193 114 a1公开了具有压力积聚蒸发的另外的方法。
9.需要改进的方法来提供氧，尤其是使用所述的空气分离设备来提供氧，该空气分离设备尤其保证了比现有技术中更好的产率。
技术实现要素：
10.在此背景下，本发明提出根据独立权利要求的相应前序部分所述的用于提供氧产物的方法和相应的设备。实施方案是从属权利要求以及以下说明的主题。
11.在解释本发明的特征和优点之前，首先解释另外的原理并且限定在本技术的范围内使用的概念。
12.原则上，在此“氧”应理解为具有多于80％的氧的任何液态的或气态的流体。因此根据本文中的基本理解，术语“氧”不限于纯氧或高纯氧，但也可以提供纯氧或高纯氧。术语“高纯”在此应理解为具有至少99.9摩尔％纯度的氧。氧作为氧产物从相应的设备中输出，其中，“产物”不再被引回到设备中和参与设备内部的循环。
13.如果在此提及“spectra方法”，该术语如开始已经提到的那样表示这样的方法，该方法重点在于氮生产，其中，液体被从空气供馈的蒸馏塔取出、减压、在蒸馏塔的塔顶冷凝器中相对于蒸馏塔的冷凝塔顶气体蒸发(该冷凝塔顶气体部分地作为回流被引回到蒸馏塔中)、随后再压缩并且引回到蒸馏塔中。
14.本发明的特征和优点
15.在开头所述的现有技术方法中，在所谓的运行罐中进行压力积聚蒸发。在此通常填充一个罐，而在另一个罐中执行压力积聚、确定纯度并且随后的排空(“清罐”)。换句话说，使用具有多个罐的罐系统，其中，在第一时间段期间填充多个罐中的第一罐或第一组，但不填充多个罐中的第二罐或第二组。相应地，在第二时间段中，第二罐或第二罐组被填充，但是第一罐不被填充。相应的情况适用于排空，该排空可以与相应另外的罐或相应另外的罐组的填充同时进行。因此，在第一或第三时间段中，第二罐或第二罐组而不是第一罐或第一罐组可以被排空，并且在第一时间段中，第一罐或第一罐组而不是第二罐或第二罐组可以被排空。如果下面分别谈及“第一罐”或者“第二罐”，那么这也可以简化地代表第一罐组或者第二罐组。相应的罐组包括并联运行的罐，从而分别相应地运行至少一个(来自第一组或第二组的)第一罐或第二罐。
16.在加压的液体从相应的罐中完成清罐或排空之后(在压力积聚蒸发中产生的压力尤其是在大约8至16巴)在罐中还存在残余气体。该残余气体(放气)通常被吹出到大气中并且因此损失掉。本发明的核心方面在于，利用这种残余气体。以这种方式，如以下所阐述的，产生了显著的效率益处。
17.相应的压力积聚系统尤其可以用在这样的设备中，在所述设备中，产物有利地不经受借助于泵或者压缩机的输送或者压力加载，例如高纯的空气产物，所述空气产物可能以这种方式被污染。例如这种压力积聚系统可以在具有氧生产的spectra设备中使用。在这些设备中，液态氧的生产是相对能量密集的。然而，在放气的吹出中，取决于供馈量和运行时间，所产生的液氧量的大约5％至15％被丢弃。因此使用该量导致显著的能源节省，因为可减少净生产的液氧量。
18.本发明通过利用来自压力积聚系统的迄今被吹出到大气中的放气而实现了这些
优点，其中，可以以各种方式来实现这种利用。尤其是，可以实现包含在放气中的氧分子的再液化和物质利用。
19.总体上，本发明提出了一种使用具有蒸馏塔系统的空气分离设备提供氧产物的方法，其中，从蒸馏塔系统中取出低温液体，其中，通过蒸发低温液体的第二份额来使低温液体的第一份额经受压力积聚蒸发，并且通过使用低温液体的第一份额的至少一部分来提供氧产物。如前所述，压力积聚蒸发在相应的罐中进行，其中，周期性地取出低温液体的第一份额。在将低温液体的第一份额从相应的罐中取出之后，在再次填充罐之前，低温液体的第二份额同样至少部分地从罐中导出，并且罐以这种方式减压到输出压力，由此提供所提及的放气。
