低温空气分离系统技术方案

执行空气的低温空气分离的方法，其中在三种物流中处理供给空气。该三种物流处于不同的压力。该三种物流中的一种经涡轮膨胀产生制冷。其余两种物流经冷凝以实现增压产物的气化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总的涉及低温空气分离，更特别地涉及其中供给空气经冷 凝以使增压产物流气化的低温空气分离。
技术介绍
低温空气分离系统通常使用通常称作液体泵吸(liquid pumping ) 的方法用于产物增压。液体泵吸是指低温液体产物的直接间接压缩然 后使用暖冷凝流体使其气化。在该方法中，将该经泵吸的液态产物中 所包含的制冷通过间接热交换引入该压缩/冷凝流体中。这种方法特别 适用于特定产物的增压。特别地，通过液氧泵吸可以避免氧压缩机的 费用和相关的安全问题。人们对使用完全液体泵吸的方法的兴趣已经 提高了。在这种方法中，将氧直接液体泵吸到输出(管线)压力，在 该方法内气化。这种方法的优点来自于完全避免使用氧压缩机。与完 全氧泵吸相关的新增问题来自于液化所需的非常高压力的空气流。这 些高压空气流在该初级热交换器内产生了热力学失配，因此增大了功 耗。在很多情况中，空气是用于气化该泵吸的液氧的优选补偿流体。 完全氧液体泵吸相关的新增问题来自于该液氧的气化通常需要高于 临界点547磅/平方英寸绝对压力(psia)的空气压力。在低于氧临界 点(737psia)的氧压力下，产生相当多的无效热交换。因此，关于热 交换设计方法存在相当大的改进空间。已经发现液体泵吸氧方法通常 不能根据变化的液体制备而改变。
技术实现思路
空气的低温分离方法，包括A)将第一供给空气流压缩到第一压力，将该经压缩的第一供给 空气流冷却，将该经冷却和压缩的第一供给空气流涡轮膨胀，以及使 该经涡轮膨胀的第 一供给空气流进入包含至少 一个塔的低温空气分离装置中；B) 将第二供给空气流压缩到第二压力，将该经压缩的第二供给 空气流冷凝，以及使该经冷凝和压缩的第二供给空气流进入该低温空 气分离装置中；C) 在低于第一压力的压力下使第三供给空气流冷凝，以及使该 经冷凝的第三原料空气流进入该低温空气分离装置中；和D) 在该低温空气分离装置内通过低温精馏分离该供给空气，以 制备氧气和氮气中的至少一种。此处所用的术语塔是指蒸馏或分馏塔或区域，即接触塔或区 域，其中液相和蒸汽相逆流接触实现流体混合物的分离，例如通过蒸 汽相和液相在安装在塔内的 一 系列垂直间隔的塔盘或塔板和/或例如 规整或无规则填料的填料元件上的接触。对于蒸馏塔的进一步讨论， 参见Chemical Engineer's Handbook,第五版，由R. H. Perry和C. H. Chilton编辑，McGraw-Hill Book Company, New York, Section 13， The Continuous Distillation Process。双塔包括具有其顶端与低压塔的底端 具有热交换关系的高压塔。蒸汽和液体接触分离过程取决于该组分的蒸汽压的差别。较高蒸 汽压(或较易挥发或较低沸点)的组分将容易集中在蒸汽相中，而较 低蒸汽压(或较难挥发或较高沸点)的组分将容易集中在液相中。部 分冷凝是由此可以使用蒸汽混合物的冷却来将易挥发组分集中在蒸 汽相中以及由此将较难挥发的组分集中在液相中的分离方法。精馏， 或者连续蒸馏，是将通过蒸汽和液相的逆流处理得到的连续部分气化 和冷凝相结合的分离方法。蒸汽和液相的逆流接触通常是绝热的，可 以包括两相之间的整体(逐级)或部分(连续)接触。使用精馏原理 分离混合物的分离方法装置通常可互换地称作精馏塔、蒸馏塔或分馏 塔。低温精馏是至少部分在等于或低于150开氏温度(K)的温度下 进行的精馏方法。此处所用的术语间接热交换是指将两种流体在没有物理接触 或不将两种流体^C此相互混合的情况下达到热交换关系。此处所用的术语供给空气是指主要包含氧、氮和氩的混合物， 例如环境空气。此处所用的术语塔的上部和下部分别是指在塔的中点之上和之下的塔的那些部分。此处所用的术语涡轮膨胀和涡轮膨胀机分别是指用于高 压流体流动通过涡轮机以降低该流体的压力和温度由此产生制冷的 方法和装置。此处所用的术语低温空气分离装置是指其中通过低温精馏分 离供给空气以制备氮、氧和/或氩的一个或多个塔，以及相互连接的管 路、阀门、热交换器等。此处所用的术语压缩机是指通过做功提高气体压力的机器。 此处所用的术语低温冷却，，是指将液体冷却到低于现有压力下 该液体的々包和温度的温度。附图简述唯一 的附图是本专利技术的低温空气分离系统的 一种优选实施方式 的示意图。