低温分离空气的双塔系统技术方案

本发明专利技术涉及在精馏系统中低温分离空气的方法和装置。该精馏系统具有至少一个压力塔和一个低压塔，进料空气在第一压缩机中被压缩到第一压力Ｐ１，在净化段中被清洁，再被冷却并至少部分地导入压力塔中，而且至少一个液体馏分从压力塔流入到低压塔中。富氮馏分从低压塔中流出，被加热并与进料空气混合。该富氮馏分在进料空气的净化段下游与之混合。该气体混合物在第二压缩机中被进一步压缩至第二压力Ｐ２，该第二压力大于第一压力Ｐ１。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用一个精馏系统进行空气低温分离的方法，该精馏系统至少具有一个压力塔和一个低压塔，其中，进料空气在第一压缩机中被压缩至第一压力，在净化段中被清洁干净，然后冷却并至少部分地导入到压力塔中，接着将至少一部分从压力塔中流出的液体馏分送入到低压塔中，将至少一部分从低压塔中流出的富氮馏分加热并在进料空气的净化段的下游与进料空气混合。从EP 810412A中公知一种此类方法和相应的装置。在该文献中，所述富氮馏分在混合之前借助于一个压缩机被再压缩。DE-3814187-C2公开了一个类似的方法。在该专利中，低压塔中间位置的不纯氮被导回到空气压缩机的第一级之前。US 4848996公开了另一个类似的方法，其中在低压塔顶部的不纯氮被取出并在空气压缩机的一个中间级与进料空气混合。将富氮馏分导回到进料空气中，其本身就是有好处的，且能提高生产量。但是，此方法也有进一步改进之处。本专利技术的目的是提供一种上述类型的方法以及相应的装置，它们在经济上是特别合适的，并且特别地只需相对较低的投资费用。上述目的是如下解决的把由进料空气与富氮馏分组成的混合物进一步在第二压缩机中压缩至第二压力P2，该压力大于第一压力P1。以此方式就可把压缩进料空气和再压缩富氮馏分的费用保持在较小的水平。第一和第二压缩机可设计成单级或多级。它们可以彼此独立地被驱动，或者通过一个共同的轴或通过一个齿轮传动装置而彼此耦合起来。第一压力P1最好接近于低压塔的驱动压力，即、这两个压力之差不大于约0.5巴。这两个压缩机的出口压力取值范围优选是第一压缩机(P1)2到12巴，最好是3到4巴。第二压缩机(P2)6到40巴，最好是9到13巴。在个别场合，具体的压力数值取决于所希望的在这些塔的一个塔中生产的气态产品或多个产品的某一个产品(例如氮)的输出压力，以及取决于以液态从这些塔中的一个塔取出的一个或多个产品流(例如氧和/或氮)的压力和液态时在输出压力下被蒸发时的压力增高量。该“富氮馏分”可以由纯氮气或由与空气混合而成的混合物形成，该混合物中的氮气含量例如大于约50mol％。该“富氮馏分”可以从低压塔的顶部或低压塔的中间位置排出。合适的是，至少部分地通过例如在第二压缩机的下游与进料空气的间接热交换来加热富氮馏分。当氮气馏分被从压力塔的上部区域取出、加热然后又作为高压氮气输出时，就更特别地显示出根据本专利技术的方法的优点。这个将富氮馏分从低压塔导回到进料空气中的合适方式，对于在相对低的设备费用下特别高产量地形成高压氮气是非常有效的。在本方法中，通过低压塔中另一个富氮馏分的作功膨胀，可以产生冷量。该富氮馏分可以例如从低压塔的上部区域且最好是从低压塔的顶部排出。合适的是，将导回的富氮馏分和待作功膨胀的富氮馏分一起从低压塔中排出，并在一定场合将它们加热。该另一个富氮馏分可以例如在主热交换器的一个中间温度下，与导回的气流分离，并用来冷却进料空气。作为变化方案或补充，可以使来自低压塔下部区域的含氧馏分也作功膨胀，特别是在同一个制冷发动机中。为此，将一个含氧馏分例如从低压塔的液槽(Sumpf)中或从低压塔(主冷凝器)的液槽蒸发器的蒸发室中排出，并将其在主热交换器加热到一个中间温度，然后将其引向一个制冷发动机中。如果补充地还有另一个富氮馏分也作功膨胀，则最好将此富氮馏分在作功膨胀处的直接上游与所述含氧馏分混合，并且将这两个待膨胀的馏分一起引入到同一个制冷发动机中(最好是透平式制冷发动机)。此外，本专利技术还涉及一个低温分离空气的装置，其具有一个精馏系统、进料空气管道、液体管道和回流管道，所述精馏系统具有至少一个压力塔和一个低压塔，所述进料空气管道经过第一压缩机、净化段和主热交换器通向压力塔，所述液体管道用于从压力塔中将液体馏分导入到低压塔中，而所述回流管道用于从低压塔流出的富氮馏分，它经过主热交换器，并在净化段的下游汇入进料空气管道，该装置特征在于，在回流管道的汇入处的下游，将一个进一步的第二压缩机安置在进料空气管道中。