通过低温蒸馏分离空气的方法与流程

通过低温蒸馏分离空气的方法
1.本发明涉及一种在产生或不产生氩气的情况下通过低温蒸馏分离空气的方法。
2.众所周知的是，在由在第一压力k01下运行的第一塔k01、在低于第一压力的第二压力下运行的第二塔k02和氩气生产塔k10组成的布置中分离空气。
3.在这种情况下，通常通过在涡轮机中膨胀空气或氮气而生成冷量。
4.从us5469710中已知根据权利要求1的前序部分的方法。
5.us5868199描述了一种类似的方法，但是使用膜式气化器作为分馏器，其中气体在空气分离装置的双塔中相对于富氧(因此基本纯的)液体逆流循环。
6.本发明的一个目标是提出一种在能量方面特别高效的分离空气的方法。实际上，并流式热交换器的使用使得已气化的富氧液体的压力能够最大化。与逆流交换器的情况相比，并流交换器的出口处的液体具有较低的富氧度。通常，根据本发明的液体含有53％的氧气，而非逆流情况下的59％。因此在给定冷凝温度下有可能在更高的压力下气化。该优点仅在气化不纯流体时才适用，如在氩气塔的顶部冷凝器的情况下。
7.本发明的另一目标是提出一种特别安全的方法。实际上，正是因为富氧度较低，并流交换器比逆流交换器具有更小的安全风险。
8.根据本发明的一个目的，提供一种通过低温蒸馏分离空气的方法，其中：
9.i.将压缩、纯化和冷却的空气流送往在第一压力下运行的第一塔，在此其分离以形成第一富氧液体和第一富氮流
10.ii.将第一富氧液体的至少一部分送往第一气化器-冷凝器，在此其在高于第二压力的压力下部分气化，以形成第二富氧液体和第三富氧气体iii.将第一富氮流的至少一部分送往在低于第一压力的第二压力下运行的第二塔
11.iv.第二塔的底部借助第二底部气化器-冷凝器加热
12.v.将富氩流体从第二塔送往第三塔，所述流体在第三塔中分离以在塔的顶部形成富氩流和在塔的底部形成富氧流
13.vi.所述富氩流在第一气化器-冷凝器中冷凝和
14.vii.第三富氧气体在涡轮机中膨胀并随之做功，任选在加热之后，其特征在于第一富氧液体的所述至少一部分在第一气化器-冷凝器中以膜的形式部分气化，第三气体与气化的液体同向地经由第一气化器-冷凝器的底部离开，并且第二富氧液体构成送往第一气化器-冷凝器的富氧液体的至少30％。
15.根据其它任选方面：
16.·
富氧液体与在第一气化器-冷凝器的冷凝侧的底部离开的液体的温度之间的温度差低于1℃，优选低于0.5℃。
17.·
涡轮机驱动所述方法的气态流体上的增压器。
18.·
所述气态流体是用于顶部纯化的再生的残余气体。
19.·
所述涡轮机驱动发电机。
20.·
所述发电机以与所述涡轮机相同的速度旋转。
21.·
所述发电机的能量传入变频器根据国家在50或60hz下为电网供电。
·
涡轮机驱
动增压器和发电机，三者在相同的轴上，以相同的速度旋转。
·
待膨胀的气体通过与来自第一塔或来自主交换器的液体间接热交换以将其过冷而被加热。
22.·
第一气化器-冷凝器既是在第三塔顶部的冷凝器，又是一部分富氩流体或在第三塔的中间水平处取出的富氩流体的冷凝器。
23.·
第一气化器/冷凝器不是在第三塔顶部的冷凝器，并且在第一气化器/冷凝器中冷凝一部分富氩流体或在第三塔的中间水平处取出的富氩流体。
24.·
将所述一部分富氩流体或在第三塔的中间水平处取出的富氩流体在第三塔的中间水平处引入。
25.·
将第二富氧液体送往第三塔顶部的冷凝器以通过与第三塔顶部的气体热交换而气化。
26.·
第一气化器-冷凝器是在第三塔顶部的冷凝器，并且第三塔顶部的富氩气体在第一气化器-冷凝器中冷凝。
27.·
将所述富氩流与第二塔的残余流体混合。
28.·
待膨胀的气体没有在主交换器中加热，其中进料空气在膨胀的上游冷却。
29.·
待膨胀的气体在1.7巴至2.7巴绝对压力之间。
30.将参考附图更详细地描述本发明。
31.[图1]显示根据本发明的方法的工艺流程图。
[0032]
[图1]显示三塔装置，包括在第一压力k01下运行的第一塔k01、在低于第一压力的第二压力下运行的第二塔k02和氩气生产塔k10。第一塔k01以已知方式通过第二塔k02的底部冷凝器e02热连接到第二塔k02。
[0033]
