用于从与空气分离连接的基于液化天然气的液化器供应气态氮的系统的制作方法

专利名称：用于从与空气分离连接的基于液化天然气的液化器供应气态氮的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及公知的用于低温分离空气进料的方法(下文为“方法”)，其中(a)压缩空气进料，清除低温下会冷凝的杂质，例如水和二氧化碳，随后将其进料 到低温空气分离单元(下文为“ASU”)，其中低温空气分离单元包括主热交换器和蒸馏塔系 统；(b)通过空气进料与从来自蒸馏塔系统的至少一部分流出物流进行间接热交换， 在主热交换器内将空气进料冷却(和任选地，至少部分冷凝)；(c)在蒸馏塔系统中将冷却后的空气进料分离成包括富含氮的物流和富含氧的物 流的流出物流(任选地，各自富含空气进料的残余成分包括氩、氪、氙的物流)；和(d)蒸馏塔系统包括高压塔和低压塔；(e)高压塔将空气进料分离成包括从高压塔顶部排出的高压氮物流和从高压塔底 部排出的粗液氧物流的流出物流，并且将粗液氧物流引入低压塔中进行进一步处理；(f)低压塔将粗液氧物流分离成包括从低压塔底部排出的氧产物物流和从低压塔 顶部排出的低压氮物流(通常是从低压塔上部位置排出的废氮物流)的排出物流；和(g)高压塔和低压塔导热连接，通过使在低压塔底部(或储槽)中收集到的富含 氧液体进行沸腾，使得至少部分高压氮在再沸器/冷凝器中冷凝并被用于蒸馏塔系统的回 流。更特别地，本实用新型涉及上述方法的已知实施方式，其中，当至少部分所需产物 为液体时，为了提供所需的制冷，通过将来自蒸馏塔系统的氮引入到绝热液化器单元(下 文为“基于LNG的液化器”)，从液化天然气(下文为“LNG”)中提取制冷，其中氮气在液化单 元内液化。如果至少部分所需的液态产物是液氧，则至少部分液氮回流到蒸馏塔系统(或 任选地，主热交换器)。否则，液氮作为产物排出。
背景技术：
在一般的基于LNG的液化器中，氮气被分级压缩并且在压缩级之间通过与LNG间 接热交换进行冷却。如果在低温进口温度下进行压缩，LNG也将用于冷却导入压缩机的进 料，以及通过间接热交换的流出料。基于LNG的液化器的例子可以在GB专利申请1376678 和US专利5137558、5139547和5141543中得到，下面作进一步讨论。本领域技术人员将会认识到基于LNG的液化器和更传统的液化器之间的差异，在 传统液化器中，需要制备液态产物的制冷来自氮气或空气进料的涡轮膨胀。基于LNG的液化器在最初几年操作后通常会尺寸放大以适应增加液态产物需求 的计划。对于液氮而言，这尤其正确，因为超出任何特定的ASU之外的液氮需求通常比装置 设计的液氧基本负荷的液氧需求增长更快。然而尺寸放大面临的一个问题是增加资本引起 的成本花费直到所计划的需求增长真正实现(如果完全)才开始收回。而且，对于基于LNG 的液化器来说投资花费尤其敏感，因为与那些通常设置在液态产品消费者附近的传统液化器相反，基于LNG的液化器必须设置在LNG接收终端的附近并且因此会招致产品运输成本 代价。由于空气组成和所需的液体产物，进料到空气分离单元的空气通常具有过量的氮 气。但是，需要在连接例如惰性离线设备的LNG接收终端处或在其附近的就地气态氮，或者 用于与天然气共混以调节沃布值(Wobbenumber)。需要来自集成的基于LNG的液化器的气 态氮产物的有效共生产以满足LNG接收终端和其它管线顾客的需要。为了解决以上问题，本实用新型为提高基于LNG的液化器容量的系统，包括与包 含在基于LNG的液化器中的辅助压缩机分开并且不同的附加压缩机。这就使得无论何时计 划需求增长真正实现时，附加压缩机以及与其相连的热交换设备能够一起购买和安装。在 这种方式下，否则将在开始时投资到放大基于LNG的液化器尺寸的增加资本直到真正需要 时才被开支掉。本实用新型的另一个益处是容量的增加主要直接面向增加生产液氮的能 力，如上指出，其在工厂中的需求通常比液氧需求增长更快。