专利名称：通过空气的低温分离获得压缩氧和压缩氮的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种如专利权利要求1的特征部分中所要求保护的通过空气的低温分离获得压缩氧和压缩氮的方法。
背景技术：
在本发明中，用于氮-氧分离的蒸馏塔系统可被构造为双塔系统(例如，经典的林德双塔系统)，或也构造为三塔或多塔系统。除了用于氮-氧分离的塔之外，还可设置用于从空气中获得高纯度产物和/或其它组分(尤其是惰性气体，例如氩产物和/或氪-氙产物)的其它装置。在Hausen/Linde 的专著“Tieftemperaturtechnik (低温技术)” (1985 年第二版)和 Latimer 的短文 Chemical Engineering Progress (化工进展)(1967 年，第 63 卷,No. 2,第35页)中描述了空气的低温分离的大体原理和双塔装置的具体的构造。一般来说，通过主冷凝器实现双塔的高压塔和低压塔之间的热交换关系，其中高压塔的塔顶气体液化，而相反地，低压塔的底部液体蒸发。在本文中，“高压塔”意指在比大气工作压强高至少4巴(一般来说，在约4巴和6巴之间)的压强下，有时在甚至更高的压强下工作的塔。“低压塔”具有较低的工作压强，并且其经通用冷凝-蒸发器通过热交换连接到高压塔。“主热交换器”用于冷却供给空气，并可由单个热交换器单元形成，或也可由多个热交换器单元形成。
发明内容
本发明涉及一种生产气态压缩氧(被压缩的氧)的方法，其中在液体产物中发生压强(压力)增大，并且高压液体与高压处理流(热载体)间接热交换而随后被蒸发(或者，在超临界压强下伪蒸发)。这种方法通常被称作“内部冷凝”并且在例如Hausen/Linde的Tieftemperaturtechnik (低温技术)(1985年第2版,第319-322页)中描述。氮或供给空气可被用作高压处理流。内部冷凝的产物压强为例如6至100巴，优选地为30至95巴。氮循环的上循环压强为例如在20和90巴之间，优选地在20和75巴之间。从JP11118352A中获知在最开始描述的这种方法。本发明将要解决的问题是提供一种在最开始描述的方法和对应装置，其在经济上是极其受欢迎的，并且具体地讲，在合理的设备成本下，具有尤其低的能耗。通过专利权利要求1的特征部分解决了该问题。所述循环压缩机被设计为热压缩机(warm compressor),即其在入口温度高于250K,尤其是高于270K时工作。另外,其通过外部能量驱动，例如通过电动机或蒸汽轮机驱动，但不通过使空气分离的处理流膨胀的涡轮机驱动。与JP11118352A的主要思想不同，所述循环压缩机不作为冷压缩机工作，并且此夕卜，其不通过其中使循环氮流膨胀的涡轮机驱动。结果，可独立于工厂的冷要求设置循环氮流。具体地讲，可自由选择高压塔的底部蒸发器中的加热功率。按此方式，所述方法可按照灵活得多的方式适用于当前要求，并且可以以更受欢迎的方式积极地操作。在根据本发明的方法中，高压塔在(至多)例如5至6. 5巴优选地5. 2至6. 2巴的工作压强下工作。在这种情况下，当使用双塔或多塔系统作为用于氮-氧分离的蒸馏塔系统时，低压塔压强小于2巴，优选地小于1. 6巴。从用于氮-氧分离的蒸馏塔系统流至循环压缩机的“气态循环氮流”优选地从高压塔的顶部被抽取。压缩氮产物的产物压强可等于、低于或高于第一部分流从循环压缩机中被抽取时的压强，该压强例如处于高压塔的工作压强水平或更高。压缩氮产物可以以压强不同的多个子流被递送；在这种情况下，压缩氮产物整体在这里被称作“第二部分流”。在本发明的变型形式的上下文中，通过设置循环氮流的第一部分流的量来调节在低压塔的底部部分中上升的流的量，间接地通过低压塔的上部中的回流液体的量来设置循环氮流的第二部分流的量，即通过设置高压塔底部蒸发器的加热功率。这样，可在低压塔的上部和下部二者最优化回流比。如果循环流的第一部分流的量增加或减少，并且作为结果，更多或更少的氮在底部蒸发器中冷凝，则可作为高压塔中的回流液体的液氮的量对应地变化，并且可获得更多或更少的高压氮；不重要的是，液氮的一部分是否从底部蒸发器直接被供给到低压塔中，或者其是否被供给到高压塔中，因此对应的更多(或更少)的液氮可从高压塔或从主冷凝器转移到低压塔中。如果更少或更多的高压塔氮作为“第二部分流”被获取，并且因此更多或更少的加热功率可用于主冷凝器，则对应地，低压塔的下部产生更多或更少的上升流。对于获得纯度小于98摩尔％，优选地为97%或更少的不纯的压缩氧来说，该方法尤其合适。其可尤其有利地用于IGCC工厂，其中至少一部分压缩氧产物被供给到煤气化设备中以产生燃料气体，并且至少一部分压缩氮产物用于煤运输。基本上，根据本发明的方法可在压缩氮产物的总量恒定的情况下操作，其中压缩氮产物的总量由以产物压强在循环压缩机的上游和/或下游和/或循环压缩机的中间阶段从循环氮流中分支并以压缩氮产物获得的流之和形成，即最终得自高压塔而非得自低压塔或一些其它塔的氮产物的总量。(列出的这些和所有其它的量将以摩尔进行理解。)然而，在优选构造中，在可变负载下执行所述方法，其中在第一负载情况下，-获得第一总量的压缩氮产物PNl，-第一部分流以第一部分流的量TSl被引导通过高压塔的底部蒸发器，以及-供给空气以供给空气的第一量ELl被供给到空气压缩机中，并且其中，在第二负载情况下，-获得第二较高总量的压缩氮产物PN2，PN2>PN1,-第一部分流以第二较高部分流的量TS2被引导通过高压塔的底部蒸发器，TS2>TS1,以及-供给空气以供给空气的第二量EL2被供给到空气压缩机(2)中，其中供给空气的第二量EL2等于供给空气的第一 量EL1，或者仅不明显地高于供给空气的第一量EL1，其中(EL2-EL1)/EL1<0. 2 (PN2-PN1)/PNl。
