專利名稱：用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和單元的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和単元。
背景技術：
已知在包括一個中壓塔和在相同壓カ下操作的兩個低壓塔的単元中分離空氣，其中一個低壓塔在頂部被供給以來自另ー塔的塔底液體，并且每個低壓塔均具有底部冷凝器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的ー個目的是降低用于生產(chǎn)純氧的分離能量，特別是在其中不共同生產(chǎn)氮的情況下。本發(fā)明的另ー目的是減少單元的至少ー些元件的成本。涉及純度的所有百分比都是摩爾百分比。本發(fā)明涉及冷壓縮機的使用，該冷壓縮機用于壓縮源自在低于低壓塔壓カ的壓カ下操作的腔室的富氧氣體，該氣體將用于低壓塔的底部。這使得可以將中壓塔底部處的壓力與低壓塔的頂部分尚。本發(fā)明對于以下情形尤其有利其中空氣在以低于低壓塔的壓カ下操作的腔室的冷凝器中部分地冷凝。根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供了ー種用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法，其中i)經(jīng)過壓縮和凈化的空氣流在熱交換器中冷卻并被傳送至在中壓下操作的塔；ii)所述空氣流被分離成富含氮的流和富含氧的流；iii)富含氮的流的一部分被傳送至低壓塔；iv)富含氧的流的至少一部分被傳送至低壓塔；V)從低壓塔的頂部抽取出富氮流；Vi)從低壓塔的底部抽取出富氧流并將其傳送至容納有至少ー個冷凝器-再沸器的腔室；vii)從腔室抽取出源自腔室的氣態(tài)流并將其傳送回低壓塔，優(yōu)選地傳送至低壓塔的底部；viii)來自步驟ii)的富含氮的流的一部分在被供給以源自低壓塔的塔底液的冷 凝器中至少部分地冷凝并被傳送至中壓塔和/或低壓塔；ix)加熱氣體流、可選地來自步驟i)的在熱交換器中冷卻的經(jīng)過壓縮、浄化的空氣的至少一部分在腔室的冷凝器-再沸器中至少部分地冷凝；X)從腔室抽取的流是比從低壓塔的底部抽取的流更加富含氧的流體；其特征在干，從低壓塔底部抽取的富氧流在腔室的上游膨脹并且來自腔室的氣態(tài)流在第一低壓塔的上游被加壓。優(yōu)選地
-源自腔室的氣態(tài)流在進ロ溫度低于_50°C的壓縮機中被壓縮，優(yōu)選地，在腔室和壓縮機之間不發(fā)生加熱步驟；-從低壓塔抽取的富氧流膨脹至比低壓塔底部處的壓力低至多l(xiāng)bar、優(yōu)選地至多O. 5bar、或者甚至比該壓カ低至多O. 2bar的壓力，和/或源自腔室的氣態(tài)流被壓縮以便在低壓塔的上游使其壓カ增加至多l(xiāng)bar、優(yōu)選地至多O. 5bar、或者甚至至多O. 2bar ；-腔室不容納任何質(zhì)量交換裝置,也不容納任何填料或蒸懼板；-腔室構成第二低壓塔并且容納有至少布置在冷凝器上方的質(zhì)量交換裝置，諸如填料或蒸餾板。根據(jù)本發(fā)明的另ー個主題，提供了一種空氣分離單元，包括中壓塔，低壓塔，腔室，熱交換器，低壓塔的底部冷凝器和布置在腔室中的冷凝器，將在熱交換器中冷卻的經(jīng)過壓縮、浄化的空氣傳送至中壓塔的管線，將加熱氣體傳送至布置在腔室中的冷凝器的管線，將來自中壓塔的富含氮的氣體傳送至低壓塔的冷凝器的管線，將來自中壓塔底部的富含氧的 流傳送至低壓塔的管線，將來自低壓塔底部的富氧液體傳送至腔室的管線，用于從腔室抽取比被傳送至腔室的流體更加富含氧的流體的管線，用于將來自腔室的氣體傳送回低壓塔的管線，用于從低壓塔抽取頂部氣體的管線，其特征在于，所述單元包括膨脹裝置和壓縮機，所述膨脹裝置用于使低壓塔底部的下游和腔室的上游的富氧液體膨脹，所述壓縮機用于壓縮來自腔室的氣體，其位于腔室的下游和低壓塔的上游?？蛇x地-腔室包括位于冷凝器之上的質(zhì)量交換裝置；-腔室在冷凝器之上不包括任何質(zhì)量交換裝置；-所述單元包括渦輪機和用于將來自中壓塔的富氮氣體傳送至渦輪機的管線；-所述單元包括位于熱交換器上游的泵，所述泵用于對源自低壓塔和/或源自腔室的液氧流加壓。


下面參照代表根據(jù)本發(fā)明的単元的附圖詳細說明本發(fā)明。
