專利名稱：用于分離空氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于空氣分離的方法和設(shè)備，其中集成了低溫空氣分離裝置(plant)以增加氧產(chǎn)量。更特別地，本發(fā)明涉及這樣的方法和設(shè)備，其中第一低溫空氣分離裝置產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流，且由第二低溫空氣分離裝置產(chǎn)生的不純氧蒸氣流被引入第一低溫空氣分離裝置的低壓塔，從而增加氧產(chǎn)量。
背景技術(shù)：
對通過空氣的低溫分離來產(chǎn)生非常大量氧的需要日益増加。例如，在ー些氣化項(xiàng)目中，要求每天約10，000和約15，000公制噸之間以上的氧。通常，隨著裝置生產(chǎn)規(guī)模的增カロ，相關(guān)蒸餾塔直徑也增加以能夠?qū)^大質(zhì)量流率的空氣進(jìn)行蒸餾。在這方面，通常，蒸餾直徑與裝置容量的平方根成比例地増加。然而，考慮到通常在現(xiàn)場外制造蒸餾塔并將其運(yùn)送到其目的地的事實(shí)，對塔直徑存在實(shí)際限制。 當(dāng)塔直徑在約6. 0與6. 5米之間的范圍內(nèi)吋，出現(xiàn)運(yùn)送限制。其后果是單個(gè)低溫空氣分離裝置的氧生產(chǎn)能力大于每天約5，000公制噸變得非常不切實(shí)際。由于此尺寸約束，所以制造并行空氣分離裝置。然而，用于此類空氣分離裝置的附加塔的構(gòu)造為其帶來相當(dāng)可觀的費(fèi)用。更具體而言，在采用高壓塔和低壓塔的雙塔布置的低溫空氣分離裝置內(nèi)產(chǎn)生大量的氧。在此類裝置中，空氣被壓縮、純化并冷卻至適合于其蒸餾的溫度。然后，將空氣引入高壓塔中。在高壓塔內(nèi)，空氣的引入產(chǎn)生變得越來越富氮的上升氣相和變得越來越富氧的下降液相。在高壓塔的頂部處，產(chǎn)生富氮蒸氣塔頂餾出物，其被冷凝而引發(fā)形成下降液相。另外，使用冷凝物的流來使低壓塔逆流并弓I發(fā)此類塔內(nèi)的下降液相。在高壓塔內(nèi)，產(chǎn)生被引入低壓塔中以進(jìn)行進(jìn)ー步精煉的釜液或粗液氧。這產(chǎn)生富氧塔底，由此可以獲取ー股流作為氧產(chǎn)物?？梢酝ㄟ^能夠位于低壓塔的底座處或附近的冷凝器一重沸器來以熱方式將高壓塔和低壓塔聯(lián)系以針對使富氧液體蒸發(fā)而使高壓塔的富氮蒸氣塔頂餾出物冷凝。在雙塔布置中，在引入粗液氧或釜液的點(diǎn)之上，產(chǎn)生限制或瓶頸，其中，對于給定塔尺寸而言，到裝置中的空氣供給的質(zhì)量流率的任何増加都將導(dǎo)致塔溢流。因此，對于在約6米與約6. 5米之間的最大塔直徑而言，氧產(chǎn)物的產(chǎn)量被限制為每天約5，000公制噸。在現(xiàn)有技術(shù)中，已經(jīng)存在包括兩個(gè)單獨(dú)低溫空氣分離裝置的集成，目的是增加低溫空氣分離裝置產(chǎn)生的產(chǎn)物的產(chǎn)量。例如，在美國專利No. 6，666，048中，示出了ー種集成，其中通過向新進(jìn)空氣流中引入廢物流來將單塔氮發(fā)生裝置與雙塔制氧裝置集成。在單塔氮發(fā)生器中，富含氧的ー股塔底流被引入換熱器中，該換熱器用于為此類塔冷凝逆流。結(jié)果得到的氣化流產(chǎn)生廢物流。然而，雖然這可能増加空氣到雙塔中的流量，但結(jié)果得到的裝置未被解除瓶頸，因?yàn)殛P(guān)于釜液引入點(diǎn)之上的流量的相同限制仍然存在。因此，能夠從此類集成獲得的氧產(chǎn)量的増加程度非常有限。如將討論的，本發(fā)明提供了兩個(gè)低溫空氣分離裝置的集成，其中，可以將氧產(chǎn)量增加至比現(xiàn)有技術(shù)中可能的更大的程度，并且是以允許實(shí)現(xiàn)節(jié)能的方式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種 分離空氣的方法。