本發(fā)明涉及用于在空氣分離設(shè)備中獲得液態(tài)和氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的方法以及設(shè)計(jì)用于實(shí)施此類方法的空氣分離設(shè)備。
背景技術(shù)：
通過在空氣分離設(shè)備中低溫分離空氣生產(chǎn)液態(tài)或氣態(tài)的空氣產(chǎn)品是已知的，例如在h.-w.
對(duì)于一系列的工業(yè)應(yīng)用，至少不單獨(dú)需要純氧。這開啟了對(duì)空氣分離設(shè)備在其生產(chǎn)和運(yùn)行成本尤其是其能耗方面進(jìn)行優(yōu)化的可能性。具體參見專業(yè)文獻(xiàn)，例如f.g.kerry，industrialgashandbook：gasseparationandpurification，crcpress，2006，第3.8節(jié)，“developmentoflowoxygen-purityprocesses(低氧純度工藝的發(fā)展)”。
為了獲得較低純度的氣態(tài)壓縮氧，特別是可以使用具有所謂的混合塔的空氣分離設(shè)備，其早已是已知的，并且在一系列出版物例如de2204376a1(對(duì)應(yīng)于us4,022,030a)us5,454,227a、us5,490,391a、de19803437a1、de19951521a1、ep1139046b1(us2001/052244a1)、ep1284404a1(us6,662,595b2)、de10209421a1、de10217093a1、ep1376037b1(us6,776,004b2)、ep1387136a1和ep1666824a1中有描述。fr2895068a1也公開了具有混合塔的空氣分離設(shè)備。
將富含氧的液體在塔頂附近及將氣態(tài)的壓縮空氣所謂的混合塔空氣在塔底附近送入混合塔中，并且彼此相遇。通過強(qiáng)烈的接觸，使一部分來自混合塔空氣的易揮發(fā)的氮轉(zhuǎn)移到富含氧的液體中。富含氧的液體在此在混合塔中蒸發(fā)，可以在混合塔的塔頂處作為所謂的“不純”氧排出。可以從空氣分離設(shè)備排出不純氧作為氣體產(chǎn)品。混合塔空氣就自身而言在經(jīng)過混合塔時(shí)液化，在一定程度上使氧富集，可以從混合塔的塔底排出。隨后可以將該液化的流在能量和/或分離技術(shù)上合適的位置送入所用的蒸餾塔系統(tǒng)中。通過使用混合塔，可以在考慮了氣態(tài)氧產(chǎn)品的純度的成本的情況下減少物料分離所需的能量。
對(duì)于已知的空氣分離設(shè)備及利用混合塔工作的空氣分離設(shè)備不利的是在運(yùn)行中受限的靈活性。在此類設(shè)備中一般通過在所謂的吹進(jìn)渦輪機(jī)(einblaseturbine)中使空氣減壓，從而覆蓋冷量需求。此類吹進(jìn)渦輪機(jī)使空氣從例如5.0至6.0巴的壓力水平減壓至例如1.2至1.6巴的壓力水平(均為絕對(duì)壓力；下面給出在本發(fā)明的范疇內(nèi)所用的特定的壓力水平)。在相應(yīng)的設(shè)備中設(shè)置有具有(至少一個(gè))高壓塔和低壓塔的蒸餾塔系統(tǒng)。高壓塔在所述示例情況下在5.0至6.0巴的所述壓力水平運(yùn)行，低壓塔在1.2至1.6巴的所述壓力水平運(yùn)行。將在吹進(jìn)渦輪機(jī)中減壓的空氣送入低壓塔中?？梢酝ㄟ^在高壓塔與低壓塔之間的給定的壓力差進(jìn)行減壓。但是以此方式減壓進(jìn)入低壓塔中的空氣會(huì)干擾精餾，因此總體上嚴(yán)重地限制了在吹進(jìn)渦輪機(jī)中減壓的空氣的量及由此限制了所述設(shè)備的制冷效率。因此無法從具有此類連接部的設(shè)備排出可觀的量的液態(tài)產(chǎn)品。
因此在具有混合塔的傳統(tǒng)設(shè)備中，如同在其他典型的用于提供氣態(tài)空氣產(chǎn)品的空氣分離設(shè)備(所謂的氣體設(shè)備)的情況，排出液態(tài)氮和液態(tài)氧的最大量被限制到所用空氣量的最高約0.5％。
如在wo2014/037091a2中所述的方法雖然允許提高液體生產(chǎn)，但是出于后述的原因，在對(duì)液態(tài)和氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的需求波動(dòng)的情況下，并不總是提供足夠的靈活性。
因此存在對(duì)于在具有相應(yīng)混合塔的空氣分離設(shè)備中高效且靈活地生產(chǎn)液態(tài)和氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的可行方案加以改善的需求。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