尽管压缩氮的总产量增加，但是因此供给空气的量保持不变，或者仅不明显地增力口。这里“不明显地”意指空气的量的相对变化为压缩氮产物的量的相对变化的至多五分之一，优选地小于十分之一。如果在实际示例中，在第二负载情况下压缩氮产物PN2的总量比在第一负载情况下高50%，则供给空气的第二量EL2的增量小于10%，并且优选地其保持不变。由于空气的量保持不变或仅稍微增加，因此可实现压缩氮的总产量的显著增加。另外，由于空气的量大致保持不变，当负载变化时，对于蒸馏塔系统中的分离处理，存在相对小的失调，因此产物纯度在很大程度上保持恒定。另外，气态压缩氧产物的量可保持不变或仅不明显地变化。在实际示例中，第二部分流在循环压缩机的下游作为单个压缩氮产物被提取。随着负载从第一负载情况增大至第二负载情况，压缩氮产物的总量(即在这种情况下为第二部分流的量)增加25%(PN2=1. 25PN1)。同时，高压塔底部蒸发器的加热流的量增加大约45%(TS2=1.45TS1)，但是供给空气的量保持不变。第一部分流的变化与压缩氮产物的变化线性相关。增加压缩氮的提取而保持供给空气的量不变，导致在低压塔(UN2)的不纯的氮产物中的氧含量几乎不变。内部压缩的产物氧的量保持不变。增加压缩氮的提取，UN2的量变少，其同时决定了在低压塔中上升气体的量。如果压缩氮的提取增加IOOOONmVh，则UN2的量也减少10000Nm3/h。因此，主冷凝器的负载与压缩氮的提取直接成比例。如果获得例如多10000Nm3/h，则在主冷凝器中液化的氮少lOOOONmVh。用于低压塔的洗涤-LIN液体(wash-LIN liquid)也对应地变少(变少大约0. 4*10000=4000Nm3/h)o这意味着低压塔的上部中的回流比保持几乎不变。接着，用于压强塔的洗涤-LIN液体(来自主冷凝器)减少大约
0.6*10000=6000Nm3/h。然而，为了不降低产物纯度，压强塔中的回流比需“恢复”。现在，这通过第一部分流的对应增加来确保。可通过AIC控制器控制第一部分流(例如，保持氧产物纯度不变)。此外，还有利的是，如果循环氮流的第三部分流作为涡轮机流从循环压缩机中被获得，则其通过执行工作而膨胀并至少部分地被供给到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中。执行工作的涡轮机流的膨胀产生的能量优选地以机械方式被传递到后置压缩机，其中例如执行工作的膨胀机的上游的涡轮机流和/或在被其引入到主热交换器中的上游的循环氮流的第一部分流被再压缩。作为另外一种选择，通过供给空气的部分流的执行工作的膨胀可获得处理冷。优选地，获得的机械能被传递至用于涡轮机空气的后置压缩机。有利的是，如果在根据本发明的方法中，处于高压塔的工作压强的来自高压塔的液体分馏物被供给到冷凝-蒸发器中，并且在此通过与执行工作的膨胀的涡轮机流的至少一部分的间接热交换而被至少部分地蒸发，其中产生的流至少部分地回流到高压塔中。使高压塔沸腾以改进其分离效果。在本发明的上下文中使用的加热剂并非专门被压缩的流，而是在合适的压强水平下总是存在的涡轮机流。因此，为了另一目的(即彻底加热高压塔)使用循环压缩机。来自高压塔的液体分馏物在其中沸腾的“冷凝-蒸发器”被构造为与主热交换器分离的热交换器，尤其是被构造为至少一个板式热交换器单元，最优选地被构造为单个板式热交换器单元；其可被布置在高压塔内部，或者也可布置在单独容器的外部。用于冷凝-蒸发器的液体分馏物可得自高压塔的底部一冷凝-蒸发器随后代表底部蒸发器，并且优选地直接布置在高压塔的底部。作为另外一种选择，冷凝-蒸发器被设计为高压塔的中间蒸发器，并且例如处于高压塔内的中间水平；用于冷凝-蒸发器的液体分馏物随后在高压塔的对应的中间点被抽取。在这种情况下，底部蒸发器和中间蒸发器通过循环氮流的不同部分流加热，所述不同部分流在不同的合适压强下从循环压缩机中被提取。通常，循环氮流的第一部分流的压强是处理过程中需要的最高压强。如果存在特别高的冷要求，则循环氮流的第三部分流(涡轮机流)也可在这个压强水平下从循环压缩机中被抽取。然而，在许多情况下，受欢迎的是，以上中压(P3、P4)从循环压缩机的中间阶段抽取循环氮流的第三部分流，并随后将其供应到执行工作的膨胀机。随后，执行工作的膨胀机的入口压强大约为上中压的水平，但是可以可选地通过连接至膨胀机的后置压缩机增大。