专利技术详述本专利技术是与使用至少 一个用于空气分离的塔且使用至少 一个用 于产生制冷的涡轮膨胀机的低温空气分离装置有关的改进的液氧泵 吸方法。特别地，本专利技术用于使用至少两个补偿或冷凝空气流以便于 氧的气化。在其最优选的实施方式中，该泵吸氧气化发生在初级热交 换器内，涡轮膨胀轴功用于膨胀气体的压缩。该初级液化的气体优选 在专门的和单独的升压空气压缩机中压缩。将参照附图对本专利技术进行更详细的描述。现在参照附图，供给空气流1在多级中间冷却空气压缩机100中压缩到在5 ~ 15bara范围内 的充分升高的压力。压缩机100可以是具有冷凝水出口 (未示出)的 中间冷却的整体齿轮式压缩机。然后将经压缩的供给空气流2引入预 纯化装置110。工艺110可以包括几个单元操作，包括但不限于直接 接触水冷却、基于制冷的急冷、与冷却水直接接触、相分离和/或吸收。 此外，将物流2脱水并净化除去高沸点杂质(例如烃、二氧化碳等)。 该工艺可以通过变温和变压吸附的结合实现。工艺110产生清洁的干 空气流3，然后将其分为三部分。物流3的第一部分(约65~70% )取作第一供给空气流4，将其引入装有涡轮的增压压缩机121。该部分增压和冷却的空气流5(约5~ 20bara)进一 步通过压缩装置130压缩到在20 ~ 60bam范围内的第一 压力。在初级热交换器200中将所得到的第一供给空气流6冷却到在 125 - 190K范围内的温度，然后在涡轮膨胀机122中膨胀。然后将涡 轮机排气8引入塔300的下部，作为初级气态空气进料。塔300是双 塔的高压塔，该双塔还包括低压塔310。在图中所示的本专利技术的实施 方式中，该低温空气分离装置包括塔300和310。物流3的第二部分(20~25% )取作第二供给空气流20。在可以 包括多个中间冷却的压缩阶段的压缩机14 0中将该物流进 一 步压缩到 第二压力，其可以高于第一压力，在25~70巴范围内。该经过压缩 和冷却的物流21进一步在热交换器200中冷却，充分冷凝和低温冷 却作为物流22离开。然后可以将该物流通过阀门400降低压力，作 为物流23、 24和25引入高压^荅300中。该物流的一部分液可以通过 第二膨胀阀420以物流26和27进入低压塔310中。空气流3的第三部分(5~ 10% )取作压力低于第一压力的第三 供给空气流30。物流30优选引入热交换器200中，在其中将该物流 冷却、冷凝和低温冷却，作为物流31离开。然后将物流31引入降压 装置410中(如果需要)，作为物流32离开，然后作为进料以物流 24的方式引入塔系统中。塔300和310表示其中蒸汽和液体逆向接触以实现基于气/液传质 的各自供给流的分离的蒸馏塔。塔300和310将优选使用填料(规整 或乱堆的)或塔盘或其结合。空气流8和25引入中等压力塔300中。塔300用于将各物流分 为富本文档来自技高网...

【技术保护点】
空气的低温分离方法，包括：　Ａ）将第一供给空气流压缩到第一压力，将该经压缩的第一供给空气流冷却，将该经冷却和压缩的第一供给空气流涡轮膨胀，以及使该经涡轮膨胀的第一供给空气流进入包含至少一个塔的低温空气分离装置中；　Ｂ）将第二供给 空气流压缩到第二压力，将该经压缩的第二供给空气流冷凝，以及使该经冷凝和压缩的第二供给空气流进入该低温空气分离装置中；　Ｃ）在低于第一压力的压力下使第三供给空气流冷凝，以及使该经冷凝的第三原料空气流进入该低温空气分离装置中；和　Ｄ ）在该低温空气分离装置内通过低温精馏分离该供给空气，以制备氧气和氮气中的至少一种。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2006-1-12 11/330,3411. 空气的低温分离方法，包括A)将第一供给空气流压缩到第一压力，将该经压缩的第一供给空气流冷却，将该经冷却和压缩的第一供给空气流涡轮膨胀，以及使该经涡轮膨胀的第一供给空气流进入包含至少一个塔的低温空气分离装置中；B)将第二供给空气流压缩到第二压力，将该经压缩的第二供给空气流冷凝，以及使该经冷凝和压缩的第二供给空气流进入该低温空气分离装置中；C)在低于第一压力的压力下使第三供给空气流冷凝，以及使该经冷凝的第三原料空气流进入该低温空气分离装置中；和D)在该低温空气分离装置内通过低温精馏分离该供给空气，以制备氧气和氮气中的至少一种。2. 权利要求l的方法，其中该第二压力大于该第一压力。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：HE霍沃德，
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]