用于低温分离空气的方法和设备技术

本发明专利技术涉及一种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

【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
[0001]本专利技术涉及一种根据独立权利要求的相应前序部分的用于低温分离空气的方法和设备。

技术介绍

[0002]通过在空气分离设备中低温分离空气来制备液态或气态空气产物是已知的并且例如在Wiley
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VCH出版公司2006年由H.
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W.编辑出版的“Industrial Gases Processing”一书中，特别地在章节2.2.5“Cryogenic Rectification”中进行了描述。
[0003]空气分离设备具有精馏塔系统，这些精馏塔系统可被设计为两个塔的系统，特别地为双塔系统(Double
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column system)，但也可被设计为三塔或多塔系统。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，特别是氪、氙和/或氩的精馏塔。
[0004]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(上塔)。高压塔通常在4bar至7bar，特别是约5.3bar的压力水平下运行。低压塔通常在1bar至2bar，特别是约1.4bar的压力水平下运行。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。
[0005]空气分离设备的设备配置不同，对所需产物谱(即不同液体和气态空气产物需相互产生的绝对量和相对量)的适合程度也就不同。例如当需要压力水平提高的气态氮时，在例如EP 2 789 958A1中及其援引的专利文献中所述的方法可为有利的。该方法也可与所谓的纯氧塔搭配使用，及/或与(真空)变压吸附功能组合。按照此方式也可以提供不同纯度的氧。不过在某些情况下，在此需要进一步优化。
[0006]对于某些目的而言，需要空气分离设备或对应的方法，它们除了提供相对大量的纯度相对高的氮(约80ppb的氧含量或更少)之外，还提供一定量的不纯的氧产物。例如，在半导体或显示器制造中可能需要对应的氮，反之对于对应的显示器的玻璃生产现场而言，需要不纯的氧。特别地，提供不纯的氧作为附加的产物有时无法通过迄今为止已知的空气分离设备和方法来达到预期的效率。
[0007]因此，人们对以有利的方式满足上述要求的用于低温分离空气的方法和设备存在需求。