循环氮流的第一部分流可以以高压(P4)从循环压缩机中抽取，高压(P4)高于中压(P3)，其中循环氮流的第三部分流以中压(P3)从循环压缩机中获取；随后第一部分流在此高压下或在甚至更高的压强下被供给到主热交换器中。这样，一方面可实现气态压缩氧产物的尤其高的产物压强，另一方面该压强水平与可较低的执行工作的膨胀机的入口压强无关。此外，循环氮流的一部分也可作为压缩氮产物以所述高压获得，而不需要对设备投入额外的花费。在第一工作模式下，循环氮流的第四部分流以较低中压(P2)从循环压缩机的中间阶段抽取，在主热交换器的中压通道中冷却，并与冷凝-蒸发器上游的执行工作的膨胀的涡轮机流混合。当使用涡轮机流在第一冷凝-蒸发器中彻底加热高压塔时，这是尤其受欢迎的。如果需要相对少的冷，则涡轮机流可能太少以致于其本身不再能供应塔加热所需的热。通过与第四部分流的混合，可将额外的热带给冷凝-蒸发器。冷的生产和塔的操作因此独立。通过涡轮机流提供的冷功率可在大的范围内变化，而不影响蒸馏塔系统的操作。相反，在第二工作模式中，在主热交换器的中压通道中的执行工作的膨胀的涡轮机流的一部分可被变暖并在中间阶段供应到循环压缩机。当产生大量的冷并且因此涡轮机流对于第一冷凝-蒸发器的加热来说太多时这是非常有利的。针对这个循环和针对第四部分流在第一工作模式下的运输，往复式线路将优选地被引导穿过主热交换器的同一通道(“中间通道”)。用于内部冷凝的液氧流将优选地从低压塔的下部获取。另外，氧含量在富氧液体的氧含量和富氮液体的氧含量之间的中间液体可从高压塔中获取，并且可在被布置为高于第一中间点的第二中间点被供应到低压塔，具体地讲，其中中间液体以高压塔的中间蒸发器的水平被获取。本发明还涉及一种根据专利权利要求12至14所述的用于通过空气的低温分离获得压缩氧和压缩氮的装置。
以下基于附图中所示的实际示例更加详细地解释本发明和本发明的其它细节，所有的示例均设计为双塔系统。图中图1是在高压塔中具有两个冷凝-蒸发器的本发明的第一实际示例，其中执行工作而膨胀导致循环压缩机的第二阶段的入口压强；
图2是第一实际示例的修改形式，其中执行工作而膨胀导致循环压缩机的第二阶段的入口压强；图3是在高压塔中具有仅一个冷凝-蒸发器的实际示例，并且涡轮机流再冷凝；图4是循环氮流的第一部分流再冷凝的变型的修改形式；图5至图7是在高压塔中具有两个冷凝-蒸发器的另外的实际示例；以及图8和图9是在高压塔中仅具有一个冷凝-蒸发器和具有一个空气涡轮机的两个实际示例。
具体实施例方式在附图中未示出大气空气怎样通过空气压缩机以公知方式经过滤器抽吸，以及被压缩到大约6巴的压强，以及进一步经过预冷器和净化器运输。在图1中，被压缩和净化的供给空气6在主热交换器20中大约冷却到露点，并经线路7供应到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统，在示例中，所述蒸馏塔系统由高压塔8及其指定的塔蒸发器(底部蒸发器9和中间蒸发器10)、低压塔460以及主冷凝器461组成，高压塔8和低压塔460经主冷凝器461形成热交换联系，其中高压塔的塔顶气体与低压塔的底部液体间接热交换。低压塔460的顶部的工作压强为大约1. 4巴。主热交换器20可为一体式或分体式设计，图1和其它附图中仅示出了交换器的基本功能——热流通过冷流被冷却。来自高压塔8或者来自其底部蒸发器9的液化侧的底部液体462 (“富氧液体”)被完全引导通过第一逆流超级冷却器16和第二逆流超级冷却器415，在节流阀463中膨胀至低压塔压强(压力)并经线路464在第一中间点被供应到低压塔。在中间蒸发器10的液化侧产生的高压塔8的中间液体的一部分465被从此处抽离，还在逆流超级冷却器16和416中超级冷却，并且在节流调节作用466之后经线路467被供应到高压塔8的第二中间点，所述第二中间点被布置为在第一中间点之上。呈不纯的液氮形式的第三供给流468在超级冷却16/416和节流调节作用469之后经线路470被供应至低压塔460的顶部。在这种情况下，从低压塔460的底部或者从主冷凝器461的液化侧获取液氧，并且与图1中的流11相似，液氧被分为内部冷凝流(“液氧流”)412和液体产物(415/417)。在低压塔460的底部产生液氧11，其中第一部分在泵13中成为压强为6至100巴(取决于产物要求)的“液氧流” 12。液体(IC-LOX)在这个增大的压强下被供给到主热交换器20中，在主热交换器中蒸发或伪蒸发，并且被变暖(保温)至大约环境温度。最后，氧被作为气态压缩氧产物14获得。低压塔460的底部液体11的另一部分15可选地在于逆流超级冷却器416中超级冷却之后作为液氧产物(LOX)经线路17被递送。氮从高压塔8的顶部经线路18作为“气态循环氮流”被提取，在逆流超级冷却器16中变暖并进一步在主热交换器20 (线路19)中变暖，并且最终至少作为第一部分经线路21被供应至循环压缩机22的第一阶段23，在示例中，循环压缩机22具有四个阶段23、25、560以及后冷却器24、16、561。(最后的两个压缩机阶段560和后冷却器561被简单不出，并且从处理技术观点也可被认为是循环压缩机23/25的附加产物压缩机，这样循环压缩机23/25被认为是两阶段的，并且通过电动机驱动；作为23/25的替代形式，可使用具有三个或多于四个阶段的狭义的循环压缩机。)