用于提取一种或几种空气产物的方法和空气分离设备技术

本发明专利技术涉及一种用于提取一种或几种空气产物的方法，在该方法中，使用空气分离设备，该空气分离设备具有塔系统(10)，该塔系统具有压力塔(11)，其中，该压力塔(11)在4bar至7bar的压力范围内运行，其中，将空气供应给该塔系统(10)并在该塔系统(10)中分离，其中，整体供应给该塔系统(10)的该空气的至少90％被压缩到基础压力水平，该基础压力水平比该压力塔(11)运行的该压力范围高5bar以上，其中，从该压力塔(11)中提取富氮气体，并且其中，至少在第一运行模式下将更多空气压缩到高于该基础压力水平的压力水平，在该塔系统(10)中膨胀和加热而不分离。设置为，至少在该第一运行模式下，在膨胀的上游将从该压力塔(11)中提取的该富氮气体的一部分馈送给该更多空气。本发明专利技术的主题还涉及一种对应的空气分离设备。还涉及一种对应的空气分离设备。还涉及一种对应的空气分离设备。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提取一种或几种空气产物的方法和空气分离设备
[0001]本专利技术涉及一种用于提取一种或几种空气产物的方法和一种根据独立权利要求的相应前序部分所述的空气分离设备。
[0002]专利技术背景
[0003]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。
[0004]传统型空气分离设备具有塔系统，这些精馏塔系统例如可被设计为两个塔的系统，特别地为双塔系统，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，特别是稀有气体的精馏塔。
[0005]所述塔系统的精馏塔是在不同的压力水平下运行的。已知的双塔系统具有所谓的压力塔(也被称为高压塔、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5.6bar的压力水平下运行，相反低压塔则通常在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。
[0006]本专利技术的目的在于，改进用于低温分离空气和提供空气产物的方法，并且特别地实施为更节能的。

