專利名稱：通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設(shè)備的制作方法
通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設(shè)備本發(fā)明涉及一種用于通過使用低溫蒸餾分離空氣來產(chǎn)生氧的方法和設(shè)備。本發(fā)明的目的是降低低壓低純度氧的分離的比能，尤其是在終端用戶未認(rèn)識到 加壓氮本身有價值的情況中。通過使用在低壓塔中采用了三個蒸發(fā)器的系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，其中-底部蒸發(fā)器處理經(jīng)冷壓縮的中壓氮-上部的中間蒸發(fā)器處理中壓氮_下部的中間蒸發(fā)器處理中壓空氣或經(jīng)冷壓縮的中壓氮。取決于不同情況，能夠節(jié)省0.5%到7%的比能。US-A-5006139描述了一種使用低壓塔產(chǎn)生氮的方法，該低壓塔的底部蒸發(fā)器通 過在冷壓縮機(jī)(compresseur froid，cold compressor)中被壓縮的中壓氮流進(jìn)行加熱。根據(jù)
本發(fā)明，還提議使用若干透平機(jī)以更好地優(yōu)化交換管線。本發(fā)明的方法產(chǎn)生氣態(tài)氧，并優(yōu)選地不從中壓塔產(chǎn)生氮。本發(fā)明的主題是提供一種用于在設(shè)備中通過使用低溫蒸餾分離空氣來產(chǎn)生氧的 方法，該設(shè)備包括雙塔，該雙塔包括中壓塔和低壓塔，低壓塔包括底部蒸發(fā)器、中間蒸 發(fā)器和上部蒸發(fā)器，在該方法中a)壓縮空氣在凈化單元中被凈化、在交換管線中被冷卻并被供給至雙塔的中壓 塔b)富氧流體被從低壓塔抽出、進(jìn)行加熱并被送至用戶c)從中壓塔排出的氮被分為至少三部分d)氮的第一部分在第一透平機(jī)中膨脹e)氮的第二部分在冷壓縮機(jī)中壓力升高，并被送至底部蒸發(fā)器，由此被冷凝的 氮被送至雙塔的至少一個塔f)在排出氮的第三部分的塔的下游和上部蒸發(fā)器的上游不存在壓力改變步驟的 情況下，氮的第三部分被送至上部蒸發(fā)器，由此被冷凝的氮被送至雙塔的至少一個塔g)氣體流被送至中間蒸發(fā)器，該流包括經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣或者包括從中 壓塔排出并在冷壓縮機(jī)中被壓縮的氮。根據(jù)其它可選的方面-被送至中間蒸發(fā)器的氣體流為來自中壓塔的氮-被送至中間蒸發(fā)器的氣體流為經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣-在第一透平機(jī)中膨脹的氮的第一部分用于使凈化單元再生-第一透平機(jī)驅(qū)動冷壓縮機(jī)——在該冷壓縮機(jī)中，流體的第二部分的壓力升 高——并為該方法提供基本上所有的冷能-低壓塔不具有頂部冷凝器-所有來自中壓塔頂部的氣態(tài)氮僅被分為三部分-所有來自中壓塔頂部的氣態(tài)氮僅被分為四部分，第四部分被送至中間蒸發(fā)器-通過在至少一個透平機(jī)中使來自中壓塔的氮膨脹來產(chǎn)生基本上所有的冷能
