專利名稱：利用富含高壓氮?dú)獾臍饬髯鞴Φ闹谱鞣椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種從低溫空分裝置或設(shè)備中的富含高壓氮?dú)獾臍饬髦蝎@得功的方法。
在低溫空分設(shè)備中，通過對來自精餾塔的已減壓到接近大氣壓的空氣進(jìn)行分離而獲得氮?dú)怵s份，再使其流過管道和熱交換器而加熱排出物。此外，也可以考慮使氮?dú)饬骶哂形雺毫?，以使空氣分離裝置產(chǎn)生的所用產(chǎn)品都具有基本高于大氣壓的壓力。高壓設(shè)備適應(yīng)于需要將大部分已分離的空氣作為高壓產(chǎn)品的情況。由于熱交換器、各分離塔和前端吸附器小，這類高壓設(shè)備比運(yùn)行在最低壓力下的設(shè)備投資少、建筑費(fèi)用也低。
以往人們在將低溫空分設(shè)備與其它工業(yè)上應(yīng)用的工藝結(jié)合起來以便從生產(chǎn)出的帶一定壓力的氮?dú)庵蝎@得功的方面已提出各種建議，同時也提出了對空分裝置的運(yùn)行進(jìn)行改進(jìn)以生產(chǎn)低壓氮?dú)獾母鞣N類似建議。
US-A-2520862描述了從常規(guī)的最低壓力空分裝置(ASU)的高壓塔中提取氮?dú)獠⑵渑c一些氧氣混合的工藝流程。使燃料在高壓氣體混合物中燃燒，并使燃燒產(chǎn)品在約500℃的條件下在熱氣體膨脹機(jī)中膨脹至大氣壓力。還可供選擇地使用一臺廢氣預(yù)熱器式熱交換器以回收從膨脹機(jī)排出的熱量，預(yù)熱燃燒前的高壓氮/氧混合物。
US-A-3731495披露了從高壓ASU中提取氮?dú)獠⒃跓峄旌蠚馀蛎浀酱髿鈮毫χ皩⑸鲜龅獨(dú)馀c具有一定壓力的空氣/燃料流燃燒的產(chǎn)品混合的工藝流程。所產(chǎn)生的軸功率用于壓縮空氣，以形成分別用于空分裝置和燃燒步驟中的具有一定壓力的空氣流。
US-A-5040370描述了用流程中作為熱源的無相變熱流體間接加熱從空分設(shè)備中抽取的壓力從2至7巴的氮?dú)饬鞯墓に嚵鞒?。這種能形成溫度高達(dá)600℃以的上熱流體的工藝是一種利用從ASU中提取的氧氣和在透平中膨脹并向外作功的熱氮?dú)獾墓に嚒?br> US-A-5076837公開了一種基本相同的工藝流程，所不同的是被加熱的氮?dú)饬鞯膲毫χ辽贋?巴，其溫度至少為700℃。
US-A-5268019揭示出為了產(chǎn)生功使已升高壓力的燃料氣體燃燒并在透平機(jī)中使上述燃燒產(chǎn)品膨脹。將從ASU流出的部分氮?dú)庠鰤翰⑼钙綑C(jī)膨脹之前將其供給燃燒產(chǎn)品。此外，通過與已膨脹的燃燒產(chǎn)品進(jìn)行間接熱交換將氮?dú)饧訜岬?00℃的溫度，然后使上述氮?dú)馔ㄟ^透平機(jī)膨脹，以進(jìn)一步產(chǎn)生功。以生產(chǎn)氮?dú)獾目辗盅b置中流出的氧被用于生產(chǎn)氣態(tài)燃料的工藝過程中，例如用于高爐的運(yùn)行中。
GB-A-2266343公開了用由高爐生產(chǎn)的低質(zhì)量燃料氣間接加熱氮?dú)饬鞯墓に?。而且，在該工藝中在將燃料氣送入燃燒器之前對其進(jìn)行壓縮。
GB-A-2210455描述了燃燒高質(zhì)量的燃料氣以便間接加熱封閉系統(tǒng)中的工作流體從而獲得功的工藝，上述工作流體通常是經(jīng)膨脹的氦、氬、氫或氫和甲烷的混合物。上述燃燒產(chǎn)品的壓力從1巴至100巴。但并沒有揭示對從空分裝置流出的經(jīng)壓縮的氮?dú)膺M(jìn)行加熱的構(gòu)思。
GB-A-1560096披露了氣化天然氣工藝。熱量由加熱作為工作流體的氮?dú)馓峁?，但氮?dú)庠陂]合系統(tǒng)中循環(huán)，上述氮?dú)馐莵碜钥辗盅b置的未經(jīng)壓縮的氣體流。該文獻(xiàn)沒有清楚地披露加熱器和燃燒的特性。
