低温空气分离方法和空气分离单元技术

根据本发明专利技术，提供了一种使用包括精馏塔(5)的空气分离单元(100)来进行低温空气分离的方法。在精馏塔(5)中对进给空气进行压缩、冷却和精馏，从而获得塔顶气体，其中使用从该精馏塔(5)抽出的流体来冷凝精馏塔(5)的塔顶气体的一部分，其中冷凝的塔顶气体至少部分地用作到该精馏塔(5)的液体回流，其中用于冷却精馏塔(5)的塔顶气体的流体的第一部分在其用于冷却之后被压缩并重新引入到精馏塔(5)中，并且其中用于冷却精馏塔(5)的塔顶气体的流体的第二部分在其用于冷却之后被膨胀并从空气分离单元(100)抽出。根据本发明专利技术，使用经由第一齿轮箱(61)联接到电动马达(M)的压缩机(6)来压缩用于冷却精馏塔(5)的塔顶气体的流体的第一部分，使用经由第二齿轮箱(71)联接到发电机(G)的膨胀涡轮(7)来膨胀用于冷却精馏塔(5)的塔顶气体的流体的第二部分，并且第一齿轮箱(61)和第二齿轮箱(71)设计相同。对应的空气分离单元(100)也是本发明专利技术的一部分。离单元(100)也是本发明专利技术的一部分。离单元(100)也是本发明专利技术的一部分。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温空气分离方法和空气分离单元
[0001]本专利技术涉及一种根据独立权利要求的前序的用于低温空气分离的方法和对应单元。
现有技术
[0002]通过在空气分离单元中进行低温空气分离来制备液态或气态形式的空气产物是已知的，并且例如在H.
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W.工业气体处理，Wiley
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VCH，2006中，具体地在第2.2.5节“低温精馏”中进行描述。
[0003]空气分离单元配备有精馏塔系统，该精馏塔系统传统上设计为双塔系统，具体地设计为经典的Linde双塔系统，但也称为三塔或多塔系统。除了用于获得液态和/或气态的氮和/或氧的精馏塔即用于氮/氧分离的精馏塔之外，可提供另外的精馏塔以用于获得另外的空气组分，具体地为稀有气体氪、氙和/或氩。
[0004]经典精馏塔系统中的精馏塔在不同的压力水平下操作。已知的双塔系统包括所谓的高压塔(也称为压力塔、中压塔或下塔)和所谓的低压塔(也称为上塔)。高压塔通常在4至7巴，具体地在大约5.3巴的压力水平下操作。低压塔在通常1至2巴，具体地在大约1.4巴的压力水平下操作。在某些情况下，两个精馏塔中也可使用较高的压力水平。此处和下面指示的压力是相应塔的顶部的绝对压力。
[0005]根据期望的产物谱系，经典的空气分离设备及其精馏塔系统的替代方案可能更具吸引力。这些中的一种是所谓的SPECTRA工艺，如在EP 2 789958A1和本文中引用的其它专利文献中所述。简单来讲，此类工艺使用单个精馏塔。通过在换热器中冷凝一部分塔顶气体，使液体回流到主(或单个)精馏塔。来自同一精馏塔的流体用于在冷凝塔顶气体的换热器中进行冷却。用于冷却的流体的一部分借助于一个或多个冷压缩机压缩，并且随后返回到同一精馏塔。用于冷却的流体的另外的部分在一个或多个膨胀涡轮中膨胀，并且通常排放到大气中或用作再生气体。冷压缩机和膨胀涡轮可联接。
[0006]利用SPECTRA工艺，可以获得非常有利的空气因素，即每使用一定量的空气可产生大量产物，并可能获得较高的氮产量。下面将更详细地解释对应的工艺。术语“SPECTRA工艺”旨在指上文所描述的用于氮气回收的单塔工艺或改良的单塔工艺，其中还如下文所解释，附加的精馏塔用于氧气生产。因此，该术语可以在任何时候被术语“单塔工艺或改良的单塔工艺”替换，并且其特征在于上文提到的特征，并且主要使用来自同一精馏塔的流体对来自主精馏塔的塔顶气体进行冷却并至少部分地冷凝。
[0007]在图1中示出了经典的SPECTRA工艺，并且在下面对其进一步解释。具体地在大型装置中，如图1所示，通常使用三个膨胀涡轮，其中两个膨胀涡轮通常体现为所谓的TFC涡轮。缩写TFC代表涡轮、摩擦、压缩，即对应的涡轮分别与摩擦制动器(通常为油压制动器)和压缩机联接。后一种压缩机用作上文提到的冷压缩机。使用两个TFC涡轮的原因主要是由于可行性限制。第三膨胀涡轮通常与发电机联接，以便增加灵活性以及也使得能够产生大量的液氮。
[0008]然而，提供三个膨胀涡轮显著增加了资本和运营费用(CAPEX/OPEX)。后者具体地
是膨胀涡轮和冷增压器的尺寸相对较小的结果。膨胀涡轮和冷增压器的直接机械联接需要速度调整，但在效率方面并不总是最佳的。
[0009]因此，本专利技术的目的是为这种情况提供一种有利的解决方案，即降低成本和提高效率的解决方案，特别是在通常需要三个膨胀涡轮的大型SPECTRA工艺中。本专利技术的另一个目的是保持灵活性，而无需额外启用或停用另外的单元。

