用于通过低温蒸馏分离空气的方法和单元的制作方法

专利名称：用于通过低温蒸馏分离空气的方法和单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过低温蒸馏分离空气的方法和単元。
背景技术：
已知在包括一个中压塔和在相同压カ下操作的两个低压塔的単元中分离空气，其中一个低压塔在顶部被供给以来自另ー塔的塔底液体，并且每个低压塔均具有底部冷凝器。

发明内容
本发明的ー个目的是降低用于生产纯氧的分离能量，特别是在其中不共同生产氮的情况下。本发明的另ー目的是减少单元的至少ー些元件的成本。涉及纯度的所有百分比都是摩尔百分比。本发明涉及冷压缩机的使用，该冷压缩机用于压缩源自在低于低压塔压カ的压カ下操作的腔室的富氧气体，该气体将用于低压塔的底部。这使得可以将中压塔底部处的压力与低压塔的顶部分尚。本发明对于以下情形尤其有利其中空气在以低于低压塔的压カ下操作的腔室的冷凝器中部分地冷凝。根据本发明的一个主题，提供了ー种用于通过低温蒸馏分离空气的方法，其中i)经过压缩和净化的空气流在热交換器中冷却并被传送至在中压下操作的塔；ii)所述空气流被分离成富含氮的流和富含氧的流；iii)富含氮的流的一部分被传送至低压塔；iv)富含氧的流的至少一部分被传送至低压塔；V)从低压塔的顶部抽取出富氮流；Vi)从低压塔的底部抽取出富氧流并将其传送至容纳有至少ー个冷凝器-再沸器的腔室；vii)从腔室抽取出源自腔室的气态流并将其传送回低压塔，优选地传送至低压塔的底部；viii)来自步骤ii)的富含氮的流的一部分在被供给以源自低压塔的塔底液的冷 凝器中至少部分地冷凝并被传送至中压塔和/或低压塔；ix)加热气体流、可选地来自步骤i)的在热交換器中冷却的经过压缩、浄化的空气的至少一部分在腔室的冷凝器-再沸器中至少部分地冷凝；X)从腔室抽取的流是比从低压塔的底部抽取的流更加富含氧的流体；其特征在干，从低压塔底部抽取的富氧流在腔室的上游膨胀并且来自腔室的气态流在第一低压塔的上游被加压。优选地
-源自腔室的气态流在进ロ温度低于_50°C的压缩机中被压缩，优选地，在腔室和压缩机之间不发生加热步骤；-从低压塔抽取的富氧流膨胀至比低压塔底部处的压力低至多lbar、优选地至多O. 5bar、或者甚至比该压カ低至多O. 2bar的压力，和/或源自腔室的气态流被压缩以便在低压塔的上游使其压カ增加至多lbar、优选地至多O. 5bar、或者甚至至多O. 2bar ；-腔室不容纳任何质量交换装置,也不容纳任何填料或蒸懼板；-腔室构成第二低压塔并且容纳有至少布置在冷凝器上方的质量交換装置，诸如填料或蒸馏板。根据本发明的另ー个主题，提供了一种空气分离单元，包括中压塔，低压塔，腔室，热交換器，低压塔的底部冷凝器和布置在腔室中的冷凝器，将在热交換器中冷却的经过压缩、浄化的空气传送至中压塔的管线，将加热气体传送至布置在腔室中的冷凝器的管线，将来自中压塔的富含氮的气体传送至低压塔的冷凝器的管线，将来自中压塔底部的富含氧的 流传送至低压塔的管线，将来自低压塔底部的富氧液体传送至腔室的管线，用于从腔室抽取比被传送至腔室的流体更加富含氧的流体的管线，用于将来自腔室的气体传送回低压塔的管线，用于从低压塔抽取顶部气体的管线，其特征在于，所述单元包括膨胀装置和压缩机，所述膨胀装置用于使低压塔底部的下游和腔室的上游的富氧液体膨胀，所述压缩机用于压缩来自腔室的气体，其位于腔室的下游和低压塔的上游。可选地-腔室包括位于冷凝器之上的质量交換装置；-腔室在冷凝器之上不包括任何质量交換装置；-所述单元包括涡轮机和用于将来自中压塔的富氮气体传送至涡轮机的管线；-所述单元包括位于热交換器上游的泵，所述泵用于对源自低压塔和/或源自腔室的液氧流加压。


下面參照代表根据本发明的単元的附图详细说明本发明。
