流的装置、用于从所述热交换器的中间区段排出所述蒸发流的装置、用于输送所述蒸发流以在所述涡轮机(6)中膨胀而形成膨胀流的导管、用于将所述膨胀流的至少一部分送至所述塔系统的导管、用于输送氮含量与所述第一流相同的第二气流(15)以在所述热交换器中冷却的导管、用于在第二中间温度下从所述热交换器的中间区段排出所述第二气流的至少一部分并且将所述第二气流送至所述涡轮机以与所述蒸发流一起膨胀的装置。一起膨胀的装置。一起膨胀的装置。

【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


[0001]本专利技术涉及通过低温蒸馏分离空气。

技术介绍

[0002]在任何压力下以气体形式或以液化形式生产氧、氮和氩等工业气体会消耗大量能量。
[0003]根据需要，可以使用多个工艺循环。
[0004]用于生产工业气体的能量可分为三部分：
[0005]·
分离能量，即给予系统以进行空气成分的分离的能量，
[0006]·
压缩能量，即给予系统以进行产品压缩的能量，
[0007]·
液化能量，即给予系统以进行产品液化的能量。
[0008]分离能量主要与各种塔和这些塔执行分离的设置有关，并且主要由主空气压缩机(MAC)提供。
[0009]压缩和液化能量主要与热交换器和各种机器如膨胀器、气体或液体以及压缩机的设置和布置有关。
[0010]由于OPEX对空气分离单元(ASU)的经济性有很大影响，因此随着能源成本的不断增加，总是存在使工艺效率更高的激励措施。
[0011]从EP789208获知图1的工艺。在该过程中，空气压缩机1将进料空气压缩至比第一塔31的压力略高的压力。第一塔形成经典双塔8的一部分，其中第一塔在第一压力下运行，而第二塔33在低于第一压力的第二压力下运行。来自第一塔顶部的氮气用于加热第二塔的底部冷凝器，然后以液体形式(未示出)返回第一塔。
[0012]空气被送至第一塔，在此它被分离形成富氧液体和富氮气体。富氮液体和富氧液体从第一塔被送至第二塔。从第二塔的底部提取液氧。
[0013]液氧的至少一部分被加压并送至热交换器4以被蒸发而形成产物氧。来自第一和/或第二塔的气态氮也在热交换器4中升温。
[0014]来自主空气压缩机1的空气在净化单元2中被净化以除去二氧化碳和水，然后被分成两部分。一部分在压缩机1的出口压力下通过热交换器4并以气态形式被送至第一塔31。其余的空气被送至增压压缩机3中，在该压缩机中它被压缩到更高的压力，然后被分成两部分。第一部分在增压器5中被进一步增压而没有在热交换器4中被冷却，然后被送至热交换器4的热端，在此它液化或变成稠密流体，视压力而定。从热交换器4的冷段CS内的冷端排出的液化空气或稠密流体在膨胀器7中膨胀，然后被送至第一塔。
[0015]来自增压器5的空气的第二部分在没有进一步压缩的情况下被送至热交换器的热端，并在中间位置处从热交换器4中被排出。它然后在克劳德涡轮机6中膨胀并在与直接来自主空气压缩机1的流混合后被送至第一塔31。
[0016]来自塔31和/或塔33的气态氮流27在热交换器4(未示出)中被加热。
[0017]在分析该工艺方案的热交换器图时，通过对主热交换器4的冷段CS进行火用分析，
发现该冷段中出现不可逆性。图2示出了该冷段的热传递与温度之间的关系。对于本文献的所有热交换图，以℃为单位的温度在x轴上显示，热传递在y轴上显示。

