專利名稱：通過低溫蒸餾分離氣體混合物的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過低溫蒸餾分離氣體混合物的方法和裝置，尤其是 通過低溫蒸餾分離空氣的方法和裝置。
背景技術(shù)：
兩個(gè)用以凈化用于低溫分離裝置的氣體混合物的罐在高壓吸附階段和 低壓再生階段之間循環(huán)運(yùn)作。在再生過程和吸附過程之間的過渡因此需要 利用來自冷箱的原料氣對(duì)罐加壓。這種額外的流量必須是由用于空氣分離 單元的主空氣壓縮機(jī)所提供。因此，有必要使上述壓縮機(jī)配備合適的尺寸 以適應(yīng)由該罐加壓流量引起的名義流量的增加。
對(duì)于不生產(chǎn)氬的空氣分離單元，通常認(rèn)為罐的加壓不利于原料氣從冷 箱中流出，而塔沒有重大穩(wěn)定性問題。
對(duì)于生產(chǎn)氬的分離單元，流量波動(dòng)太嚴(yán)重以至于壓縮機(jī)不能提供此額 外流量。
已知的是，通過調(diào)節(jié)回流液體的流量來補(bǔ)償空氣流的減少
(US曙A-6073463 )。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的裝置可以在主空氣壓縮機(jī)不提供額外流量的前提下，補(bǔ) 償向塔中注入的流量的減少。這使得機(jī)器成本降低，并且具有更好的適應(yīng) 性和更好的能量?jī)?yōu)化。
該系統(tǒng)包括帶有底部再沸器的低溫液體貯罐。
歌罐是不包括任何板片或者填料的容器。低溫液體是溫度低于200K的液體。
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)主題，提供了 一種用于氣體混合物的低溫蒸餾的裝 置，包括用以在基于若干吸附劑罐的系統(tǒng)中凈化該氣體混合物、根據(jù)包括 加壓階段的循環(huán)進(jìn)行操作的凈化單元，塔系統(tǒng)，貯罐，僅在一加壓階段、 優(yōu)選地任何加壓階段之外將低溫液體送到l&罐的設(shè)備，僅在所述罐中的一 個(gè)罐處于加壓階段的期間的至少 一部分期間將蒸發(fā)的液體從貯罐送到塔系 統(tǒng)的塔中的設(shè)備，貯罐中用于使容納于其中的液體蒸發(fā)的再沸器，將熱氣 體(產(chǎn)生熱量的氣體，gaz calorig6ne)送到再沸器的設(shè)備和從貯罐中提取 液體的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明的其他方面
-低溫液體由液化氣體混合物的 一部分組成和/或熱氣體由氣體混合 物的一部分組成；
-該裝置包括將在再沸器中液化的熱氣體送到貯罐的設(shè)備； -液體被從貯罐送到塔系統(tǒng)中的一個(gè)(所述)塔中。 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)主題，提供了 一種用于在如上所述的裝置中低溫 蒸餾氣體混合物的方法，在該方法中，僅在所述(若干)罐中的一個(gè)處于 加壓階段的期間的至少一部分期間將氣體由貯罐送到塔系統(tǒng)的塔中，并且 僅在一加壓階段一一優(yōu)選地任何加壓階段一 一之外用液體填充貯罐。 根據(jù)本發(fā)明的其他特征
-在加壓階段之外，至少一部分氣體混合物在貯罐的底部再沸器中冷 凝，并且可選地，將液化的氣體混合物送到貯罐中； -氣體混合物是空氣；
-塔系統(tǒng)包括至少一個(gè)包含互相熱耦合的中壓塔和低壓塔的雙塔，其 中，在所述罐中的一個(gè)罐處于加壓階段的期間的至少一部分期間，j^罐中 的空氣被送到中壓塔；
-空氣由貯罐被送到中壓塔，直到貯罐中的壓力達(dá)到中壓塔的壓力； -僅在所述罐中的一個(gè)罐處于加壓階段的期間，將氣體由l&罐送到塔 系統(tǒng)的塔中；畫ji&罐的最大壓力在15到40巴之間，優(yōu)選地在20到30巴之間，和 /或最小壓力在4到10巴之間。


將參照附圖更詳細(xì)地說明本發(fā)明，該附圖示出根據(jù)本發(fā)明的空氣分離 裝置。
具體實(shí)施例方式
空氣分離裝置包括常規(guī)的雙塔，該雙塔由通過再沸器Rl熱耦合的中 壓塔MP和低壓塔LP，及氬塔AR這三個(gè)塔組成。所述兩個(gè)塔之間的回流 管路在本領(lǐng)域是公知的，因此不再描述或示出。