-來自低壓塔的液態(tài)氧流可能在加壓后被蒸發(fā)，以產(chǎn)生被送至用戶的流體。本發(fā)明的另一方面提供了一種用于通過使用低溫蒸餾分離空氣來產(chǎn)生氧的設(shè) 備，該設(shè)備包括雙塔，該雙塔包括中壓塔和低壓塔，該低壓塔包括底部蒸發(fā)器、中間 蒸發(fā)器和上部蒸發(fā)器；凈化單元；交換管線；至少一個第一透平機(jī)；至少一個冷壓縮 機(jī)；用于將在凈化單元中被凈化并在交換管線中被冷卻的壓縮空氣送至雙塔的中壓塔的 裝置；用于從低壓塔抽出富氧流體的裝置；用于可能地加熱富氧流體的裝置，所述裝置 至少部分地包括交換管線和用于將被加熱的富氧流體送至用戶的裝置；用于將從中壓塔 排出的氮分成至少三部分的裝置；用于將氮的第一部分送至第一透平機(jī)的裝置；用于將 氮的第二部分送至冷壓縮機(jī)的裝置，在該冷壓縮機(jī)中，可使所述氮的第二部分的壓力升 高；用于將壓力升高的第二部分送至底部蒸發(fā)器的裝置；用于將由此冷凝的氮送至雙塔 中的至少一個塔的裝置；用于在排出氮的第三部分的塔的下游和上部蒸發(fā)器的上游不存 在壓力改變裝置的情況下將氮的第三部分送至上部蒸發(fā)器的裝置；用于將由此冷凝的氮 送至雙塔的至少一個塔的裝置；用于將氣體流送至中間蒸發(fā)器的裝置，該流包括經(jīng)凈化 和冷卻的壓縮空氣或者包括從中壓塔排出并在第二冷壓縮機(jī)中被壓縮的氮。所述設(shè)備可能包括-用于將中間蒸發(fā)器連接至中壓塔的頂部的裝置
-用于將第一透平機(jī)的出口連接至凈化單元的裝置-第一透平機(jī)聯(lián)接至冷壓縮機(jī)，在該冷壓縮機(jī)中，流體的第二部分的壓力升高， 該第一透平機(jī)構(gòu)成設(shè)備中的唯一的透平機(jī)-低壓塔不具有頂部冷凝器-可能在交換管線中用于使液態(tài)氧蒸發(fā)的裝置，和可能在用于使液態(tài)氧蒸發(fā)的裝 置的上游用于加壓液態(tài)氧的裝置。將參照

圖1、2和3對本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的描述，圖1、2和3是根據(jù)本發(fā)明的空 氣分離設(shè)備的示意圖。圖1示出了一空氣分離設(shè)備，其中，經(jīng)加壓和凈化的空氣流1被分為三股流3、
5和7。流3在從交換管線11的一端流到另一端的過程中被冷卻并被送至雙塔的中壓塔 15。流5在從交換管線11的一端流到另一端的過程中被冷卻并被送至雙塔15、17的低 壓塔17的中間蒸發(fā)器21。另一空氣流7在熱增壓器9中壓力升高、在從交換管線11的 一端流到另一端的過程中被冷卻并被送至蒸發(fā)器13，在蒸發(fā)器13中，流7通過與加壓液 態(tài)氧進(jìn)行熱交換來至少部分地冷凝。冷凝后的空氣被整體送至中壓塔中，或者在中壓塔 和低壓塔17之間進(jìn)行分配。在交換器29中過冷之后，富液25、貧液61和可能的類似于液態(tài)空氣的液體27 被作為回流從中壓塔15送至低壓塔17。液態(tài)氧流33從低壓塔排出、由泵35加壓并在交換管線11上游在蒸發(fā)器13中蒸 發(fā)。流體33也可以在不存在泵35的情況下通過靜壓頭的作用進(jìn)行壓縮。低壓氮31從低壓塔17的頂部排出并在交換器29、11中進(jìn)行加熱。中壓氣態(tài)氮流39從中壓塔15的頂部排出并被分成兩部分。一部分53被送至低 壓塔17的上部蒸發(fā)器23，并在以回流的方式返回中壓塔之前在該上部蒸發(fā)器中冷凝。氮 的剩余部分41被分成兩部分，一部分43被送至冷壓縮機(jī)51以形成流55，該流55被送至低壓塔17的底部蒸發(fā)器19。其在蒸發(fā)器19中冷凝并隨后用作至少一個所述塔的回流。氮的剩余部分45被送至交換管線、被加熱至中間水平并被送至透平機(jī)47。在透 平機(jī)47中膨脹的氮被送至交換管線的冷端并被加熱變?yōu)榱?9。這相比于W0-A-2007/I29152所公開的系統(tǒng)潛在地節(jié)能0.5%。圖2示出了一空氣分離設(shè)備，其中，經(jīng)加壓和凈化的空氣流1被分為兩股流3、 7。流3在從交換管線11的一端流到另一端的過程中被冷卻并被送至雙塔的中壓塔15。 另一空氣流7在熱增壓器9中壓力升高、在從交換管線11的一端流到另一端的過程中被 冷卻并被送至蒸發(fā)器13，在蒸發(fā)器13中，流7通過與加壓液態(tài)氧進(jìn)行熱交換來至少部分 地冷凝。