通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法和设备的制造方法
【专利说明】通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法和设备
[0001 ]本发明涉及通过空气的低温蒸馏制备气态氧的方法和设备。
[0002]本发明的一个主题是通过将从蒸馏塔中取出的液体氧在主交换器中蒸发并借助栗达到高压而改进在20巴以上的绝对压力下制备气体，通常氧气的空气分离装置的能量性會K。
[0003]在通过液体的蒸发而制备氧气的装置中，装置的能效很大程度上取决于用于产生热加压流体(通常进料空气)的方法，所述热加压流体通过冷凝至交换器的冷端，能够通过热交换而将氧气蒸发。
[0004]US-A-5475980描述了空气分离方法，其中将一部分空气在热增压器中压缩，另一部分在冷增压器中压缩直至达到基本相同的压力。冷压缩导致将压缩热引入换热器中。然而，在冷增压器中增压的一部分空气在膨胀式涡轮机中膨胀。为此不能使冷增压流降至特定值以下，因为有效用于膨胀的空气是不足的。
[0005]在本发明中，送入涡轮机中的空气料流未在冷增压器中增压，因此可使压缩热的量最小化。
[0006]所有提到的压力为绝对压力。
[0007]本发明提议通过连续的几个操作而产生该加压气体的特别有效的方法。
[0008]根据本发明的一个主题，提供通过空气的低温蒸馏而制备气态氧的方法，其中:
[0009]i)借助吸入温度TO为0_50°C，优选5_30°C的第一压缩机使所有或一部分进料空气流达到比中压塔的压力大至少5巴的压力Pl，
[0010]ii)通常通过与水热交换而将压力Pl下的气体冷却以产生在压力Pl和5-45°C，优选15-25°C的温度Tl下的空气料流，
[0011]iii)使在第一压缩机中压缩的一部分空气经受起始于温度Tl和压力Pl至大于Pl的压力P2的另一压缩步骤，然后通常通过与水热交换而冷却至温度T2，其中T2和Tl相差小于10°C，通常小于5°C，
[0012]iv)然后将该冷却部分引入空气分离装置的换热器中以经受冷却至低于或等于-100°C的温度，
[0013]V)将另一部分空气在压力Pl下引入任选来自步骤iv)的空气分离装置的换热器中，以在其中经受冷却至_100°C以下的温度，然后将该另一部分的至少一个馏分在第二压缩机(4)中起始于该深冷温度压缩至等于P2或者比P2高或低小于5巴的压力P3，
[0014]vi)将因此在第二压缩机中压缩的馏分送回先前交换器中的一个或者交换器中以在其中冷却至_100°C以下的温度，
[0015]vii)将在压力P2下的至少一部分空气和在压力P3下的至少一部分空气以及任选在压力Pl下的至少一部分料流冷却至它们在其中液化的交换器的冷端，然后在膨胀以后送入空气分离装置的至少一个蒸馏塔中，
[0016]viii)在膨胀式涡轮机中膨胀以后将至少50%，优选至少70%的总空气流以气体形式供入装置的至少一个蒸馏塔中，
[0017]ix)将空气在塔系统中分离，和
[0018]x)将液体氧从一个蒸馏塔中取出，借助栗加压至大于20巴绝对压力的所需压力，通过热交换蒸发，然后再加热以便以气体产物的形式使用，其特征在于将空气在膨胀式涡轮机中起始于压力Pl或P2或者Pl与P2之间的压力膨胀。
[0019]根据本发明另一任选方面:
[0020]-将在小于Pl的压力下的第三部分空气在交换器中冷却并送去蒸馏，
[0021 ]-第二压缩机与另一膨胀式涡轮机连接，
[0022]-分离装置包含中压塔和低压塔，并使来自中压塔的富氮气体在涡轮机中膨胀，
[0023]-第二压缩机与涡轮机连接并且用于供应或提取另外或富余功率的系统直接在涡轮机/第二压缩机的共有轴上或者借助齿轮箱结合在涡轮机与第二压缩机之间，
[0024]-将在第二压缩机中压缩的馏分和经受另外压缩的部分在空气分离装置的交换器中再混合以便仅形成在压力P2下的单一流，
[0025]-压力P3比P2高或低至多2巴，
[0026]-将送入蒸馏塔中的至少一部分气态空气在涡轮机中起始于压力Pl或者Pl与P2之间的中间压力膨胀，
[0027]-将送入蒸馏塔中的至少一部分气态空气在涡轮机中起始于压力P2膨胀，
[0028]-压力Pl 为 20_25 巴，
[0029]-压力P2 为 50-60 巴，
[0030]-压力P3 为 50-60 巴，
[0031]-将在第二压缩机中压缩的一部分空气馏分压缩至压力P2并与在压力P2下的空气部分混合以便在换热器中冷却。