在此類背景下，本發(fā)明建議根據(jù)本發(fā)明的用于在空氣分離設(shè)備中獲得液態(tài)和氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的方法以及被設(shè)定用于實(shí)施此類方法的空氣分離設(shè)備。下面描述優(yōu)選的實(shí)施方案。
在空氣分離設(shè)備中使用渦輪壓縮機(jī)壓縮空氣。這例如適用于“主空氣壓縮機(jī)”，其特征在于，通過該主空氣壓縮機(jī)壓縮所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣量，即所有的進(jìn)料空氣。相應(yīng)地，還可以設(shè)置“后期壓縮機(jī)”，在其中將在主空氣壓縮機(jī)中壓縮的空氣量的一部分施加至更高的壓力。其也可以構(gòu)造為渦輪壓縮機(jī)。為了壓縮部分空氣量，典型地設(shè)置其他的渦輪壓縮機(jī)，該渦輪壓縮機(jī)也稱為增壓機(jī)，但是相對(duì)于主空氣壓縮機(jī)或后期壓縮機(jī)僅以比較小的程度進(jìn)行壓縮。
此外可以在空氣分離設(shè)備中的多個(gè)位置使空氣減壓，為此特別是可以使用在此簡稱為“渦輪機(jī)”的渦輪膨脹器的形式的減壓機(jī)。渦輪膨脹器還可以與渦輪壓縮機(jī)連接并且驅(qū)動(dòng)該渦輪壓縮機(jī)。若一個(gè)或多個(gè)渦輪壓縮機(jī)在沒有外部輸入能量的情況下即僅通過一個(gè)或多個(gè)渦輪膨脹器來驅(qū)動(dòng)，則對(duì)于此類布置方式也使用術(shù)語“渦輪增壓機(jī)”。在渦輪增壓機(jī)中，渦輪膨脹器與渦輪壓縮機(jī)以機(jī)械方式連接。
本申請(qǐng)使用術(shù)語“壓力水平”和“溫度水平”來表征壓力和溫度，由此表達(dá)在相應(yīng)的設(shè)備中不必以精確的壓力值或溫度值的形式使用壓力和溫度，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。但是此類壓力和溫度通常在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，例如圍繞中值波動(dòng)±1％、5％、10％、20％或者甚至50％。一般而言，在一個(gè)“水平”內(nèi)的數(shù)值彼此相差不多于5％或10％。在此，相應(yīng)的壓力水平和溫度水平可以在不連續(xù)的范圍內(nèi)或者在相互重疊的范圍內(nèi)。例如壓力水平尤其是包括不可避免的壓力損失或預(yù)期的壓力損失，其例如由于冷卻效應(yīng)或傳輸損失引起。相應(yīng)的也適用于溫度水平。在此以巴給出的壓力水平涉及絕對(duì)壓力。
在本申請(qǐng)的范疇內(nèi)討論的是獲得空氣產(chǎn)品，尤其是富含氧和富含氮的空氣產(chǎn)品或氧產(chǎn)品和氮產(chǎn)品?！爱a(chǎn)品”離開所述設(shè)備并且例如在罐中儲(chǔ)存或消耗。因此其不再僅僅單獨(dú)參與設(shè)備內(nèi)部的循環(huán)，但是可以在離開所述設(shè)備前相應(yīng)地加以使用，例如在熱交換器中作為冷量載體。因此，術(shù)語“產(chǎn)品”不包括本身留在該設(shè)備中并且單獨(dú)在此例如用作回流、冷卻劑或吹洗氣體的餾分或流。
此外，術(shù)語“產(chǎn)品”包括給定的量?！爱a(chǎn)品”對(duì)應(yīng)于在相應(yīng)的設(shè)備中使用的空氣量的至少1％、尤其是至少2％、例如至少5％或至少10％。因此，較少量的通常也在所述氣體設(shè)備中產(chǎn)生并由該設(shè)備任選排出的液態(tài)餾分在本申請(qǐng)的意義上不是“產(chǎn)品”。例如在已知的蒸餾塔系統(tǒng)中，始終從低壓塔排出少量的在塔底分離的液態(tài)餾分，以避免非期望的組分如甲烷富集。但是其由于所述量所以在本申請(qǐng)的意義上不是“產(chǎn)品”。通過排出液態(tài)產(chǎn)品，從空氣分離設(shè)備“排出”相當(dāng)多的冷量，這些冷量可以額外通過此液態(tài)產(chǎn)品的蒸發(fā)而部分地回收。但是如此排出只有從特定的排出量起才起作用，即實(shí)際上排出在上述定義的意義上的“產(chǎn)品”的情況下。