尽管公开了氮气的压缩，但是，在又一实施方案中，本文公开了新型的系统，其中 来源于低压塔顶端的一些氮气物流在通过与气化LNG热交换冷却之前或之后压缩。例如， 该压缩的氮气可以经由管线输送给顾客。本领域技术人员将认识到，作为本实用新型的备选方案，通过增加一个稠密流体 膨胀器，能够提高基于LNG的液化器的容量。然而，以这种方式仅能实现中等大小的容量增 加。GB专利申请1376678 (下文为“GB’ 678”)教导了 LNG制冷可以怎样用于液化氮气
物流的非常基本的原理。LNG首先被泵压缩到需要的传送压力，然后导入热交换器。温热的 氮气在所述热交换器中冷却，然后分几级压缩。在每个压缩级后，升温的氮气返回到热交换 器中再冷却。在最后一级压缩后氮被冷却，然后通过一个阀门减压并且产生液体。当物流 减压时，产生一些蒸气，将这些蒸气循环回适当的压缩级。GB’ 678公开了许多重要的基本原理。首先，LNG不被冷却到足以液化低压氮气。 事实上，如果LNG在大气压力下汽化，其沸点通常会高于-260° F，并且为了冷凝，需要将氮 气压缩到至少15. 5bara。如果LNG汽化压力上升，那么所需的氮气压力也会计高。因此， 需要多个氮气压缩级，并且LNG能够用于提供压缩机中间冷却器和再次冷却器的冷却。第 二，因为LNG温度与氮气标准沸点(约为-320° F)相比相对较高，所以在液氮减压时会产 生闪蒸气体。必须回收闪蒸气体并且进行再压缩。US专利3886758 (下文为“US，758”)公开了一种方法，其中氮气物流被压缩到约 15bara的压力，然后通过与汽化的LNG进行热交换进行冷却和冷凝。氮气物流来自双塔循 环的低压塔顶部或来自单塔循环的唯一塔顶部。一些通过与汽化的LNG进行热交换产生的 冷凝液氮返回到产生气态氮的蒸馏塔顶部。通过液氮提供的制冷在蒸馏塔内转化以生产作 为液体氧产物。没有返回蒸馏塔的冷凝液氮部分被引出作为液氮产品储存。EP 0304355 (下文为“EP，355”)教导了如氮或氩的惰性气体循环作为从LNG向 空气分离装置传送制冷的介质的应用。在该方案中，通过汽化的LNG液化高压惰性气体物 流，然后用于冷却来自空气分离单元(ASU)的中等压力物流。冷却后，ASU物流的一种被冷 却压缩、液化并作为制冷剂返回ASU。此处的目的是将与LNG在相同的热交换器中的物流保 持在比LNG更高的压力下。这样做确保LNG不能泄漏入氮气物流中，即确保甲烷不会与返回液氮一起输送到ASU中。发明者同样声明ASU需要的大量制冷剂作为回流液引入精馏塔 中。US 专利 5137558,5139547 和 5141543 (下文分别为 “US，558”、“US，547” 和 “US’ 543”)提供了直到1990年之前的现有技术的充分综述。这三篇文献也教导了当时技 术领域的状态。在所有三篇文献中，供给到液化器的氮气进料由来自ASU的低压和高压氮 气物流组成。低压氮气物流来自低压塔；高压氮气物流来自高压塔。至于低压与高压氮物 流的比例没有给出说明。从90年代早期以来几乎没有新的技术出现在文献中，因为从LNG(LNG接收终端) 中回收制冷的主要应用已经满足，并且新的终端普遍没有建立。最近，人们重新开始关注新 的LNG接收终端和由此从LNG回收制冷的潜力。

