專利名稱：用于低溫分離空氣的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1的前序部分所述的用于低溫分離空氣的方法。
背景技術(shù)：
例如由Hausen/Linde的低溫技術(shù)，1985年第二版第四章(第281頁(yè)至 337頁(yè))公開(kāi)了用于低溫分離空氣的方法和裝置。該發(fā)明的蒸餾塔系統(tǒng)可以 被構(gòu)造為用于氮氧分離的單塔系統(tǒng)、被構(gòu)造為兩塔系統(tǒng)(例如構(gòu)造為傳統(tǒng) 的林德雙塔系統(tǒng))或者被構(gòu)造為三塔或更多塔系統(tǒng)。除了用于氮氧分離的 塔之外，也可以設(shè)置另外的裝置來(lái)獲得其他空氣成分，特別是獲得惰性氣 體、例如獲得氬或者獲得氪-氙。
本發(fā)明特別是涉及一種方法，通過(guò)該方法獲得至少一種氣態(tài)的壓力產(chǎn) 品，其方式是將一個(gè)液態(tài)的產(chǎn)品流從用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出、 使其在液態(tài)中置于一個(gè)增高的壓力并且在該增高的壓力下通過(guò)間接的熱交 換蒸發(fā)或者(在超臨界的壓力下)偽蒸發(fā)。例如由DE830805、 DE 901542
(=US 2712738/US 2784572)、 DE 952908、 DE 1103363 (=US 3083544)、 DE 1112997 (=3214925)、 DE 1124529、 DE 1117616 (=US 3280574)、 DE 1226616 (=US 3216206)、 DE 1229561 (=US 3222878)、 DE 1199293、 DE 1187248 (=US 3371496)、 DE 1235347、 DE 1258882 (=US 3426543)、 DE 1263037 (US 3401531)、 DE 1501722 (=US 3416323)、 DE 1501723 (=US 3500651)、 DE 2535132 (=US 4279631 )、 DE 2646690、 EP 93448 Bl (=US 4555256)、 EP384483 B1 (=US 5036672)、 EP505812 (=US 5263328)、 EP 716280 Bl (=US 5644934)、 EP 842385 Bl (=US 5953937)、 EP 758733 Bl
(=US5845517)、EP 895045 B1(=US 6038885)、DE 19803437 A1、EP 949471 Bl (=US 6185960 Bl)、 EP 955509 Al (=US 6196022 Bl )、 EP 1031804 Al
(=US 6314755)、 DE 19909744、 EP 1067345 Al (US 6336345)、 EP 1074875 Al (=US 6332337)、 DE 19954593 Al、 EP 1134525 Al (=US 6477860)、 DE 10013073 Al、 EP 1139046 Al、 EP 1146301 Al、 EP 1150082 Al、 EP 1213552 A1、DE 10115258 A1、EP 12844404 Al (US 2003051504 Al )、 EP 1308680 Al(=US 6612129 B2)、 DE 10213212 Al、 DE 10213211 Al、 EP 1357342 Al 或DE 10238282 Al公開(kāi)了這種內(nèi)壓縮方法。由WO 2004/099690公開(kāi)了一 種本文開(kāi)頭所述類型的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，經(jīng)濟(jì)上特別有利地設(shè)計(jì)一種此類的方法和一種相應(yīng)的 裝置。
該目的通過(guò)以下方式解決，即兩個(gè)再壓縮機(jī)(Nadwerdichter)以高于 250K、特別是高于270K的入口溫度運(yùn)行。
即兩個(gè)再壓縮機(jī)熱運(yùn)行。由此可以使用試驗(yàn)過(guò)的技術(shù)，例如兩個(gè)相同的 渦輪升壓機(jī)組合。此外，換熱器體積較小并且從而節(jié)省了投資成本。
減壓機(jī)(Entspannungsmaschine)優(yōu)選被構(gòu)造為渦輪。它們具有"基本上 相同的入口壓力"，也就是說(shuō)，它們的入口壓力最多在管路中的、換熱器通 道或類似物中的不同壓力損失方面有區(qū)別。兩個(gè)減壓機(jī)的入口溫度相同或 者不同并且處于主換熱器的熱端和冷端之間的一個(gè)或者兩個(gè)中間水平上。