液態(tài)或氣態(tài)的“富含氧的空氣產(chǎn)品”在本申請(qǐng)的語言慣用法中是相應(yīng)的聚集態(tài)的流體，該流體具有基于摩爾量、重量或體積的至少75％、尤其是至少80％的氧含量。因此，從混合塔排出的“不純氧”也是富含氧的空氣產(chǎn)品。
發(fā)明優(yōu)勢(shì)
本發(fā)明建議低溫分離空氣的方法，其中使用具有主熱交換器和蒸餾塔系統(tǒng)的空氣分離設(shè)備，該蒸餾塔系統(tǒng)包括在第一壓力水平運(yùn)行的高壓塔、在第二壓力水平運(yùn)行的低壓塔以及混合塔。第二壓力水平低于第一壓力水平。
例如已由前述的wo2014/037091a2所公開，可以在此類方法中，從所述低壓塔以液態(tài)排出具有第一氧含量的富含氧的流，該流不直接以液態(tài)或蒸發(fā)的狀態(tài)從所述空氣分離設(shè)備導(dǎo)出，而是尤其是在加熱后以第一氧含量以液態(tài)送入所述混合塔中，尤其是送入上部區(qū)域中，例如在塔頂。此外將第一壓縮空氣流以氣態(tài)送入所述混合塔中，并且在該混合塔中送去迎接具有第一氧含量的富含氧的流。優(yōu)選直接在塔底上方將第一壓縮空氣流送入混合塔中。
通過如此運(yùn)行所述混合塔，可以從該混合塔在塔頂側(cè)排出具有低于第一氧含量的第二氧含量的富含氧的流，并且作為氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品從所述空氣分離設(shè)備導(dǎo)出。具有第二氧含量的富含氧的流是所述“不純的”氧，但是其(第二)氧含量對(duì)于特定的用途是足夠的，并且能夠?qū)崿F(xiàn)所述的能量上的優(yōu)化。
在相應(yīng)的設(shè)備中，可以從低壓塔尤其是其塔底以液態(tài)排出純氧流并以其氧含量作為液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品以液態(tài)從所述空氣分離設(shè)備導(dǎo)出。相應(yīng)地在wo2014/037091a2中顯示。所述純氧流具有高于第一氧含量的氧含量。因此在此情況下提供另一種具有高氧含量的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品。由此進(jìn)行的從所述低壓塔排出兩股富含氧的流(即具有第一氧含量的富含氧的流和額外的純氧流)是工藝技術(shù)上的可選方案，條件是除了氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品以外還需要純液氧形式的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品。若不需要此類純液氧形式的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，或者液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的所需的純度比氣態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的所期望的純度高約1至2個(gè)百分點(diǎn)，則也可以從所述低壓塔僅以液態(tài)排出富含氧的流。于是例如可以將其中一部分如前所述送入混合塔中，及將一部分以液態(tài)形式從所述空氣分離設(shè)備導(dǎo)出，即用作液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品。
在各種情況下，在本發(fā)明中也從所述空氣分離設(shè)備至少暫時(shí)地以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，例如具有第一氧含量的來自低壓塔的相應(yīng)的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品或相應(yīng)的純氧。還可以從所述空氣分離設(shè)備以液態(tài)導(dǎo)出其他富含氧的空氣產(chǎn)品。作為產(chǎn)品，其量至少包括上文關(guān)于“產(chǎn)品”所給定的值?？梢詮乃隹諝夥蛛x設(shè)備以液態(tài)導(dǎo)出相應(yīng)的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的量由于根據(jù)本發(fā)明所建議的措施是非常靈活的。
若前面討論的是富含氧的流，即尤其是具有第一氧含量的富含氧的流和任選存在的具有更高的氧含量的純氧流和其他從所述低壓塔以液態(tài)排出的富含氧的流，則在此涉及用于生產(chǎn)相應(yīng)的富含氧的空氣產(chǎn)品的流。因此，如上關(guān)于術(shù)語“產(chǎn)品”所述，這些流以明顯不同于不是作為產(chǎn)品提供的流例如僅用于例如從低壓塔的塔底去除雜質(zhì)的吹洗流的量從所述低壓塔導(dǎo)出。因此具有第一氧含量的富含氧的流和任選存在的純氧流和其他的富含氧的流分別以在上文中關(guān)于“產(chǎn)品”所述的范圍內(nèi)的量從所述低壓塔排出。