循环氮流的另一部分可作为具有大约高压塔的工作压强的被压缩的氮产物27 (PGAN)获得。在循环压缩机22的第一阶段23，循环氮流被压缩至大约9巴的第一中压(P1-GAN)，并且在第二阶段25，被进一步压缩至大约12巴的第二中压(P2-GAN)。在最后的两个阶段560，被压缩至氧压强(P4-GAN)的1. 4至2. 5倍的高压，或被压缩至第三中压(P3-GAN)。此外，可根据需要从这些压强水平(线路27、53、29、565、564)的每个抽取被压缩的氮产物流；同时，这些被压缩的氮产物流形成“循环氮流的第二部分流”。这些水平之一的循环氮流的一部分形成“第三部分流”，其在后置压缩机566中被再压缩至所述压强的1. 3至2倍，并且在主热交换器中作为涡轮机流40在再冷却之后，被冷却到中间温度，并最终通过在膨胀机41中执行工作而膨胀，所述膨胀机41优选地通过膨胀涡轮机形成。执行工作而膨胀的涡轮机流42的至少第一部分30在高压塔8的中间蒸发器9 (“第一冷凝-蒸发器”)中用作加热剂。在与高压塔8的蒸发的中间液体的间接热交换过程中，其被至少部分地液化。随后，所述流经线路31、通过逆流超级冷却器16、节流阀32以及最后通过线路33返回到高压塔8的顶部。对于具体安装，取决于冷要求，针对流540选择压强P2-GAN至P4-GAN之一，并且提供对应的管道。在膨胀涡轮机41中执行的机械工作经机械联结器被传递至后置压缩机566。另外，涡轮机41可连接至另一压缩机、发生器或连接至损耗性制动装置。在高压塔8的顶部，液氮43可作为另一产物流(PLIN)被抽取。被压缩至循环压缩机22的最后压强的循环氮流的至少一部分形成“高压处理流”，在主热交换器20中，其为液体压缩氧的(伪)蒸发供应热。冷高压处理流35在逆流超级冷却器16 (图1中未示出)中冷却，在节流阀36中膨胀至高压塔压强，并且最终经线路37递送到高压塔8的顶部。作为另外一种选择，在液体涡轮机38中执行工作时也可执行膨胀至高压塔压强；在图示示例中，液体涡轮机38通过发生器39制动。不纯的氮50从低压塔460的顶部作为残余气体被抽取，在逆流超级冷却器416和16中变暖，并且进一步在主热交换器20中变暖(线路51，P-UN2),并最终经线路52作为残余产物被递送；在处理过程中，其可仍被用作再生气体或在蒸发冷却器中用作干气。循环压缩机22的第一阶段23的循环氮流的下游一部分45形成“循环氮流的第一部分流”，并且在主热交换器20中冷却之后其在高压塔的底部蒸发器9中至少部分地液化为中压循环氮流46。然后，中压循环氮流经线路47、逆流超级冷却器16和节流阀48被递送至高压塔8的顶部。在实际示例中，穿过主热交换器20的通道组(“中间通道”)的线路44作为往复式线路工作。在第一工作模式下，循环氮流的第四部分流在较低中压(Pl-GAN)下从循环压缩机22的第一中间阶段被抽取，在主热交换器的中压通道中冷却并且经过(在这种情况下朝右流动)往复式线路，与第一冷凝-蒸发器10的上游的执行工作而膨胀的涡轮机流42混合。当需要相对少量的冷时，这是非常受欢迎的，并且因此涡轮机流不足以加热塔。相反，在第二工作模式下，在往复式线路中的执行工作而膨胀的涡轮机流的一部分可朝左被引导，在主热交换器的中压通道中变暖并再次被供应到循环压缩机22的第二阶段25的上游。当产生大量的冷时，这大体上是有利的，因此涡轮机流对于加热第一冷凝-蒸发器来说过多。图2中的方法与图1中的方法的不同之处在于执行工作的膨胀机41具有较高的出口压强。其水平在大约12巴，出现于循环压缩机22的第二阶段25的出口(P2-GAN)。对于流230，该压强足以操作高压塔8的底部蒸发器209。因此，用于彻底加热底部蒸发器209的“第一部分流”有时与涡轮机流(“第三部分流”)相同。往复式线路244还处于较高压水平(P2-GAN)。在这种情况下，用于中间蒸发器210的加热剂是循环氮流的部分流246，其从循环压缩机22的第二阶段25的上游分支。在图3中的实际示例中，高压塔具有仅单个冷凝-蒸发器、底部蒸发器209。与图2相比，省略了中间蒸发器。因此，循环压缩机322也可比图2中少一个阶段。图4示出了图3的修改形式。这里，不是涡轮机流(“第三部分流”)440而是“高压处理流”434运动经过连接至涡轮机41的后置压缩机，“高压处理流”434随后在主热交换器20中用于氧产物的(伪)蒸发。第一和第三部分流二者均在这里起源于循环压缩机322的最后阶段的出口(压强水平P4-GAN)。作为另外一种选择，在图1至图3中，作为涡轮机/后置压缩机组合41/566的替代，也可使用发生器/涡轮机。在图5中，如图3和图4中那样构造循环压缩机322，其中其可正好具有两个阶段23、25。否则，此处所示的处理与图1中的更相似，并且具体地讲，高压塔8具有中间蒸发器10。在循环压缩机22的第一阶段23中，循环氮流被压缩到大约9巴的中压，并且在第二阶段25被进一步压缩到高达16巴的上循环压强。如果处于上循环压强的氮未作为被压缩的氮产物经线路29被抽取，则其在此被专门用作“第一部分流”，以彻底加热底部蒸发器9。