本發(fā)明可以應(yīng)用在具有恰好兩個(gè)空氣流和將第二空氣流分為恰好兩個(gè) 分流的方法中。替代地，在本發(fā)明中也可以使用一個(gè)或者更多個(gè)附加的空 氣流和/或一個(gè)或更多個(gè)附加的分流。例如可能的是，使用三個(gè)或更多個(gè)減 壓機(jī)。這些減壓機(jī)可以、但不必在入口側(cè)并聯(lián)連接。
本發(fā)明的兩個(gè)或更多個(gè)減壓機(jī)也可以在出口側(cè)并聯(lián)連接，也就是說(shuō)，具 有基本上相同的出口壓力并且具有基本上相同的出口溫度。對(duì)此替代地， 所述在入口側(cè)并聯(lián)連接的減壓機(jī)中的至少兩個(gè)具有不同的壓力。
來(lái)自做功地減壓的機(jī)械能的傳遞優(yōu)選通過(guò)所述兩個(gè)并聯(lián)連接的減壓機(jī) 中的第一減壓機(jī)與所述兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)中的第一再壓縮機(jī)的直接 的機(jī)械耦聯(lián)并且通過(guò)所述兩個(gè)減壓機(jī)中的第二減壓機(jī)與所述兩個(gè)再壓縮機(jī) 中的第二再壓縮機(jī)的直接的機(jī)械耦聯(lián)實(shí)現(xiàn)。
特別有利的是將本發(fā)明應(yīng)用在兩塔或更多塔系統(tǒng)中，所述兩塔或更多塔 系統(tǒng)具有一個(gè)高壓塔和一個(gè)低壓塔，其中，低壓塔的工作壓力低于高壓塔 的工作壓力。
優(yōu)選所述兩個(gè)分流中的第一分流在其做功地減壓的下游被導(dǎo)入到高壓 塔中。在此，相應(yīng)減壓渦輪的出口壓力處于大約高壓塔的工作壓力的水平 上。
然后，所述兩個(gè)分流中的第二分流同樣被減壓到大約高壓塔壓力并且例如與所述第一分流一起被導(dǎo)入到高壓塔中。
對(duì)此替代地，第二空氣流的所述兩個(gè)分流的第二分流至少部分地被導(dǎo)入 到低壓塔中。由此，可能的是，相應(yīng)減壓渦輪的出口壓力被更低地選擇并 且在減壓時(shí)通過(guò)增高的壓力比可以做更多的功并且從而產(chǎn)生更多的冷。
在三塔或更多塔系統(tǒng)中(即當(dāng)用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)具有一個(gè)高壓 塔、 一個(gè)中壓塔和一個(gè)低壓塔時(shí)，這些塔在不同的壓力下工作)，第一分流 可以至少部分地被導(dǎo)入到高壓塔中并且第二分流至少部分地被導(dǎo)入到中壓 塔和/或低壓塔中。
在很多情況下有利的是，第一空氣流在第一再壓縮機(jī)的上游并且第一空 氣流在第二再壓縮機(jī)的下游處于間接的熱交換。在此，該第一空氣流在第 一再壓縮機(jī)前面被加熱并且在第二再壓縮機(jī)后面又被冷卻。由此，該第一 空氣流以一個(gè)溫度進(jìn)入到主換熱器中，該溫度低于第二再壓縮機(jī)之后或者
其再冷卻器之后的溫度。典型的方式是，該溫度差為1-10K、優(yōu)選為2-5K。 由此，產(chǎn)品流能夠以更低的溫度從主換熱器中排出，這對(duì)于空氣的預(yù)冷和 用于凈化空氣的分子篩的冷卻具有有利的影響。
替代或附加地，使用傳統(tǒng)的中間冷卻器或再冷卻器，其通過(guò)與一種外部 的冷媒、例如冷卻水的間接熱交換將在所述再壓縮機(jī)中出現(xiàn)的壓縮熱 (Kompresskm)排出。在此，可以使用一個(gè)或兩個(gè)再冷卻器，其方式是僅 僅第一再壓縮機(jī)、僅僅第二再壓縮機(jī)或者兩個(gè)再壓縮機(jī)各具有一個(gè)再冷卻 器。原則上也可能的是，完全放棄再冷卻器和上述的間接熱交換。但是， 通常至少第一再壓縮機(jī)具有一個(gè)再冷卻器(中間冷卻器)。
本發(fā)明還涉及一種如權(quán)利要求9所述的、用于低溫分離空氣的裝置。


下面借助于附圖中示意性示出的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明以及本發(fā)明的 其他細(xì)節(jié)。其中
圖1示出本發(fā)明方法的第一實(shí)施例， 圖2示出具有冷壓縮機(jī)的第二實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式
在圖1的實(shí)施例中，大氣空氣作為主空氣流經(jīng)由管路1被一個(gè)空氣壓 縮機(jī)2吸入、在那里被壓縮到10至30巴、優(yōu)選大約19巴的第一壓力、在 一個(gè)預(yù)冷卻器3中被冷卻到大約環(huán)境溫度并且被供入到一個(gè)吸附式空氣凈化裝置4。被凈化后的主空氣流5在6處分支為一個(gè)第一空氣流7和一個(gè)第 二空氣流8。