20.低温液体可以在1至4巴、例如约3巴的情况下尤其是在spectra方法的纯氧塔中如下面还再次说明的那样被形成并且通过斜坡转移到在压力积聚蒸发中使用的罐中。压力积聚蒸发提供例如大约8至16巴或更高的压力。在清罐之后，低温液体的第二份额通常不存在进一步利用。
21.本发明现在提出，低温液体的蒸发的第二份额的至少一部分被供应给用于提供所述氧产物的利用。以这种方式可以实现已经提到的优点。相应蒸发的低温液体对于该方法来说至少不完全失去。
22.在根据本发明的方法中，所述使用尤其可以包括物质利用和/或热利用和/或压力利用。尤其当包含在第二份额中的氧分子被转移到最终实现为液态的氧产物时存在物质利用，尤其通过液化和必要时供馈到用于形成氧产物的柱中或直接转化成氧产物来进行。尤其当第二份额用作例如在精馏柱的底部蒸发器(底部再沸器)中的冷却或加热介质或者用于冷却另外的物质流、例如氮气时，可以存在热利用。但当第二份额减压并以这种方式“产生冷”或散热时，也可以存在热利用。这例如可以借助于合适的减压器件如涡轮机实现，所述减压器件例如可以与任意类型的制动器耦联。在以这种方式形成的冷却和减压流中，一个或多个任何其他流的热可以被传输。压力利用尤其可以包括在膨胀涡轮机中的相应的物质流的减压，膨胀涡轮机要么与发电机要么与用于压缩另外的流的增压器耦联。
23.本发明的特别优选的实施方案包括将相应的气体导回到空气分离设备中并且在蒸馏塔的底部再沸器中液化，在所述底部再沸器中形成低温液体。然后由此获得的液体供应到蒸馏塔中的低温液体(或从蒸馏塔中取出的低温液体)并且送回到压力积聚蒸发。以这种方式，净生产的液氧量可以被减少或者总共生产更多的液氧。下面将针对相应的实施方案阐述进一步的细节。
24.如上所述，本发明尤其适合于与spectra方法结合并且由于相对繁琐的氧生产而展现出其特别的优点。然而本发明原则上也可以与用于空气分离的其他方法一起使用。如上所述，spectra方法的特征在于，蒸馏塔系统包括第一蒸馏塔，其中，液体被从第一蒸馏塔中取出、减压、并且相对于第一蒸馏塔中的冷凝塔顶气体蒸发，所述冷凝塔顶气体至少部分地引回到第一蒸馏塔，其中，蒸发的液体至少部分地再压缩并且馈回到第一蒸馏塔中。在spectra方法中，尤其另外的液体也可以从第一蒸馏塔中取出、减压、相对于第一蒸馏塔的冷凝塔顶气体蒸发，并且至少部分地从空气分离设备中导出。
25.在用于本发明的spectra方法的变型方案中，蒸馏塔系统可以包括例如从第一蒸馏塔供馈的第二蒸馏塔，其中，第二蒸馏塔在使用底部再沸器的情况下运行并且从第二蒸
馏塔中取出低温液体。然而本发明也可以包括其任何变型方案(其中例如使用附加的高纯氧塔)和/或具有氩生产的设备，其中，侧流被从所使用的柱中的一个柱取出并被转移到用于氩制造的氩塔或塔系统中。通常，可以从第一蒸馏塔下游的任何另外的蒸馏塔中取出低温液体，即，在其自身的那一侧直接从第一蒸馏塔中供馈或用从第一蒸馏塔中取出并在至少一个其他蒸馏塔中进一步加工的流体供馈。低温液体的取出在此可以尤其以高纯氧的形式从另外的蒸馏塔中进行，该另外的蒸馏塔不是上述第二蒸馏塔而是处于第二蒸馏塔下游。
26.如果在此进行物质利用，则低温液体的蒸发的第二份额或被供应给用于提供氧产物的进一步利用的所述低温液体的一部分尤其至少部分地被馈入第二蒸馏塔中。然而也可能的是，将低温液体的蒸发的第二份额或被供应给用于提供氧产物的进一步利用的低温液体的一部分在压力积聚蒸发之前至少部分地供馈给从第二蒸馏塔取出的冷却液体。在此，尤其在供馈之前进行液化，使得在气体中能够存在氧的完全的物质利用，如在下面阐述的那样。然而原则上也可以进行气态馈入到相应的蒸馏塔中并在那里液化。