具體實施例方式在圖I中，空氣I在壓縮機3中被壓縮至3至5bar，在凈化單元5中凈化并分為兩部分。一部分9在熱交換器13中冷卻并被傳送至腔室141的底部冷凝器15，該部分9在該冷凝器中部分地冷凝然后被傳送至雙塔的中壓塔39。雙塔包括中壓塔39和位于中壓塔之上的低壓塔41，兩個塔之間的熱聯(lián)接通過低壓塔41的底部中的冷凝器25提供?？諝獾牧硪徊糠?在壓縮機11中被壓縮、在熱交換器13中冷卻并用于使加壓的液態(tài)氧蒸發(fā)。由于氧在低壓下蒸發(fā)，因此蒸發(fā)在不同于熱交換器13的外部再沸器27中進行。這樣形成的液化空氣在閥19中膨脹后被傳送至中壓塔39。液態(tài)空氣也可被傳送至低壓塔。從中壓塔39的底部抽取出富氧液體17，使其在熱交換器43中冷卻、在閥中膨脹并將其傳送至低壓塔41。從中壓塔39的中間位置抽取出基本上具有空氣的組分的液體49，使其在熱交換器43中冷卻、在閥中膨脹并將其傳送至低壓塔41。從中壓塔39的頂部抽取出富氮液體47，使其在熱交換器43中冷卻、在閥中膨脹并將其傳送至低壓塔41的頂部。從低壓塔的頂部抽取出富氮氣體45，使其在熱交換器43中然后在熱交換器13中被加熱。該氣體的一部分可在壓縮機35中被壓縮以便形成參與凈化単元5的再生的流37。從中壓塔39的頂部抽取出中壓氮流33，使其在熱交換器13中被加熱、在渦輪機23中膨脹并且在熱交換器13中再次被加熱，然后用于凈化単元5的再生。從低壓塔41的底部抽取出含有45%至75%的氧的富氧流53，使其在閥51中膨脹 被將其傳送至腔室141的頂部，在該變型中，腔室141是具有底部冷凝器15的蒸餾塔。該冷凝器的上方設置有熱交換和質(zhì)量交換裝置143，例如形成一定結構的或者未形成結構的填料或板/塔板。閥51僅使液體的壓カ降低大約O. 15bar。液體53在腔室中被分離以便形成作為塔底液的更加富含氧的液體29。該液體29在泵63中加壓后被傳送至再沸器27。從再沸器27抽取出清洗液體61。或者，可從腔室141抽取出富氧氣體。從腔室抽取出頂部氣體145，在壓縮機21中在抽取溫度下進行壓縮，壓縮機21使其壓カ增加至多O. 15bar。所生成的氣體在壓縮機21的出ロ壓カ下被重新注入低壓塔的底部。在熱交換器13中熱端處具有2°C的溫度差的情況下，與低壓塔底部沒有冷壓縮機的相同設計比較，獲得了大約2. 5%的節(jié)約。圖2的單元與圖I的單元之間的區(qū)別在于，腔室141沒有容納任何填料或板。在再沸器15中也存在上升的部分冷凝。因此，不管從該腔室抽取的液體29比被傳送至腔室的液體53富含氧的程度如何，液體53和液體29之間的組分差別大大減小。氣體145是液體53在腔室141中通過與空氣9的熱交換而部分蒸發(fā)所生成的氣體。如果熱交換器13的熱端處的溫度差保持為2°C，則與不具有LP底部冷壓縮機的相同設計比較存在大約I. 5%的節(jié)約。利用熱端處保持為2V的熱交換器，獲得了稍微好于W0-A-2007/129152的方法的能量。即使在這兩種方法中使用冷壓縮機，在本發(fā)明的變型中冷壓縮機的功率比現(xiàn)有技術變型小十倍，并且氮渦輪機小兩倍。還觀察到根據(jù)本發(fā)明的變型中的壓縮比非常低并且類似于風扇的技術對于壓縮機21而言就足夠了 這些因素使得可以斷定冷壓縮機21和渦輪機23比現(xiàn)有技術的方法便宜。對含氧較為豐富的流體進行低溫壓縮不會產(chǎn)生安全問題。低壓塔中蒸汽部分的壓縮的概念可以擴展到在低壓塔中具有三個冷凝器的設計情況，其中低壓塔的這三個冷凝器之間放置有ー個或兩個冷壓縮機。
權利要求
1.ー種用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法，其中 i)經(jīng)過壓縮和凈化的空氣流在熱交換器(13)中冷卻并被傳送至在中壓下操作的塔(39)； ii)所述空氣流被分離成富氮流和富氧流； iii)富氮流的一部分被傳送至低壓塔(41)； iv)富氧流的至少一部分被傳送至低壓塔； v)從低壓塔的頂部抽取出富氮流； vi )從低壓塔的底部抽取出富氧流并將其傳送至容納有至少ー個冷凝器-再沸器(15 )的腔室(141); vii)從腔室抽取出氣態(tài)流并將其傳送回低壓塔，優(yōu)選地傳送至低壓塔的底部； viii)來自步驟ii)的富氮流的一部分在被供給以源自低壓塔的液體的冷凝器(25)中至少部分地冷凝并被傳送至中壓塔和/或低壓塔； ix)加熱氣體流、可選地來自步驟i)的在熱交換器中冷卻的經(jīng)過壓縮、浄化的空氣的至少一部分在腔室的冷凝器-再沸器中至少部分地冷凝； x)從腔室抽取的流是比從低壓塔的底部抽取的流更加富含氧的流體； xi)其特征在干，從低壓塔底部抽取的富氧流在腔室的上游膨脹并且來自腔室的氣態(tài)流在第一低壓塔的上游被加壓。