实用新型内容本实用新型涉及低温空气分离单元，当至少部分所需产物是液体时，利用基于LNG 的液化器提供必须的制冷。本实用新型是用于提高基于LNG的液化器的容量的系统，其中 在低产量模式下，引入基于LNG的液化器的氮气仅由来自蒸馏塔系统的至少一部分高压氮 组成，而在高产量模式下，将附加压缩机用于提高来自蒸馏塔系统的至少部分低压氮的压 力，以产生向基于LNG的液化器提供的额外(或替换)进料。本实用新型的关键是附加压 缩机与基于LNG的液化器分开并且不同。这就使得可以一直推迟到真正需要增加产量时再 购买压缩机，这样就避免了建立基于液体产品需求推测增加的过大的液化器。另外，由于在LNG接收终端处或在其附近的气态氮需求提高，公开了系统，其中来 源于低压塔顶端的一些氮气物流在通过与气化LNG热交换冷却之前或之后压缩。在一个实施方案中，公开了低温空气进料分离设备，其包括(a)压缩机，其用于 接收空气进料以提供压缩空气进料；(b)提纯单元，其流体地连接至所述压缩机以便从 压缩空气进料除去杂质并产生提纯的空气进料；(c)低温空气分离单元(在下文中称为 “ASU”)，其流体地连接至所述提纯单元，其中所述ASU包括主热交换器和蒸馏塔系统，所述 主热交换器流体地连接至所述蒸馏塔系统并适合于接收所述提纯的空气进料和至少一部 分来自所述蒸馏塔系统的流出物流，其中所述蒸馏塔系统包括高压塔和低压塔，且其中所 述ASU产生液态氧物流、来自所述低压塔的低压气态氮物流、和任选来自所述高压塔的第 一高压气态氮物流和/或液体氩气物流；(d)第一导管(182)，其流体地连接至所述ASU以 便接收来自所述ASU的低压氮气物流；(e)补充压缩机，其流体地连接至所述第一导管并适 合于接收来自所述第一导管的低压氮气物流，且其中所述补充压缩机产生第二高压气态氮 物流，(f)液化器单元，其经由第二导管流体地连接至所述补充压缩机并任选经由第三导管 连接至所述ASU，并适合于接收来自所述补充压缩机的所述第二高压气态氮物流和任选来 自所述第三导管的所述第一高压气态氮物流，其中所述第二高压气态氮物流或任选所述第 二高压气态氮物流和所述第一高压气态氮物流的合并气态氮物流通过使用一个或多个辅 助压缩机分阶段地压缩该气态氮而液化，并在各阶段之间通过相对于液化天然气物流间接 热交换而冷却所述氮气；和(g)氮气副产品生产(co-production)压缩机，其流体地连接至 所述第一导管以便接收至少一部分所述低压氮气物流，其中将所述至少一部分低压气态氮 物流在该副产品生产压缩机中压缩至升高的压力以产生压缩的气态副产品氮气物流。[0026]在另一实施方案中，公开了低温空气进料分离设备，其包括(a)压缩机，其用于 接收空气进料以提供压缩空气进料；(b)提纯单元，其流体地连接至所述压缩机以便从 压缩空气进料除去杂质并产生提纯的空气进料；(c)低温空气分离单元(在下文中称为 “ASU”)，其流体地连接至所述提纯单元，其中所述ASU包括主热交换器和蒸馏塔系统，所述 主热交换器流体地连接至所述蒸馏塔系统并适合于接收所述提纯的空气进料和至少一部 分来自所述蒸馏塔系统的流出物流，其中所述蒸馏塔系统包括高压塔和低压塔，且其中所 述ASU产生液态氧物流、来自所述低压塔的低压气态氮物流、和任选来自所述高压塔的第 一高压气态氮物流和/或液体氩气物流；(d)第一导管(182)，其流体地连接至所述ASU以 便接收来自所述ASU的低压氮气物流；(e)辅助压缩机，其流体地连接至所述第一导管并适 合于接收来自所述第一导管的低压氮气物流，且其中所述辅助压缩机产生第二高压气态氮 物流，(f)液化器单元，其经由第二导管流体地连接至所述补充压缩机并任选经由第三导管 连接至所述ASU，并适合于接收来自所述补充压缩机的所述第二高压气态氮物流和任选来 自所述第三导管的所述第一高压气态氮物流，其中所述第二高压气态氮物流或任选所述第 二高压气态氮物流和所述第一高压气态氮物流的合并气态氮物流通过使用一个或多个辅 助压缩机分阶段地压缩该气态氮而液化，并在各阶段之间通过相对于液化天然气物流间接 热交换而冷却所述氮气；和(g)第四导管，其流体地连接至所述第二导管以便接收至少一 部分所述第二高压气态氮物流以提供压缩的气态副产品氮气物流。