技术实现思路

[0008]为了实现此目的，本专利技术提供一种具有独立权利要求的相应特征的用于低温分离空气的方法及设备。优选的实施方案为相应的独立权利要求以及以下说明的主题。
[0009]下面将首先对在描述本专利技术及其优点时所使用的一些术语以及基本技术背景进行进一步的解释。
[0010]有关在空气分离设备中使用的装置，在引用的技术文献中有相关描述，例如在第2.2.5.6节“Apparatus”中。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。
[0011]“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。
[0012]特别地，将空气分离设备的高压塔与低压塔以换热方式连接起来的所谓的主冷凝器被设计为冷凝器蒸发器。特别地，主冷凝器可以设计成单层或多层浸没式蒸发器，特别地可以设计成(例如EP 1 287 302 B1中所述的)级联蒸发器，但或者也可以设计成降膜蒸发器。主冷凝器可由单个热交换器块或可由布置在同一压力容器中的多个热交换器块组成。
[0013]在“强制流动式”冷凝器蒸发器(也可在本专利技术的上下文中使用)中，液体流借助其自身压力流过蒸发室并在该蒸发室内部分蒸发。该压力例如通过通向蒸发室的输入管路中的液柱而产生。其中，该液柱的高度对应于蒸发室中的压力损失。其中，从蒸发室中排出的气体或气液混合物可在这种类型的“一次通过式”冷凝器蒸发器中直接传送给下一方法步骤或下游装置，并且特别地不会被引入冷凝器蒸发器的液槽中，从该液槽中液态部分可能会被重新吸走。
[0014]可经由同一轴与其他膨胀透平或能源转换器(例如液压制动器、发生器或压缩机)连接的膨胀透平或膨胀机适配用于使气态流或至少部分为液态的介质流膨胀。在本专利技术中，特别地，膨胀透平可被设计为涡轮式膨胀机。如果压缩机受一个或多个膨胀透平的驱动，并且不带有外部馈入的能源(例如来自电动机)，则使用术语“涡轮驱动式”压缩机或者替代性地“增压器”。涡轮驱动式压缩机与膨胀透平的组合也被称为“增压涡轮机”。
[0015]在空气分离设备中，使用多级涡轮压缩机来压缩需分离的添加空气，该涡轮压缩机在此被称为“主空气压缩机”。涡轮压缩机的机械结构，一般对于行内专业人士是已知的
在涡轮压缩机中，借助布置在涡轮或叶轮上或直接布置在轴上的涡轮叶片对需压缩的介质进行压缩。在此，涡轮压缩机形成一个结构单元，不过该结构单元在多级涡轮压缩机中可具有多个压缩档级。压缩档级在此通常包括涡轮叶片的对应的布置。所有这些压缩档级可受同一轴驱动。不过，也可被设置为以不同轴分组驱动压缩档级，其中轴还可经由减速器相互结合。
[0016]此外，主空气压缩机的特征在于，输送到精馏塔系统并且用于制备空气产物的全部空气量被该主空气压缩机压缩，亦即全部添加空气被压缩。对应地也可设置一台“二次压缩机”，但在该二次压缩机中仅将主空气压缩机中压缩的部分空气量提高到更高的压力。该压缩机也可被设计成涡轮压缩机。也可采用同一压缩机或一个此类压缩机的压缩档级作为主空气压缩机和二次压缩机。为了实现压缩部分空气量的目的，一般在空气分离设备中还要设置所述增压器形式的其他涡轮压缩机，该其他涡轮压缩机的压缩范围与主空气压缩机或二次压缩机相比通常相对较小。
[0017]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50％、75％、90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，而“缺乏”可表示最多50％、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”。这里所述的“氧”或“氮”，在下文中也可理解为富含氧或氮的液体或气体，但其成分并不以此为限。
[0018]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
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400)，其中
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所述第一精馏塔(11)在9bar至13.5bar的压力水平下运行，并且所述第二精馏塔(12)在5.5bar至8.5bar的压力水平下运行，
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将冷却的压缩空气供应给所述第一精馏塔(11)，并且将来自所述第一精馏塔(11)的液体或从中形成的液体供应给所述第二精馏塔(12)，
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借助第一冷凝器蒸发器(111)冷凝所述第一精馏塔(11)的顶部气体，并且蒸发来自所述第二精馏塔(12)的液体或从中形成的液体，以获得第一蒸发产物，
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借助第二冷凝器蒸发器(121)冷凝所述第二精馏塔(12)的顶部气体，并且蒸发来自所述第二精馏塔(12)的进一步的液体或从中形成的液体，以获得第二蒸发产物，
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借助膨胀机(7)使所述第二蒸发产物的第一部分膨胀，加热并从所述方法中运出，并且
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将所述第一精馏塔(11)的所述顶部气体作为纯氮产物从所述方法中运出，其特征在于，
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使用第三精馏塔(13)，所述第三精馏塔在1.1bar至2.5bar的压力水平下运行，
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借助第三冷凝器蒸发器(131)冷凝所述第二蒸发产物的第二部分，并且蒸发所述第三精馏塔(13)的塔底液体或从中形成的液体，以获得第三蒸发产物，
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将所述第二蒸发产物的借助所述第三冷凝器蒸发器(131)冷凝的所述第二部分至少一部分地输送到所述第三精馏塔(13)，
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将来自所述第二精馏塔(12)的未蒸发的进一步的液体或从中形成的液体供应给所述第三精馏塔(13)，并且
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将所述第三精馏塔(13)的进一步的塔底液体或从中形成的液体内部压缩并且作为不纯氧产物从所述方法中运出。2.根据权利要求1所述的方法，其中所形成的所述第三精馏塔的所述进一步的塔底液体具有85％至99.8％的氧含量。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中至少所述第二冷凝器蒸发器(121)为强制流动式冷凝器蒸发器。4.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中所述第二冷凝器蒸发器(121)在2bar至5bar的蒸发压力水平下运行。5.根据权利要求4所述的方法，其中将所述第二蒸发产物的所述第一部分在所述蒸发压力水平下送入所述膨胀机(7)，借助所述膨胀机(7)使所述第二蒸发产物的所述第一部分膨胀，加热并从所述方法中运出。6.根据前述权利要求中的一项所述的方法，其中借助所述第一冷凝器蒸发器(111)部分蒸发来自所述第二精馏塔(12)的塔底液体，以获得所述第一蒸发产物和未蒸发的残留物，并且其中借助所述第二冷凝器蒸发器(121)蒸发所述未蒸发的残留物的第一部分，以获得所述第二蒸发产物。7.根据权利要求6所述的方法，其中将所述未蒸发的残留物的第二部分输送到所述第三精馏塔(13)。8.根据权利要求7所述的方法，其中，供应给所述第三精馏塔(13)的来自所述第二精馏
塔(12)的所述未蒸发的进一步的液体或所述从中形成的液体，和输送到所述第三精馏塔(13)的所述第二蒸发产物的借助所述第三冷凝器蒸发器(131)冷凝的所述第二部分或其部分，在顶部区域中被输送到所述第三精馏塔(13)。9.根据权利要求1至6中的一项所述的方法，其中将经由侧出口从所述第二精馏塔(12)提取的液体用作供应给所述第三精馏塔(13)的来自所述第二精馏塔(12)的所述未蒸发的进一步的液体或所述从中形成的液体。10.根据权利要求9的方法，其中所述第三精馏塔(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：林德有限责任公司，
类型：发明
国别省市：