通過空氣的低溫蒸餾而制備氣態(tài)氧的方法和設(shè)備的制造方法
【專利說明】通過空氣的低溫蒸餾而制備氣態(tài)氧的方法和設(shè)備
[0001 ]本發(fā)明涉及通過空氣的低溫蒸餾制備氣態(tài)氧的方法和設(shè)備。
[0002]本發(fā)明的一個主題是通過將從蒸餾塔中取出的液體氧在主交換器中蒸發(fā)并借助栗達到高壓而改進在20巴以上的絕對壓力下制備氣體，通常氧氣的空氣分離裝置的能量性會K。
[0003]在通過液體的蒸發(fā)而制備氧氣的裝置中，裝置的能效很大程度上取決于用于產(chǎn)生熱加壓流體(通常進料空氣)的方法，所述熱加壓流體通過冷凝至交換器的冷端，能夠通過熱交換而將氧氣蒸發(fā)。
[0004]US-A-5475980描述了空氣分離方法，其中將一部分空氣在熱增壓器中壓縮，另一部分在冷增壓器中壓縮直至達到基本相同的壓力。冷壓縮導(dǎo)致將壓縮熱引入換熱器中。然而，在冷增壓器中增壓的一部分空氣在膨脹式渦輪機中膨脹。為此不能使冷增壓流降至特定值以下，因為有效用于膨脹的空氣是不足的。
[0005]在本發(fā)明中，送入渦輪機中的空氣料流未在冷增壓器中增壓，因此可使壓縮熱的量最小化。
[0006]所有提到的壓力為絕對壓力。
[0007]本發(fā)明提議通過連續(xù)的幾個操作而產(chǎn)生該加壓氣體的特別有效的方法。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供通過空氣的低溫蒸餾而制備氣態(tài)氧的方法，其中:
[0009]i)借助吸入溫度TO為0_50°C，優(yōu)選5_30°C的第一壓縮機使所有或一部分進料空氣流達到比中壓塔的壓力大至少5巴的壓力Pl，
[0010]ii)通常通過與水熱交換而將壓力Pl下的氣體冷卻以產(chǎn)生在壓力Pl和5-45°C，優(yōu)選15-25°C的溫度Tl下的空氣料流，
[0011]iii)使在第一壓縮機中壓縮的一部分空氣經(jīng)受起始于溫度Tl和壓力Pl至大于Pl的壓力P2的另一壓縮步驟，然后通常通過與水熱交換而冷卻至溫度T2，其中T2和Tl相差小于10°C，通常小于5°C，
[0012]iv)然后將該冷卻部分引入空氣分離裝置的換熱器中以經(jīng)受冷卻至低于或等于-100°C的溫度，
[0013]V)將另一部分空氣在壓力Pl下引入任選來自步驟iv)的空氣分離裝置的換熱器中，以在其中經(jīng)受冷卻至_100°C以下的溫度，然后將該另一部分的至少一個餾分在第二壓縮機(4)中起始于該深冷溫度壓縮至等于P2或者比P2高或低小于5巴的壓力P3，
[0014]vi)將因此在第二壓縮機中壓縮的餾分送回先前交換器中的一個或者交換器中以在其中冷卻至_100°C以下的溫度，
[0015]vii)將在壓力P2下的至少一部分空氣和在壓力P3下的至少一部分空氣以及任選在壓力Pl下的至少一部分料流冷卻至它們在其中液化的交換器的冷端，然后在膨脹以后送入空氣分離裝置的至少一個蒸餾塔中，
[0016]viii)在膨脹式渦輪機中膨脹以后將至少50%，優(yōu)選至少70%的總空氣流以氣體形式供入裝置的至少一個蒸餾塔中，
[0017]ix)將空氣在塔系統(tǒng)中分離，和
[0018]x)將液體氧從一個蒸餾塔中取出，借助栗加壓至大于20巴絕對壓力的所需壓力，通過熱交換蒸發(fā)，然后再加熱以便以氣體產(chǎn)物的形式使用，其特征在于將空氣在膨脹式渦輪機中起始于壓力Pl或P2或者Pl與P2之間的壓力膨脹。