W095/05529所描述的發(fā)明在閉合系統(tǒng)中采用一種情性氣體如氦、氬或氖作為被間接加熱的工作氣體。
EP-A-0208162給出了關(guān)于在氣體透平中燃燒燃料并利用排氣加熱最好是空氣的被壓縮氣體的教導(dǎo)。
US-A-4228659披露了一種由燃燒器間接加熱的閉合系統(tǒng)中的工作流體，但卻沒有公開利用從空分裝置中流出的氮?dú)饧坝猛曛笈懦錾鲜龅獨(dú)獾臉?gòu)思。
上述這些文獻(xiàn)都涉及利用從ASU流出的氮?dú)?，因此，它們披露了兩類加熱氮?dú)獾臒嵩?。在一類熱源中，使燃料燃燒，并加入高壓空氣及直接加熱的氮?dú)猓陨蓺怏w混合物，然后通過透平機(jī)使上述氣體混合物膨脹，也可選擇地對氮?dú)忾g接加熱。本申請人認(rèn)為這種方式將使缺點(diǎn)增多。由于燃料燃燒產(chǎn)品的存在，膨脹機(jī)內(nèi)的氣體質(zhì)量欠理想。由于需要對燃料氣和使燃料氣燃燒的空氣進(jìn)行壓縮，設(shè)備的投資費(fèi)用增高。為了燃燒，采用一臺氣體透平機(jī)，這使投資費(fèi)用非?？捎^。傳給與燃燒產(chǎn)品混合的氮?dú)饧兌鹊南拗撇豢赡馨踩丶尤氪罅颗c氮?dú)饣旌系难鯕?。具有低發(fā)熱值的燃燒氣往往從ASU中產(chǎn)生的耗氧過程中只能達(dá)到接近大氣壓的壓力。因此，在將它們用于這類過程中之前需要將這些燃料氣體大大壓縮。
所公開的另一類加熱氮?dú)獾墓に囀桥c其它過程中形成的熱氣體進(jìn)行間接熱交換。但這種方法只傳遞加熱氣流的顯熱，而沒有利用燃燒過程中其它流體的化學(xué)能。這意味著必須要有足夠的熱流流動，而且熱流的溫度也要足夠高，以提供所需要的全部熱量。實(shí)際上這需要具有很大傳熱面積的間接熱交換器和很高的投資費(fèi)用。
按照本發(fā)明的第一方面，提供了一種從低溫空分裝置(ASU)中所制取的高壓富氮?dú)饬髦蝎@得功的方法，該方法包括用空氣分離產(chǎn)生高壓富氮?dú)饬?，將壓力?巴以下的氣體燃料或液體燃料或固體燃料送入燃燒區(qū)；燃燒上述燃料；利用上述燃料燃燒所產(chǎn)生的熱量間接加熱上述富氮流以形成熱高壓富氮流；膨脹上述已被加熱的高壓富氮流以對外作功；以及排出上述富氮流。
應(yīng)該理解的是，如下面進(jìn)一步描述的那樣，“上述富氮流”也可以包含除氮?dú)庵獾臍怏w。
上述燃料最好為一種氣體燃料，將其供給燃燒器時的壓力為3巴以下，更加優(yōu)選的是壓力為1.1巴至2巴、例如1.1至1.2巴的氣體燃料。
最好從未經(jīng)壓縮機(jī)升壓的流程中獲得燃料氣并將其送入燃燒區(qū)，但可以采用一臺風(fēng)機(jī)以使燃料氣能令人滿意地流入用于燃燒的燃燒器。
由燃料氣源供給的合適的燃料氣至少起主導(dǎo)作用的部分具有從2.5至16MJ/NM3的焓值，也就是說，上述燃料氣主要是低熱值組分。這類低焓值燃料氣在燃燒器中很難燃燒，為使低焓值的燃料氣燃燒可以加入少量高焓值氣體，例如可加入按體積計(jì)約達(dá)10％的高焓值氣體。加入的合適的高焓值氣體的焓值可高達(dá)低焓值氣體的焓值的兩倍。
可以各種方式將較高焓值氣體用于助燃低焓值氣體?？梢詫⑵浜唵蔚嘏c低焓值氣體混合，以產(chǎn)生較高焓值的混合物；也可將其單獨(dú)噴入燃燒器中或使它燃燒，以產(chǎn)生焓有剩余氧氣的已熱氣體，將這種氣體送入燃燒器可以助燃。