冷凝后的空氣被整體送至中壓塔，或者在中壓塔和低壓塔17之間進(jìn)行分配。在交換器29中過冷之后，富液25、貧液61和可能的類似于液態(tài)空氣的液體27 被作為回流從中壓塔15送至低壓塔17。液態(tài)氧流33從低壓塔排出、由泵35加壓并在交換管線11上游在蒸發(fā)器13中蒸 發(fā)。流體33也可以在不存在泵35的情況下利用靜壓頭進(jìn)行壓縮。低壓氮31從低壓塔17的頂部排出并在交換器29、11中進(jìn)行加熱。中壓氣態(tài)氮流39從中壓塔15的頂部排出并被分成兩部分。一部分53被送至低 壓塔17的上部蒸發(fā)器23，并在以回流的方式返回中壓塔之前在該上部蒸發(fā)器中冷凝?？?氣的剩余部分再被分成兩部分。一部分被送至冷壓縮機(jī)151以變成流155，流155在被以 回流的方式送至所述塔之前加熱中間蒸發(fā)器21。氮的剩余部分41被分成兩部分，一部分 43被送至冷壓縮機(jī)51以形成流55，該流55被送至低壓塔17的底部蒸發(fā)器19。其在蒸 發(fā)器19中冷凝并隨后用作至少一個所述塔的回流。氮的剩余部分45被送至交換管線、被加熱至中間水平并被送至透平機(jī)47。在透 平機(jī)47中膨脹的氮被送至交換管線的冷端并被加熱變?yōu)榱?9。在中壓氮管線上具有兩個 冷壓縮機(jī)51、151使得能夠調(diào)節(jié)壓縮機(jī)之間的功率分配，以最好地適應(yīng)低壓塔的再沸需 求。這相比于W0-A-2007/I29152的系統(tǒng)可節(jié)能1.7%。圖3示出了一空氣分離設(shè)備，其中，經(jīng)壓縮機(jī)M加壓并在凈化單元2中被凈化 的空氣流1被分為兩股流3、7。流3在從交換管線11的一端流到另一端的過程中被冷卻 并被送至雙塔的中壓塔15。另一股流7在熱增壓器9中壓力升高、在從交換管線11的一 端流到另一端的過程中被冷卻并被送至蒸發(fā)器13，在蒸發(fā)器13中，流7通過與加壓液態(tài) 氧進(jìn)行熱交換來至少部分地冷凝。冷凝后的空氣被整體送至中壓塔，或者在中壓塔和低 壓塔17之間進(jìn)行分配。在交換器29中過冷之后，富液25、貧液61和可能的類似于液態(tài)空氣的液體27 被通過回流的方式從中壓塔15送至低壓塔17。液態(tài)氧流33從低壓塔排出、由泵35加壓并在交換管線11上游在蒸發(fā)器13中蒸 發(fā)。流體33也可以在不存在泵35的情況下利用靜壓頭進(jìn)行壓縮。低壓氮31從低壓塔17的頂部排出并在交換器29、11中進(jìn)行加熱。中壓氣態(tài)氮流39從中壓塔15的頂部排出并被分成兩部分。一部分53被送至低 壓塔17的上部蒸發(fā)器23，并在以回流的方式返回中壓塔之前在該上部蒸發(fā)器中冷凝?？?氣的剩余部分再被分成兩部分。一部分被送至冷壓縮機(jī)151并在其中變成流155，該流155在以回流的方式被送至所述塔之前、在被用于加熱中間蒸發(fā)器21之前在交換管線11 中被冷卻。氮的剩余部分41被分成兩部分，一部分43被送至冷壓縮機(jī)51以形成流55， 該流55在經(jīng)交換管線11冷卻后被送至低壓塔17的底部蒸發(fā)器19。其在蒸發(fā)器19中冷 凝并隨后用作至少一個所述塔的回流。氮的剩余部分45被送至交換管線、被加熱至中間水平并被分為兩部分。氮45 的一部分49被送至透平機(jī)47。在透平機(jī)47中膨脹的氮被送至交換管線的冷端并在被定 期用于使凈化單元2再生之前被加熱。氮的剩余部分46在交換管線11中繼續(xù)被加熱并 被分成兩部分，一部分149以與透平機(jī)47相比較高的進(jìn)口溫度被送至透平機(jī)147。這部 分氮被膨脹、加熱并排放到大氣中。氮的剩余部分249以與透平機(jī)47、147相比較高的 進(jìn)口溫度被送至透平機(jī)247。這部分氮249被膨脹、加熱并排放到大氣中。這相比于W0-A-2007/I29152的系統(tǒng)可節(jié)能7%。