27.如已经在原则上提及的，本发明的特别优选的实施方案包括，冷却液体的蒸发的第二份额或被供应给用于提供氧产物的进一步利用的低温液体的一部分至少部分地在第二蒸馏塔的底部再沸器中冷却。
28.如所提到的那样，在压力积聚时产生大约15％的损失。可以使用高达约该量的93％。由此总损耗降低到仅约1％。这个限制可以通过底部再沸器的设计来解释。通常，这些底部再沸器被设计成在待蒸发和冷凝的流之间具有大于1k的最小温度差。由于气体(第二份额或其一部分)在此通过液氧(在蒸馏塔的底部)液化，所以底部再沸器中的液氧的最小压力高于蒸馏塔底部中的压力大约300毫巴。由于从压力积聚蒸发中的罐到底部再沸器的途中的进一步的管路和阀压力损失，气体的最小压力在柱底部上方被限制到约500或至少400毫巴的值。这意味着，第二份额在例如11巴减压到相应的压力值时可以被利用。因此必须将在较低压力水平下的气体进一步吹出到大气中。
29.在本发明的另外的实施方案中，低温液体的蒸发的第二份额或被供应给用于提供氧产物的进一步利用的低温液体的一部分至少部分地在空气分离设备的另外的换热器中冷却。
30.尤其所述另外的换热器可以是使由第一蒸馏塔的塔顶气体体形成的液氮过冷以提供液氮产物的换热器。以这种方式液化的氧可以供馈到低温液体中。当在所述类型的第二蒸馏塔中使用底部再沸器时，此处的最小压力可降低比蒸馏塔的底部中的压力加上换热器压力损失高约200毫巴的值。这对应于管路和阀压力损失。对于上述情况示例，能量节约为101kw(1.4％)。
31.但原则上也可以在主换热器中以类似的节省效果进行冷却。以这种方式，本发明可以以对空气分离设备的整个系统的最小干预来实现。
32.如果设置了热利用，则用于将热量传递到其上的第二份额同样至少部分地被引导通过换热器但是在此被加热。这也可以在单独的换热器中或在主换热器中进行。在此，第二份额可以单独地(即不与另外的流体混合)或者与另外的流体、例如来自空气分离设备的残余气体或者另外的流体一起加热，该另外的流体尤其可以比第二份额处于更低的压力水平。
33.本发明特别适用于用于生产低温液体和氧产物的方法，氧产物具有大于99摩尔％、尤其大于99.5或99.9摩尔％的氧含量。
34.仅出于完整性原因，在此再次确定，在相应的方法中，在压力积聚蒸发中有利地使用具有一个或多个交替填充和排空的罐的罐系统，其中，分别通过蒸发低温液体的第二份额来对填充的罐进行压力加载并且将低温液体的第二份额从相应排空的罐中导出。通过这种运行，产生所述低温液体、也就是说液化气体的第二份额的波浪状的或者脉动的出现。因此该第二份额能够有利地至少暂时地被临时存储在尤其缓冲罐中。
35.最后本发明还扩展到空气分离设备，关于该空气分离设备明确地参考相应的独立权利要求。优选被设置用于执行如之前在不同的实施方案中所阐述的方法的相应空气分离设备以相同的方式从之前已经提到的优点中获益。
36.下面参考附图更详细地阐述本发明，这些附图说明了本发明的优选的实施方案。
附图说明
37.图1以简化的视图示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备。
38.图2以简化的局部视图示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备。
39.图3以简化的局部视图示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备。