該裝置還包括貯罐15、相分離器17和主交換管路5。過冷器沒有示出。
該裝置低壓塔中的產(chǎn)物為富氧流和富氮流，其中的一個(gè)和/或另一個(gè)作 為液體和/或氣體形式的最終產(chǎn)物。
空氣1在包括具有吸附劑的罐的凈化單元A中凈化，然后被壓縮到比 中壓塔MP的壓力稍高一點(diǎn)的壓力。
該空氣被分成兩部分5和7。其壓力比中壓塔MP的壓力稍高一點(diǎn)的 部分5在交換管路E01中被冷卻，并且以氣體的形式被送往中壓塔MP。
部分7在增壓器BAC中被增壓到一中間壓力，然后在增壓器D01C中 被再次增壓，其中增壓器D01C由渦輪機(jī)DOl驅(qū)動(dòng)。
正好在填充之前和/或期間，處于高壓的流7被冷卻并送到交換管路 E01的熱端，在該交換管路E01中，流7在被連續(xù)分為兩份11、 16，或者 甚至分為三份4、 11、 16前部分地冷卻。份ll在渦輪機(jī)DOl中膨脹，以 便提供裝置所需的大部分制冷。膨脹到中間壓力的份ll與份5重新匯合， 形成4皮送到中壓塔MP的流13。
份16在交換管路E01中繼續(xù)冷卻直至到達(dá)冷端，可選地為雙塔產(chǎn)生 的液體蒸發(fā)提供制冷(沒有圖示)。在填充貯罐階段之外，所有這樣形成 的液化空氣作為流21經(jīng)過閥V21被送到中壓塔。很明顯流13可被分開送到兩個(gè)塔中。
根據(jù)本發(fā)明的方法至少有兩個(gè)操作階段
根據(jù)第一階段，貯罐15容納處于沸點(diǎn)的高壓(例如25barabs)液化 空氣。當(dāng)凈化單元A中的罐開始加壓，為了能夠持續(xù)大約6分鐘，通過打 開閥V2來打開回路2，以便為中壓塔MP供應(yīng)氣態(tài)空氣，從而補(bǔ)償塔的原 料流的減少，因?yàn)樵摿鞯囊徊糠钟糜诠薜募訅?。貯罐15的壓力因?yàn)橐后w的 蒸發(fā)而減小，蒸發(fā)所需熱量通過貯罐內(nèi)所有可用液體的過冷卻而提供。貯 罐15的壓力降低至中壓塔MP的壓力。蒸發(fā)并被供應(yīng)到中壓塔的液體的量 相應(yīng)于使凈化罐加壓所需的氣體的量。最終，剩余的液體處于沸點(diǎn)并且處 于中壓塔MP的壓力。
在這個(gè)階段，閥V19、 V29是關(guān)閉的，并且沒有空氣供給到貯罐15。
清洗回路3通過閥V3確保不斷稀釋貯罐中的雜質(zhì)，閥V3將排出流體 (purge)送至來自中壓塔MP的底部富液中。
根據(jù)第二階段，在罐的再生期間(持續(xù)大約140分鐘)執(zhí)行貯罐15 的填充，位于渦輪機(jī)D01入口處的較熱空氣16——其壓力高于貯罐的最終 的高壓一一被送至貯罐15中并借助于底部再沸器R2冷凝，貯罐中的液體 溫度低于渦輪機(jī)D01入口處的空氣溫度。這使得將貯罐中的壓力升高到25 巴并且用液體填充貯罐15成為可能。當(dāng)貯罐15中液體的溫度與渦輪機(jī)DOl 入口處的溫度接近時(shí)，系統(tǒng)自然地停止工作。少量額外的液態(tài)空氣(回路 4)通過在再沸器R2中液化空氣產(chǎn)生。然后這些液體被送到相分離器17, 并通過管路29經(jīng)閥V29被送至貯罐15的頂部以注滿貯罐，來自再沸器 R2的這些液體比l&罐中的液體溫度低。底部再沸器R2確保這些液體處于 平衡溫度。在這一階段，清洗回路3確保通過閥V3不斷稀釋貯罐中的雜 質(zhì)，閥V3將排出流體送至來自中壓塔MP的底部富液。這些富液接下來 在氬塔AR的塔頂冷凝器中蒸發(fā)。
上述填充階段可通過直接充注如圖示的來自主交換器E01冷端的高壓 液態(tài)空氣16、 9實(shí)現(xiàn)，或者通過從主交換器的一中間點(diǎn)提取流體，以獲得 良好的塔最終壓力時(shí)的平衡溫度，或者充注過冷卻流體(其接著如前所述,皮塔底交換器再次加熱)。
該裝置還可以應(yīng)用于通過蒸餾分離主要成分為氫和一氧化碳的混合物
的冷箱。為了補(bǔ)償在凈化轉(zhuǎn)化期間一氧化碳含量的下降，可以釋》文一氧化
碳流到一氧化碳?jí)嚎s機(jī)的進(jìn)氣口或者釋放合成氣的流，以穩(wěn)定向用于分離
一氧化碳和甲烷的塔的氣體供應(yīng)。
由于貯罐位于冷箱內(nèi)部，消除了液態(tài)一氧化碳擴(kuò)散的風(fēng)險(xiǎn)。
通常，本發(fā)明適用于前面存在凈化步驟的任何低溫冷箱，以穩(wěn)定供應(yīng)