通过涡轮机流540的执行工作的膨胀机541产生所述处理所需的冷，在示例中，所述冷通过来自氮压缩机(例如来自未示出的分离的压缩机，或者来自氮循环压缩机的另外阶段)的氮形成。执行工作的膨胀机541的下游的出口流542与处于压强水平PGAN、P1GAN或P2GAN之一的氮流之一混合。在膨胀涡轮机41中执行的机械工作Pturb是传递热，尤其是将热传递至压缩机、发生器或耗能制动器。在示例中，处于合适压强下并来自氮压缩机(例如来自未示出的分离的压缩机，或者来自氮循环压缩机的另外阶段)的氮流534被用作高压处理流，所述高压处理流在主热交换器中为液体压缩氧的(伪)蒸发供应热。本质上，氮流34也可来自任何其它压缩氮源，因此，压强水平为PGAN、P1-GAN或P2-GAN。所述氮流可膨胀至任何合适的现有压强水平PGAN或P1-GAN，并可随后被添加到对应的循环或压缩的产物流。作为另外一种选择，执行工作的膨胀机导致大气水平，并且膨胀的涡轮机流在于主热交换器中变暖之后最终在无压强的情况下被递送。冷高压处理流535如图1所示地被运输。图6中的方法与图1中的方法的不同之处在于执行工作的膨胀机641的出口压强(线路642)处于高压塔8的工作压强的水平PGAN。结果，对应地，针对产物液化可获得更多的冷。
涡轮机流540通过以下三个流之一的至少一部分形成-29 (P2-GAN)，来自循环压缩机28的最后阶段；-565 (P3-GAN)，来自产物压缩机560的中间阶段；-564 (P4-GAN)，来自产物压缩机560的最后阶段。涡轮机流通过执行工作而膨胀至大约压强塔8的工作压强。膨胀的涡轮机流642最终与来自压强塔8的顶部的循环氮流19混合。在这种情况下，涡轮机功率被递送到氮后置压缩机666，其进一步增大涡轮机流的压强。在图7中的处理中，高压处理流734不通过氮形成而是通过供给空气的部分流形成。所述部分流例如从未示出的净化器的下游分支，并被带至后置压缩机中，上升至可为高达90巴的所需压强。(主空气压缩机、净化器、分支和后置压缩机在图7中未示出。)与图1至图6相似，高压处理流734在主热交换器中冷却并(伪)液化，在节流阀736中膨胀至高压塔压强，并最终经线路737在合适的中间点供给到高压塔8中。另外，与图1至图6相似，也可在于液体涡轮机738中执行工作时引起膨胀至(高压)塔压强，所述液体涡轮机738优选地通过发生器739制动。也可将如图7所示的用空气作为高压处理流应用至图1至图6的处理的变型形式。在图7中，用于执行工作的膨胀机841的涡轮机流840不通过氮形成，而是通过供给空气的另一部分形成，这里尤其为供给空气的未被用作高压处理流734的其余部分。结果，空气压缩机中的所有空气均被压缩至高于高达90巴的高压塔压强的压强，并随后分流为涡轮机流840和高压处理流734。(作为另外一种选择，涡轮机流840和/或高压处理流可单独地被进一步压缩。)膨胀的涡轮机流在合适的中间点被供给至高压塔8中。图7中所示的第二修改形式(空气涡轮机取代氮涡轮机)也可单独或与将空气用作高压处理流结合地用于图1至图6所示的方法。图8中的方法还将供给空气用作高压处理流734和涡轮机流840。所有空气在主空气压缩机中被压缩至大约高压塔压强，并随后在净化器(在附图中也未示出)中被净化。被压缩至高压塔压强并被净化的空气801分离为总共三个部分流高压处理流734、涡轮机流840以及除此之外的直接空气流802、806，直接空气流802、806在没有压强改变进一步措施的情况下经线路807以气态形式被供给到高压塔8中。高压处理流和涡轮机流经线路802被结合引导至带有后冷却器804的第一外部驱动后置压缩机803，并随后被进一步分支。高压处理流在带有后冷却器809的另一外部驱动后置压缩机808中被进一步压缩至特别高的压强，而涡轮机流流动通过由膨胀机841驱动的后置压缩机810，所述膨胀机841通过透平膨胀机形成并且以机械方式经公共轴连接至后置压缩机810。所述后置压缩机810也具有后冷却器811。以液体形式经线路737被供给至高压塔8中的空气的一部分865被再次从高压塔中获取，并且与图1中的流465相似，在中间点被供应至低压塔460。循环氮流的“第一部分流”在此由流845/846形成，流845/846在循环压缩机22的两个阶段23、25之间获取，并被发送到高压塔8的底部蒸发器9。低压塔460经管线连接至常规気生产系统。用粗IS塔(raw argon column)进行氩生产的细节未在此示出，本领域技术人员对此非常熟悉。在替代形式中，在图8中，作为流845的替代，使用另一压缩氮流作为用于高压塔8的底部蒸发器9的加热媒介。此外，通过内部冷凝获得另外的压缩氮产物流853，其中在主冷凝器461中获得的液氮的一部分850以液体形式在泵851中达到高压，并经线路852被引导至主热交换器20，在主热交换器20中其被蒸发或伪蒸发并变暖至环境温度。图9在很大程度上与图8对应，但不具有氮内部冷凝。在图8中未示出的逆流超级冷却器在这里被示出。所述方法通过另外的中压塔900区分，所述中压塔900在低压塔760和高压塔8的工作压强之间的工作压强下工作。