依照此類方法，由第一低溫精餾過程來分離第一空氣流內(nèi)的空氣。第一低溫精餾過程采用高壓塔和低壓塔。從低壓塔提取富氧產(chǎn)物流且其由在低壓塔中產(chǎn)生的富氧液體塔底組成。還在第二空氣流內(nèi)由第二低溫精餾過程來分離空氣，使得產(chǎn)生不純氧蒸氣流，該不純氧蒸氣流具有在富氧產(chǎn)物流與空氣的氧濃度之間的氧濃度和比空氣低的氮濃度。由第二低溫精餾過程產(chǎn)生的不純氧蒸氣流的至少一部分被引入第一低溫精餾過程的低壓塔。結(jié)果，被包含在第一空氣流和不純氧蒸氣流內(nèi)的氧被回收在低壓塔的富氧液體塔底中并用于產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流。由于從不純氧蒸氣流和包含在第一空氣流內(nèi)的空氣兩者回收氧，所以増加了富氧液體塔底的產(chǎn)量，并因此増加了能夠提取富氧產(chǎn)物流的速率。由于此類不純氧蒸氣流的氮含量比空氣的低，所以可在不超過低壓塔的操作溢流限制的情況下增加添加此類流，由此緩解容量瓶頸。這與上文已經(jīng)討論的那樣的現(xiàn)有技術(shù)集成形成對比，其中實(shí)際上増加了被引入雙塔系統(tǒng)中的空氣流量。由于此類増加的流量將增加遍及此類塔系統(tǒng)的氮的流量，則低壓塔內(nèi)的溢流限制將阻止氧產(chǎn)量的增加達(dá)到與本發(fā)明可獲得的相同程度。此外，由于在本發(fā)明中，正在不純狀態(tài)下引入此類流，所以能夠以較低的操作費(fèi)用產(chǎn)生此類流，使得能夠?qū)崿F(xiàn)總能量的節(jié)省?？梢詫Ω谎跻后w塔底的流進(jìn)行泵浦以產(chǎn)生泵浦含氧流?？梢栽诘谝坏蜏鼐s過程內(nèi)對泵浦含氧流的至少一部分進(jìn)行氣化，從而產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流。本文和權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“氣化”包括這樣的過程，其中將超臨界液流加溫以及從液體到蒸氣的狀態(tài)變化。第一空氣流和第二空氣流能夠分別在第一主換熱器和第二主換熱器內(nèi)被完全冷卻。此類主換熱器與第一和第二低溫精餾過程相結(jié)合地使用。源自于第二低溫精餾過程的不純氧蒸氣流能夠在第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，并且然后，不純氧蒸氣流的至少一部分能夠在被引入第一低溫精餾過程的低壓塔中之前在第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。適合于指出的是，本文中和權(quán)利要求中所使用的術(shù)語“完全冷卻”指的是冷卻至主換熱器的冷端處的溫度且“完全加溫”指的是加溫至主換熱器的熱端處的溫度。第二低溫精餾過程能夠產(chǎn)生氮產(chǎn)物流。這將允許整個(gè)裝備滿足能量相關(guān)項(xiàng)目的要求，例如煤炭氣化，其中氧被要求處于高壓以便促進(jìn)氣化，而同時(shí)氮可被添加到利用由氣化產(chǎn)生的燃料來降低Nox并增加功率的氣體渦輪機(jī)。第一低溫精餾過程可以采用第一高壓塔和第一低壓塔。第二低溫精餾過程可以采用第二高壓塔和第二低壓塔。在第二低壓塔中產(chǎn)生不純氧液體塔底和富氮蒸氣塔頂餾出物?？梢詮牡蛪核崛∮筛坏魵饨M成的富氮蒸氣流并將其劃分成第一和第二富氮蒸氣流。富氮蒸氣流中的第一個(gè)能夠被完全加溫，從而形成氮產(chǎn)物流。富氮蒸氣流中的第二個(gè)能夠被液化并作為逆流被引入低壓塔中。由不純氧液體塔底組成的液體塔底流的壓カ被降低并以與富氮蒸氣流中的第二個(gè)的間接換熱的方式傳遞，從而液化富氮蒸氣流中的第二個(gè)并使液體塔底流氣化。液體塔底流在已被氣化之后能夠被完全加溫，從而形成不純氧蒸氣流。