空气流被压缩机(未显示)压缩至高压，压缩流在纯化单元(未显示)中纯化，并将纯化流一分为二。空气5的主要部分再次一分为二以形成两个流5a和5b。流5a在耦合到涡轮机d01的增压器6中增压。空气5a然后在冷却器d01 e中冷却，在交换管线9中部分冷却并送往涡轮机d01。将膨胀的空气送往第二塔k02。
[0034]
将空气5b送往交换管线9，在此其冷却，然后以气态形式送往第一塔k01的底部。
[0035]
剩余空气7在增压器8中增进至高压。在交换管线9中冷却之后，将该流一分为二，一部分11送往第一塔k01，剩余部分13在e04中过冷之后送往第二塔k02，两者均为液体形式。
[0036]
冷却空气和生成冷的其它方式可以替代这些方式。
[0037]
富氮液体13在过冷器e04中冷却并供应到第二塔k02。
[0038]
在第一塔k01的底部取出富液流15(富氧液体)。将富液的一部分供应到氩气塔k10的顶部冷凝器e10。冷凝器-气化器e10用于冷凝氩气塔k10顶部的气体。
[0039]
富液15在膜式气化器e10中以膜的形式部分气化，以形成富氧液体和富氧气体。已气化的气体与气化的液体同向地经由冷凝器-气化器e10的底部离开；只有来自进料液体的瞬时已气化气体在顶部离开。实际上，在紧邻气化器e10上游的阀中的膨胀在冷凝器-气化器的入口处生成气体，其可以构成液体45的最多10％。所示冷凝器-气化器e10在其周围没有外壳(圆柱形壳体)：这意味着使用一个(或多个)钎焊铝板式换热器，其中半球形端已经焊接到上端和下端以供应液体并在底部回收和分离气体和液体馏分。这种冷凝器-气化器e10也可以安置在外壳中。
[0040]
在这一实例中，在冷凝器-气化器e10下端的半球形端的顶部的气体与从冷凝器-气化器上端的半球形端内取出的在冷凝器-气化器e10上游生成的气体汇合，并将在半球形端的底部取出的液体送往塔k02。
[0041]
与气化的液体同向地，经由第一气化器-冷凝器的底部离开的气体为液体45的大约50％。
[0042]
富氧液体38构成送至气化器e10的液体15的至少30％。因此，冷凝器-气化器e10被大量排出：这降低已气化流体的氧浓度，并因此提高在给定温度下的气化压力。
[0043]
富氧液体38与在冷凝器e10的冷凝侧的底部离开的液体的温度之间的温度差低于1℃，优选低于0.5℃。
[0044]
将液体38送往第二塔k02，并将气体43在过冷器e04中加热，然后在涡轮机d07中膨胀，然后作为气体32送往供入第二塔k02。不是绝对必须加热来自气化器e10的已气化液体43。其也可以直接送往涡轮机d07，但是会产生需要管理的两相流。如果涡轮机在地面上，这需要用于液体馏分的分离器罐和泵；否则，涡轮机可位于气体32注入第二塔k02中的点上方，以使液体以向下梯度流动。在这种情况下，使用没有注油轴承的涡轮机，换言之，具有磁轴承或滚动轴承或气体轴承。
[0045]
涡轮机d07的入口压力在1.7巴至1.9巴绝对压力之间，第二压力为大约1.4巴绝对压力。
[0046]
富液15的剩余部分28任选送往第二塔k02。在大多数情况下，优选将富液全部送往气化器-冷凝器e10。
[0047]
在第一塔k01的顶部作为产物取出富氮气体流39。
[0048]
在第二塔k02的顶部取出富氮气体流35，在过冷器和交换器9中加热。
[0049]
在第二塔k02的底部取出液氧流33，通过泵p01加压，然后在交换管线9中气化。
[0050]
氩气塔k10在底部供入来自塔k02的富氩流19。
[0051]
来自氩气塔41底部的液体是相对较纯的氧气，其在泵p02中泵送并返回到第二塔k02的底部。
[0052]
从塔k10的顶部作为产物取出氩气流。氩气生产不是必需的。
[0053]
显然可以设想在交换管线中气化其它液体。
[0054]
涡轮机d07可以驱动在该方法的气态流体之一上的增压器。
[0055]
这种气态流体可以是用于顶部纯化的再生的残余气体。
[0056]
涡轮机可以驱动发电机。
[0057]
发电机可以以与涡轮机相同的速度旋转。
[0058]
来自发电机的能量可以传入变频器以根据国家在50或60hz下为电网供电。
[0059]
涡轮机可以驱动增压器和发电机，三者在相同的轴上，以相同的速度旋转。
[0060]