在这种情况下，来自高压塔8或者来自其底部蒸发器9的液化侧的底部液体462 (“富氧液体”)不直接供给，而是间接地供给到低压塔460中。在超级冷却16之后，所述液体首先经线路964到达中压塔900，在这里进行另一预分离。与前述实际示例相比，液体空气865在这种情况下也不被供给到低压塔460，而是在流动通过逆流超级冷却器16和节流阀之后经线路965在中间点被供给到中压塔900。(可经线路965再次获取一部分，并且如图1中那样，可经466和467被供给到低压塔460中。)中压塔900具有两个冷凝-蒸发器中压塔底部蒸发器901和中压塔顶部冷凝器902。中压塔底部蒸发器901使用高压塔8的塔顶氮的部分流903加热。所得的冷凝的氮904作为回流液体被递送到中压塔900的顶部。中压塔顶部冷凝器902通过中压塔900或者其底部蒸发器901的液化侧的底部液体905冷却。仍为液体的所得的流906和分馏物907被供给到低压塔460中。未作为回流液体被供给到中压塔900中的在中压塔顶部冷凝器902中获得的液氮的那一部分908可在超级冷却16之后用作用于低压塔460的另外的回流液体909。
权利要求
1.一种在用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中通过空气的低温分离获得压缩氧和压缩氮的方法，所述蒸馏塔系统包括具有底部蒸发器(9、209)的至少一个高压塔(8)和低压塔(460)，其中所述低压塔(460)经被构造为冷凝-蒸发器的主冷凝器(461)与高压塔(8)形成热交换联系，其中在所述方法中 -在空气压缩机(2)中压缩供给空气， -压缩的供给空气(6、734、802、840)在主热交换器(20)中冷却，并且至少部分地被供给到高压塔(8)中， -从高压塔(8)中获取富氧液体(462、465)，并在第一中间点(464、467、906)将其供应到低压塔(460)， -从高压塔(8)和/或主冷凝器(461)中获得富氮液体(468、470)，并将其递送到低压塔(460)的顶部， -从用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中获取液氧流(11、12 )，所述液氧流(11、12 )在液体状态下达到增大的压强(13)，在所述增大的压强下被供给到主热交换器(20)中，在主热交换器(20)中被蒸发或伪蒸发并变暖至大约环境温度，并最终以气态压缩氧产物(14)的形式被获得， -高压处理流(34、734)在主热交换器(20)中与氧流进行间接热交换，并随后膨胀(36、38 ;736、738)，其中所述膨胀的高压流(37、737)在液体状态下被至少部分地供给到用于氮-氧分离的蒸馏-塔系统中， -从高压塔中抽取气态循环氮流(18、19)，并且将其在循环压缩机(22)中至少部分地(21)压缩， -从循环压缩机(22，322)中获取循环氮流的第一部分流(45、46 ;244、242、230 ;845、846)，并使其在主热交换器(20)中冷却，在高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)中与高压塔(8)的底部液体间接热交换而至少部分地液化，并且再循环到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中，并且其中 -循环氮流的第二部分流以产物压强(P、P1、P2、P3、P4)从循环压缩机的上游和/或下游分支和/或在循环压缩机的中间阶段分支，并且以压缩氮产物(27、29、53、564、565)被获得， 其特征在于， -循环压缩机(22、322)被构造为热压缩机，并借助于外部能量驱动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获得压缩氮产物(PN)的总量，该总量由以产物压强(P、PU P2、P3、P4)在循环压缩机的上游和/或下游和/或循环压缩机的中间阶段从循环氮流中分支并以压缩氮产物(27、29、53、564、565)获得的流之和形成，其中在第一负载情况下， -获得第一总量的压缩氮产物PNl， -第一部分流以第一部分流的量TSl被引导通过高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)，以及 -供给空气以供给空气的第一量ELl被供给到空气压缩机(2)中， 并且其中，在第二负载情况下， -获得第二较高总量的压缩氮产物PN2，PN2>PN1,-第一部分流以第二较高部分流的量TS2被引导通过高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)，TS2>TS1,以及 -供给空气以供给空气的第二量EL2被供给到空气压缩机(2)中，其中供给空气的第二量EL2等于供给空气的第一量ELl，或者仅不明显地高于供给空气的第一量EL1，其中(EL2-EL1)/EL1<0. 2 (PN2-PN1)/PNl。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从循环压缩机(22、322)中获得作为涡轮机流(40 ；242)的循环氮流的第三部分流(30)，第三部分流(30)通过执行工作(41)膨胀，并且被至少部分地供给到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中。