不純氧蒸氣流的至少一部分能夠在被引入第一低壓塔中之前被完全冷卻。在另一方面，本發(fā)明提供了一種用于分離空氣的設(shè)備。依照本發(fā)明的此方面，提供了具有高壓塔和低壓塔的第一低溫空氣分離裝置。第一低溫空氣分離裝置被配置為從第一空氣流使空氣與氧分離，并產(chǎn)生由低壓塔的富氧液體塔底組成的富氧產(chǎn)物流，低壓塔的富氧液體塔底包含從第一空氣流回收的以及從被引入低壓塔中的不純氧蒸氣流回收的氧。第ニ低溫空氣分離裝置被配置為分離第二空氣流內(nèi)的空氣，使得產(chǎn)生不純氧氣流，該不純氧氣流具有在富氧產(chǎn)物流的氧濃度之間的氧濃度和比空氣低的氮濃度。第一低溫空氣分離裝置被連接到第二低溫空氣分離裝置，使得由第二低溫空氣分離裝置產(chǎn)生的不純氧蒸氣流的至少一部分被引入第一低溫空氣分離裝置的低壓塔中。第一低溫空氣分離裝置可以具有被設(shè)置在主換熱器與低壓塔之間的泵，使得富氧液體塔底的流被機(jī)械地泵浦而產(chǎn)生加壓含氧流。泵浦含氧流的至少一部分在主換熱器內(nèi)被氣化，從而產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流?？梢苑謩e為所述第一和第二低溫空氣分離裝置提供第一和第二主換熱器?？梢赃B接第一低溫空氣分離裝置和第二低溫空氣分離裝置，使得不純氧蒸氣流在第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，并且然后不純氧蒸氣流的至少一部分在被引入第一低溫精餾裝置的低壓塔中之前在第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。 可以將第二低溫空氣分離裝置配置為產(chǎn)生氮產(chǎn)物流。在這種情況下，高壓塔和低壓塔及第一低溫空氣分離裝置的主換熱器是第一高壓塔、第一低壓塔和第一主換熱器。第ニ低溫空氣分離裝置可以采用第二高壓塔、第二低壓塔和第二主換熱器。第二低溫空氣分離裝置被配置為使得在第二低壓塔中產(chǎn)生不純氧液體塔底和富氮蒸氣塔頂餾出物。第二主換熱器被連接到第二低壓塔，使得由富氮塔頂餾出物組成的第一富氮蒸氣流在第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，從而形成氮產(chǎn)物流?？梢詫Q熱器連接到低壓塔，使得由富氮蒸氣塔頂餾出物組成的第二富氮蒸氣流被液化并作為逆流引入低壓塔中。由不純氧液體塔底組成的液體塔底流以與富氮蒸氣流中的第二個(gè)間接換熱的方式傳遞，從而液化富氮蒸氣流中的第二個(gè)并使液體塔底流氣化。此換熱器被連接到主換熱器，使得液體塔底流在已被氣化后被完全加溫，從而形成不純氧蒸氣流。第二主換熱器被連接到第一主換熱器，使得不純氧蒸氣流的至少一部分在被引入第一低壓塔中之前在第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。


雖然本說明書以明確地指出本申請人視為發(fā)明的主題的權(quán)利要求結(jié)束，但應(yīng)相信的是當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行時(shí)，將更好地理解本發(fā)明，在附圖中
圖I是用于執(zhí)行依照本發(fā)明的方法的兩個(gè)低溫空氣分離裝置的集成；以及 圖2是圖I中的被用于產(chǎn)生不純氧氣流的低溫空氣分離裝置的示意性過程流程圖。