气体43通过将来自第一塔k01或来自主交换器e01的液体28过冷而被加热。
[0061]
一部分富氩流体19可以在第一气化器-冷凝器(e10)中冷凝。
[0062]
然后将流体19的冷凝部分在第三塔k10的中间水平处引入第三塔k10。
[0063]
富氩流45可以与第二塔k02的残余流体35混合。在这种情况下，没有氩气生产。
[0064]
第二塔k02可以含有气化器e10和/或塔k10。第二塔k02可以支撑气化器e10。
[0065]
在任何情况下，由塔k10产生的氩气不一定是该装置的产物，并且可以与残余氮气
混合并送入大气。
[0066]
或者，送往气化器-冷凝器e10的液体可以是来自压缩机8的部分或完全液态空气11或13。

技术特征：
1.一种通过低温蒸馏分离空气的方法，其中：i.将压缩、纯化和冷却的空气流(5b)送往在第一压力下运行的第一塔(k01)，在此其分离以形成第一富氧液体和第一富氮流ii.将第一富氧液体(15)的至少一部分送往第一气化器-冷凝器(e10)，在此其在高于第二压力的压力下部分气化，以形成第二富氧液体(38)和第三富氧气体(43)iii.将第一富氮流(17)的至少一部分送往在低于第一压力的第二压力下运行的第二塔(k02)iv.第二塔的底部借助第二底部气化器-冷凝器(e02)加热v.将富氩流体(19)从第二塔送往第三塔(k10)，所述流体在第三塔中分离以在塔的顶部形成富氩流(45)和在塔的底部形成富氧流(41)vi.所述富氩流在第一气化器-冷凝器中冷凝和vii.第三富氧气体在涡轮机(d07)中膨胀并随之做功，任选在加热之后，其特征在于第一富氧液体的所述至少一部分在第一气化器-冷凝器中以膜的形式部分气化，第三气体与气化的液体同向地经由第一气化器-冷凝器的底部离开，并且第二富氧液体(38)构成送往第一气化器-冷凝器的富氧液体的至少30％。2.如权利要求1中所述的方法，其中富氧液体(38)与在第一气化器-冷凝器(e10)的冷凝侧的底部离开的液体的温度之间的温度差低于1℃，优选低于0.5℃。3.如权利要求1或2中所述的方法，其中涡轮机(d07)驱动所述方法的气态流体之一上的增压器。4.如权利要求3中所述的方法，其中所述气态流体是用于顶部纯化的再生的残余气体。5.如权利要求1或2中所述的方法，其中所述涡轮机(d07)驱动发电机。6.如前一权利要求中所述的方法，其中所述发电机以与所述涡轮机相同的速度旋转。7.如前一权利要求中所述的方法，其中所述发电机的能量传入变频器以根据国家在50或60hz下为电网供电。8.如前述权利要求之一中所述的方法，其中所述涡轮机(d07)驱动增压器和发电机，三者在相同的轴上，以相同的速度旋转。9.如前述权利要求之一中所述的方法，其中待膨胀的气体(43)通过与来自第一塔(k01)或来自主交换器(e01)的液体(15,17)间接热交换以将其过冷而被加热。10.如前述权利要求之一中所述的方法，其中将所述富氩流(45)与第二塔(k02)的残余流体(35)混合。11.如前述权利要求之一中所述的方法，其中待膨胀的气体没有在主交换器(9)中加热，其中进料空气(5)在膨胀的上游冷却。12.如前述权利要求之一中所述的方法，其中待膨胀的气体(43)在1.7巴至2.7巴绝对压力之间。13.如前述权利要求之一中所述的方法，其中将第一富氧液体(15)全部送往第一气化器-冷凝器(e10)。

技术总结
在一种通过低温蒸馏分离空气的方法中，将第一富氧液体(15)的至少一部分从第一塔(K01)送往第一气化器-冷凝器(E10)，在此其在高于第二压力的压力下以膜的形式部分气化，以形成第二富氧液体(38)和第三富氧气体(43)，所述第二富氧液体(38)构成送往第一气化器-冷凝器的富氧液体的至少30％，将富氩流体(19)从第二塔(K02)送往第三塔(K10)，所述流体在塔中分离以在塔的顶部形成富氩流(45)和在塔的底部形成富氧流(41)，第三富氧气体在涡轮机(D07)中膨胀并随之做功。胀并随之做功。胀并随之做功。


技术研发人员：J-P
受保护的技术使用者：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司
技术研发日：2021.12.15
技术公布日：2023/8/24