制备产生动力的蒸汽的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种制备产生动力的蒸汽的装置，其中包括：ａ）位于燃烧室上游的进料流输入设备，以输入至少含氮和氧的压缩进料流到燃烧室，ｂ）带有燃料输入设备的燃烧室，ｃ）由至少含氧和氮的进料流制备氧和氮的设备，ｄ）位于燃烧室下游并与其流体联通的动力透平机，和ｅ）由动力透平机驱动的发电设备。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

Device for producing steam generating power

The invention discloses a preparation device of steam generating power including: a) is located in the combustion chamber upstream of the feed stream input device to input at least containing nitrogen and oxygen feed stream compressed into the combustion chamber, the combustion chamber with fuel b) input device, c) equipment from the feed stream preparation of oxygen and nitrogen at least containing oxygen and nitrogen, d) is located in the downstream of the combustor and turbine power and fluid communication, and E) driven by the power turbine power generation equipment.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及低温蒸馏生产氧和氮的改进方法及其与燃气轮机的联合生产线。空气成分低温分离的常规方法包括两座蒸馏塔，高压塔上端与低压塔下端换热连接。压缩冷空气在高压塔中分成富氮和富氧液后送入低压塔而制成氧产品和氮产品。在氧压很低，如约1-2巴时该法很有效。USP4224045说明了应用来自动力透平的空气作为常规两塔工艺制氧设备的空气进料。由于动力透平的优选空气压力相当高，如10-18巴绝对压力，所以常规/典型双塔工艺必须使高压塔和低压塔在高压下操作，制成的氧和氮压力达2-7巴绝对压力。在氮产品和氧产品再压缩至高压后与附带工艺，如煤气化和钢铁生产或发电过程中的直接还原工艺联合时，总效率相当高。不幸的是，该法主要缺点在于，高压操作双塔工艺时氧收率相当差。例如，16巴的空气压力可达到约90％氧收率，氧纯度95％并且绝对氧压约5巴。而对于98％的氧含量，同样空压和氧压下收率降为约80％。6巴绝对空压下操作的常规空气设备一般达到99％以上的收率，纯度约99.5％。低收率使能耗加大，设备尺寸也相应增大。USP3731495说明了用氮气骤冷动力透平进行空分的双塔设备及其工艺。在该法中，空气经低温精馏工艺进行分离，应用了150-400psia塔和45-140psia塔，其中采用所得中温气体混合物作功膨胀之前来自上述后一塔的富氮气骤冷热燃烧气。但由于该法应用双塔，所以仍有USP4224045所存在的缺点。USP4947649说明了用氮循环流进行的单塔工艺，其中高压空气在塔底冷凝后直接送入塔中。氮气产品压缩后一部分循环回到该工艺中而进行蒸馏塔再沸和回流，其中改变循环流速即可调节产品收率，但与USP4224045相比，总动力消耗改进率很小，仅为1％。因此目前迫切需要改进高空压下氧和氮生产工艺和设备的低温蒸馏方法和装置以及可有效地与燃气轮机并用的这种方法和装置。而本专利技术目的正是提出在高进料空气压力下生产相当高压氧和氮产品的改进低温蒸馏方法和装置。本专利技术另一目的是提出能耗低并且设备尺寸小的低温蒸馏生产氧和氮产品的改进方法和装置。本专利技术再一目的是提出进料空气全部或一部分来自动力透平的氧和氮改进生产方法。上述和其它目的可通过低温蒸馏生产氧和氮的方法而达到，该法包括a)将含氧和氮的净化、干燥和压缩进料流的一部分冷却后送入高压塔并将其分成塔顶的富氮液流和塔底的富氧流，其中高压塔塔顶馏出物与低压塔和中间塔的塔底馏出物换热，b)将富氧流送入中间塔而制成顶部液体馏分A和底部液体馏分B，中间塔塔顶馏出物在低压塔底部再沸器以上的位置与低压塔换热，其中中间塔压力低于高压塔但高于低压塔，c)将液体馏分A和B送入低压塔作进料，d)将a)中的富氮液体送入低压塔作回流物料和e)在低压塔底回收富氧产品并在低压塔顶回收低压富氮产品。附图说明图1示出了本专利技术将三塔重叠设置的方案。图2示出了本专利技术另一应用侧塔的方案。图3示出了本专利技术的空分设备与动力透平的联合生产线。图4示出了中间塔冷凝器与低压塔分开的另一方案。图5示出了本专利技术三塔方法和常规双塔方法的麦凯布—蒂尔(McCabe-Thiele)图。本专利技术提出能耗明显降低并且设备尺寸缩小的低温蒸馏生产氧和氮的改进方法。根据本专利技术已发现，应用不同于常规双塔法的三塔方法可在高压进料空气和要求相对高压产品的情况下出人意料地提高氧收率并节省能源。更具体地讲，本专利技术方法中高压塔制成的富氧液体在最终于低压塔中进行蒸馏之前在中间塔中进行处理。本专利技术很有效，因为进料空气全部或一部分来自动力透平。为恢复平衡，来自低温分离装置的富氮产品可再压缩并在附属工艺中加热以用于附属工艺或注入动力透平循环。例如，压缩氮产品可在膨胀回收能源之前于燃烧室上游与空气进料混合送入动力透平。而且，压缩氮产品可注入动力透平的燃烧室，还可在膨胀回收能源之前与燃烧室中的热气混合。已发现加入中间塔可使应用相对高压进料空气并要求相对高压产品的方法中惊人地提高氧收率，而且优异的氧收率又可使能耗和设备尺寸大为缩小。更详细地讲，本专利技术所用中间塔底端馏出物与高压塔顶部馏出物换热，上端馏出物与低压塔底塔板以上的中间位置馏出物换热。这种中间塔将高压塔底部制成的富氧液体分成两种液体馏分后作为进料送入低压塔。低压塔下端馏出物也与高压塔顶部馏出物换热，因此其压力与相同空压下操作的典型双塔工艺中的低压塔基本上相同。此外，高压塔顶部制成的富氮液体作为回流物料送入低压塔。已发现，经中间塔中进一步蒸馏后，后续在低压塔中的蒸馏就更为有效。双塔方法与本专利技术三塔方法的麦凯布—蒂尔图线比较表明了本专利技术的优越性，即三塔操作线更接近于平衡线，表明该方法更有效，可参见图5。本专利技术方法详述如下。进料物流按常规办法净化、干燥和压缩以除去二氧化碳和水。本文所用“进料物流”指至今含氧和氮的任何气体混合物，例如可用大气以及含氧和氮的废气混合物，其中当然还可存在其它气体，如氩。净化、干燥和压缩进料物流冷却后送入高压塔，在其中分成顶部的富氮气流和底部的富氧液流。高压塔顶部的富氮蒸气在低压塔和中间塔底部冷凝形成富氮液流。该液体的一部分作为高压塔的回流物料，而另一部分作为回流物料送入低压塔。当然，有些液体可作为产品收集起来。高压塔顶的一部分富氮气可作为中压氮产品回收。高压塔塔顶馏出物与低压塔塔底馏出物和中间塔塔底馏出物换热。富氧液流然后必要时冷却后送入中间塔而制成顶部液体馏分A和底部液体馏分B。中间塔塔顶馏出物在低压塔的底部再沸器以上的位置与低压塔馏出物换热。中压塔的压力低于高压塔的压力但高于低压塔的压力。之后将液体馏分A和B的全部或一部分送入低压塔中作为进料，如果需要在送入低压塔之前液体馏分A和E之前可冷却。最后可在低压塔底回收富氧产品物流，并在低压塔顶回收低压富氮物流。至于工艺致冷过程，可采用任何常规致冷方案，如空气膨胀或氮气膨胀。进料物流在步骤a)中压缩后的空气压力一般约8-20巴绝对压力，优选约10-18巴绝对压力，中间塔压力一般约3-15巴绝对压力，优选约5-13巴绝对压力，而低压塔压力一般约1-8巴绝对压力，优选2-7巴绝对压力。通常，在向高压塔输入清洁和干压缩空气时，维持高压塔压力与步骤a)中相同。空气进料维持接近露点。富氧流产品在回收后可以再压缩以供进一步使用。另外，按照本专利技术，最好所有或部分空气进料流由动力透平机提供。但本专利技术的许多其它实施方案也是较好。例如，较好的是再压缩至少部分步骤f)的低压富氮流以进一步用于有关过程或在用于动力回收的膨胀前将再压缩的富氮流与进到燃烧室的动力透平机上游的空气进料混合。此外，将再压缩的富氮流注射到动力透平机的燃烧室中或将其与在用于动力回收的动力透平机的燃烧室中现存的热气体混合也是有利的。进一步讲，按照本专利技术，再压缩的富氮流在用于动力回收的动力透平机膨胀前，将其在附属过程中加热也是较好的。已经发现按照本专利技术较好的是为给低压塔制备额外的进料也可在中间塔处理部分富氧液流。此外，按照本专利技术的另一个方面，提供一种制备氮和氧的低温蒸馏方法，它包括a)冷却一部分净化、干燥并压缩并含氮和氧的进料流并将其加到高压塔中，在塔顶将其分离成富氮流，其中高压塔塔顶馏出物与低压塔塔底馏出物及中间塔塔底馏出物交换热量；b)加富氧流到中间塔以生产塔顶液馏分A和塔底液馏分B，在中间塔塔顶冷凝本文档来自技高网...