權(quán)利要求
1.一種用于在設(shè)備中通過使用低溫蒸餾分離空氣來產(chǎn)生氧的方法，所述設(shè)備包括雙 塔，所述雙塔包括中壓塔(15)和低壓塔(17)，所述低壓塔包括底部蒸發(fā)器(19)、中間蒸 發(fā)器(21)和上部蒸發(fā)器(23)，在該方法中a)壓縮空氣在凈化單元(2)中被凈化、在交換管線(11)中被冷卻并被供給至所述雙 塔的中壓塔；b)富氧流體被從所述低壓塔抽出、進(jìn)行加熱并被送至用戶；c)從所述中壓塔排出的氮被分為至少三部分；d)所述氮的第一部分在第一透平機(jī)(47)中膨脹；e)所述氮的第二部分在冷壓縮機(jī)(51)中壓力升高并被送至所述底部蒸發(fā)器，由此被 冷凝的氮被送至所述雙塔的至少一個塔；f)在排出所述氮的第三部分的塔的下游和所述上部蒸發(fā)器的上游不存在壓力改變步 驟的情況下，所述氮的第三部分被送至所述上部蒸發(fā)器，由此被冷凝的氮被送至所述雙 塔的至少一個塔；g)氣體流被送至所述中間蒸發(fā)器，所述流包括經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣或者包括從 所述中壓塔排出并在所述冷壓縮機(jī)中被壓縮的氮。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被送至所述中間蒸發(fā)器(21)的所述氣體 流為來自所述中壓塔(15)的氮。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，被送至所述中間蒸發(fā)器(21)的所述氣體 流為經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣。
4.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述第一透平機(jī)(47)中 膨脹的所述氮的第一部分用于使所述凈化單元(2)再生。
5.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一透平機(jī)驅(qū)動所述 冷壓縮機(jī)(51)并為所述方法提供基本上所有的冷能，在所述冷壓縮機(jī)中，所述流體的第 二部分的壓力升高。
6.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述低壓塔不具有頂部冷凝器。
7.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所有來自所述中壓塔頂部 的氣態(tài)氮僅被分為三部分。
8.如權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所有來自所述中壓塔頂部 的氣態(tài)氮僅被分為四部分，第四部分被送至所述中間蒸發(fā)器(21)。
9.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，通過在至少一個透平機(jī)中 使來自所述中壓塔的氮膨脹來產(chǎn)生基本上所有的冷能。
10.如前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，來自所述低壓塔的液態(tài)氧 流可能在加壓后被蒸發(fā)，以產(chǎn)生被送至用戶的所述流體。