具體實(shí)施例方式參考圖1，示出了低溫空氣分離裝置1，該低溫空氣分離裝置I與下文中將討論的低溫空氣分離裝置2集成以增加低溫空氣分離裝置I的氧產(chǎn)物流106的產(chǎn)量。第一空氣流10被引入低溫空氣分離裝置I中以使氮和氧分離。第一空氣流10在第一壓縮機(jī)12內(nèi)被壓縮至可在約5巴(絕對)與約15巴(絕對)之間的壓力。壓縮機(jī)12可以是具有未示出的冷凝物去除的中間冷卻、整體齒輪式壓縮機(jī)。在壓縮之后，將結(jié)果得到的壓縮供給流14引入預(yù)純化単元16。在本領(lǐng)域中眾所周知的預(yù)純化単元16通常包含依照溫度操作的分子篩和/或氧化鋁床和/或其中水分及其它較高沸點(diǎn)雜質(zhì)被吸收的變壓吸附循環(huán)。如本領(lǐng)域中所已知的，此類較高沸點(diǎn)雜質(zhì)通常是ニ氧化碳、水蒸氣和碳?xì)浠衔?。在一個(gè)床正在操作的同吋，另ー個(gè)床被再生?？梢允褂闷渌^程，諸如直接接觸水冷卻、基于制冷的冷卻、與冷卻水的直接接觸和相分離。然后，結(jié)果得到的壓縮和純化供給流18被劃分成流20和流22。通常，流20在壓縮和純化供給流18的約25%與35%之間，并且如所示，其余部分是流22。然后，流20在壓縮機(jī)23內(nèi)被進(jìn)ー步壓縮，壓縮機(jī)23也可以包括中間冷卻、整體齒輪式壓縮。第二壓縮機(jī)23將流20壓縮至約25巴(絕對)與約70巴(絕對)之間的壓カ以產(chǎn)生第一壓縮流24。其后，第一壓縮流24被引入第一主換熱器25中，在那里，其在第一主換熱器25的冷端處被冷卻和液化。流22被渦輪機(jī)加載的升壓壓縮機(jī)26進(jìn)ー步壓縮。在優(yōu)選地由后冷卻器28去除 壓縮熱量之后，此類流還被第二升壓壓縮機(jī)29進(jìn)ー步壓縮至可在約20巴(絕對)至約60巴(絕對)之間范圍內(nèi)的壓カ以產(chǎn)生第二壓縮流30。然后，第二壓縮流30被引入第一主換熱器25中，其中，其被部分地冷卻至在約160開爾文與約220開爾文之間的范圍內(nèi)的溫度，并隨后被引入渦輪膨脹機(jī)32中以產(chǎn)生排出流34，排出流34被引入空氣分離単元50中。如可以認(rèn)識(shí)到的，流22的壓縮可以在單個(gè)壓縮機(jī)中發(fā)生。如所示，渦輪膨脹機(jī)32直接地或通過適當(dāng)?shù)凝X輪與第一升壓壓縮機(jī)26聯(lián)系在一起。然而，還可能的是將渦輪膨脹機(jī)連接到發(fā)電機(jī)以產(chǎn)生可以就地使用或路由到電カ網(wǎng)的電力。在第一壓縮流24已在主換熱器25內(nèi)被冷卻之后，其在膨脹閥45中被膨脹成液體并劃分成液流46和48以便最后引入到空氣分離単元50中?？梢杂靡后w膨脹器來代替膨脹閥45以產(chǎn)生制冷的一部分。供給流10的上述成分(即氧和氮)在由高壓塔52和低壓塔54組成的蒸餾塔單元50內(nèi)被分離。應(yīng)理解的是如果氬是必要產(chǎn)物，則可以將氬塔結(jié)合到蒸餾塔單元50中。高壓塔52在比低壓塔54高的壓カ下操作。在這方面，低壓塔54通常在約I. I至約I. 5巴(絕對)之間操作。高壓塔52和低壓塔54處于熱傳遞關(guān)系，使得從高壓塔52的頂部作為流56提取的富氮蒸氣塔頂餾出物針對使富氧液體塔底58沸騰而在位于低壓塔54的底部中的冷凝器一重沸器57內(nèi)被冷凝。富氧液體塔底58的沸騰引發(fā)形成低壓塔54內(nèi)的上升氣相。冷凝產(chǎn)生含有液氮的流60，其被劃分成流62和64，其分別使高壓塔52和低壓塔54逆流以引發(fā)形成此類塔中的下降液相。通過使排出流34和液流4的混合物的上升氣相在質(zhì)量傳遞接觸元件(masstransfer contacting element) 66和68內(nèi)與由逆流流62引發(fā)的下降液相接觸來將排出流34連同液流4 一起引入高壓塔52中以進(jìn)行精餾。這產(chǎn)生先前已討論的粗液氧塔底70和富氮塔頂鎦出物。粗液氧塔底的流72在膨脹閥74中被膨脹至低壓塔54的壓カ并被引入此類塔以進(jìn)行進(jìn)ー步精煉。另外，以將要討論的方式由第一低溫空氣分離裝置2產(chǎn)生的不純氧蒸氣流272在第一主換熱器25內(nèi)被冷卻，并且隨后在比引入粗液氧的流72時(shí)低的點(diǎn)處被引入低壓塔中。第二液流48通過膨脹閥76，膨脹至低壓塔54的壓カ井隨后被引入低壓塔54中。