2.根據(jù)權利要求I所述的方法，其特征在于，源自腔室的氣態(tài)流在進ロ溫度低于_50°C的壓縮機(21)中被壓縮，優(yōu)選地，在腔室和壓縮機之間不發(fā)生加熱步驟。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的方法，其特征在干，從低壓塔(41)抽取的富氧流膨脹至比所述低壓塔底部處的壓力低至多l(xiāng)bar、優(yōu)選地至多0. 5bar、或者甚至比該壓カ低至多0.2bar的壓力，和/或源自腔室(141)的氣態(tài)流被壓縮以便在低壓塔的上游使其壓カ增加至多l(xiāng)bar、優(yōu)選地至多0. 5bar、或者甚至至多0. 2bar。
4.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，腔室(141)未容納任何質(zhì)量交換裝置，也未容納任何填料或蒸餾板。
5.根據(jù)權利要求I至3中任一項所述的方法，其特征在于，腔室(141)構成第二低壓塔并且容納有至少布置在冷凝器之上的質(zhì)量交換裝置(143)，諸如填料或蒸餾板。
6.一種空氣分離單元，包括中壓塔(39)，低壓塔(41)，腔室(141)，熱交換器(13)，低壓塔的底部冷凝器(25)和布置在腔室中的冷凝器(15)，將在熱交換器中冷卻的經(jīng)過壓縮、凈化的空氣傳送至中壓塔的管線，將加熱氣體傳送至布置在腔室中的冷凝器的管線，將來自中壓塔的富氮氣體傳送至低壓塔的冷凝器的管線，將來自中壓塔底部的富氧流傳送至低壓塔的管線，將來自低壓塔底部的富氧液體傳送至腔室的管線，用于從腔室抽取比被傳送至腔室的流體更加富含氧的流體的管線，用于將來自腔室的氣體傳送回低壓塔的管線，用于從低壓塔抽取頂部氣體的管線，其特征在于，所述單元包括膨脹裝置(51)和壓縮機(21)，所述膨脹裝置用于使低壓塔底部的下游和腔室的上游的富氧液體膨脹，所述壓縮機用于壓縮來自腔室的氣體，所述壓縮機位于腔室的下游和低壓塔的上游。
7.根據(jù)權利要求6所述的單元，其特征在于，腔室(141)包括位于冷凝器(15)之上的質(zhì)量交換裝置(143)。
8.根據(jù)權利要求6所述的單元，其特征在于，腔室(141)在冷凝器(15)之上不包括任何質(zhì)量交換裝置。
9.根據(jù)權利要求6至8中任一項所述的単元，其特征在于，所述單元包括渦輪機(23)和用于將來自中壓塔的富氮氣體傳送至渦輪機的管線。
10.根據(jù)權利要求6至9中任一項所述的単元，其特征在于，所述單元包括位于熱交換器上游的泵(63 )，所述泵用于對源自低壓塔和/或源自腔室的液氧流加壓。
全文摘要
一種空氣分離單元包括中壓塔(39)，低壓塔(41)，腔室(141)，熱交換器(13)，低壓塔的底部冷凝器(25)和布置在腔室中的冷凝器(15)，將經(jīng)過壓縮、凈化和冷卻的空氣從熱交換器傳送至中壓塔的管線，將生熱氣體傳送至布置在腔室中的冷凝器的管線，將來自中壓塔的富氮氣體傳送至低壓塔的冷凝器的管線，將來自中壓塔底部的富氧流傳送至低壓塔的管線，將來自低壓塔底部的富氧液體傳送至腔室的管線，用于從腔室抽取比被傳送至腔室的流體更加富含氧的流體的管線，用于將來自腔室的氣體傳送至低壓塔的管線，用于從低壓塔抽取頂部氣體的管線，其特征在于，所述單元包括膨脹裝置(51)和壓縮機(21)，所述膨脹裝置用于使低壓塔底部的下游和腔室的上游的富氧液體膨脹，所述壓縮機用于壓縮來自腔室的氣體，所述壓縮機位于腔室的下游和低壓塔的上游。
文檔編號F25J3/04GK102652247SQ201080055693
公開日2012年8月29日 申請日期2010年10月5日 優(yōu)先權日2009年12月11日
發(fā)明者B·達維迪安 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司