主要用于本發(fā)明的合適的低焓值燃料氣體源是從高爐排出的通常焓值為2.5至6MJ/NM3的廢氣；通常焓值約為8MJ/NM3的COREX廢氣，或由固體或液體燃料(通常為重油或煤，當(dāng)然也可以是其它燃料如廢料)部分氧化而生成的合成氣。在IGCC(imtegrated gasification combined cycle聯(lián)合氣體循環(huán))過程中產(chǎn)生的通常具有約10至16MJ/NM3焓值的氣體是合適的。
一般說來，如果燃料氣的焓值在4至6M/NM3以上，則不必增加其焓值。
當(dāng)然采用包括高熱值燃料的任何燃料如天然氣、液化石油氣、燃油或固體燃料均在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。
最好使燃料在接近大氣壓的壓力下燃燒，合適的做法是使燃燒器排出裝置具有基本不加壓的通道，以便在大氣壓力下排出。這一點(diǎn)和以往采用氣體透平使排氣不具有一定壓力的做法不同，因此可以通過膨脹排氣而獲得功。
用于本發(fā)明的高壓富氮流可從低溫分離裝置(ASU)中獲得。除氮?dú)馔猓瑥纳鲜鯝SU中取的富氮流可以含有至少一種其它氣體。優(yōu)選將從ASU中分離出的氧氣送入產(chǎn)生上述燃料氣的過程中，或至少將氧氣加入燃料氣的低含值組分中。上述過程例如可以是高爐的運(yùn)行過程，或其它如上所述的產(chǎn)生燃料氣的過程。還可以不必將從ASU輸出的氧氣全部用于產(chǎn)生燃料氣的過程中，這種情況的優(yōu)點(diǎn)是可將一部分分離出的氧氣返回到已分離的氮?dú)庵校栽黾涌蓪ν庾鞴Φ哪遣糠謿怏w量。
此外，可將從ASU中壓縮的空氣加入氮?dú)饬髦?，這樣所生成的氮?dú)饬骱醒鹾推渌鼩怏w。
再者，可使ASU運(yùn)行在低于氧和氮的總分離量的狀態(tài)下。通常富氮?dú)獾牡靠梢允菑目諝庵械恐良兊绨大w積計(jì)從80％至100％N2，例如約為90％。
膨脹已加熱的高壓富氮流所獲得的功可用于驅(qū)動壓縮系統(tǒng)，以便向ASU提供壓縮氣體，例如壓縮輸入ASU的空氣，壓縮ASU中的氮?dú)饣驂嚎sASU中的氧氣。也可用于使發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，這種發(fā)動機(jī)可用于提供如上所述的動力，或者如通常所說的供應(yīng)電力。
優(yōu)選使加熱步驟之前是的富氮流具有2至20巴壓力。更為優(yōu)選的是使上述富氮流具有2至7巴壓力。通常使其具有2至5巴壓力，例如如果從ASU中抽取的未進(jìn)一步壓縮的富氮流，其壓力為2至5巴，例如為3巴，或若徑進(jìn)一步壓縮，則其壓力為5至7巴。
上述富氮流的合適溫度為400至1000℃，較為優(yōu)選的是從600℃至800℃。
為了得到上述外功，可使富氮流在透平機(jī)中膨脹，上述透平機(jī)可以是軸流式透平機(jī)或徑向內(nèi)流透平機(jī)。
實(shí)際上推薦的是使富氮?dú)饬髟谏鲜雠蛎洸襟E中作外功之后還應(yīng)從富氮?dú)饬髦谢厥諢崃?，并在主要通過燃燒燃料氣加熱富氮?dú)饬髦皩⑸鲜鰺崃總鹘o流入的富氮?dú)饬?。這可以通過使流出的富氮流和流入的富氮流之間進(jìn)行熱交換簡單地實(shí)現(xiàn)。此外，也可將流出的富氮流加入與流入的富氮流一道被加熱的燃料氣的燃燒產(chǎn)品中。在另一種方法中，將附加有富氮流的流出的燃燒廢氣的熱量用于蒸發(fā)流入的富氮流中的液體(如水)以增加質(zhì)量流，從而從溫度有所提高或沒有提高的流入的富氮流中回收能量。
從燃燒的燃料供給富氮流的功率最好從0.75至9KW/kgmol N2/hr，例如從2至4kw/kgmol N2/hr。
將用過的上述富氮流排入大氣或用于其它目的。