低壓塔54提供有質(zhì)量傳遞接觸元件78、80、82、84和85，其可以是托盤或結(jié)構(gòu)化填料(packing)或隨機(jī)填料或本領(lǐng)域中的其它已知元件。如前所述，分離產(chǎn)生富氧液體塔底58和作為氮產(chǎn)物流86提取的富氮蒸氣塔頂餾出物。另外，還提取廢物流88以控制氮產(chǎn)物流86的純度。氮產(chǎn)物流86和廢物流88通過過冷卻單元90。過冷卻単元90使逆流流64過冷卻。可以可選地采取作為流92的逆流流64的一部分作為液體產(chǎn)物，而其余部分93可以在膨脹閥94兩端的壓カ下降之后被引入低壓塔54中。在通過過冷卻單元90之后，氮產(chǎn)物流86和廢物流88在第一主換熱器25內(nèi)被完全加溫以產(chǎn)生加溫氮產(chǎn)物流95和加溫廢物流96?？梢允褂眉訙貜U物流96來使預(yù)純化單元16內(nèi)的吸附劑再生。另外，從由富氧液體塔底58組成的低壓塔54的塔底提取富氧液流98?？梢杂帽?9來對富氧液流96進(jìn)行泵浦以形成加壓含氧流100?？梢钥蛇x地將加壓液氧流100的一部分取作液氧產(chǎn)物流102。其余部分104可以在第一主換熱器25中被完全加溫并氣化以在壓カ下產(chǎn)生氧產(chǎn)物流106。不純氧蒸氣流272到低壓塔54中的引入將增加在低壓塔54中產(chǎn)生的富氧液體塔 底58的量，超過單獨(dú)地從第一空氣流10內(nèi)的氧分離產(chǎn)生的量。可以在基本上未増加蒸氣負(fù)載低壓塔54的情況下添加此類流，因?yàn)椴患冄跽魵饬?72的氮含量比空氣的少。這當(dāng)然不是沒有限制的。如可以認(rèn)識(shí)到的，對于氧蒸氣流272的給定氧和氮濃度而言，隨著流量的増加，被引向高壓塔52的空氣產(chǎn)生相對固定量的逆流流64，最后將沒有足夠的逆流以保持來自塔54的高氧回收。應(yīng)注意的是，雖然第一空氣分離裝置I被示為通過提供冷凝器一重沸器57而具有以熱傳遞關(guān)系連接的高壓塔和低壓塔，但可以有其它類型的裝置。例如，可以與本發(fā)明相結(jié)合地使用低純度氧裝置。在此類裝置中，高壓塔和低壓塔未如圖I所示地以熱傳遞方式被連接。相反，通常由隨后被供給到高壓塔中的壓縮空氣流的冷凝或部分冷凝來提供低壓塔的最低重沸。另外，雖然示出了下塔渦輪機(jī)32，但可以有結(jié)合了上塔渦輪機(jī)的裝置設(shè)計(jì)。此夕卜，雖然第一空氣分離裝置I被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生高壓氧產(chǎn)物，但本發(fā)明可應(yīng)用于氣態(tài)氧裝置，其中直接從低壓塔作為液體和/或在較低壓カ下產(chǎn)生氧。參考圖2，示出了第二低溫空氣分離裝置2，其被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生氮并產(chǎn)生不純氧氣流272或換言之包含比空氣更多的氧以及可感知量的氮的流。第二低溫空氣分離裝置2是且僅是可以用來產(chǎn)生不純氧流的裝置的ー個(gè)示例。例如，可以使用單塔氮發(fā)生器，并且在這種情況下，將從在對逆流進(jìn)行冷凝的過程中被氣化的塔底液體產(chǎn)生不純氧蒸氣流。其它示例包括采用多個(gè)冷凝器一重沸器的雙塔循環(huán)。此外，低溫空氣分離裝置2不需要在與低溫空氣分離裝置I相同的壓カ下操作。其可以在較低壓力下操作，導(dǎo)致節(jié)能。此外，雖然低溫空氣分離裝置2具有被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生高純度氮產(chǎn)物的類型，但用于低溫空氣分離裝置2的特定単元可以是較低純度單元。低溫空氣分離裝置2分離第二空氣流200內(nèi)的空氣。第二空氣流200在壓縮機(jī)202中被壓縮井隨后在預(yù)純化単元204內(nèi)被純化。