11.一種用于通過使用低溫蒸餾分離空氣來產(chǎn)生氧的設(shè)備，所述設(shè)備包括雙塔，所 述雙塔包括中壓塔(15)和低壓塔(17)，所述低壓塔包括底部蒸發(fā)器(19)、中間蒸發(fā)器 (21)和上部蒸發(fā)器(23)；凈化單元(2)；交換管線(11)；至少一個第一透平機(jī)(47)；至 少一個冷壓縮機(jī)(51，157)；用于將在所述凈化單元中被凈化并在所述交換管線中被冷 卻的壓縮空氣送至所述雙塔的中壓塔的裝置；用于從所述低壓塔抽出富氧流體的裝置；用于可能加熱富氧流體的裝置，所述裝置至少部分地包括交換管線和用于將被加熱的富 氧流體送至用戶的裝置；用于將從所述中壓塔排出的氮分成至少三部分的裝置；用于將 所述氮的第一部分送至第一透平機(jī)的裝置；用于將所述氮的第二部分送至冷壓縮機(jī)的裝 置，在所述冷壓縮機(jī)中，可使所述氮的第二部分的壓力升高；用于將壓力升高的所述第 二部分送至底部蒸發(fā)器的裝置；用于將由此冷凝的氮送至所述雙塔中的至少一個塔的裝 置；用于在排出所述氮的第三部分的塔的下游和所述上部蒸發(fā)器的上游不存在壓力改變 裝置的情況下將所述氮的第三部分送至所述上部蒸發(fā)器的裝置；用于將由此冷凝的氮送 至所述雙塔的至少一個塔的裝置；用于將氣體流送至所述中間蒸發(fā)器的裝置，所述流包 括經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣或者包括從所述中壓塔排出并在所述第二冷壓縮機(jī)中被壓縮 的氮。
12.如權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將所述中間蒸發(fā)器 (21)連接至所述中壓塔(15)的頂部的裝置。
13.如權(quán)利要求11或12所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括用于將所述第一透 平機(jī)(47)的出口連接至所述凈化單元(2)的裝置。
14.如權(quán)利要求11至13中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一透平機(jī)(47) 聯(lián)接至所述冷壓縮機(jī)(51)，在所述冷壓縮機(jī)中，所述流體的第二部分的壓力升高，并且 所述第一透平機(jī)構(gòu)成所述設(shè)備中的唯一的透平機(jī)。
15.如權(quán)利要求11至14中的任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述低壓塔不具有頂 部冷凝器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在設(shè)備中通過低溫蒸餾分離空氣的方法，所述設(shè)備包括雙塔，所述雙塔包括中壓塔(15)和低壓塔(17)，所述低壓塔包括底部蒸發(fā)器(19)、中間蒸發(fā)器(21)和上部蒸發(fā)器(23)，壓縮空氣在凈化單元中被凈化、在交換管線中被冷卻并被送至雙塔的中壓塔，富氧流體從低壓塔抽出、進(jìn)行加熱并被送至用戶，從中壓塔排出的氮被分為至少三部分，所述氮的第一部分在第一透平機(jī)(47)中膨脹，所述氮的第二部分在冷壓縮機(jī)(51)中壓力升高并被送至底部蒸發(fā)器，由此被冷凝的氮被送至雙塔的至少一個塔，在排出所述氮的第三部分的塔的下游和上部蒸發(fā)器的上游不存在壓力改變步驟的情況下，所述氮的第三部分被送至上部蒸發(fā)器，由此被冷凝的氮被送至所述雙塔的至少一個塔，氣體流被送至中間蒸發(fā)器，所述流包括經(jīng)凈化和冷卻的壓縮空氣。
文檔編號F25J3/04GK102016469SQ200980114345
公開日2011年4月13日 申請日期2009年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月22日
發(fā)明者B·達(dá)維迪安 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司