第一空氣流在一個(gè)升壓換熱器9中被加熱到大約冷卻水溫度并且在一 個(gè)第一再壓縮機(jī)10中被壓縮到15-60巴、優(yōu)選25巴的中間壓力。接著，壓 縮熱至少部分地在一個(gè)第一再冷卻器11中被取出。然后，第一空氣流12 在一個(gè)第二再壓縮機(jī)13中被進(jìn)一步壓縮到22-90巴、優(yōu)選大約40巴的最終 壓力并且接著在一個(gè)第二再冷卻器14和所述升壓換熱器9中被加熱到大約 超過(guò)冷卻水溫度。第一空氣流15在該最終溫度下進(jìn)入到一個(gè)主換熱器16 中并且在那里被冷卻和液化、例如(在超臨界壓力時(shí))偽液化。冷的第一 空氣流17被減壓到4-10巴、優(yōu)選大約6巴的壓力(其方式是例如在一個(gè)節(jié) 流閥18中)并且在該壓力下至少部分地液態(tài)地經(jīng)由管路19導(dǎo)入到一個(gè)用 于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)的高壓塔21中，該蒸餾塔系統(tǒng)還具有一個(gè)低壓塔 22、 一個(gè)未示出的冷凝蒸發(fā)器和一個(gè)過(guò)冷卻逆流換熱器23。
第二空氣流8不被再壓縮。該第二空氣流在所述第一壓力下被導(dǎo)入到 主換熱器16中并且在那里被冷卻到125-200K、優(yōu)選大約140K的中間溫度。 該第二空氣流在該中間溫度下被分支為兩個(gè)分流24、 27并且其在兩個(gè)并聯(lián) 連接的渦輪25、 28中遭受做功式減壓，這兩個(gè)分流被減壓到大約高壓塔21 的工作壓力。這兩個(gè)被減壓了的分流26、 29再次匯合并且經(jīng)由管路30基 本上以氣態(tài)被導(dǎo)入到高壓塔21中。
氧31作為"液態(tài)產(chǎn)品流"被從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)20的 低壓塔22中直接地或者經(jīng)由一個(gè)液箱取出、通過(guò)泵32在液態(tài)下被置于一 個(gè)增高的、4-70巴、優(yōu)選大約40巴的壓力。在該增高的壓力下，液態(tài)或者 超臨界的氧33在主換熱器16中通過(guò)與所述第一空氣流的間接熱交換被蒸 發(fā)或者偽蒸發(fā)并且被加熱到大約環(huán)境溫度。最后，所述氧作為氣態(tài)的產(chǎn)品 流34被取走。從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)20中可以經(jīng)由主換熱器 取出一個(gè)或更多個(gè)另外的產(chǎn)品或者剩余流35。附加或者替代圖中所示的氧 內(nèi)壓縮地，也能夠以類似的方式對(duì)來(lái)自主冷凝器或者來(lái)自所述用于氮氧分 離的蒸餾塔系統(tǒng)20的高壓塔的氮進(jìn)行內(nèi)壓縮。
在圖1的實(shí)施例中，第一渦輪25和第一再壓縮機(jī)10以及第二渦輪28 和第二再壓縮機(jī)13經(jīng)由各一個(gè)共同的軸以成對(duì)的方式機(jī)械耦聯(lián)。
升壓換熱器9和再冷卻器14是可選的。它們可以個(gè)別地或者全部被取消。
圖2示出一種實(shí)施例，其包括兩個(gè)相對(duì)于圖1的方法變型的方案。這兩種方案可以彼此無(wú)關(guān)地應(yīng)用。相同的或類似的方法步驟帶有與圖1類似 的參考標(biāo)號(hào)。
第一變型方案涉及第二渦輪28的出口壓力。該出口壓力在此被減壓到 1.2-4巴、優(yōu)選大約1.4巴，即大致等于低壓塔22的工作壓力。被減壓了的 再分流129接著被吹入到低壓塔中。所述兩個(gè)渦輪25、 28的入口壓力仍與 以前相同，入口溫度可以保持相同或者不同。
在一個(gè)第二變型方案中，第二再壓縮機(jī)113被構(gòu)造為冷壓縮機(jī)。因此， 第一空氣流12a、 12b、 12c己經(jīng)在所述中間壓力下被導(dǎo)入到主換熱器16中 并且在一個(gè)120-180K、優(yōu)選大約48K的第二中間溫度下又被從該主換熱器 16中取走。該第二中間溫度可以小于或等于所述渦輪25、 28的入口溫度， 優(yōu)選該第二中間溫度(與圖中所示相反地)更高。在冷壓縮機(jī)113的下游， 第二空氣流115在一個(gè)第三中間溫度下(該第三溫度高于渦輪入口溫度并 且為140-220K、優(yōu)選大約180K)又被導(dǎo)入到所述主換熱器16中。
與圖2中的實(shí)施例不同地，所述第二空氣流也可以在冷的再壓縮機(jī)113 的上游被一直引導(dǎo)到主換熱器16的冷端并且在此情況下至少部分地被液 化該第二空氣流然后被稍稍節(jié)流、又被導(dǎo)入到主換熱器的冷端、又蒸發(fā) 并且最后一直被加熱到壓縮機(jī)113的入口溫度，如在EP1067345B1中詳細(xì) 描述的那樣。
權(quán)利要求