壓縮機(jī)202可以組成壓縮、中間冷卻和冷凝物去除的多個(gè)級(jí)。預(yù)純化單元204可以是與預(yù)純化單元16相同的類型。然后，結(jié)果得到的壓縮和純化空氣流206被弓I入主換熱器208中。由壓縮和純化空氣流206的一部分形成的第一附屬空氣流210被完全冷卻并從主換熱器208的冷端排出。組成壓縮和純化空氣流206的其余部分的第二附屬空氣流212從主換熱器208的中間點(diǎn)被提取，并同樣地在主換熱器208的熱端和冷端溫度之間被部分地冷卻。第一附屬空氣流210被引入提供有質(zhì)量傳遞接觸元件216和218的第二高壓塔214中以引發(fā)形成變得越來越富氮的上升相以產(chǎn)生富氮塔頂餾出物。第二附屬空氣流212可以具有在第二空氣流200的流率約5%與約20%之間的任何流率，并且在膨脹器220內(nèi)被膨脹以產(chǎn)生排出流222，排出流222被引入低壓塔224中以向第二低溫空氣分離裝置2中賦予制冷。第二低壓塔224提供有冷凝器一重沸器226和質(zhì)量傳遞接觸元件228、230和232。從高壓塔214獲取的富氮蒸氣流234被劃分成第一氮蒸氣流236和第二氮蒸氣流238。第一氮蒸氣流236在冷凝器一重沸器226內(nèi)被冷凝以產(chǎn)生富氮液流240，其用來使高壓塔214逆流并引發(fā)形成變得越來越富氧的下降相以在第二高壓塔214的底部區(qū)中產(chǎn)生釜液242。釜液流244在閥246中被膨脹至第二低壓塔224的壓カ并在排出流222的水平被引入以進(jìn)ー步對釜液242進(jìn)行精煉。第二富氮蒸氣塔頂餾出物聚集在第二低壓塔224的頂部處并被作為第二富氮蒸氣流226提取。第二富氮蒸氣流226被劃分成第二氮產(chǎn)物流248和第二富氮流250。第二富氮流250在換熱器260內(nèi)被冷凝以產(chǎn)生第二液氮逆流流252，其被引入第二低壓塔224的頂部中以引發(fā)形成變得越來越富氧的下降液相以在第二低壓塔224的底部中產(chǎn)生不純富 氧液體塔底254。不純氧液體塔底流262從第二低壓塔224的底部被提取，在過冷卻單元264內(nèi)過冷卻，由閥266進(jìn)行閥膨脹，并隨后被引入殼體268中，殼體268容納換熱器260以對第二富氮蒸氣流250進(jìn)行冷凝。這導(dǎo)致不純富氧液體254的氣化以產(chǎn)生不純氧蒸氣流270和液體271，液體271包含諸如碳?xì)浠衔锏膿]發(fā)性較低的成分，其出于安全考慮可以通過殼體268的排放裝置269來處理。不純氧蒸氣流270在過冷卻單元264內(nèi)加溫并隨后在第二主換熱器208內(nèi)完全加溫以產(chǎn)生加溫不純氧蒸氣流272以便引入第一低溫空氣分離裝置I中。第二氮蒸氣產(chǎn)物流248也在過冷卻単元264中加溫以幫助對不純富氧液體流262進(jìn)行過冷卻并然后在主換熱器208內(nèi)完全加溫。然后將第二氮產(chǎn)物流248引入氮產(chǎn)物壓縮機(jī)274以便連同第一氮產(chǎn)物流238 —起進(jìn)行壓縮，第一氮產(chǎn)物流238也在主換熱器208內(nèi)完全加溫，并被引入處于比第二氮產(chǎn)物流248更高壓力的其中間級(jí)中。壓縮產(chǎn)生加壓氮產(chǎn)物流276，其可以被直接用于諸如氣體渦輪機(jī)內(nèi)的Nox還原的下游過程。應(yīng)注意的是，不純氧蒸氣流272可以在未在第二主換熱器208內(nèi)被完全加溫的情況下被直接供給到低溫空氣分離裝置I中?？梢詮谋还┙o到第一低溫空氣分離裝置的第一空氣流10導(dǎo)出第二空氣流200。在這方面，可以從與流18相關(guān)聯(lián)的壓縮列獲取第二空氣流206。在這種情況下，將不需要壓縮機(jī)202或預(yù)純化単元204?？商鎿Q地，可以在裝置之間集成第二主換熱器208和第一主換熱器25。另外，雖然低溫空氣分離裝置2被示為僅向低溫空氣分離裝置I供應(yīng)不純氧蒸氣流272，但其可以向多個(gè)其它裝置供應(yīng)此類流。