技术实现思路

[0018]本专利技术主要旨在通过降低交换器冷段中的不可逆性来提高产品的液化能量和/或压缩能量。
[0019]根据本专利技术，提供了一种用于通过低温蒸馏来分离空气的方法，其中：
[0020]i)使经压缩和净化的空气在热交换器中在第一压力下冷却，并且将冷却后的空气以气态形式从热交换器送至包括至少一个蒸馏塔的塔系统，
[0021]ii)使来自塔系统的气态氮流在热交换器中升温，
[0022]iii)使来自塔系统的富氧或富氮的液流在热交换器中蒸发并升温，
[0023]iv)使氮含量至少为空气的氮含量且压力高于第一压力的第一气流在热交换器中冷却和液化或伪液化以形成液化流，
[0024]v)使步骤iii)的液化流的至少一部分在热交换器中升温并蒸发至热交换器的第一中间温度以形成蒸发流，
[0025]vi)使蒸发流至少部分地在涡轮机中膨胀以形成膨胀流，并且将膨胀流的至少一部分送至塔系统，
[0026]vii)在热交换器中冷却氮含量与第一流相同的第二气流，将第二气流的至少一部分在第二中间温度下从热交换器中排出并且送至涡轮机以与蒸发流一起膨胀，以及
[0027]viii)使氮含量至少为空气的氮含量的又一股流在热交换器中液化或伪液化、膨胀并送至塔系统。
[0028]根据可以以任何逻辑方式组合的其它任选特征：
[0029]‑
塔系统包括在低于第一压力不超过4bar的压力下运行的第一塔，
[0030]‑
塔系统包括在大致等于第一压力的压力下运行的第一塔，
[0031]‑
塔系统包括在低于第二塔的压力的第二压力下运行的第二塔。
[0032]‑
第二气流和较高压力下的第一气流都是空气流，并且步骤v)的膨胀流被送至第一塔。
[0033]‑
第二气流和较高压力下的第一气流都是氮含量比空气高的富氮流，其中至少一者已经从第一和/或第二塔被提取。
[0034]‑
第一中间温度高于第二中间温度、等于第二中间温度或小于第二中间温度。
[0035]‑
在第一压缩机中将气流压缩到高于第一压力的第二压力，然后分流以形成第一和第二气流。
[0036]‑
将第一气流在第二压缩机中进一步压缩至高于第二压力的第三压力，然后在热交换器中冷却。
[0037]‑
第二压缩机联接到涡轮机。
[0038]‑
使第二气流在第二压力下在热交换器中冷却。
[0039]‑
第二压力是涡轮的入口压力。
[0040]‑
第一压力大致等于在较高或最高压力下运行的塔系统的塔的压力。
[0041]‑
涡轮机的出口压力大致等于塔系统的塔的压力，优选地等于在较高或最高压力
下运行的塔的压力。
[0042]‑
通过阀或涡轮机使步骤iii)的液化流的至少一部分在于热交换器中升温和蒸发之前膨胀。
[0043]‑
使蒸发流和冷却后的第二气流的至少一部分在涡轮机上游混合。
[0044]‑
使蒸发流和冷却后的第二气流在热交换器中混合。
[0045]‑
该工艺的所有压缩机的入口温度都高于0℃。
[0046]‑
塔系统包括氩塔。
[0047]‑
将所有第二气流都送至涡轮机。
[0048]‑
使第二气流液化或伪液化并且使液化流的一部分蒸发以形成蒸发流。
[0049]‑
液化或伪液化流的一部分构成所述又一股流。
[0050]‑
将液化的或伪液化的流分流为至少两部分，其中一部分形成所述又一股流，一部分形成待蒸发流。
[0051]‑
使液化或伪液化流在热交换器下游分流。
[0052]‑
使所述又一股流和待蒸发流都分别膨胀至不同压力。
[0053]‑
热交换器包括第一和第二热交换区段，其中在第一热交换区段中在第本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种通过低温蒸馏分离空气的方法，其中：i)使经压缩和净化的空气(11)在热交换器(4)中在第一压力下冷却，并且将冷却后的空气以气态形式从所述热交换器送至包括至少一个蒸馏塔(31，33)的塔系统，ii)使来自所述塔系统的气态氮流(27)在所述热交换器中升温，iii)使来自所述塔系统的富氧或富氮的液流(25)在所述热交换器中蒸发并升温，iv)使氮含量至少为空气的氮含量且压力高于第一压力的第一气流(16，75)在所述热交换器中冷却和液化或伪液化以形成液化流，v)使步骤iv)的液化流(10)的至少一部分在所述热交换器中升温并蒸发至所述热交换器的第一中间温度以形成蒸发流，vi)使所述蒸发流至少部分地在涡轮机(6)中膨胀以形成膨胀流，并且将所述膨胀流的至少一部分送至所述塔系统，vii)在所述热交换器中冷却氮含量与所述第一流相同的第二气流(15)，将所述第二气流的至少一部分在第二中间温度下从所述热交换器中排出并且送至所述涡轮机以与所述蒸发流一起膨胀，以及viii)使氮含量至少为空气的氮含量的又一股流(17)在所述热交换器中液化或伪液化、膨胀并送至所述塔系统。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述塔系统(31，33)包括在低于所述第一压力不超过4bar并且优选大致等于所述第一压力的压力下运行的第一塔(31)和在低于所述第二塔的压力的第二压力下运行的第二塔(33)。3.根据权利要求1和2的方法，其中，所述第二气流(16)和处于较高压力下的所述第一气流(15)都是空气流并且步骤v)的膨胀流被送至所述第一塔。4.根据权利要求1和2的方法，其中，所述第二气流(5)和处于较高压力下的第一气流(75)都是氮含量高于空气的富氮流，其中它们中的至少一者已经从所述第一塔(31)和/或第二塔(33)被提取。5.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述第一中间温度高于所述第二中间温度、等于所述第二中间温度或小于所述第二中间温度。6.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，气流在第一压缩机(3)中被压缩至高于所述第一压力的第二压力，然后被分流以形成第一和第二气流(15，16)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一气流(16)在第二压缩机(5)中被进一步压缩至高于所述第二压力的第三压力，然后在所述热交换器(4)中被冷却。8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述第二压缩机(5)联接到所述涡轮机(6)。9.根据权利要求6、7或8所述的方法，其中，所述第二气流(15)在所述热交换器(4)中在所述第二压力下冷却。10.根据权利要求6至9中任一项所述的方法，其中，所述第二压力是所述涡轮机(6)的入口压力。11.根据任一项前述权利要求所述的方法，其中，所述第一压力大致等于在较高或最高压力下运行的塔系统的塔(31)的压力。12.根据任一项前述权利要求所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：