到低溫塔或者由低溫塔產(chǎn)生的任何低溫流。
權(quán)利要求
1.一種用于低溫蒸餾氣體混合物(1)的裝置，包括用以在基于若干個(gè)吸附劑罐的系統(tǒng)中凈化該氣體混合物、按照包含加壓階段的循環(huán)進(jìn)行操作的凈化單元(A)，塔系統(tǒng)(MP，LP，AR)，貯罐(15)，僅在加壓階段之外向貯罐輸送低溫液體(19，V19，29，V29)的設(shè)備，僅在所述罐中的一個(gè)罐處于加壓階段的期間的至少一部分期間將蒸發(fā)的液體(2，V2)從貯罐送到塔系統(tǒng)的塔(MP)的設(shè)備，貯罐中用于使容納于其中的液體蒸發(fā)的再沸器(R2)，將熱氣體(4)送到再沸器的設(shè)備和從貯罐中提取液體(3)的設(shè)備。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其特征在于，低溫液體包括液化氣 體混合物的 一部分和/或熱氣體包括氣體混合物的 一部分。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的裝置，包括將再沸器中液化的熱氣體 送到j(luò)i&罐中的設(shè)備(29， V29)。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，液體由 5&罐被送到塔系統(tǒng)的一個(gè)(所述)塔(AR)中。
5. —種用于在根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的裝置中低溫蒸餾 氣體混合物的方法，在該方法中，僅在凈化單元(A)的所述罐中的一個(gè) 罐處于加壓階段的期間的至少一部分期間將氣體(2)從貯罐(15)送到所 述塔系統(tǒng)的塔(MP)中，并且僅在加壓階段之外利用液體填充貯罐。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在加壓期間之外，至 少一部分氣體混合物在貯罐的底部再沸器(R2)中冷凝，可選地，將液化 的氣體混合物送到貯罐中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，氣體混合物是空氣。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述塔系統(tǒng)包括至少 一個(gè)包含互相熱耦合的中壓塔(MP)和低壓塔(LP)的雙塔，其中在所 述罐中的一個(gè)罐處于加壓階段的期間的至少一部分期間將貯罐(15)中的空氣送到中壓塔(MP)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將空氣從l&罐(15) 送到中壓塔(MP)，直至貯罐中的壓力基本達(dá)到中壓塔的壓力。
10. 根據(jù)權(quán)利要求5到9中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，僅在 所述罐中的一個(gè)罐處于加壓階段的期間，將氣體從貯罐(15)送到塔系統(tǒng) 的塔(MP)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于氣體混合物(1)的低溫蒸餾裝置，包括用以在具有多個(gè)吸附劑罐的系統(tǒng)中凈化氣體混合物的凈化設(shè)備(A)，塔系統(tǒng)(MP，LP，AR)，容器(15)，向該容器輸送低溫液體(19，V19，29，V29)的設(shè)備，將蒸發(fā)的液體(2，V2)從該容器輸送到塔系統(tǒng)中的塔(MP)的設(shè)備，位于該容器中的用于使所容納的液體蒸發(fā)的蒸發(fā)器(R2)，向該蒸發(fā)器輸送產(chǎn)生熱量的氣體(4)的設(shè)備，以及從該容器中抽取液體(3)的設(shè)備。
文檔編號(hào)F25J3/02GK101595356SQ200780047457
公開日2009年12月2日 申請(qǐng)日期2007年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月22日
發(fā)明者H·勒比昂, J-M·佩龍 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司