图Ia是示出有关本实用新型的系统的现有技术的一个实施方式的示意图；图Ib是示出与图Ia相关的本实用新型基本原理的示意图；图2是与示出本实用新型基本原理的图Ib类似的示意图，但基于LNG的液化器 ⑵和ASU(I)之间的结构稍微不同；图3a是示出用于图2流程图中的基于LNG的液化器的一个实施例的详细情况的 示意图；图3b是示出本实用新型的一个实施方式的示意图，该图尤其涉及了附加处理单 元和图3a的基于LNG的液化器之间的结合；图3c是本实用新型的第二个实施方式的示意图，该图尤其涉及了附加处理单元 和图3a的基于LNG的液化器之间的结合；图4是作为操作实施例基础的流程图的示意图，其包括更详细的空气分离单元；图5是显示压缩来源于低压塔的气态氮的详细情况的示意图；和图6是显示在压缩低压氮气之前经由与LNG热交换来冷却该低压氮气的详细情 况。
具体实施方式
当结合附图阅读时，本实用新型能得到最好地理解。图Ia是示出有关本实用新型的系统的现有技术的一个实施方式的示意图。现参 考图la，该设施包括基于LNG的液化器(2)和低温ASU(l)。在该实施例中，低温ASU包括 高压塔(114)、低压塔(116)和主交换器(110)。空气进料100在102中被压缩并在104中
7干燥，产生物流108。物流108在主交换器110中被返回的气体产物流冷却，产生冷却的空 气进料112。在双塔系统中蒸馏物流112生成液氧158、高压氮气(物流174)和低压氮气 (物流180)。氮气174和180在主交换器110中升温产生物流176和182。物流182最终 排放到大气中。物流176在基于LNG的液化器(2)中进行处理，产生液化氮产物流188和 液氮制冷剂物流186。液氮制冷剂物流186通过阀136和140导入蒸馏塔中。LNG物流194 提供基于LNG的液化器的制冷，其中LNG物流194被汽化并被加热产生物流198。在图Ia 中，唯一导入基于LNG的液化器的氮是来自高压塔114的物流176。图Ib是示出与图Ia相关的本实用新型基本原理的示意图。现参考图lb，空气进 料100在102中被压缩并在104中干燥，产生物流108。物流108在主交换器110中被返回 的气体产物流冷却，产生冷却的空气进料112。在双塔系统中蒸馏物流112以生成液氧158、 高压氮气(物流174)和低压氮气(物流180)。氮气174和180在主交换器110中升温以 产生物流176和182。利用附加压缩机和与之相连的热交换设备(在下文中称作“附加处 理单元”，在图Ia中作为单元3示出)将物流182转变成物流184，然后和物流176混合，以 形成基于LNG的液化器(2)的进料。液化氮产物流188和液氮制冷剂物流186在基于LNG 的液化器中生成。液氮制冷剂物流186通过阀136和140导入蒸馏塔中。与图Ia相比，引 入基于LNG的液化器中的氮气源作为两股物流182和176离开ASU。如上指出的，在下文中使用的术语“附加处理单元”是指本实用新型的附加压缩机 和与之相连的热交换设备。然而应当指出的是该术语并不一定意味着附加压缩机和与之相 连的热交换设备被容纳在单个物理单元内。附加处理单元的确切属性将结合图3b和3c示 出的本实用新型的实施方式进行详细描述。图Ib的操作中，与图Ia所示的类似，当液氮产物与液氧产物的比(物流188/物 流158)相对较低时(以下称为“低产量模式”)，优选将物流182排出而不引入附加处理单 元(3)。当在这种模式下操作时，适当地从高压塔中抽出全部氮气用来液化。当液氮产物与 液氧产物的比(物流188/物流158)相对较高时(以下作为“高产量模式”)，优选使用如 图Ib所示的操作。在这种情况下，由于需要大量的氮气用来液化，因此适当地需要从高压 塔和低压塔中都抽出氮气用来液化。在图Ib中，增加附加处理单元(3)用于将物流182转化成物流184的状态，使得 该物流可以在导入基于LNG的液化器之前与物流176混合。通过这样，基于LNG的液化器 的设计和操作在高和低两种产量模式下可以相似。事实上，基于LNG的液化器的设计可以 完全相同，而该设备在低产量模式下以“降低(turn-down)，，方式进行简单操作。