具有热透平循环系统的低温空气分离技术方案

一种低温空气分离系统，其中进料空气在一台多级初级空气压缩机中压缩，使第一部分进行透平膨胀后送入低温空气分离设备，使第二部分进行透平膨胀后，将已透平膨胀后的第二部分中的至少一部分再循环回到该初级空气压缩机的级间位置。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及低温空气分离，更具体地说；它涉及低温空气分离系统，其中来自低温空气分离设备的液体在回收之前蒸发。氧气是通过进料空气在一台低温空气分离设备内低温精馏而在商业上大量生产的。有时也需要生产较高压力的氧气。当气态氧可从低温空气分离设备抽出并压缩到所需压力时，为了节省投资，一般优选从低温空气分离设备抽出液体氧，增加液体氧的压力，接着蒸发已压缩的液氧，来生产所需的高压产品氧气。氧作为液体从低温分离设备的抽出从需要大量冷量回用的设备中消除了大量冷量。除了高压氧气外，甚至在需要从设备回收液体产物，如液氧和/或液氮的情况下更是这样。向低温空气分离设备提供致冷的一种非常有效的方法是使一股已压缩的气流进行透平膨胀，并将那股气流，或将至少因此产生的冷量送入该设备。在从该设备抽出大量液体的情况下，常要使用一个以上的这样的透平机。但是，就低温空气分离设备和初级空气压缩机而言，由于涡轮流动和压力间的小差异会引起系统效率急剧下降，导致系统不经济，因此多个涡轮膨胀机的使用很复杂。因此，本专利技术的一个目的就是提供一种使用一个以上透平膨胀机的改进的进料空气低温分离系统。通过阅读说明书，对本领域的技术人员来说，上述及其它目的会变得更明显，这些目的可以通过本专利技术实现，其一个方面是一种进行低温空气分离的方法，包括(A)在一台具有第一至第n多个压缩级的初级空气压缩机中压缩进料空气，以生产已压缩的进料空气；(B)冷却所述已压缩进料空气的第一部分，使该已冷却的第一部分进行透平膨胀，且把该已透平膨胀的第一部分送入一台低温空气分离设备；(C)进一步压缩该已压缩过的进料空气的第二部分，冷却该已进一步压缩后的第二部分，使该已冷却的第二部分中的至少一部分进行透平膨胀，并使该已透平膨胀的第二部分中的至少一部分再循环回到第一和第n压缩级之间的进料空气；(D)在该低温空气分离设备中生产液氧，从该低温空气分离设备中抽出液氧，并通过与正在冷却的进料空气的第一部分和正在冷却的进料空气的第二部分间接换热，使该已抽出的液氧蒸发，生产出气态氧及；(E)回收气态氧作为产品。本专利技术的另一个方面是进行低温空气分离的装置，包括(A)一台具有第一至n多个压缩级的初级空气压缩机，一台主换热器，一台初级透平膨胀机，及一台低温空气分离设备；(B)用于把进料空气送入该初级空气压缩机第一级的装置，及用于从该初级空气压缩机的第n级抽出进料空气的装置；(C)用于把进料空气从该初级空气压缩机的第n级送到主换热器，从主换热器送到初级透平膨胀机，及从该初级透平膨胀机送到该低温空气分离设备的装置；(D)一台辅助压缩机，一台第二级透平膨胀机，将进料空气从初级空气压缩机的第n级送到该辅助压缩机、从该辅助压缩机送到该主换热器、从该主换热器送到第二级透平膨胀机，及从该第二级透平膨胀机送到1至n压缩级之间的初级空气压缩机的装置；及(E)将液体从低温空气分离设备送到该主换热器的装置，及从该主换热器回收蒸汽的装置。此处所用术语“液氧”意指氧摩尔百分比浓度大于50。此处所用的术语“塔”意指一种蒸馏或精馏塔或区，即一种接触塔或区，在其中液、汽两相逆流接触以实现液体混合物的分离，例如借助汽、液两相在一系列沿塔内纵向间隔安装的塔盘或塔板上，和/或在有规码放和/或无规堆放的填料元件上进行接触。关于蒸馏塔的进一步讨论，请参见“ChemicalEngineer’s Handbook fifth edition”(《化学工程师手册·第五版》)，由R·H·perry和C·H·Chilton编，McGraw-Hill Book Company出版。New York，Section 13，“连续蒸馏过程”。术语双塔常指一种其上端与一低压塔的下端有热交换的较高压力的塔。关于双塔的进一步讨论，请参见Ruheman的“气体的分离”，牛津大学出版社，1949，第七章，商用空气分离。汽、液接触分离过程取决于各组分的蒸汽压差。高蒸汽压(易挥发或低沸点)组分将浓集在汽相中，而低蒸汽压(难挥发或高沸点)组分将浓集在液相中。