40.图4以简化的局部视图示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备。
41.图5示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备的压力积聚蒸发。
42.在附图中，彼此对应的部件以相同的附图标号给出并且为了清楚起见不再重复阐述。如果下面分别描述方法步骤，则这些方法步骤也适用于这些方法步骤所使用的器件，反之亦然。
具体实施方式
43.在图1中以示意性工艺流程图的形式示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备并且总体上使用100进行标记。
44.空气由大气a以进料空气流a的形式经由过滤器1供应给空气分离设备100、在主空气压缩机2中压缩、在未单独示出的后冷却器和直接接触冷却器中用水w冷却、在吸附站4中干燥并除去二氧化碳、在热侧供应给主换热器5、在主换热器5中几乎被引导直至冷端部、并且馈入到蒸馏塔系统10的第一蒸馏塔11中。馈入在此部分地在没有进一步冷却的情况下以物质流a1的形式进行，部分地在蒸馏塔系统10的第二蒸馏塔12的底部中的底部再沸器121中的冷却之后进行。
45.空气分离设备100被构造成用于执行spectra方法，为此，两个液态物质流b和c在不同位置(即经过侧面排口并且从底部)从第一蒸馏塔11取出、分别在主换热器5中过冷、减压并且在换热器111中相对于第一蒸馏塔11的冷凝塔顶气体蒸发。液氮例如可以从存储器i供馈。随后物质流b至少部分地在与减压机7和未单独示出的制动器耦联的压缩机6中被再压缩、在主换热器5中被再次冷却、并且被馈回到第一蒸馏塔11中。物质流c至少部分地在主换热器5中被加热、在减压机7中被减压并且从空气分离设备100导出。
46.塔顶气体以物质流c的形式从第一柱11中取出，然后物质流c分为导入到换热器111中并且在那里液化的分流c1和作为产物n1、n2从空气分离设备100导出的分流c2。在液
化之后，物质流c1部分地作为回流被引回到第一柱11上。另外的份额可以在换热器8中过冷之后相对于一部分自身冷却并且作为液氮产物c导出。一部分可以作为吹扫流p从空气分离设备100导出。
47.从第一蒸馏塔11向第二蒸馏塔12供馈液态侧流d，该液态侧流在底部再沸器121中被过冷并且然后在顶部送到第二蒸馏塔12上。氧产物由低温富氧液体形成，该液体以物质流e的形式从第二蒸馏塔12的底部取出。在供馈另外的物质流(参见下文)之后，将物质流e作为液氧供应到压力积聚蒸发20(参见下文中的细节和图1中的连接e)。
48.从第二蒸馏塔的顶部，不纯氮以物质流f的形式取出并且在尤其与减压的物质流c混合之后在主换热器5中加热并且释放到大气a中和/或用作吸附站4中的再生气体。
49.物质流e的液氧的进一步处理在大幅简化说明的压力积聚蒸发20中进行。关于细节也可以参见图4。在压力积聚蒸发20中被压力加载的液氧以物质流g的形式被排出到取出部g。也可能的是，使该液氧如以k表示的那样在主换热器5中经受蒸发并且从空气分离设备100中导出。在压力积聚蒸发中产生的气体要么被输出到大气中，如这里用v所示，但是在本发明的这里所示的实施方案中部分地被引导通过底部再沸器121并且被供馈至物质流e。以这种方式进行物质利用。也可以进行在主换热器5中的热集成，如以k所示。