具体实施例方式在图I中，空气I在压缩机3中被压缩至3至5bar，在净化单元5中净化并分为两部分。一部分9在热交換器13中冷却并被传送至腔室141的底部冷凝器15，该部分9在该冷凝器中部分地冷凝然后被传送至双塔的中压塔39。双塔包括中压塔39和位于中压塔之上的低压塔41，两个塔之间的热联接通过低压塔41的底部中的冷凝器25提供。空气的另一部分7在压缩机11中被压缩、在热交換器13中冷却并用于使加压的液态氧蒸发。由于氧在低压下蒸发，因此蒸发在不同于热交換器13的外部再沸器27中进行。这样形成的液化空气在阀19中膨胀后被传送至中压塔39。液态空气也可被传送至低压塔。从中压塔39的底部抽取出富氧液体17，使其在热交換器43中冷却、在阀中膨胀并将其传送至低压塔41。从中压塔39的中间位置抽取出基本上具有空气的组分的液体49，使其在热交換器43中冷却、在阀中膨胀并将其传送至低压塔41。从中压塔39的顶部抽取出富氮液体47，使其在热交換器43中冷却、在阀中膨胀并将其传送至低压塔41的顶部。从低压塔的顶部抽取出富氮气体45，使其在热交換器43中然后在热交換器13中被加热。该气体的一部分可在压缩机35中被压缩以便形成參与净化単元5的再生的流37。从中压塔39的顶部抽取出中压氮流33，使其在热交換器13中被加热、在涡轮机23中膨胀并且在热交換器13中再次被加热，然后用于净化単元5的再生。从低压塔41的底部抽取出含有45%至75%的氧的富氧流53，使其在阀51中膨胀 被将其传送至腔室141的顶部，在该变型中，腔室141是具有底部冷凝器15的蒸馏塔。该冷凝器的上方设置有热交换和质量交換装置143，例如形成一定结构的或者未形成结构的填料或板/塔板。阀51仅使液体的压カ降低大约O. 15bar。液体53在腔室中被分离以便形成作为塔底液的更加富含氧的液体29。该液体29在泵63中加压后被传送至再沸器27。从再沸器27抽取出清洗液体61。或者，可从腔室141抽取出富氧气体。从腔室抽取出顶部气体145，在压缩机21中在抽取温度下进行压缩，压缩机21使其压カ增加至多O. 15bar。所生成的气体在压缩机21的出ロ压カ下被重新注入低压塔的底部。在热交換器13中热端处具有2°C的温度差的情况下，与低压塔底部没有冷压缩机的相同设计比较，获得了大约2. 5%的节约。图2的单元与图I的单元之间的区别在于，腔室141没有容纳任何填料或板。在再沸器15中也存在上升的部分冷凝。因此，不管从该腔室抽取的液体29比被传送至腔室的液体53富含氧的程度如何，液体53和液体29之间的组分差别大大减小。气体145是液体53在腔室141中通过与空气9的热交换而部分蒸发所生成的气体。如果热交換器13的热端处的温度差保持为2°C，则与不具有LP底部冷压缩机的相同设计比较存在大约I. 5%的节约。利用热端处保持为2V的热交換器，获得了稍微好于W0-A-2007/129152的方法的能量。即使在这两种方法中使用冷压缩机，在本发明的变型中冷压缩机的功率比现有技术变型小十倍，并且氮涡轮机小两倍。还观察到根据本发明的变型中的压缩比非常低并且类似于风扇的技术对于压缩机21而言就足够了 这些因素使得可以断定冷压缩机21和涡轮机23比现有技术的方法便宜。对含氧较为丰富的流体进行低温压缩不会产生安全问题。低压塔中蒸汽部分的压缩的概念可以扩展到在低压塔中具有三个冷凝器的设计情况，其中低压塔的这三个冷凝器之间放置有ー个或两个冷压缩机。
权利要求
1.ー种用于通过低温蒸馏分离空气的方法，其中i)经过压缩和净化的空气流在热交換器(13)中冷却并被传送至在中压下操作的塔(39)；ii)所述空气流被分离成富氮流和富氧流；iii)富氮流的一部分被传送至低压塔(41)；iv)富氧流的至少一部分被传送至低压塔；v)从低压塔的顶部抽取出富氮流；vi )从低压塔的底部抽取出富氧流并将其传送至容纳有至少ー个冷凝器-再沸器(15 )的腔室(141);vii)从腔室抽取出气态流并将其传送回低压塔，优选地传送至低压塔的底部；viii)来自步骤ii)的富氮流的一部分在被供给以源自低压塔的液体的冷凝器(25)中至少部分地冷凝并被传送至中压塔和/或低压塔；ix)加热气体流、可选地来自步骤i)的在热交換器中冷却的经过压缩、浄化的空气的至少一部分在腔室的冷凝器-再沸器中至少部分地冷凝；x)从腔室抽取的流是比从低压塔的底部抽取的流更加富含氧的流体；xi)其特征在干，从低压塔底部抽取的富氧流在腔室的上游膨胀并且来自腔室的气态流在第一低压塔的上游被加压。