1. 一種用于借助一個(gè)用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)低溫分離空氣的方法，該蒸餾塔系統(tǒng)具有至少一個(gè)分離塔(21，22)，其中，在一個(gè)空氣壓縮機(jī)(2)中壓縮一個(gè)主空氣流(1，5)并且在一個(gè)凈化裝置(4)中凈化該主空氣流，從所述主空氣流(5)中分支出一個(gè)第一和一個(gè)第二空氣流(7，8)，在兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)(10，13)中再壓縮所述第一空氣流(7)，通過(guò)間接的熱交換(16)冷卻并且至少部分地液化或者偽液化所述被再壓縮了的第一空氣流(15)并且接著將第一空氣流該導(dǎo)入到所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中，所述第二空氣流(8)被通過(guò)間接的熱交換(16)冷卻并且接著被分為兩個(gè)分流(24，27)并且在兩個(gè)減壓機(jī)(25，28)中做功地減壓，其中，這兩個(gè)減壓機(jī)具有基本上相同的入口壓力，將所述第二空氣流的做功地減壓后的分流(26，29)至少部分地導(dǎo)入(30，129)到所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中，所述第二空氣流在做功地減壓(25，28)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能被至少部分地利用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)(10，13)，從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中取出一個(gè)液態(tài)的產(chǎn)品流(31)、該液態(tài)的產(chǎn)品流在液態(tài)下被達(dá)到(32)一個(gè)增高的壓力并且在該增高的壓力下通過(guò)與所述第一空氣流(15)的間接熱交換(16)被蒸發(fā)或者偽蒸發(fā)并且最后被作為氣態(tài)的產(chǎn)品流(34)取出，其特征在于這兩個(gè)再壓縮機(jī)(10，13)以一個(gè)高于250K的入口溫度運(yùn)行，尤其是以一個(gè)高于270K的入口溫度運(yùn)行。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于所述用于氮氧分離的蒸餾 塔系統(tǒng)(20)具有一個(gè)高壓塔(21)和一個(gè)低壓塔(22)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述第二空氣流的兩個(gè)分 流的一第一分流(26)被至少部分地導(dǎo)入(30)到該高壓塔(21)中。
4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述第二空氣流的兩個(gè)分 流的第二分流(29)被至少部分地導(dǎo)入(30)到該高壓塔(21)中。
5. 如權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第二空氣流 的兩個(gè)分流的第二分流被至少部分地導(dǎo)入(129)到該低壓塔(22)中。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述用于氮氧分 離的蒸餾塔系統(tǒng)具有一個(gè)高壓塔、 一個(gè)中壓塔和一個(gè)低壓塔，其中，所述 第一分流被至少部分地導(dǎo)入到該高壓塔中并且所述第二分流被至少部分地 導(dǎo)入到該中壓塔和域該低壓塔中。
7. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述第一空氣流 在所述第一再壓縮機(jī)的上游并且所述第一空氣流在所述第二再壓縮機(jī)的下 游彼此被置于間接的熱交換(9)。
8. 如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于僅僅是第一再壓 縮機(jī)具有一個(gè)再冷卻器、僅僅是第二再壓縮機(jī)具有一個(gè)再冷卻器或者這兩 個(gè)再壓縮機(jī)各具有一個(gè)再冷卻器(11， 14)。