图2是与示出本实用新型基本原理的图Ib类似的示意图，但关于基于LNG的液化 器⑵和ASU(I)之间的结构稍微不同。特别地，尽管在图Ib中将液化氮物流186导入蒸馏 塔系统中，但在图2中液化氮物流186被导入到主热交换器中。现参考图2，空气进料100 在102中被压缩并在104中干燥，产生物流108。物流108被分成第一部分(208)和第二 部分(230)，物流208在110中被返回的气体产物流冷却，生成冷却的空气进料212。物流 230首先在110中被返回的气体产物流冷却，然后液化生成产物流232。液态空气物流232 通过阀236和240分开关导入蒸馏塔中，物流212和232在双塔系统中蒸馏产生液氧158、 高压氮气(物流174)和低压氮气(物流180)。在主交换器110中加热氮气174和180，生 成物流176和182。将液氮制冷剂物流186导入到主交换器中，在那里液氮冷凝剂物流186通过与冷凝物流230间接热交换而汽化，形成蒸气氮返回物流288。在低产量模式下，物流 182被排出，而在基于LNG的液化器中处理物流288和176，生成液化氮产物流188和液氮 制冷剂物流186。在高产量模式下，物流182在附加处理单元(3)中转变成物流184，然后 与物流176混合。混合物流加上物流288 —起在基于LNG的液化器中处理，以生成液化氮 产物流188和液氮制冷剂物流186。然而，基于LNG的液化器的真正属性并不是本实用新型的中心点，液化器如何与 附加处理单元(3)结合对于理解本实用新型十分重要，因比在图3a中描述了基于LNG的液 化器(图2中的单元2)的实例。图3b和3c将给出相同的基于LNG的液化器的实例，其中 包括不同种附加处理单元(3)的实施方式。参考图3a，高压氮蒸气物流176与蒸气氮返回物流288混合生成物流330，随后在 液化器交换器304内冷却形成物流332。在第一辅助压缩机(HP冷却压缩机308)内压缩物 流334生成物流336。物流336在液化器交换器304内冷却以制备物流338，然后在第二辅 助压缩机(VHP冷却压缩机310)内压缩形成物流346。物流346在液化器交换器304内经 过冷却和液化形成物流348。液化物流348在冷却器312中进一步冷却形成物流350。物流350通过阀314减 压并导入容器316中，在那里两相流体被分成蒸气物流352和液体物流356。液体物流356 被分离成两股物流物流360和物流186，其中物流186构成了导入到低温ASU的液氮制 冷剂物流。物流360通过阀318减压并被引入容器320中，在那里两相流体分成蒸气物流 362和液氮产物流188。蒸气物流362和352在冷却器312中加热以分别生成物流364和 354。物流364进一步在交换器304中加热，形成从基于LNG的液化器排出的气态氮排出物 流 366。用于基于LNG的液化器的制冷由LNG物流194提供，其在液化器交换器304中被 汽化并且热形成物流198。最严格地说，术语“汽化”和“冷凝”适用于低于其临界压力的物流。通常，物流 346(最高压力氮气物流)和194(LNG提供)都高于临界压力。应当理解，这两种物流并没 有真正冷凝或汽化，而它们经过了以高度热容为特征的物态变化。本领域普通技术人员将 会理解具有高度热量(在超临界条件下)和具有潜热(在低于临界条件下)之间的相似点。现参考图3b，在高产量模式操作中，低压氮气物流182是最终需要被液化的补充 氮源。按照本实用新型，增加了附加处理单元(3)用来将低压氮物流182转变为高压氮物 流184。物流182与温热、低压氮气排出物流366结合形成物流370。物流370在预冷却热 交换器322中冷却，以产生冷却的氮物流372。物流372与从基于LNG的液化器中排出的低 温、低压氮气排出物流386混合形成物流374。