低温空气分离法制造技术

一种将低温空气分离的方法，其中液氧（３０）经过增压（１１２）并逆着冷凝进料空气（５）蒸发以产生氧气产品（４２），其中产生过量装置冷冻，使得所述方法的总热端温差超过所述主换热器（１０１）的最低内部温差至少２Ｋ。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本文中所用的术语"塔"是指蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区， 其中液相和气相逆流接触以进行流体混合物的分离，例如通过使气相 和液相在安装于所述塔内的一系列垂直间隔的塔盘或塔板和/或填料 元件(如规整填料或散堆填料)上接触。蒸馏塔的进一步讨论参见the Chemical Engineer's Handbook(化学工程师手册)，第五版，R. H. Perry 和C. H. Chilton编辑，McGraw-Hill Book Company(McGraw-Hill图书 公司)，纽约，第13节，The Continuous Distillation Process(连续蒸馏 妇。双塔包括高压塔，所述高压塔上端与低压塔下端具有热交换关系。 [0009蒸气和液体接触分离法取决于各组分的蒸气压差。较高蒸气压 (或挥发性较高或低沸点)组分将在气相中浓缩而较低蒸气压(或挥发 性较低或高沸点)组分将在液相中浓缩。部分冷凝为其中蒸气混合物的冷却可用于浓缩气相中的挥发组分以及液相中的低挥发性组分的分 离法。精馏或连续蒸馏是结合了连续部分汽化和浓缩的分离法，如通 过气相和液相的逆流处理获得。气相和液相的逆流处理通常为绝热的 且可包括各相之间的积分(多极)或微分(连续)接触。利用精馏原理来分 离混合物的分离法装置经常可互换称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温分离为至少部分在15 0开氏度(K)以下进行的精馏法。本文中所用的术语"进料空气"是指主要包含氧气和氮气的混合 物，如环境空气。0012本文中所用的术语塔的"上部，，和"下部"分别是指所述塔中点以 上和以下的部分。0013本文中所用的术语"涡轮膨胀"和"涡轮膨胀机，，分别是高压流体流过涡轮以降低其压力和温度，以产生冷冻的方法和仪器。在塔102中将空气分离成富氧和富氮部分。将富氧液体12从 所述塔底移走，引入换热器108,逆着加热氮蒸气冷却，作为过冷液 体21出来，并进料至塔103中间点，低于流10的进料点但高于塔底。 氮蒸气13从中压塔102顶部离开。将蒸气流14的一部分作为中压氮 产品移走，并进料至主换热器101的冷端。流14在主换热器101中 逆着冷空气流升温并作为热中压氮气流39离开热端。流13的剩余部分15进入冷凝器/再沸器105的冷凝侧。流15在塔104中逆着蒸发的 塔底液体液化。离开冷凝器/再沸器的液氮16分流成两股流；将流17 送入换热器108,流18作为回流返回塔102。流17逆着加热氮蒸气 过冷，所得过冷液氮流28在或靠近顶部进入低压塔104。富氮蒸气流 19在塔102顶部下方至少一级的位置被移走并进入冷凝器/再沸器106 的冷凝侧。流19在塔103中逆着蒸发的塔底液体被液化并作为液流 20返回塔02。流20在流19的回收点或以上的位置进入塔102。 [0022〗中压塔103用于进一步补充送入低压塔104的氮回流。氮蒸气 23从中压塔103的顶部出来并进入冷凝器/再沸器107的冷凝侧。流 23在塔104中间逆着蒸发液体液化。离开冷凝器/再沸器107的液氮 24分流成两股流；流25返回塔103顶部，流26进料至换热器108。 流26逆着加热氮蒸气被过冷，所得过冷液氮流29进津+至低压i荅104 顶部或附近。将富氧液体22从塔103底部移走并在冷凝器/再沸器107 以上几级的位置进料至低压蒸馏塔104的中间点。 10023低压蒸馏塔104进一步将其进料流分离成富氧液体和富氮蒸 气。将富氧液流30从塔104的下部移走，送到低温氧气泵112并提 高到稍微超过最终氧气输送压力。高压液流32进料至主换热器101 的冷端，在此使之升温并逆着冷凝高压进料空气流沸腾。热的高压氧 蒸气产品42离开主换热器101的热端。