[0032]根据本发明另一主题，提供用于通过空气的低温蒸馏制备气态氧的设备，其包含塔系统，第一压缩机，第二压缩机，至少一个换热器，用于将所有或一部分进料空气流送入能使它的压力达到比中压塔的压力大至少5巴的压力Pl的第一压缩机中的装置，用于通常通过与水热交换将压力Pl下的气体冷却以产生在压力Pl和5-45°C，优选15-25°C的温度Tl下的空气料流的第一冷却器，用于将在第一压缩机中压缩的在压力Pl下的一部分空气压缩至大于Pl的压力P2的装置，用于将在P2下的一部分空气冷却至温度T2的第二冷却器，其中T2和Tl相差小于10°C，通常小于5°C，用于将该冷却部分送入换热器或者换热器中的一个中以经受冷却至低于或等于-100°C的温度的装置，用于将在压力Pl下的另一部分空气引入空气分离装置的换热器或换热器中的一个中以在其中经受冷却至_100°C以下的温度的装置，用于将该另一部分的至少一个馏分送入第二压缩机中的装置，在第二压缩机中起始于该深冷温度至等于P2或者比P2高或低小于5巴的压力P3，用于将因此在第二压缩机中压缩的馏分送回先前交换器中的一个或换热器中以在其中冷却至_100°C以下的温度的装置，用于将在压力Pl下和/或在压力P2下和/或在压力P3下的至少一种液化气体送入空气分离装置的至少一个蒸馏塔中的装置，与系统的至少一个塔连接的能够使至少50%，优选至少70%的总空气流膨胀的膨胀式涡轮机，和用于将液体氧从系统的塔中取出的装置，用于将液体加压的栗和用于将栗送液体送入换热器或换热器中的一个中的装置，其特征在于膨胀式涡轮机与第一压缩机的出口连接以接收源自那里的空气，但连接使得它不接收来自第二压缩机的空气。
[0033]根据本发明的另一任选方面:
[0034]-用于将在压力P2下的一部分空气增压的装置由压缩机组成，
[0035]-第二压缩机的出口和用于将压力P2下的一部分空气增压的装置的出口与换热器的至少一个共同通道连接以将在第二压缩机和增压装置增压的两种空气流冷却，
[0036]-第二压缩机与不同于空气涡轮机的涡轮机连接，
[0037]-第二压缩机与由塔系统提供的氮气涡轮机连接。
[0038]借助吸入温度TO为0_50°C，优选5_30°C的压缩机使所有或一部分进料空气流达到比中压塔大至少5巴的压力P1。在压缩机的出口处，通常通过与水热交换将气体冷却以产生在压力Pl和5-45°C，优选15-25°C的温度Tl下的空气料流。
[0039]使一部分该料流经受起始于温度Tl和压力Pl至大于Pl的压力P2的另一压缩步骤，然后通常通过与水热交换冷却至温度T232和Tl仅相差小于10°C，通常小于5°C。然后将该流引入空气分离装置的交换器El中以经受冷却至低于或等于-100°C的温度。
[0040]将另一部分该料流在压力Pl和温度Tl下引入空气分离装置的交换器，任选El中，以在其中经受冷却至_100°C以下的温度，然后将该部分的至少一个馏分在压缩机中起始于该深冷温度压缩至等于P2或者与P2相差小于5巴的压力。将因此压缩的流送回先前交换器中的一个中以在其中冷却至_100°C以下的温度。
[0041]将达到高压的各个流的至少一部分冷却至它们在那里液化的交换器的冷端，然后在膨胀以后送入蒸馏塔中。
[0042]任选将在温度Tl和压力Pl下的第三部分流送入空气分离装置的交换器中。
[0043]将至少50%，优选至少70%的总空气流任选在膨胀式涡轮机中由上述压力中的一个膨胀以后，以气体形式供入装置的蒸馏塔中。
[0044]将液体从蒸馏塔中取出，借助栗加压至所需压力，通过热交换，特别是在步骤4)期间蒸发，然后再加热以便以气体产物的形式使用。
[0045]起始于如下文所述深冷温度将加压料流压缩在与膨胀式涡轮机连接的增压器中进行。
[0046]将来自中压塔的富氮气体在涡轮机中膨胀以实现该压缩。
[0047]由涡轮机提供的功率明显不同于低温压缩机所需的功率，使得供应(分别地，提取)另外(分别地，富余)功率的系统直接在涡轮机/增压器的共有轴上或者借助齿轮箱结合在涡轮机与增压器之间。
[0048]将产生的在压力P2下的流在空气分离装置的交换器中再混合以仅形成在压力P2
下的单一流。
[0049]参考代表本发明方法的图以更详细的方式描述本发明。
[0050]图1和图2表示用于空气分离的低温蒸馏设备的热交换部分。
[0051 ]图3和图4表示布置冷增压器和涡轮机的方法。
[0052]为了简化，附图未显示包含至少一个含有中压塔和低压塔双塔的空气分离设备，其中中压塔与低压塔的底部热连接。将空气送入中压塔以及任选低压塔中。将富含氧气和氮气的回流液体从中压塔送入低压塔中。
[0053]将富氧液体从低压塔的底部取出，并在将空气冷却的交换器中蒸发。
[0054]在图1中，将在压力PO下的空气11提纯。借助吸入温度TO为0_50°C，优选5_30°C的的压缩机I使一部分15进料空气流11达到比中压塔的压力大至少5巴的压力Pl。在压缩机I的出口处，将气体在冷却器