物流374在附加压缩机(LP压缩机306)中 压缩冷却形成物流184，然后与高压液化器进料物流288和176混合形成物流330。用于冷 却物流370的制冷由LNG物流394提供，其在预冷却热交换机322内汽化和/或被加热形 成物流396。除了一些例外，图3b中的基于LNG的液化器(2)的操作与图3a中所述的非常相 似。与图3a —样，物流330在液化器交换器304中冷却形成物流332，在HP冷却压缩机 308中压缩物流334以形成物流336。物流336在液化器交换器304中冷却生成物流338， 在VHP冷却压缩机310中压缩形成物流346。物流346在液化器交换器304中经过冷却和
9液化，制成物流348。与图3a —样，液化物流348在冷却器312中进一步冷却生成物流350。物流350 通过阀314降压并被导入容器316内，在那里两相流体分成蒸气物流352和液体物流356。 液体物流356被分离成两股物流物流360和物流186，其中物流186构成了导入到低温ASU 的液氮制冷剂物流。物流360通过阀318减压并被引入容器320中，在那里两相流体分成 蒸气物流362和液氮产物流188。蒸气物流362和352在冷却器312中加热以分别生成物 流 364 和 354。图3b与图3a不同之处在于因为附加压缩机(LP冷却压缩机306)的存在，低压氮 物流364不需要加热和排出。有两种能用于将物流364和物流182合并的方法。在热动力 学更佳的优选情况下，阀380关闭而阀382打开。在这种情况下，物流364流过阀382变成 从基于LNG的液化器排出的氮气排出物流386，其然后与冷氮气进料物流372共混。在热动 力学较差的优选情况下，阀380打开而阀382关闭。在这种情况下，物流364流过阀380变 成物流384，在热交换器304内加热变成从基于LNG的液化器排出的氮气排出物流366，然 后与热氮气进料物流182共混。如果冷却阀380和382在设计点上与液化器相结合，则选 择热动力学更佳的优选选项(阀380关闭)；如果引入附加处理单元(3)作为改进，则选择 热动力学较差的优选选项(阀382关闭)。在后一种情况下，可以没有阀380和382，并且 管线382也可以不存在。最后在图3b中，与图3a —样，用于基于LNG的液化器的制冷由LNG物流194提供， 其在液化器交换器304中汽化和/或加热形成物流198。与上面指出的一样，在预冷却热交换器322中用于冷却低压氮气的制冷是通过汽 化和/或加热LNG物流394来实现的。作为各选方案，也可以从液化器热交换器304的低 温或中间区域抽出低温氮物流，在交换器322中加热该物流，然后在交换器304重冷却该物 流。这样能够消除如图3b中的物流394所示将LNG输送到预冷却热交换器322中的需要。 任何合适的物流都可以用作冷却氮气源，例如物流332、338或348。现参考图3c，可以使用更简单的附加处理单元。再一次的，在高产量模式操作下， 低压氮气物流182是最终需要液化的补充氮源。根据本实用新型，增加了附加处理单元(3) 用以将低压氮气物流182转化为高压氮气物流184。物流182与从基于LNG的液化器中排 出的温热、低压氮气排出物流366结合，生成物流370。物流370在附加压缩机(升温LP压 缩机324)中压缩，然后在再次冷却器热交换器326 ( —般使用冷却水或乙二醇作为冷却介 质)中冷却，形成物流184。物流184随后与高压液化器进料物流288和176混合，生成物 流330。基于LNG的液化器的操作与图3a中图示的相似，其区别在于物流366不被排出。如在前指出的，图3b和3c中描述为单元(3)的附加处理单元不必指代单一物理 单元。例如，附加压缩机可以包含在具有其它压缩机的腔室内，而附加热交换器可以包含在 具有其它热交换器的腔室内。还应当指出，在图3c的本实用新型的实施方式中，附加压缩 机和热交换器在高于环境温度下操作，在图3b的实施方式中设备在低于环境温度下操作， 因此必须隔离。