在這方面，此類其它裝置不需要是相同的，因?yàn)椹`種此類設(shè)備可能還能夠產(chǎn)生氬，而由同樣的不純氧裝置所服務(wù)的另一類型可以被設(shè)計(jì)為僅產(chǎn)生氧和/或氮產(chǎn)物。在裝置的包圍區(qū)域中，在裝置之間可能存在多個(gè)鏈接以向包圍區(qū)域中的ー些裝置供應(yīng)不純氧。雖然已參考優(yōu)選實(shí)施例描述了本發(fā)明，但如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到的，在不脫離如所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行許多修改、添加和省略。
權(quán)利要求
1.一種分離空氣的方法,包括 由第一低溫精餾過程來分離第一空氣流內(nèi)的空氣，所述第一低溫精餾過程采用高壓塔和低壓塔； 從所述低壓塔提取富氧產(chǎn)物流，所述富氧產(chǎn)物流由在所述低壓塔中產(chǎn)生的富氧液體塔底組成； 由第二低溫精餾過程來分離第二空氣流內(nèi)的空氣，使得產(chǎn)生具有在所述富氧產(chǎn)物流與空氣的氧濃度之間的氧濃度和比空氣低的氮濃度的不純氧蒸氣流；以及 將由所述第二低溫精餾過程產(chǎn)生的所述不純氧蒸氣流的至少一部分引入所述第一低溫精餾過程的所述低壓塔中，使得包含在所述第一空氣流和所述不純氧蒸氣流內(nèi)的氧在所述低壓塔的所述富氧液體塔底中被回收并用于產(chǎn)生所述富氧產(chǎn)物流。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中 對所述富氧液體塔底的流進(jìn)行泵浦以產(chǎn)生泵浦含氧流；以及 在所述第一低溫精餾過程內(nèi)對所述泵浦含氧流的至少一部分進(jìn)行氣化，從而產(chǎn)生所述富氧產(chǎn)物流。
3.如權(quán)利要求I所述的方法，其中 所述第一空氣流和所述第二空氣流分別在與所述第一低溫精餾過程和所述第二低溫精餾過程相結(jié)合地使用的第一主換熱器和第二主換熱器內(nèi)被完全冷卻；以及 所述不純氧蒸氣流在所述第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，并隨后在所述不純氧蒸氣流的至少一部分被引入所述第一低溫精餾過程的所述低壓塔中之前在所述第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述第二低溫精餾過程產(chǎn)生氮產(chǎn)物流。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中 所述第一低溫精餾過程的所述高壓塔和所述低壓塔是第一高壓塔和第一低壓塔； 所述第二低溫精餾過程采用第二高壓塔和第二低壓塔； 在所述第二低壓塔中產(chǎn)生不純氧液體塔底和富氮蒸氣塔頂餾出物； 從所述低壓塔提取由富氮蒸氣組成的富氮蒸氣流并將其劃分成第一和第二富氮蒸氣流； 所述富氮蒸氣流中的第一個(gè)被完全加溫，從而形成所述氮產(chǎn)物流； 所述富氮蒸氣流中的第二個(gè)被液化并作為逆流被引入所述低壓塔中； 由所述不純氧液體塔底組成的液體塔底流的壓力被降低并以與所述富氮蒸氣流中的第二個(gè)間接換熱的方式被傳遞，從而液化所述富氮蒸氣流中的第二個(gè)并使所述液體塔底流氣化； 所述液體塔底流在已被氣化之后被完全加溫，從而形成所述不純氧蒸氣流；以及 所述不純氧蒸氣流的至少一部分在被引入所述第一低壓塔中之前被完全冷卻。
6.一種用于分離空氣的設(shè)備，包括 具有高壓塔和低壓塔的第一低溫空氣分離裝置，所述第一低溫空氣分離裝置被配置為分離第一空氣流內(nèi)的空氣并產(chǎn)生由所述低壓塔的富氧液體塔底組成的富氧產(chǎn)物流，所述低壓塔的富氧液體塔底包含從所述第一空氣流和從被引入所述低壓塔中的不純氧蒸氣流回收的氧；第二低溫空氣分離裝置，其被配置為分離第二空氣流內(nèi)的空氣，使得產(chǎn)生具有在所述富氧產(chǎn)物流與空氣的氧濃度之間的氧濃度和較低氮濃度的不純氧蒸氣流；以及 所述第一低溫空氣分離裝置被連接到所述第二低溫空氣分離裝置，使得由所述第二低溫空氣分離裝置產(chǎn)生的所述不純氧蒸氣流的至少一部分被引入所述第一低溫空氣分離裝置的所述低壓塔中。