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，源自腔室的气态流在进ロ温度低于_50°C的压缩机(21)中被压缩，优选地，在腔室和压缩机之间不发生加热步骤。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在干，从低压塔(41)抽取的富氧流膨胀至比所述低压塔底部处的压力低至多lbar、优选地至多0. 5bar、或者甚至比该压カ低至多0.2bar的压力，和/或源自腔室(141)的气态流被压缩以便在低压塔的上游使其压カ增加至多lbar、优选地至多0. 5bar、或者甚至至多0. 2bar。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，腔室(141)未容纳任何质量交換装置，也未容纳任何填料或蒸馏板。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的方法，其特征在于，腔室(141)构成第二低压塔并且容纳有至少布置在冷凝器之上的质量交換装置(143)，诸如填料或蒸馏板。
6.一种空气分离单元，包括中压塔(39)，低压塔(41)，腔室(141)，热交換器(13)，低压塔的底部冷凝器(25)和布置在腔室中的冷凝器(15)，将在热交換器中冷却的经过压缩、净化的空气传送至中压塔的管线，将加热气体传送至布置在腔室中的冷凝器的管线，将来自中压塔的富氮气体传送至低压塔的冷凝器的管线，将来自中压塔底部的富氧流传送至低压塔的管线，将来自低压塔底部的富氧液体传送至腔室的管线，用于从腔室抽取比被传送至腔室的流体更加富含氧的流体的管线，用于将来自腔室的气体传送回低压塔的管线，用于从低压塔抽取顶部气体的管线，其特征在于，所述单元包括膨胀装置(51)和压缩机(21)，所述膨胀装置用于使低压塔底部的下游和腔室的上游的富氧液体膨胀，所述压缩机用于压缩来自腔室的气体，所述压缩机位于腔室的下游和低压塔的上游。
7.根据权利要求6所述的单元，其特征在于，腔室(141)包括位于冷凝器(15)之上的质量交換装置(143)。
8.根据权利要求6所述的单元，其特征在于，腔室(141)在冷凝器(15)之上不包括任何质量交换装置。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的単元，其特征在于，所述单元包括涡轮机(23)和用于将来自中压塔的富氮气体传送至涡轮机的管线。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的単元，其特征在于，所述单元包括位于热交換器上游的泵(63 )，所述泵用于对源自低压塔和/或源自腔室的液氧流加压。
全文摘要
一种空气分离单元包括中压塔(39)，低压塔(41)，腔室(141)，热交换器(13)，低压塔的底部冷凝器(25)和布置在腔室中的冷凝器(15)，将经过压缩、净化和冷却的空气从热交换器传送至中压塔的管线，将生热气体传送至布置在腔室中的冷凝器的管线，将来自中压塔的富氮气体传送至低压塔的冷凝器的管线，将来自中压塔底部的富氧流传送至低压塔的管线，将来自低压塔底部的富氧液体传送至腔室的管线，用于从腔室抽取比被传送至腔室的流体更加富含氧的流体的管线，用于将来自腔室的气体传送至低压塔的管线，用于从低压塔抽取顶部气体的管线，其特征在于，所述单元包括膨胀装置(51)和压缩机(21)，所述膨胀装置用于使低压塔底部的下游和腔室的上游的富氧液体膨胀，所述压缩机用于压缩来自腔室的气体，所述压缩机位于腔室的下游和低压塔的上游。
文档编号F25J3/04GK102652247SQ201080055693
公开日2012年8月29日 申请日期2010年10月5日 优先权日2009年12月11日
发明者B·达维迪安 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司