实施例提供一操作实施例用于表明与本实用新型相关的可能的操作条件，并且用来阐明操作模式间的区别和共同点。将给出三种实例例1对应于没有附加处理单元(3)时的低 产量模式操作，而例2和3对应于具有附加处理单元(3)时的高产量模式。在该实施例中， 例1通过图3a的基于LNG的液化器(2)来描述；例2和3通过图3b的基于LNG的液化器 (2)和附加处理单元(3)来描述。对例2和3，参考图3b，阀380关闭而阀382打开。图4 中更详细的示出了低温ASU，下面对其进行详细描述。参考图4，大气100在主空气压缩机102中被压缩，在吸附床104中净化以除去如 二氧化碳和水的杂质，然后被分成两部分物流230和物流208。物流208在主热交换器 110中冷却变成物流212，将蒸气空气进料导入高压塔114中。物流230被冷却到接近物流 212的温度，然后至少部分冷凝形成物流232，最后通过阀236和240减压并被导入到高压 塔114和低压塔116内。高压塔生成从塔顶排出的富含氮的蒸气物流462，以及从塔底排出 的富含氧的物流450。物流462分成物流174和物流464。物流174在主热交换器内加热， 然后作为物流176通过基于LNG的液化器(2)。物流464在再沸器-冷凝器418内冷凝形 成物流466，一部分物流466作为回流(物流468)返回到高压塔中；剩余物流470最后作 为塔顶进料通过阀472导入到低压塔中。富含氧的物流450通过阀452进入氩气塔的再沸 器_冷凝器484中，至少部分气化形成物流456，其被导入低压塔中。在低压塔底部生成氧，其作为液体物流158取出，而在塔的顶部生成富含氮物流 180。富含氮物流180在主热交换器110中加热形成物流182。废弃物流可以从低压塔中 排出，作为物流490，并在主交换器中加热并且最终作为物流492排出。低压塔底部的沸腾 由再沸器_冷凝器418提供。蒸气物流从低压塔中排出作为物流478，并被引入到氩塔482 中。氩产物从该塔的顶部排出作为液体物流486。底部液体物流480返回到低压塔中。氩 塔的回流由与汽化源自高压塔的作为物流450的富含氧物流进行的间接热交换提供。液氮制冷剂物流186被导入到主交换器中，在那里通过与冷凝物流230进行间接 热交换汽化形成蒸汽氮返回物流288。在低产量操作模式(例1)下，物流182从ASU排到大气中(作为物流486)，物流 366从基于LNG的液化器中排到大气中，而物流184和386的流量为零。在高产量模式下 (例2和3)，物流182 (作为物流488)和386被传送到附加处理单元，而物流366的流量为 零。特别是对于例2和3的实施例，物流176(来自高压塔)的流量也为零。也就是说，在 例2和3中，来自高压塔的全部高压氮462在再沸器/冷凝器[418]中冷凝并用作蒸馏塔系 统的回流，使得在高产量模式下，在增压氮和高压氮之间，只有增压氮被引入到基于LNG的 液化器。尽管以上方案不是强制性的，但是在高产量模式下这是典型的方案。例2和3的 区别是在例3中液氮的产量更高。例1-3意在说明如何可以增加液态产品。一些平衡点可以如注解1-5中提示的从 表中得到，其中注解1-5解释下注解1 液氧产量从例1到例2增加了 33 % ；液氧产量在例2和3中相同。注解2 液氮产量从例1到例2增加了 60 % ；而液氮产量从例1到3增加了 140 %。注解3 在例1中高压氮物流的流量充分满足液氮产量需求，但是在例2和3中其为零。注解4 即使在例1中液氧产量明显较少，但在三种实例中流向ASU的空气物流大 致相同。这是一个重要的特征。当选择从ASU以高压氮生产氮时，氧的回收就会减少。因此，对于全部三种实例，本实用新型的使用使得可以使用相同的空气压缩机和相同的低温 ASU。注解5 例1是在没有LP压缩机的情况下操作的(不需要附加处理单元(3))。