7.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中，所述第一低溫空氣分離裝置具有泵，所述泵被設(shè)置在主換熱器與所述低壓塔之間，使得由所述泵對所述富氧液體塔底的流進(jìn)行泵浦以產(chǎn)生泵浦含氧流，并且所述泵浦含氧流的至少一部分在所述主換熱器內(nèi)被氣化，從而產(chǎn)生所述富氧產(chǎn)物流。
8.如權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其中 所述第一低溫空氣分離裝置和所述第二低溫空氣分離裝置分別具有第一主換熱器和第二主換熱器；以及 所述第一低溫空氣分離裝置和所述第二低溫空氣分離裝置被連接，使得不純氧蒸氣流在所述第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，并且然后所述不純氧蒸氣流的至少一部分在被引入所述第一低溫精餾裝置的所述低壓塔中之前在所述第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。
9.如權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其中，所述第二低溫空氣分離裝置被配置為產(chǎn)生氮產(chǎn)物流。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其中 所述第一低溫空氣分離裝置的所述高壓塔和所述低壓塔及所述主換熱器是第一高壓塔、第一低壓塔和第一主換熱器； 所述第二低溫空氣分離裝置采用第二高壓塔、第二低壓塔和第二主換熱器； 所述第二低溫空氣分離裝置被配置為使得在所述第二低壓塔中產(chǎn)生不純氧液體塔底和富氮蒸氣塔頂餾出物； 所述第二主換熱器被連接到所述第二低壓塔，使得由所述富氮蒸氣塔頂餾出物組成的第一富氮蒸氣流在所述第二主換熱器內(nèi)被完全加溫，從而形成所述氮產(chǎn)物流； 換熱器被連接到所述低壓塔，使得由所述富氮蒸氣塔頂餾出物組成的第二富氮蒸氣流被液化并作為逆流引入所述低壓塔，并且由所述不純氧液體塔底組成的液體塔底流以與所述富氮蒸氣流中的第二個(gè)間接換熱的方式被傳遞，從而液化所述富氮蒸氣流中的第二個(gè)并使所述液體塔底流氣化； 所述換熱器被連接到所述主換熱器，使得所述液體塔底流在已被氣化之后被完全加溫，從而形成所述不純氧蒸氣流；以及 所述第二主換熱器被連接到所述第一主換熱器，使得所述不純氧蒸氣流的至少一部分在被引入所述第一低壓塔中之前在所述第一主換熱器內(nèi)被完全冷卻。
全文摘要
一種空氣分離方法，其中在低溫精餾過程內(nèi)分離空氣，該低溫精餾過程在第一和第二低溫空氣分離裝置中執(zhí)行。第一低溫空氣分離裝置被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流且第二低溫空氣分離裝置被設(shè)計(jì)為產(chǎn)生不純氧蒸氣流。不純氧蒸氣流的至少一部分被引入第一低溫空氣分離裝置的低壓塔中，并且被包含在此類流中的氧連同在第一空氣分離裝置內(nèi)分離的空氣一起被用于產(chǎn)生富氧產(chǎn)物流。
文檔編號(hào)F25J3/08GK102770731SQ200980132477
公開日2012年11月7日 申請日期2009年6月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者H.E.霍華德 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司