在本發(fā)明的范疇內(nèi)，送入混合塔中的第一壓縮空氣流是通過使用被壓縮至高于第一壓力水平的初始?jí)毫λ?、然后尤其是在所述主熱交換器中冷卻至第一溫度水平及在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣形成的。如下所述，尤其是在所謂的hap法(“高空氣壓力”)中使用本發(fā)明，即其中將送至蒸餾塔系統(tǒng)的全部空氣量壓縮至明顯高于在蒸餾塔系統(tǒng)中使用的最高運(yùn)行壓力的壓力的方法。在此，“明顯高于”在此情況下理解為至少1.0巴、尤其是更大的壓力差。通過使用相應(yīng)的第一渦輪機(jī)，可以產(chǎn)生額外的冷量，該冷量補(bǔ)償尤其是由于從空氣分離設(shè)備排出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品而導(dǎo)致的冷量損失。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，通過減壓用于提供第一壓縮空氣流的空氣而覆蓋一部分冷量需求，該空氣在所述第一渦輪機(jī)中減壓。
此外，本發(fā)明還建議，將第二壓縮空氣流送入所述高壓塔中，該第二壓縮空氣流同樣是通過使用被壓縮至初始?jí)毫λ?、然后尤其是在主熱交換器中冷卻至第一溫度水平及在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣形成的。因此，在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣的一部分在其在第一渦輪機(jī)中減壓后送入混合塔中，另一部分送入高壓塔中。
此外，本發(fā)明還建議，將第三壓縮空氣流送入所述低壓塔中，該第三壓縮空氣流是通過使用被壓縮至初始?jí)毫λ?、然后尤其是在所述主熱交換器中冷卻至第二溫度水平、在第二渦輪機(jī)中減壓然后在所述主熱交換器中進(jìn)一步冷卻至第三溫度水平的空氣形成的。
在本發(fā)明的范疇內(nèi)，空氣在所述第一渦輪機(jī)中減壓至第一壓力水平，即高壓塔的壓力水平，及在第二渦輪機(jī)中減壓至第二壓力水平，即低壓塔的壓力水平。所述混合塔在本發(fā)明的范疇內(nèi)在所述第一壓力水平即高壓塔的壓力水平或者在與第一壓力水平相差最多1巴的第三壓力水平運(yùn)行。
在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣和在第二渦輪機(jī)中減壓的空氣在本發(fā)明的范疇內(nèi)在第一溫度水平送入第一渦輪機(jī)及在第二溫度水平送入第二渦輪機(jī)，其中第一溫度水平比第二溫度水平低至少20k、尤其是至少30k或者至少40k。第一溫度水平尤其是可以比第二溫度水平低25至35k或28至32k、特別是約30k。對(duì)于各個(gè)溫度水平，也參照以下說明。在此，第一渦輪機(jī)是“冷的”渦輪機(jī)，第二渦輪機(jī)是“熱的”渦輪機(jī)。
若期望在其中實(shí)現(xiàn)了前述類型的hap法并且使用混合塔的傳統(tǒng)的方法或設(shè)備中減少液體生產(chǎn)，即從空氣分離設(shè)備以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的空氣產(chǎn)品的量，則必須在流動(dòng)通過主空氣壓縮機(jī)的空氣量恒定的情況下降低主空氣壓縮機(jī)的壓力。但是在空氣量恒定的情況下相應(yīng)地降低的壓力增大了壓縮的空氣的實(shí)際體積。因此，在傳統(tǒng)的設(shè)備中，布置在熱部分的裝置尤其是空氣純化和預(yù)冷卻單元的尺寸必須明顯更大。這出于經(jīng)濟(jì)上的原因是不值得期待的。此外，在空氣量恒定的情況下降低壓力這在所用的主空氣壓縮機(jī)的功效方面通常不是最優(yōu)的。
對(duì)于其中取決于氣態(tài)氧產(chǎn)品所需壓力的混合塔壓力明顯低于或高于高壓塔壓力的方法，提供在如前所述的wo2014/037091a2中所描述的方法。
與此不同，根據(jù)本發(fā)明認(rèn)識(shí)到，若壓力產(chǎn)品所需的壓力處于或接近約為5巴的高壓塔壓力水平即第一壓力水平或與第一壓力水平相差最多1巴的第三壓力水平，如在本發(fā)明的范疇內(nèi)，則hap法在使用中壓渦輪機(jī)及吹進(jìn)渦輪機(jī)(einblaseturbine)的情況下在提供液態(tài)氧產(chǎn)品的設(shè)備靈活性和運(yùn)行成本方面是有利的。