【技术保护点】
制备产生动力的蒸汽的装置，其中包括： ａ）位于燃烧室上游的进料流输入设备，以输入至少含氮和氧的压缩进料流到燃烧室， ｂ）带有燃料输入设备的燃烧室， ｃ）由至少含氧和氮的进料流制备氧和氮的设备，该设备包括由下列设备组成的三层精馏塔：带有进料输入设备的高压塔，连接高压塔顶端和低压塔及中间塔两者底端的换热设备，用于由高压塔加富氮液体到低压塔及加富氧液体到中间塔的独立管线，用于将中间塔产品作为原料加到低压塔的独立管线，用于从低压塔中排出富氮气体的独立管线，用于从低压塔中排出富氧流的独立管线，其中中间塔塔顶在低压塔再沸器上方位置与低压塔换热相连，该设备有至少一根用于加氮到燃烧室的独立管线和气体氧产品独立管线， ｄ）位于燃烧室下游并与其流体联通的动力透平机，和 ｅ）由动力透平机驱动的发电设备。

【技术特征摘要】
US 1991-10-15 07/775,5811.制备产生动力的蒸汽的装置，其中包括a)位于燃烧室上游的进料流输入设备，以输入至少含氮和氧的压缩进料流到燃烧室，b)带有燃料输入设备的燃烧室，c)由至少含氧和氮的进料流制备氧和氮的设备，该设备包括由下列设备组成的三层精馏塔带有进料输入设备的高压塔，连接高压塔顶端和低压塔及中间塔两者底端的换...

【专利技术属性】
技术研发人员：保哈，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究的具有监督和管理委员会的有限公，
类型：发明
国别省市：FR[法国]