表 权利要求低温空气进料分离设备，特征在于其包括(a)压缩机，其用于接收空气进料以提供压缩空气进料；(b)提纯单元，其流体地连接至所述压缩机以便从压缩空气进料除去杂质并产生提纯的空气进料；(c)低温空气分离单元(在下文中称为“ASU”)，其流体地连接至所述提纯单元，其中所述ASU包括主热交换器和蒸馏塔系统，所述主热交换器流体地连接至所述蒸馏塔系统并适合于接收所述提纯的空气进料和至少一部分来自所述蒸馏塔系统的流出物流，其中所述蒸馏塔系统包括高压塔和低压塔，且其中所述ASU产生液态氧物流、来自所述低压塔的低压气态氮物流、和任选来自所述高压塔的第一高压气态氮物流和/或液体氩气物流；(d)第一导管(182)，其流体地连接至所述ASU以便接收来自所述ASU的低压氮气物流；(e)补充压缩机，其流体地连接至所述第一导管并适合于接收来自所述第一导管的低压氮气物流，且其中所述辅助压缩机产生第二高压气态氮物流，(f)液化器单元，其经由第二导管流体地连接至所述补充压缩机并任选经由第三导管连接至所述ASU，并适合于接收来自所述补充压缩机的所述第二高压气态氮物流和任选来自所述第三导管的所述第一高压气态氮物流，其中所述第二高压气态氮物流或任选所述第二高压气态氮物流和所述第一高压气态氮物流的合并气态氮物流通过使用一个或多个辅助压缩机分阶段地压缩该气态氮而液化，并在各阶段之间通过相对于液化天然气物流间接热交换而冷却所述氮气；和(g)氮气副产品生产压缩机，其流体地连接至所述第一导管以便接收至少一部分所述低压氮气物流，其中将所述至少一部分低压气态氮物流在该副产品生产压缩机中压缩至升高的压力以产生压缩的气态副产品氮气物流。
2.低温空气进料分离设备，特征在于其包括(a)压缩机，其用于接收空气进料以提供压缩空气进料；(b)提纯单元，其流体地连接至所述压缩机以便从压缩空气进料除去杂质并产生提纯 的空气进料；(c)低温空气分离单元(在下文中称为“ASU”)，其流体地连接至所述提纯单元，其中所 述ASU包括主热交换器和蒸馏塔系统，所述主热交换器流体地连接至所述蒸馏塔系统并适 合于接收所述提纯的空气进料和至少一部分来自所述蒸馏塔系统的流出物流，其中所述蒸 馏塔系统包括高压塔和低压塔，且其中所述ASU产生液态氧物流、来自所述低压塔的低压 气态氮物流、和任选来自所述高压塔的第一高压气态氮物流和/或液体氩气物流；(d)第一导管(182)，其流体地连接至所述ASU以便接收来自所述ASU的低压氮气物流；(e)补充压缩机，其流体地连接至所述第一导管并适合于接收来自所述第一导管的低 压氮气物流，且其中所述辅助压缩机产生第二高压气态氮物流，(f)液化器单元，其经由第二导管流体地连接至所述补充压缩机并任选经由第三导管 连接至所述ASU，并适合于接收来自所述补充压缩机的所述第二高压气态氮物流和任选来 自所述第三导管的所述第一高压气态氮物流，其中所述第二高压气态氮物流或任选所述第 二高压气态氮物流和所述第一高压气态氮物流的合并气态氮物流通过使用一个或多个辅助压缩机分阶段地压缩该气态氮而液化，并在各阶段之间通过相对于液化天然气物流间接 热交换而冷却所述氮气；和(g)第四导管，其流体地连接至所述第二导管以便接收至少一部分所述第二高压气态 氮物流以提供压缩的气态副产品氮气物流。
专利摘要本实用新型提出了用于从与空气分离连接的基于液化天然气的液化器供应气态氮的系统，其中在低产量模式下，引入到基于LNG的液化器的氮仅由来自蒸馏塔系统的至少一部分高压氮组成，而在高产量模式下，使用一附加压缩机将至少部分来自蒸馏塔系统的低压氮升压，以产生引入基于LNG的液化器的附加进料(或替代进料)或气态氮副产品。
文档编号F25J3/04GK201772697SQ201020243660
公开日2011年3月23日 申请日期2010年6月25日 优先权日2010年6月25日
发明者D·M·赫伦, W·E·卡尔森 申请人:气体产品与化学公司