“中壓渦輪機(jī)”是所述的第一渦輪機(jī)，“吹進(jìn)渦輪機(jī)”在本申請(qǐng)的范疇內(nèi)是通過第二渦輪機(jī)形成的。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的方法被設(shè)計(jì)為hap法，所以僅需要唯一的主空氣壓縮機(jī)，這顯著降低了投資成本。這兩個(gè)渦輪機(jī)的入口壓力優(yōu)選處于相同的水平，尤其是處于主空氣壓縮機(jī)的出口壓力的水平。
若應(yīng)當(dāng)提供比較大量的液態(tài)氧產(chǎn)品(“較高的液體生產(chǎn)”)，則在本發(fā)明的范疇內(nèi)可以升高初始?jí)毫λ?即通過主空氣壓縮機(jī)提供的壓力水平)，同時(shí)為此增大以第三壓縮空氣流的形式送入低壓塔中的空氣的量(即在第二渦輪機(jī)即“吹進(jìn)渦輪機(jī)”中減壓的“吹進(jìn)空氣”)。因此，由于增大了在第二渦輪機(jī)中減壓的空氣的量，提高了所謂的“空氣因數(shù)”，即總共用于精餾所需的空氣量。
通過所述的同時(shí)升高壓力和量，使得所述設(shè)備產(chǎn)生更大的效能，主空氣壓縮機(jī)輸出更大的效率，并且可以增大液體生產(chǎn)。同時(shí)使在熱部分中空氣的實(shí)際體積在本發(fā)明的范疇內(nèi)保持近似恒定，這是因?yàn)樘岣吡藟毫土?。在主空氣壓縮機(jī)的特性圖中，以此方式提高了壓縮的空氣的量和壓力，這一般有利地影響主空氣壓縮機(jī)的功效。
與此不同，若應(yīng)當(dāng)提供比較少量的液態(tài)氧產(chǎn)品(“較低的液體生產(chǎn)”)，則降低初始?jí)毫λ?，同時(shí)為此減少以第三壓縮空氣流的形式送入低壓塔中的空氣的量。由于減少了在第二渦輪機(jī)中減壓的空氣的量，降低了空氣因數(shù)。
通過同時(shí)降低壓力和減少量，使得所述設(shè)備產(chǎn)生更少的效能，主空氣壓縮機(jī)輸出更小的功率，并且減少液體生產(chǎn)。同時(shí)又使在熱部分中的空氣的實(shí)際體積保持近似恒定。在主空氣壓縮機(jī)的特性圖中，以此方式降低了壓縮的空氣的量和壓力，這與單純降低壓力相比一般更加有利地影響主空氣壓縮機(jī)的功效。
在本發(fā)明的范疇內(nèi)，有利地使用送入高壓塔中的第四壓縮空氣流，該第四壓縮空氣流是通過使用被壓縮至初始?jí)毫λ?、然后冷卻至第三溫度水平及借助節(jié)流器減壓的空氣形成的。相應(yīng)的第四壓縮空氣流對(duì)應(yīng)于傳統(tǒng)的空氣分離法的節(jié)流流。
根據(jù)本發(fā)明的方法有利地包括第一工藝模式和第二工藝模式，其中在第一工藝模式中從空氣分離設(shè)備以相對(duì)于第二工藝模式更大的量以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，其中在第一工藝模式中在第二渦輪機(jī)中減壓相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量，并由此同時(shí)第三壓縮空氣流在第一工藝模式中包括同樣相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量。換而言之，在本發(fā)明的范疇內(nèi)為了排出更大量的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，提高通過第二渦輪機(jī)減壓并送入低壓塔中的吹進(jìn)空氣量。由此可以覆蓋由于排出液態(tài)氧產(chǎn)品而產(chǎn)生的額外的冷量需求。
將各自從空氣分離設(shè)備導(dǎo)出的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品從低壓塔排出。在此可以使用純氧，如上所述，或者使用具有更低的氧含量的液態(tài)氧產(chǎn)品。若“以液態(tài)導(dǎo)出”此類液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，則這意味著，在空氣分離設(shè)備內(nèi)不進(jìn)行蒸發(fā)。若上文給定在第一工藝模式中從空氣分離設(shè)備以相對(duì)于第二工藝模式更大的量以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，則這還可以包括，在第二工藝模式中不導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品。在第一工藝模式中以液態(tài)從空氣分離設(shè)備導(dǎo)出的液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的量例如可以包括在第二工藝模式中的相應(yīng)的量的1.5倍、2倍、3倍、4倍或5倍。