富氮蒸气31从低压塔104的 上部出来，进料至换热器108，逆着冷却液体升温并作为过热氮蒸气 流33离开。0024流33进入主换热器101的冷端，在此它逆着冷却空气流部分 升温并分流成两股流。将完成氮产品所不需的那部分流从主换热器 101中间点移走，该流34进料至废气涡轮113并膨胀到较低压力。废 气涡轮113与液体涡轮111 一起用于产生低温空气分离装置的冷冻。 低压氮气流35离开废气涡轮113,进料至主换热器101并作为热的低 压废氮气36离开热端。流37作为热的低压产物氮离开换热器101的 热端并进料至氮气压缩机114的第一级并在那些级的级间冷却器115中冷却。使冷却的压缩氮气流38与相同压力的氮气流39混合以形成 流40。将氮气流40进料至氮气压缩机116的剩余级并在那些级的级 间冷却器117中冷却。所得高压氮气流经过冷却(未显示后冷却器)以 形成输送到最终用户的产品氮气流41 。0025就此给定实施例而言，所需的氧气输送压力为1115磅/平方英 寸(绝对值)(psia)而所需的氮气输送压力为335 psia。理想地，高压空 气流5将提高至少2300psia，以提供在1115 psia以上沸腾的氧气。 然而，铜焊铝换热器(BAHX)能承受的压力有限。这种情况下，我们 根据经济性和BAHX的压力限制将流5限定到1215 psia。稍微高的压 力对于BAHX是可能，但可能不经济。可能需要供选技术如螺旋形换 热器用来处理2300psia的气流压力。然而，这非常昂贵。0026〗在常规示范的情况下，当将塔上部压力提高到刚好足以使所有 废氮气的膨胀提供了所需的主换热器热端温差时，功率最低化。如果 将压力提高到超过如此，废气膨胀机会提供超过所需的冷冻。当按照 常规示范采用废气膨胀时，塔102的压力仅为约95psia,塔104的压 力为约25 psia。由于主换热器中氧的高沸腾压和冷凝高压空气流的允许压力 上限，装置进料的绝大部分必须进入增压压缩机109。在本实施例中， 流5的流速为流1流速的大约35%。这才羊高的流速加上高的排气压力 意味着增压压缩4几109消耗了所述装置总能量消耗的大部分。这种情 况下，超过25%的装置能量消耗来自增压压缩机109。图2显示了压 力最低化使得废氮膨胀机冷冻产生3.0K的主换热器温差(WEDT)的系 统的主换热器的冷却曲线。2.0K的内部窄点(PHX窄点DT)是由于超 临界(1115 psia)氧气逆着冷却超临界空气(1215 psia)升温。大量高压空 气流在主换热器冷端提供了过量冷冻，如冷端的大温差所证实。WEDT 和PHX窄点DT之差为1 .OK。00281通过提高整个装置压力将本专利技术用于这种循环中。当将塔102 的压力从95 psia提高到180 psia和将塔104的压力从25 psia提高到"psia时，通过废气膨胀涡轮产生过量冷冻，因为不必作为产品的所 有氮气都仍然通过废气膨胀机。结果，PHX相当宽的冷却曲线如图3 中所示。WEDT与PHX窄点DT之差现在超过7K。结果是，就相同 主换热器101而言，需要少许多的来自增压空气压缩机109的高压空 气5以适当地使所有高压氧沸腾。通过该过量冷冻，流5的流速为进 料流1的35%-25%而被增压压缩机109消耗的装置能量的分数为约 25%-12.5%。将本专利技术应用于这种循环的另 一益处是产生的涡轮能量 明显提高，这通过废气膨胀涡轮113实现。此外，因为将整个装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种将进料空气低温分离的方法，其中进料空气在主换热器中冷却，通过在至少一个塔中低温精馏分离而产生富氧液体和富氮蒸气，将富氧液体压力提高，通过与至少部分进料空气进行间接热交换使所述加压的富氧液体蒸发，产生产品氧，改进之处包括：产生超过进行低温精馏所需的足够过量冷冻，使得所述方法的总热端温差超过主换热器的最低内部温差至少２Ｋ。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：PJ兰金，NM普罗塞尔，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]