4.根据权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于，来自高压塔(8)的处于高压塔的工作压强下的液体分馏物被供给到冷凝-蒸发器(9、10)中，并且在这里与执行工作而膨胀的涡轮机流的至少一部分进行间接热交换，被至少部分地蒸发，其中因此产生的流至少部分地再循环至高压塔(8)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，从高压塔(8)的底部或者从高压塔(8)的中间点抽取所述液体分馏物。
6.根据权利要求1至5之一所述的方法，其特征在于，循环压缩机(22、322)是多阶段构造，并且循环氮流的第三部分流以较高的中压(P2、P3、P4)从循环压缩机的中间阶段被抽取并随后被供应到执行工作的膨胀机。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，循环氮流的部分流以高压(P4)从循环压缩机被抽取，并被随后用作高压处理流(34)，所述高压(P4)高于中压(P3)。
8.根据权利要求1至7之一所述的方法，其特征在于，循环压缩机是多阶段构造，并且在第一工作模式下，循环氮流的第四部分流(45)以较低的中压(P1-GAN、P2-GAN)从循环压缩机的中间阶段被抽取，在主热交换器的中压通道中被冷却，并且与底部蒸发器(9)上游的执行工作而膨胀的涡轮机流(42)混合，并且所述混合物形成第一部分流(30)。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在第二工作模式下，执行工作而膨胀的涡轮机流(42)的一部分在主热交换器的中压通道中变暖，并且被供应到中间阶段的循环压缩机，其中执行工作而膨胀的涡轮机流(42)的其余部分的至少一部分形成第一部分流(30)。
10.根据权利要求1至9之一所述的方法，其特征在于，从低压塔(460)的下部区域中获取液氧流(411、412)。
11.根据权利要求1至10之一所述的方法，其特征在于，氧含量在富氧液体(462)的氧含量和富氮液体(468)的氧含量之间的中间液体(465、467)从高压塔(8)中被获取，并且在被布置为高于第一中间点的第二中间点被供应到低压塔(460 )，其中具体地讲，所述中间液体(465)在高压塔(8)的中间蒸发器(10)的水平被获取。
12.一种用于通过空气的低温分离获得压缩氧和压缩氮的装置，具有 -用于氮-氧分离的蒸馏-塔系统，其至少具有高压塔(8)和低压塔(460)，其中所述低压塔(460)具有被构造为冷凝-蒸发器的主冷凝器(461 )，所述主冷凝器(461)被构造为用于低压塔(460)和高压塔(8)的热交换连接， -空气压缩机(2 )，用于压缩供给空气， -主热交换器(20 )，用于冷却压缩的供给空气(6、734、802、840 )， -用于将冷却的供给空气供给到高压塔(8)中的装置，-用于从高压塔(8)中抽取富氧液体(462、465)并用于将该液体(464、467)或从中衍生的液体(467、906)在第一中间点供应到低压塔(460)的装置， -用于从高压塔(8)和/或主冷凝器(461)中抽取富氮液体(468、470)并用于将该液体递送到低压塔(460)的顶部的装置， -用于从用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中抽取液氧流(11、12、411、412)的装置， -用于使液体状态的氧流达到增大的压强(13)的装置，所述装置将处于增大的压强下的氧流供给到主热交换器(20)中，用于在主热交换器(20)中蒸发或伪蒸发，并且变暖至大约环境温度，并最终作为气态压缩氧产物(14)被抽取， -用于使主热交换器(20)中的高压处理流(34、734)与氧流进行间接热交换并随后使其膨胀(36、38、736、738)的装置， -用于将膨胀的高压处理流(37、737)至少部分地以液体状态供给到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中的装置， -用于从高压塔中抽取气态循环氮流(18、19)的装置， -循环压缩机(22、322)，用于压缩循环氮流的至少一部分(21 )， -用于从循环压缩机(22、322)中抽取循环氮流的第一部分流(45、46 ;244、242、230 ；845,846)的装置，所述装置用于将第一部分流在主热交换器(20)中冷却，用于将第一部分流供给到高压塔(8)的底部蒸发器(9)中，以与高压塔(8)的底部液体进行间接热交换从而至少部分地使其液化，并且用于将至少部分地液化的第一部分流再循环到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中，以及具有 -用于将循环氮流的第二部分流以产物压强(P、P1、P2、P3、P4)从循环压缩机的上游和/或下游和/或从循环压缩机的中间阶段分支并用于作为压缩氮产物(27、29、53、564、565)被抽取的装置， 其特征在于， -循环压缩机(22、322)被构造为热压缩机，并借助于外部能量被驱动。