在考慮了所謂的吹進(jìn)當(dāng)量的情況下有利地增大在第二渦輪機(jī)中減壓同時(shí)被第三壓縮空氣流包括的空氣量。該吹進(jìn)當(dāng)量首先包括通過第二渦輪機(jī)減壓的空氣量的量，該量同時(shí)對(duì)應(yīng)于被第三壓縮空氣流包括的空氣量；還額外包括同樣從高壓塔排出的富含氮的流的量。這些富含氮的流是液態(tài)氮和壓縮氮，作為相應(yīng)的空氣分離設(shè)備的富含氮的空氣產(chǎn)品供應(yīng)。這些富含氮的流并不是作為液態(tài)回流用于高壓塔和低壓塔。更有利地，在第二渦輪機(jī)中減壓同時(shí)被第三壓縮空氣流包括的空氣量及所述富含氮的流的量的總和在第一工藝模式中包括全部送入蒸餾塔系統(tǒng)中的總空氣量的12至18％，在第二工藝模式中包括總空氣量的0至8％。所述全部送入蒸餾塔系統(tǒng)中的總空氣量還包括在第二渦輪機(jī)中減壓的空氣。
一種此類變化方案尤其是以如下方式實(shí)現(xiàn)，第一渦輪機(jī)以轉(zhuǎn)速可變的方式構(gòu)造或運(yùn)行，從而可以在不同的運(yùn)行模式中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)地不同的空氣通過量。在本申請(qǐng)的范疇內(nèi)，術(shù)語“轉(zhuǎn)速可變的”渦輪機(jī)僅僅用作相對(duì)于其轉(zhuǎn)速例如借助相應(yīng)地調(diào)節(jié)的制動(dòng)器設(shè)定為固定轉(zhuǎn)速值的渦輪機(jī)的界限。相應(yīng)的情況也適用于第二渦輪機(jī)。
如已述，根據(jù)本發(fā)明的方法有利地結(jié)合所謂的hap法使用，其中通過使用主空氣壓縮機(jī)將全部送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣壓縮至高于高壓塔壓力水平的壓力水平。因此有利的是，通過使用主空氣壓縮機(jī)將全部送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣施加至初始?jí)毫λ健?/p>
在本發(fā)明的范疇內(nèi)，如已述換而言之，在第一工藝模式中空氣因數(shù)即用于獲得固定的產(chǎn)品量的空氣量明顯大于第二工藝模式，這是因?yàn)樵诘诙u輪機(jī)中減壓同時(shí)被第三壓縮空氣流包括的、送入低壓塔中的空氣量大于第二工藝模式。在第一工藝模式中，如所述，排出相對(duì)于第二工藝模式更大的液態(tài)產(chǎn)品量。因此還必須引導(dǎo)相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量通過主空氣壓縮機(jī)。但是，在此由于更大的空氣因數(shù)，主空氣壓縮機(jī)的最終壓力即在此稱作“初始?jí)毫λ健钡膲毫λ绞冀K小于空氣因數(shù)較小的情況。
與此不同，在第二工藝模式中空氣因數(shù)明顯小于第一工藝模式，這是因?yàn)樵诘诙u輪機(jī)中減壓同時(shí)被第三壓縮空氣流包括的、送入低壓塔中的空氣量小于第一工藝模式。在第二工藝模式中，如所述，排出相對(duì)于第一工藝模式更小的液態(tài)產(chǎn)品量。這導(dǎo)致相對(duì)于第一工藝模式減小了引導(dǎo)通過主空氣壓縮機(jī)的空氣量，同時(shí)最終壓力(即在此稱作“初始?jí)毫λ健钡膲毫λ?更低。如所述，與此不同，在傳統(tǒng)方法中必須在減小的壓力下保持引導(dǎo)通過主空氣壓縮機(jī)的空氣量不變，這導(dǎo)致該空氣量的實(shí)際體積增大。在本發(fā)明的范疇內(nèi)不再是這樣的情況，在第二運(yùn)行模式中的載荷情況因此不再針對(duì)空氣分離設(shè)備的熱部分確定尺寸。同時(shí)關(guān)于在第一和第二工藝模式中主空氣壓縮機(jī)的最終壓力(即“初始?jí)毫λ健?的壓力差小于在傳統(tǒng)方法中的情況，這是因?yàn)槿缢鲇捎诟蟮目諝庖驍?shù)，使得在第一工藝模式中主空氣壓縮機(jī)的最終壓力保持小于空氣因數(shù)較小的情況。因?yàn)闇p少了在主空氣壓縮機(jī)中壓縮的空氣量并且降低了在此采用的壓力，所以該載荷情況一般在特性圖中優(yōu)于壓縮的空氣量恒定且壓力更大幅下降的情況。