技术实现思路

[0010]在此背景下，本专利技术提出了一种具有独立权利要求的特征的用于低温空气分离的工艺和对应的空气分离单元。本专利技术的优选实施方案是从属权利要求和以下说明书的对象。
[0011]在解释本专利技术的特征和优点之前，更详细地解释本专利技术的一些基本原则，并将定义用于描述本专利技术的术语。
[0012]空气分离设备中使用的装置在所引用的技术文献，例如在(参见上文)的第2.2.5.6节“装置”中有所描述。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技术文献。
[0013]在本文使用的语言中，液体和气体可富含或缺乏一种或多种组分，其中以摩尔、重量或体积计，“富含”可意指至少75％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，并且“缺乏”可意指至多25％、10％、5％、1％、0.1％或0.01％的含量。术语“主要”可对应于“富含”的定义。液体和气体也可富集或贫化一种或多种组分，这些术语是指初始液体或气体中的含量，液体或气体从初始液体或气体提取而来。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倍的对应组分的含量，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倍的对应组分的含量，则为“贫化”。例如，如果本文使用术语“氧”、“氮”或“氩”，那么这也可意指富含氧或氮但不一定必须完全由其组成的液体或气体。
[0014]本申请使用术语“压力水平”和“温度水平”来表征压力和温度，其旨在表示不必为了实现本专利技术构思而将对应设备中的对应的压力和温度以精确的压力或温度值的形式来使用。然而，此类压力和温度通常在某些范围内移动，例如围绕平均值
±
1％、5％、10％或20％。对应的压力水平和温度水平可位于间断分布的区域内或彼此重叠的区域内。具体地，压力水平包括例如不可避免或预期的压力损失。这同样适用于温度水平。此处以巴为单位给出的压力水平是绝对压力。
[0015]如上所述，膨胀涡轮或涡轮膨胀机可与摩擦制动器和/或压缩机联接。压缩机也可具体地体现为涡轮压缩机。涡轮膨胀机和涡轮压缩机的组合在本领域中也称为“涡轮增压器”。在涡轮增压器中，涡轮膨胀机和涡轮压缩机机械地联接，由此该联接能够以相同的速度(例如经由公共轴)或以不同的速度(例如，经由合适的变速器或齿轮箱)进行。
[0016]如本文所用，术语“冷压缩机”应指在远低于0℃，具体地低于
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50℃、
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75℃或
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100℃以及低至
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150℃或
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200℃的温度下流体流所供应的压缩机。具体地借助于空气分离单元的主换热器将对应的流体流冷却到对应的温度水平(参见下文)。
[0017]“主空气压缩机”的特征在于其对供应到空气分离单元并在空气分离单元中分离的全部空气进行压缩。在任选地提供的一个或多个附加压缩机，也称为增压压缩机中，先前
在主空气压缩机中压缩的一部分空气可被进一步压缩。因此，空气分离设备的“主换热器”是其中供应到空气分离设备并在空气分离设备中分离的至少大部分空气被冷却的换热器。这种情况至少部分发生在从空气分离设备排出的流体的逆流中。在这种情况下，从空气分离设备排出的流体流或“产物”是不再参与设备内部循环而是从其永久移除的流体。
[0018]用于本专利技术范围内的“换热器”能够以本领域中惯用的方式设计。其用于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使用包括精馏塔(5)的空气分离单元(100)来进行低温空气分离的方法，其中在所述精馏塔(5)中对进给空气进行压缩、冷却和精馏，从而获得塔顶气体，其中使用从所述精馏塔(5)中抽出的流体来冷凝所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的一部分，其中所述冷凝的塔顶气体至少部分地用作到所述精馏塔(5)的液体回流，其中用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的第一部分在其用于冷却之后被压缩并重新引入到所述精馏塔(5)中，并且其中用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的第二部分在其用于冷却之后被膨胀并从所述空气分离单元(100)抽出，其特征在于，使用经由第一齿轮箱(61)联接到电动马达(M)的压缩机(6)来压缩用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的所述第一部分，其特征在于，使用经由第二齿轮箱(71)联接到发电机(G)的膨胀涡轮(7)来膨胀用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的所述第二部分，并且其特征在于，所述第一齿轮箱(61)和所述第二齿轮箱(71)具有相同的设计，包括所述第一齿轮箱(61)和所述第二齿轮箱(71)中的相同的减速比或增速比。2.根据权利要求1所述的方法，通过使用所述第一齿轮箱(61)和所述第二齿轮箱(71)中的相同链轮直径、相同链轮齿数和相同轴直径中的至少一者来提供所述第一齿轮箱(61)和所述第二齿轮箱(71)中的所述相同的减速比或增速比。3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中所述第一齿轮箱(61)和所述第二齿轮箱(71)在相同的旋转方向上操作或被设计为在相同的旋转方向上操作。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的所述第一部分是在第一位置处从所述精馏塔(5)抽出的低温液体，并且其中用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的所述第二部分是在第二位置处从所述精馏塔(5)抽出的低温液体。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述第一位置高于所述第二位置，并且/或者其中所述第二位置对应于所述精馏塔(5)的底部处的位置。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中用于冷却所述精馏塔(5)的所述塔顶气体的所述流体的所述第一部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：克里奥斯塔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：