根据本专利技术的方法特别适合以下工艺过程，其中，压力塔顶部的运行压力在5.7到29.7巴之间、但最好是在8.7到12.7巴之间，而低压塔顶部的运行压力在1.8到11.8巴之间、但最好是在2.8到3.8巴之间。在本方法中，工艺气流的作功膨胀产生工艺冷量。在此合适的是，从低压塔出来的剩余气流产生膨胀，该剩余气流例如与富氮馏分一起从低压塔取出，并被加热到一个中间温度，然后引入到一个制冷发动机中。下面将借助于一个在附图所示的实施例对本专利技术及本专利技术的细节做进一步的说明。附图说明图1是根据本专利技术方法和装置的一个示意图。作为普通大气的空气1通过过滤器2被第一压缩机3引吸，并被压缩到3巴的压力P1。在后置冷却器4中将压缩热量排除之后，空气5被导入到净化段6中，在本实施例中，该净化段6由一对可交换使用的分子筛吸附器构成。在净化段6中，特别地将二氧化碳和水分从进料空气中排除。该被清洁了的空气经过管道7和8流入到第二压缩机9中，该第二压缩机9将空气压力提高到9巴的压力P2。于后置冷却器10中再次将压缩热量排除。该高度压缩的进料空气11在主热交换器12中被冷却到大约露点温度，并且部分液化，最后经过管道13被完全引入到双塔式精馏系统的压力塔14中，该双塔式精馏系统此外还有低压塔15。压力塔14和低压塔15与共同的冷凝器—蒸发器(主冷凝器)16进行热交换连接。在本实施例中，在压力塔14和低压塔15中(均是在顶部测定)的运行压力分别是8.7巴和2.8巴。压力塔14的项部氮气17的第一部分18，经过管道18被引入到主冷凝器16中，并在这里在从低压塔15中出来的待蒸发的液槽液体的作用下，至少部分地、优选基本上完全地冷凝。由此产生的冷凝物19至少部分地经过管道20作为回流输送到压力塔14中。(一部分量可以被引入到内压缩机中，在那里，它们在液态下被提高压力并接着在进料空气的作用下蒸发。这一变化方案在附图中没有示出。)如果需要，冷凝物19的一部分可以作为液氮产品21而获得。压力塔中的气态氮17的另一部分经过管道22被导入到主热交换器12中，并在此被加热到大约环境温度，最后作为高压氮气产品23被取出。液态粗氧24被从压力塔14的下部区域、优选从液槽中取出，在一个逆流换热器25中被过度冷却、膨胀(26)并被引入到低压塔15中(27)，在本实施例中，该低压塔15以一个纯粹的蒸馏塔形式构成。从低压塔15的液槽取出作为主产品的液氧28，并借助于泵29将其压力提高到例如30巴，然后在进料空气11的作用下蒸发和加热。在本实施例中，氧的蒸发在主热交换器12中进行。最后，氧气经过管道31作为压缩产品导出。在低压塔15的顶部，将不纯的氮气32作为富氮馏分取出，并将其在逆流换热器25和主热交换器12中加热。该被大约加热到环境温度的富氮馏分33混入到被清洁过的进料空气7中，与进料空气7一起通过管道8流到第二压缩机9中，并进一步通过管道11和13流到压力塔14中。从低压塔15中经过管道32取出的不纯氮气的一部分34，可在一个中间温度下从主热交换器12中引出，作功膨胀(35)，并经过管道36又被导引到主热交换器12中。该实际上基本无压力的剩余气体，从主热交换器12的热端经过管道37流出。可以将该被加热了的无压力剩余气体37的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
使用精馏系统进行空气低温分离的方法，该精馏系统具有至少一个压力塔（１４）和一个低压塔（１５），其中进料空气（１）在第一压缩机（３）中被压缩至第一压力Ｐ１（３），又在净化段（６）中被清洁，再被冷却（１２）并至少部分地导入压力塔（１４）中（１３），而且从压力塔（１４）流出的至少一个液体馏分（２４）流入到低压塔（１５）中（２６，２７），并且从低压塔（１５）中流出的富氮馏分（３２）被加热（２５，１２），并在进料空气的净化段（６）的下游与进料空气（７）混合，所述方法的特征在于，由进料空气和富氮馏分组成的混合物（８）在一个第二压缩机（９）中被进一步压缩至第二压力Ｐ２，该第二压力大于所述第一压力Ｐ１。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：赫伯特舍内克尔，于尔根福伊特，
申请(专利权)人：林德气体股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]