有利地，在第一渦輪機(jī)和第二渦輪機(jī)中減壓的空氣是在相同的壓力水平尤其是初始?jí)毫λ剿腿氲谝粶u輪機(jī)和第二渦輪機(jī)。有利地，在本發(fā)明的范疇內(nèi)，在此在第一工藝模式中的初始?jí)毫λ奖仍诘诙に嚹Ｊ街械某跏級(jí)毫λ礁?至10巴。總體上，在本申請(qǐng)的范疇內(nèi)，初始?jí)毫λ娇梢蕴幱?至15巴，第一壓力水平可以處于4.3至6.9巴、尤其是約5.4巴，第二壓力水平可以處于1.3至1.7巴、尤其是約1.4巴。若混合塔不是在第一壓力水平運(yùn)行，則第三壓力水平如所述與第一壓力水平相差最多1巴。第一溫度水平優(yōu)選為110至140℃，第二溫度水平為130至240℃，第三溫度水平為97至102℃。
在本發(fā)明的范疇內(nèi)使用的渦輪機(jī)可以不同的方式制動(dòng)。尤其是可以使用發(fā)電機(jī)、增壓機(jī)和/或油制動(dòng)器。
根據(jù)本發(fā)明的方法尤其是適用于以下情況，其中第一氧含量為99摩爾％以下，例如98至99摩爾％，第二氧含量為80至98摩爾％。若形成，則純氧流的氧含量有利地為99至100摩爾％。使用混合塔的方法在這些情況下被證明是在能量方面特別有效的。
此外，本發(fā)明還延伸到具有主熱交換器和蒸餾塔系統(tǒng)的空氣分離設(shè)備，該蒸餾塔系統(tǒng)包括被設(shè)計(jì)在第一壓力水平運(yùn)行的高壓塔、被設(shè)計(jì)在更低的第二壓力水平運(yùn)行的低壓塔以及混合塔。
在相應(yīng)的設(shè)備中，設(shè)置有用于以下目的的裝置：從低壓塔以液態(tài)排出具有第一氧含量的富含氧的流并且以第一氧含量以液態(tài)送入混合塔中，尤其是上部區(qū)域中；此外將第一壓縮空氣流以氣態(tài)送入混合塔中，尤其是塔底附近，并且在混合塔中送去迎接具有第一氧含量的富含氧的流；從混合塔在塔頂側(cè)排出具有低于第一氧含量的第二氧含量的富含氧的流并且從空氣分離設(shè)備導(dǎo)出；及通過使用被壓縮至高于第一壓力水平的初始?jí)毫λ?、然后冷卻至第一溫度水平及在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣形成第一壓縮空氣流。
如所述，純氧流還可以從低壓塔以液態(tài)排出并從空氣分離設(shè)備以液態(tài)導(dǎo)出。在此類情況下存在為此設(shè)置的裝置。在各種情況下，提供被設(shè)計(jì)用于從空氣分離設(shè)備至少暫時(shí)地以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品的裝置。
根據(jù)本發(fā)明設(shè)置有用于以下目的的裝置，將第二壓縮空氣流送入高壓塔中，該第二壓縮空氣流同樣是通過使用被壓縮至初始?jí)毫λ健⑷缓罄鋮s至第一溫度水平及在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣形成的；將第三壓縮空氣流送入低壓塔中，該第三壓縮空氣流是通過使用被壓縮至初始?jí)毫λ?、然后冷卻至第二溫度水平、在第二渦輪機(jī)中減壓及在主熱交換器中進(jìn)一步冷卻至第三溫度水平的空氣形成的；空氣在第一渦輪機(jī)中減壓至第一壓力水平及在第二渦輪機(jī)中減壓至第二壓力水平；混合塔在第一壓力水平或者與第一壓力水平相差最多1巴的第三壓力水平運(yùn)行。
此外這些裝置根據(jù)本發(fā)明被設(shè)計(jì)用于以下目的，在第一渦輪機(jī)中減壓的空氣和在第二渦輪機(jī)中減壓的空氣是在第一溫度水平送入第一渦輪機(jī)和在第二溫度水平送入第二渦輪機(jī)，其中第一溫度水平比第二溫度水平低至少20k。
此類空氣分離設(shè)備尤其是被設(shè)計(jì)用于在第一工藝模式和第二工藝模式中運(yùn)行，這是通過設(shè)置有用于以下目的的裝置實(shí)現(xiàn)的：在第一工藝模式中從空氣分離設(shè)備以相對(duì)于第二工藝模式更大的量以液態(tài)導(dǎo)出液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品，及在第一工藝模式中，在第二渦輪機(jī)中減壓相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量，從而由此使第三壓縮空氣流在第一工藝模式中包括同樣相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量。
下面依照附圖更詳細(xì)地闡述本發(fā)明，其顯示了本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方案。