部分冷凝是一种分离过程，其中冷却的蒸汽混合物将易挥发组分浓集在汽相中，从而将不易挥发的组分浓集在液相中。精馏或连续蒸馏是一种分离过程，如同在借助对汽液相施以逆流处理而达到的那样，该过程把连续的部分蒸发与冷凝结合一体。汽、液相的逆流接触是绝热的，且可包括相间的积分(分段)或微分(连续)接触。应用精馏原理分离混合物的分离过程的设备常常用几个可互换的术语表示精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种精馏过程，该精馏过程至少一部分在150°K或更低温度下进行。此处所用的术语“间接换热”意指让两种液体流在没有任何物理接触或彼此间流体不相互混合时的换热关系。此处所用的术语“进料空气”意指一种主要含有氮和氧的混合物，例如环境空气。此处所用的术语塔的“上部”和“下部”分别指塔上比塔中点高和低的那些部分。此处所用的术语“透平膨胀”和“透平膨胀机”分别指使高压气体通过涡轮机降低气体的压力和温度，而产生致冷作用的方法和设备。此处所用的术语“压缩机”意指一种通过作功能增加气体压力的机器。此处所用的术语“低温空气分离设备”意指用来分馏进料空气的设备，包括一个或多个塔及管道，阀门和附属的换热设备。此处所用的术语“初级空气压缩机”指为使低温空气分离设备运行提供所需的绝大部分空气压缩的空气压缩机。此处所用的术语“辅助压缩机”意指一台压缩机，该压缩机提供附加压缩，以便达到液氧蒸发和/或连同低温空气分离设备的分步涡轮膨胀所需要的较高空气压力。此处所用的术语“压缩级”意压缩机的单个部件，例如压缩机的压缩轮，通过该部件，气体的压力升高。一台压缩机必定由至少一个压缩级组成。附图说明图1是本专利技术的一优选实施例的示意图2是本专利技术的另一个优选实施例的示意图；图中相同的附图标记表示相同的部件。在本专利技术的应用中，一部分进料空气绕过使进料空气膨胀的初级透平膨胀机，进入低温空气分离设备，且代之以在一台第二级透平膨胀机中膨胀，并再循环回到初级空气压缩机的中间级位置。这就减少了初级空气压缩机的功率消耗，从而提高了低温空气分离系统的总体效率。下面将参照附图更详细地描述本专利技术。参见图1，压力约为大气压的进料空气50通过过滤室1，被除去了杂质。所产生的进料空气51接着送入初级空气压缩机13，在图1所示的本专利技术的实施例中，初级空气压缩机具有5个压缩级，第5或最后一级是第n级。在本专利技术的应用中，初级空气压缩机一般具有至少3个压缩级，典型地具有4至6个压缩级。进料空气51送入初级空气压缩机13的第1压缩级2，在其中被压缩，所产生的进料空气52通过中间冷却器3而冷却。进料空气接着通过初级空气压缩机的第2压缩级4进一步压缩，所产生的进料空气53通过中间冷却器5冷却，进料空气53接着通过初级空气压缩机13的第3压缩级6再一次压缩，所产生的进料空气54通过中间冷却器7冷却。进料空气54接着送入预纯化器8，在其中除去高沸点杂质，如二氧化碳、水蒸汽和碳氢化合物。纯化后的进料空气55接着送入初级压缩机13的第4压缩级9。如在图1中所示的本专利技术的实施例那样，优选使进料空气流在汇合点56处并入加温涡轮再循环，所产生的合并的进料空气流57送入第4压缩级9，在其中压缩到一个较高压力。所产生的进料空气流本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种进行低温空气分离的方法，包括：（Ａ）在一台具有第一至第ｎ多个压缩级的初级空气压缩机中压缩进料空气，以生产已压缩的进料空气；（Ｂ）冷却所述已压缩进料空气的第一部分，使该已冷却的第一部分进行透平膨胀，且把该已透平膨胀的第一部分送入一 台低温空气分离设备；（Ｃ）进一步压缩该已压缩过的进料空气的第二部分，冷却该已进一步压缩后的第二部分，使该已冷却的第二部分中的至少一部分进行透平膨胀，并使该已透平膨胀的第二部分中的至少一部分再循环回到第一和第ｎ压缩级之间的进料空气；（ Ｄ）在该低温空气分离设备中生产液氧，从该低温空气分离设备中抽出液氧，并通过与正在冷却的进料空气的第一部分和正在冷却的进料空气的第二部分间接换热，蒸发该已抽出的液氧，生产气态氧及（Ｅ）回收气态氧作为产品。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：HE霍瓦德，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]