9. 一種用于低溫分離空氣的裝置，用于借助一個(gè)用于氮氧分離的蒸餾 塔系統(tǒng)(20)低溫分離空氣，該蒸餾塔系統(tǒng)具有至少一個(gè)分離塔(21， 22)， 該裝置具有一個(gè)用于壓縮一個(gè)主空氣流(1)的空氣壓縮機(jī)(2)， 用于凈化所述被壓縮了的主空氣流的凈化裝置(4)， 用于從所述主空氣流(5)中分支出一個(gè)第一和一個(gè)第二空氣流(7， 8) 的裝置，兩個(gè)串聯(lián)連接的、用于再壓縮所述第一空氣流(7)的再壓縮機(jī)(10， 13)，用于通過(guò)間接的熱交換冷卻并且液化或者偽液化所述被再壓縮了的第 一空氣流(15)并且將該第一空氣流導(dǎo)入到所述用于氮氧分離的蒸餾塔系 統(tǒng)(20)中的裝置，用于通過(guò)間接的熱交換(16)將所述第二空氣流(8)冷卻到一個(gè)中間 溫度的裝置(16)，兩個(gè)在入口側(cè)并聯(lián)連接的減壓機(jī)(25， 28)，用于使所述被冷卻了的 第二空氣流以兩個(gè)分流(24， 27)做功地減壓，用于將所述第二空氣流的做功地減壓了的分流(26， 29)導(dǎo)入到所述 用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中的裝置(26， 29， 30， 129)，用于將所述第二空氣流做功地減壓(25， 28)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能傳遞到 所述兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)(10， 13)上的裝置，用于從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中取出一個(gè)液態(tài)的產(chǎn)品 流(31)的、用于使該液態(tài)的產(chǎn)品流在液態(tài)下被提高壓力到(32) —個(gè)增 高的壓力、用于在該增高的壓力下通過(guò)與所述第一空氣流(15)的間接熱 交換蒸發(fā)或者偽蒸發(fā)該產(chǎn)品流并且用于將該產(chǎn)品流作為氣態(tài)的產(chǎn)品流(34) 取出的裝置(31， 32， 33， 16， 34)，其特征在于-所述兩個(gè)再壓縮機(jī)(10， 13)與用于供入在高于250K、尤其是高于270K 的入口溫度下的第一空氣流的裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于借助一個(gè)用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)低溫分離空氣的方法和裝置，該蒸餾塔系統(tǒng)具有至少一個(gè)分離塔(21，22)。在一個(gè)空氣壓縮機(jī)(2)中壓縮一個(gè)主空氣流(1，5)并且在一個(gè)凈化裝置(4)中凈化該主空氣流。從所述主空氣流(5)中分支出一個(gè)第一和第二空氣流(7，8)。在兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)(10，13)中再壓縮所述第一空氣流(7)。通過(guò)間接的熱交換(16)冷卻并且至少部分地液化或者偽液化所述被再壓縮了的第一空氣流(15)并且接著將其導(dǎo)入到所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中。通過(guò)間接的熱交換(16)冷卻所述第二空氣流(8)并且接著將其分為兩個(gè)分流(24，27)并且使其在兩個(gè)減壓機(jī)(25，28)中做功地減壓，其中，這兩個(gè)減壓機(jī)具有基本上相同的入口壓力。將所述第二空氣流的做功地減壓的這些分流(26，29)至少部分地導(dǎo)入(30，129)到所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中。所述第二空氣流做功地減壓(25，28)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能被至少部分地利用來(lái)驅(qū)動(dòng)所述兩個(gè)串聯(lián)連接的再壓縮機(jī)(10，13)。從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)(20)中取出一個(gè)液態(tài)的產(chǎn)品流(31)、使其在液態(tài)下置于(32)一個(gè)增高的壓力并且在該增高的壓力下通過(guò)與所述第一空氣流(15)的間接熱交換(16)蒸發(fā)或者偽蒸發(fā)并且最后將其作為氣態(tài)的產(chǎn)品流(34)取出。所述兩個(gè)再壓縮機(jī)(10，13)以一個(gè)高于250K的入口溫度運(yùn)行，尤其是以一個(gè)高于270K的入口溫度運(yùn)行。
文檔編號(hào)F25J3/04GK101421575SQ200780013596
公開(kāi)日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2007年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月15日
發(fā)明者A·阿列克謝耶夫, D·施文克, D·羅特曼, F·施利比茨 申請(qǐng)人:林德股份公司