附圖說明
圖1以示意性設(shè)備圖的形式顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案的空氣分離設(shè)備。
具體實(shí)施方式
在圖1中顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案的空氣分離設(shè)備，其總體上用100表示。
借助主空氣壓縮機(jī)2從空氣分離設(shè)備100經(jīng)由過濾器1吸取進(jìn)料空氣流a，在所示的實(shí)施例中壓縮到6至15巴(絕對(duì))的壓力水平。在壓縮之后可以緊接著實(shí)施已知類型的干燥步驟、冷卻步驟和純化步驟，為了清楚起見在圖1中未示出。
相應(yīng)地壓縮和純化的空氣流b被分為兩個(gè)支流c和d，在所述壓力水平在熱側(cè)送入主熱交換器3，在其中冷卻并在不同的溫度水平排出。
從支流c通過從主熱交換器3排出而在不同的溫度水平形成兩股支流e和f。支流e在減壓機(jī)4中減壓，支流f在減壓機(jī)5中減壓。因?yàn)橹Я鱡被冷卻至相對(duì)于支流f更低的溫度，所以減壓機(jī)4也稱作“冷的”減壓機(jī)，與此不同，減壓機(jī)5稱作“熱的”減壓機(jī)。
各自以5至15巴(絕對(duì))的所述壓力水平開始實(shí)施這兩股支流e和f的減壓。支流e在所示的實(shí)施例中減壓至約為5.4巴(絕對(duì))的壓力水平，與此不同，支流f減壓至約為1.4巴(絕對(duì))的壓力水平。發(fā)電機(jī)41和51分別與減壓機(jī)4和5連接。
支流e在其在減壓機(jī)4中減壓后再次分為兩股支流g和h。支流g在塔底附近送入高壓塔61，該高壓塔構(gòu)造為雙塔6的一部分。支流h在塔底附近減壓進(jìn)入混合塔7中。高壓塔61在約5.4巴(絕對(duì))的所述壓力水平運(yùn)行，混合塔7在約5.0巴(絕對(duì))的略低的壓力水平運(yùn)行。
支流f在其在減壓機(jī)5中減壓后在中間溫度水平送回主熱交換器3中，從該主熱交換器在冷側(cè)排出并送入低壓塔62中，該低壓塔同樣構(gòu)造為雙塔6的一部分。低壓塔62在約1.4巴(絕對(duì))的所述壓力水平運(yùn)行。
支流d從主熱交換器3在冷側(cè)排出，并以6至15巴(絕對(duì))的所述壓力水平開始減壓進(jìn)入高壓塔61中。
在高壓塔61中在塔底側(cè)分離出液態(tài)的富含氧的餾分，并以流i的形式排出。引導(dǎo)流i通過過冷逆流器8，隨后減壓進(jìn)入低壓塔62中。
富含氮的塔頂產(chǎn)品從高壓塔61的塔頂排出，一部分以流k的形式引導(dǎo)通過雙塔6的主冷凝器63，并在此至少部分地液化。高壓塔61的液態(tài)的富含氮的塔頂產(chǎn)品的一部分(參見連接a)以流1的形式引導(dǎo)通過過冷逆流器，并作為液態(tài)的富含氮的空氣產(chǎn)品在設(shè)備邊界處排出。高壓塔61的液化的富含氮的塔頂產(chǎn)品的另一部分作為回流送回至高壓塔61。
從高壓塔61的中間塔板排出氮富集的流m，同樣引導(dǎo)通過過冷逆流器8，并在塔頂附近減壓進(jìn)入低壓塔62中。
在低壓塔的塔底中形成液態(tài)的富含氧的餾分，其(參見連接b)以流n的形式排出，部分地引導(dǎo)通過過冷逆流器8，并作為液態(tài)的富含氧的空氣產(chǎn)品在設(shè)備邊界處排出。
從低壓塔62的中間塔板排出氧富集的流o，借助泵9以液態(tài)施加壓力，引導(dǎo)通過過冷逆流器8，在主熱交換器3中加熱及在塔頂附近送入混合塔7中?；旌纤?如多次所述的方式運(yùn)行。從混合塔7的塔頂排出相對(duì)于流o使氧貧化的流p，在主熱交換器3中加熱及作為氣態(tài)的氧產(chǎn)品在設(shè)備邊界處排出。
從低壓塔62的塔頂排出不純的氮流q，引導(dǎo)通過過冷逆流器8和主熱交換器3及例如用于流a的純化裝置中。
由低壓塔61的沒有引導(dǎo)通過主冷凝器63的、氮富集的塔頂產(chǎn)品形成富含氮的流r。
圖1中所示的空氣分離設(shè)備100被設(shè)計(jì)用于兩種前述的工藝模式。在第一工藝模式中在此以流n的形式由空氣分離設(shè)備100以液態(tài)導(dǎo)出的液態(tài)的空氣產(chǎn)品的量大于第二工藝模式。同時(shí)在第一工藝模式中經(jīng)由渦輪機(jī)5減壓相對(duì)于第二工藝模式更大的空氣量，從而提高空氣因數(shù)。在第二工藝模式中，由于減小的空氣因數(shù)，降低了流b的壓力和量，即主空氣壓縮機(jī)2的最終壓力和引導(dǎo)通過該主空氣壓縮機(jī)的空氣的量。