50.在图2、图3和图4中分别示出根据本发明的实施方案的空气分离设备的一部分，该空气分离设备除了所示出的部件外例如可以具有根据图1的空气分离设备100的那些部件。通过示出的物质流、尤其物质流a2、d、e和f，结合是明显的。分别设置缓冲存储器21。该缓冲存储器能够缓冲来自压力积聚蒸发20的周期性产生的气体量，如在图5中所解释的，以便连续地将气体量供应给所述利用。
51.在根据图2的实施方案中，物质流h的利用基本如在按照图1的空气分离设备100中那样进行，而在按照图3的实施方案中则不是这种情况。在此，物质流h直接馈入到第二蒸馏塔12中。备选地，在换热器8中的热利用也是可能的，所述换热器在图4中为了更好的可区分性以8’表示并且配备有相应的附加通道。同样为了更好的可区分性，在换热器8’下游用h’表示的物质流h然后可以尤其供馈给物质流e。
52.应理解的是，在图1至图4中示出的特征也可以组合。因此例如在所有情况下，在具有或不具有缓冲存储器21和在具有或不具有换热器8’中的热利用的情况下可以进行运行。在图1至图4中展示的利用类型也可以各自仅包括使用物质流h的分流，其中，另外的分流可以以其他方式利用。
53.图5以示意图示出了根据本发明的实施方案的空气分离设备的压力积聚蒸发20。压力积聚蒸发在这里也以20表示。压力积聚蒸发20可以尤其对应于ep 3 193 114 a1中所述的压力积聚蒸发，但是也可以与压力积聚蒸发不同。通常，在本发明的范围内设置在压力积聚蒸发中形成的气体的利用。该气体尤其在清罐之后、即在排空在压力积聚蒸发中被压力加载的罐之后在接着的用于再次填充的减压时产生。因此本发明适用于压力积聚蒸发的所有情况，其中，发生罐的相应排空。
54.压力积聚蒸发20的主要组成部分是双罐系统，双罐系统在此总体上以70表示并且具有两个罐71和72。借助于泵55流体流e的低温液体，在此以41表示，可以压力升高。然而如果压力积聚仅通过蒸发就足够，则泵55不是强制必需的。在压力积聚蒸发20中，泵55通常被省略且流41的低温液体以蒸馏压力在第二蒸馏塔12中被馈入到罐71或72中。
55.罐系统70配备有压力积聚蒸发器件75。在压力积聚蒸发器件75中，液态地从罐71或72取出的流41的低温液体的份额被蒸发。蒸发的并且处于升高的压力下的气体被供应给罐71或72的顶部空间。以这种方式可以省去泵55并且可以仅使用压力积聚蒸发。然而显然的是，产物的一部分在此转化成气相。如果从相应的罐71、72中取出低温液体，则气相保留。在如这里和前面用v说明的传统方法中，该气相吹出到大气中。取而代之，本发明的在此说明的实施方案规定，使用物质流h形式的部分，如前面所解释的那样。
56.压力升高的流体流41被供应到罐71或罐72并且然后被压力加载。在此，罐71和72彼此备选地被供以流体流41的低温液体，也就是说，在第一时间段期间，流体流41的低温液体被供应给第一罐71而不是第二罐72，并且在第二时间段期间被供应给第二罐72而不是第一罐71。为了操控相应使用的阀71a和72a，例如可以设置罐控制部80。
57.此外，始终从罐71、72中的当前没有被供应流体流41的低温液体的那个罐中取出低温液体。所述低温液体通常能够直接在取出之后导出。然而在所示的实施方案中，所述低温液体在未加热的情况下转移到另外的罐73中。例如在另外的罐73被完全填充时，也可以规定，直接进一步输送相应的流体并将该流体供应给加热部，如在此通过管路74所示。同样如所提到的，流体的加热例如可以在相应的空气分离设备的主换热器5中、例如在根据图1的空气分离设备100中和/或在附加的蒸发器90中进行。
58.然而也可以将低温液体以液体状态从所述另外的罐73中取出并且液态地存储在存储罐76中直至使用。原则上在所述另外的罐73上游和/或下游的进一步取出也是可能的。