技术实现思路

[0007]该目的通过一种用于提取一种或几种空气产物的方法和一种具有独立权利要求的特征的空气分离设备来实现。实施方案是各自从属权利要求以及以下说明的主题。
[0008]在下文中，首先解释了本专利技术的一些基本原理，并限定了用于描述本专利技术的术语。
[0009]对于空气分离，可使用所谓的主(空气)压缩机/二次压缩机(Main Air Compressor/Booster Air Compressor，MAC
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BAC)方法或所谓的高气压(High Air Pressure，HAP)方法。主空气压缩机/二次压缩机方法是偏传统的方法，近年来，越来越多地使用高气压方法作为其替代方案。
[0010]主空气压缩机/二次压缩机方法的特征在于，整体供应给塔系统的进气量的仅一部分被压缩到这样的压力水平，该压力水平明显高于压力塔的压力水平，即比压力塔的压力水平高至少3、4、5、6、7、8、9或10bar，并且进而高于在塔系统中使用的最高压力水平的压力水平。进气量的另一部分仅被压缩到压力塔的压力水平，或与该压力塔的压力水平差异不超过1bar至2bar的压力水平，并且在该压力水平下被送入压力塔，而不膨胀。此类主空气压缩机/二次压缩机方法的一个例子在(见上文)的书中的图2.3A中示出。
[0011]相反，在高气压方法中，整体供应给塔系统的全部进气量均被压缩到这样的压力水平，该压力水平明显高于压力塔的压力水平，即高于压力塔的压力水平3、4、5、6、7、8、9或10bar，并且进而高于在塔系统中使用的最高压力水平的压力水平。该压差可例如最大达14、16、18或20bar。高气压方法已多次描述，并例如从EP 2 980 514 A1和EP 2 963 367 A1
中已知。
[0012]关于在空气分离设备中使用的装置或设备，参考专业文献，如(见上文)，特别是章节2.2.5.6，“Apparatus”。在下文中，为了澄清和更清楚地划定，将更详细地解释对应装置的一些方面。
[0013]在空气分离设备中，使用多级涡轮压缩机来压缩分离的全部空气，该涡轮压缩机在此被称为“主空气压缩机”或被简称为“主压缩机”。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，借助布置在涡轮上或直接布置在轴上的涡轮叶片或叶轮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或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。
[0014]主空气压缩机的特征在于，通过该主空气压缩机压缩被送入塔系统的和用于制备空气产物的和分离的全部空气量，亦即压缩全部添加空气。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为涡轮压缩机。为了压缩部分空气量，通常设置有其他涡轮压缩机，该其他涡轮压缩机也被称为增压机，然而与主空气压缩机或二次压缩机相比，只以相对小的程度进行压缩。在高气压方法中也可能存在二次压缩机，然而该二次压缩机从对应的更高的压力水平开始压缩一部分空气。
[0015]在空气分离设备中的几个点位处也可使空气膨胀，为此，除其他外可使用涡轮膨胀机形式的膨胀机，在此也被称为“膨胀涡轮”。涡轮膨胀机也可与涡轮压缩机联接并驱动该涡轮压缩机。如果在没有外部供应能量的情况下，即仅经由一台或几台涡轮膨胀机驱动一台或几台涡轮压缩机，则针对此类布置也可使用术语“涡轮增压机”或“增压涡轮”。在涡轮增压机中，涡轮膨胀机(膨胀涡轮机)和涡轮压缩机(增压机)机械联接，其中可以相同转速(例如经由共同的轴)或者以不同转速(例如经由中间的传动齿轮)实现该联接。
[0016]在典型的空气分离设备中，对应的膨胀涡轮机存在于各个点位处，用于制冷和液化料流。在这种情况下，该涡轮机特别地为所谓的焦耳
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汤姆逊涡轮机、克劳德涡轮机和拉赫曼涡轮机。关于对应的涡轮机的功能和用途，补充性地参考专业文献，例如在CRC Presse于2006年出版的F.G.Kerry，工业气体手册：“Gas Separation and Purification”一书中，特别是章节2.4，“Contemporary Liquefaction Cycles”，章节2.6，“Theoretical Analysis of the Claude Cycle”和章节3.8.1，“The Lachmann Principle”。
[0017]在本文使用的语言中，液态，气态或也在超临界状态中存在的液体可富含或缺乏一种或几种成分，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。术语“主要”可对应于刚才给出的“富含”的定义，然而特别地指90％以上的含量。例如，如果本文提及“氮”，则可能是指纯净气体，但也可能是指富含氮的气体。
[0018]在下文中，术语“压力水平”和“温度水平”用于表征压力和温度，由此表示不必使用以精确的压力或温度值为形式的压力和温度实现本专利技术的理念。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％或10％。不同的压本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于提取一种或几种空气产物的方法，在所述方法中，使用空气分离设备，所述空气分离设备具有塔系统(10)，所述塔系统具有压力塔(11)，其中，所述压力塔(11)在4bar至7bar的压力范围内运行，其中，将空气供应给所述塔系统(10)并在所述塔系统(10)中分离，其中，将整体供应给所述塔系统(10)的所述空气的至少90％压缩到基础压力水平，所述基础压力水平比所述压力塔(11)运行的所述压力范围高5bar以上，其中，从所述压力塔(11)中提取富氮气体，并且其中，至少在第一运行模式下将更多空气压缩到高于所述基础压力水平的压力水平，在所述塔系统(10)中膨胀和加热而不分离，其特征在于，至少在所述第一运行模式下，在膨胀的上游将从所述压力塔(11)中提取的所述富氮气体的一部分馈送给所述更多空气。2.根据权利要求1所述的方法，在所述方法中，所述更多空气的膨胀在膨胀机，特别是膨胀涡轮机中执行。3.根据权利要求1或2所述的方法，在所述方法中，在第二运行模式下也将所述更多空气压缩到高于所述基础压力水平的压力水平，在所述塔系统(10)中膨胀和加热而不分离，并且在所述方法中，在所述第二运行模式下不将从所述压力塔(11)中提取的所述富氮气体馈送给所述更多空气。4.根据权利要求3所述的方法，在所述方法中，在第三运行模式下不将所述更多空气压缩到高于所述基础压力水平的压力水平，在所述塔系统(10)中膨胀和加热而不分离，并且在所述方法中，在所述第三运行模式下，代替所述更多空气，将从所述压力塔(11)中提取的所述富氮气体的一部分膨胀和加热。5.根据权利要求1至3中的一项所述的方法，在所述方法中，将所述更多空气在高于所述基础压力水平的所述压力水平下依次在暖侧供应给所述空气分离设备的主热交换器(4)，在第一中间温度水平下从所述主热交换器(4)中提取，经受第一涡轮机膨胀；在冷侧供应给所述主热交换器(4)，在第二中间温度水平下从所述主热交换器(4)中提取，经受第二涡轮机膨胀；在第三中间温度水平下供应给所述主热交换器(4)，并且在暖侧从所述主热交换器(4)中提取。6.根据权利要求5所述的方法，在所述方法中，将从所述压力塔(11)中提取的所述富氮气体的被馈送给所述更多空气的部分与所述更多空气一起在冷侧供应给所述主热交换器(4)，经受所述第二涡轮机膨胀，在所述第三中间温度水平下供应给所述主热交换器(4)，并且在暖侧从所述主热交换器(4)中提取。7.根据权利要求5所述的方法，在所述方法中，将从所述压力塔(11)中提取的所述富氮气体的被馈送给所述更多空气的部分与所述更多空气分开地在冷侧供应给所述主热交换器(4)，在暖侧从所述主热交换器(4)中提取，并且在所述第二中间温度水平下和在所述第二涡轮机膨胀之前馈送给所述更多空气。8.根据权利要求5至7中的一项所述的方法，在所述方法中，所述基础压力水平为16bar至24bar，在所述方法中，将所述更多空气压缩到的高于所述基础压力水平的所述压力水平为27bar至50bar，在所述方法中，所述压力塔运行的所...

【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：