[0019]根據(jù)本發(fā)明另一任選方面:
[0020]-將在小于Pl的壓力下的第三部分空氣在交換器中冷卻并送去蒸餾，
[0021 ]-第二壓縮機與另一膨脹式渦輪機連接，
[0022]-分離裝置包含中壓塔和低壓塔，并使來自中壓塔的富氮氣體在渦輪機中膨脹，
[0023]-第二壓縮機與渦輪機連接并且用于供應(yīng)或提取另外或富余功率的系統(tǒng)直接在渦輪機/第二壓縮機的共有軸上或者借助齒輪箱結(jié)合在渦輪機與第二壓縮機之間，
[0024]-將在第二壓縮機中壓縮的餾分和經(jīng)受另外壓縮的部分在空氣分離裝置的交換器中再混合以便僅形成在壓力P2下的單一流，
[0025]-壓力P3比P2高或低至多2巴，
[0026]-將送入蒸餾塔中的至少一部分氣態(tài)空氣在渦輪機中起始于壓力Pl或者Pl與P2之間的中間壓力膨脹，
[0027]-將送入蒸餾塔中的至少一部分氣態(tài)空氣在渦輪機中起始于壓力P2膨脹，
[0028]-壓力Pl 為 20_25 巴，
[0029]-壓力P2 為 50-60 巴，
[0030]-壓力P3 為 50-60 巴，
[0031]-將在第二壓縮機中壓縮的一部分空氣餾分壓縮至壓力P2并與在壓力P2下的空氣部分混合以便在換熱器中冷卻。
[0032]根據(jù)本發(fā)明另一主題，提供用于通過空氣的低溫蒸餾制備氣態(tài)氧的設(shè)備，其包含塔系統(tǒng)，第一壓縮機，第二壓縮機，至少一個換熱器，用于將所有或一部分進料空氣流送入能使它的壓力達到比中壓塔的壓力大至少5巴的壓力Pl的第一壓縮機中的裝置，用于通常通過與水熱交換將壓力Pl下的氣體冷卻以產(chǎn)生在壓力Pl和5-45°C，優(yōu)選15-25°C的溫度Tl下的空氣料流的第一冷卻器，用于將在第一壓縮機中壓縮的在壓力Pl下的一部分空氣壓縮至大于Pl的壓力P2的裝置，用于將在P2下的一部分空氣冷卻至溫度T2的第二冷卻器，其中T2和Tl相差小于10°C，通常小于5°C，用于將該冷卻部分送入換熱器或者換熱器中的一個中以經(jīng)受冷卻至低于或等于-100°C的溫度的裝置，用于將在壓力Pl下的另一部分空氣引入空氣分離裝置的換熱器或換熱器中的一個中以在其中經(jīng)受冷卻至_100°C以下的溫度的裝置，用于將該另一部分的至少一個餾分送入第二壓縮機中的裝置，在第二壓縮機中起始于該深冷溫度至等于P2或者比P2高或低小于5巴的壓力P3，用于將因此在第二壓縮機中壓縮的餾分送回先前交換器中的一個或換熱器中以在其中冷卻至_100°C以下的溫度的裝置，用于將在壓力Pl下和/或在壓力P2下和/或在壓力P3下的至少一種液化氣體送入空氣分離裝置的至少一個蒸餾塔中的裝置，與系統(tǒng)的至少一個塔連接的能夠使至少50%，優(yōu)選至少70%的總空氣流膨脹的膨脹式渦輪機，和用于將液體氧從系統(tǒng)的塔中取出的裝置，用于將液體加壓的栗和用于將栗送液體送入換熱器或換熱器中的一個中的裝置，其特征在于膨脹式渦輪機與第一壓縮機的出口連接以接收源自那里的空氣，但連接使得它不接收來自第二壓縮機的空氣。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的另一任選方面:
[0034]-用于將在壓力P2下的一部分空氣增壓的裝置由壓縮機組成，
[0035]-第二壓縮機的出口和用于將壓力P2下的一部分空氣增壓的裝置的出口與換熱器的至少一個共同通道連接以將在第二壓縮機和增壓裝置增壓的兩種空氣流冷卻，
[0036]-第二壓縮機與不同于空氣渦輪機的渦輪機連接，
[0037]-第二壓縮機與由塔系統(tǒng)提供的氮氣渦輪機連接。
[0038]借助吸入溫度TO為0_50°C，優(yōu)選5_30°C的壓縮機使所有或一部分進料空氣流達到比中壓塔大至少5巴的壓力P1。在壓縮機的出口處，通常通過與水熱交換將氣體冷卻以產(chǎn)生在壓力Pl和5-45°C，優(yōu)選15-25°C的溫度Tl下的空氣料流。
[0039]使一部分該料流經(jīng)受起始于溫度Tl和壓力Pl至大于Pl的壓力P2的另一壓縮步驟，然后通常通過與水熱交換冷卻至溫度T232和Tl僅相差小于10°C，通常小于5°C。然后將該流引入空氣分離裝置的交換器El中以經(jīng)受冷卻至低于或等于-100°C的溫度。
[0040]將另一部分該料流在壓力Pl和溫度Tl下引入空氣分離裝置的交換器，任選El中，以在其中經(jīng)受冷卻至_100°C以下的溫度，然后將該部分的至少一個餾分在壓縮機中起始于該深冷溫度壓縮至等于P2或者與P2相差小于5巴的壓力。將因此壓縮的流送回先前交換器中的一個中以在其中冷卻至_100°C以下的溫度。
[0041]將達到高壓的各個流的至少一部分冷卻至它們在那里液化的交換器的冷端，然后在膨脹以后送入蒸餾塔中。
[0042]任選將在溫度Tl和壓力Pl下的第三部分流送入空氣分離裝置的交換器中。
[0043]將至少50%，優(yōu)選至少70%的總空氣流任選在膨脹式渦輪機中由上述壓力中的一個膨脹以后，以氣體形式供入裝置的蒸餾塔中。
[0044]將液體從蒸餾塔中取出，借助栗加壓至所需壓力，通過熱交換，特別是在步驟4)期間蒸發(fā)，然后再加熱以便以氣體產(chǎn)物的形式使用。
[0045]起始于如下文所述深冷溫度將加壓料流壓縮在與膨脹式渦輪機連接的增壓器中進行。
[0046]將來自中壓塔的富氮氣體在渦輪機中膨脹以實現(xiàn)該壓縮。
[0047]由渦輪機提供的功率明顯不同于低溫壓縮機所需的功率，使得供應(yīng)(分別地，提取)另外(分別地，富余)功率的系統(tǒng)直接在渦輪機/增壓器的共有軸上或者借助齒輪箱結(jié)合在渦輪機與增壓器之間。
[0048]將產(chǎn)生的在壓力P2下的流在空氣分離裝置的交換器中再混合以僅形成在壓力P2
下的單一流。
[0049]參考代表本發(fā)明方法的圖以更詳細(xì)的方式描述本發(fā)明。
[0050]圖1和圖2表示用于空氣分離的低溫蒸餾設(shè)備的熱交換部分。
[0051 ]圖3和圖4表示布置冷增壓器和渦輪機的方法。
[0052]為了簡化，附圖未顯示包含至少一個含有中壓塔和低壓塔雙塔的空氣分離設(shè)備，其中中壓塔與低壓塔的底部熱連接。將空氣送入中壓塔以及任選低壓塔中。將富含氧氣和氮氣的回流液體從中壓塔送入低壓塔中。
[0053]將富氧液體從低壓塔的底部取出，并在將空氣冷卻的交換器中蒸發(fā)。
[0054]在圖1中，將在壓力PO下的空氣11提純。借助吸入溫度TO為0_50°C，優(yōu)選5_30°C的的壓縮機I使一部分15進料空氣流11達到比中壓塔的壓力大至少5巴的壓力Pl。在壓縮機I的出口處，將氣體在冷卻器