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于控制装置，通过该控制装置，设置-压缩氮产物(PN)的总量，该总量由以产物压强(P、P1、P2、P3、P4 )在循环压缩机的上游和/或下游和/或循环压缩机的中间阶段从循环氮流中分支并作为压缩氮产物(27、29、53、564、565)被获得的流之和形成， -第一部分流的部分流的量(TS)被引导通过高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)，以及 -被供给到高压塔(8)中的供给空气的量(EL)， 其中所述控制装置被构造为使得 -在第一负载情况下 -获得第一总量的压缩氮产物PNl， -第一部分流以第一部分流的量TSl被引导通过高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)，以及 -供给空气以供给空气的第一量ELl被供给到高压塔(8)中， -并且，在第二负载情况下 -获得第二较高总量的压缩氮产物PN2，PN2>PN1, -第一部分流以第二较高部分流的量TS2被引导通过高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)，TS2>TS1,以及 -供给空气以供给空气的第二量EL2被供给到高压塔(8)中，其中供给空气的第二量EL2等于供给空气的第一量EL1，或者仅不明显地高于供给空气的第一量EL1，ELI ( EL2〈EL1 0. 2 PN2/PN1。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，具有用于将氧含量在富氧液体(462)的氧含量和富氮液体(468)的氧含量之间的中间液体(465、467)从高压塔(8)中抽取的装置，并且该装置用于将该液体在被布置为高于第一中间点的第二中间点供应到低压塔(460)，其中用于抽取所述中间液体(465)的装置尤其是被布置在高压塔(8)的中间蒸发器(10)的水平。
全文摘要
本发明涉及一种在用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中通过空气的低温分离获得压缩的氧和压缩的氮的方法和装置，所述蒸馏塔系统具有至少一个高压塔(8)和一个低压塔(460)，其中所述低压塔(460)使用被设计为冷凝-蒸发器的主冷凝器(461)与高压塔(8)形成热交换连接。供给空气在空气压缩机(2)中被压缩。压缩的供给空气(6、734、802、840)在主热交换器(20)中冷却，并且至少部分地被引入到高压塔(8)中。富氧液体(462、465)被从高压塔(8)中去除并在第一中间位置(464、467、906)被供给到低压塔(460)中。富氮液体(468、470)被从高压塔(8)和/或主冷凝器(461)中去除，并被供给到低压塔(460)的顶部。液氧流(11、12)被从用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中去除，以液体状态(13)变为升高的压强，在所述升高的压强下被引入到主热交换器(20)中，在主热交换器(20)中蒸发或伪蒸发和加热到大约环境温度，并最终以气态压缩的氧产物(14)被获得。高压处理流(34、734)在主热交换器(20)中与氧流间接热交换，并随后被减压(36、38；736、738)，其中减压的高压流(37、737)以液体状态被至少部分地引入到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中。气态循环的氮流(18、19)被从高压塔中抽取，并在循环压缩机(22)中被至少部分地(21)压缩。循环氮流的第一支流(45、46；244、242、230；845、846)被从循环压缩机(22、322)中去除，在主热交换器(20)中冷却下来，在高压塔(8)的底部蒸发器(9、209)中与高压塔(8)的底部液体间接热交换而至少部分地冷凝，并被引导回流到用于氮-氧分离的蒸馏塔系统中。循环氮流的第二支流以产物压强(P、P1、P2、P3、P4)在循环压缩机的上游和/或下游和/或循环压缩机的中间阶段分支并以压缩氮产物(27、29、53、564、565)获得。循环压缩机(22、322)被设计为热压缩机，并使用外部能量驱动。
文档编号F25J3/04GK103069238SQ201180039066
公开日2013年4月24日 申请日期2011年8月9日 优先权日2010年8月13日
发明者D·施文克, A·阿列克谢耶夫, F·马斯特森, D·戈卢贝夫 申请人:林德股份公司