本發(fā)明的上述第一方面涉及從高壓富氮?dú)饬髦蝎@得功的設(shè)備，該設(shè)備包括一個壓力在5巴以下的可燃?xì)怏w燃料源，或用于燃燒氣體燃料或液體或固體燃料的液體或固體燃料裝置，一臺用作上述高壓富氮流源的低溫空分裝置，利用上述燃燒燃料的熱量間接加熱上述富氮流以形成熱高壓富氮流的裝置，膨脹上述熱高壓富氮流以產(chǎn)生外功的裝置；以及從該設(shè)備中排出上述富氮流的裝置。
上述可燃?xì)怏w燃料源可以是上面所描述的包括與高爐相連的任一種氣源。該設(shè)備還可以包括一個如上所述的具有較高熱值的氣體燃料源，該燃料源或者是一個單獨(dú)供給加熱燃料的機(jī)構(gòu)或者是一個調(diào)節(jié)低熱值燃料的機(jī)構(gòu)。
如上面所指的那樣，上述設(shè)備包括一臺用作富氮源的空分裝置，還可包括壓縮送入空分裝置中用于分離的空氣的裝置和通過膨脹上述熱高壓富氮流而外作功以用于驅(qū)動上述壓縮裝置的裝置。
用于使熱高壓富氮流膨脹對外作功以驅(qū)動該空分裝置的另外的壓縮裝置或使發(fā)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的裝置可以選擇或采用附加裝置。
還可以配置將上述空分裝置中分離出的氧氣供給產(chǎn)生燃料氣或主要是低含值組分的燃料氣的設(shè)備的連接部件。
上述設(shè)備可以包括一臺用作膨脹熱高壓富氮流以獲得功的裝置的透平機(jī)，也可以包括用于從膨脹步驟之后的富氮流中引出能量并將上述能量傳給流入的富氮流的裝置。
另一方面，本發(fā)明涉及一種從高壓富氮流中獲取功的方法，該方法包括將燃料送入使燃料燃燒的燃燒區(qū)，以便在燃燒區(qū)產(chǎn)生基本未加壓的排氣氣流；通過將燃燒所產(chǎn)生的熱量傳給從空分裝置(ASU)中抽取的高壓富氮流但不使上述富氮流和排出的氣流混合加熱上述高壓富氮流，而形成熱高壓富氮流；膨脹上述熱高壓富氮流以對外作功；以及排出上述富氮流。
除需要高于大氣壓力的情況外，通常上述排氣氣流的壓力為大氣壓力，以使流過上述設(shè)備的排氣氣流能排到大氣中。一般來講這種流動不會使排出氣流在獲取有用功的設(shè)備中膨脹。
按照本發(fā)明這一方面內(nèi)容，還提供用于從高壓富氮流中獲得功的設(shè)備，該設(shè)備包括一個產(chǎn)生高壓富氮?dú)饬鞯目辗盅b置，將燃料供給燃燒區(qū)的裝置；限定燃燒上述燃料的燃燒區(qū)，以使在上述燃燒區(qū)形成基本上不加壓的排氣氣流的裝置；通過將燃燒所產(chǎn)生的熱量傳給上述富氮流但不使上述富氮流和排出的氣流混合，加熱上述富氮流的熱交換裝置，從而形成熱高壓富氮流；使上述熱高壓富氮流膨脹以對外作功的裝置；和從上述設(shè)備中排出富氮?dú)饬鞯难b置。
本發(fā)明的上述另一方面的可取的特點(diǎn)將結(jié)合本發(fā)明的第一方面一起描述。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)一步描述，附圖中

圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的示意圖；圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的示意圖；圖3為本發(fā)明第三實(shí)施例的示意圖；圖4為本發(fā)明第四實(shí)施例的示意圖；圖1所示的設(shè)備有一個入口10，該入口用于通過連管12將來自空分裝置的具有一定壓力的氮?dú)馑腿霟峤粨Q器14，上述氮?dú)庠俳?jīng)管道16被送入與燃料燃燒器20相通的第二熱交換器18。以熱交換器18流出的氮?dú)饬鹘?jīng)管道22被導(dǎo)入軸流式透平機(jī)24的入口，在該透平機(jī)中，上述氮?dú)饬鞅慌蛎浵蛲庾鞴Σ⒂赏钙綑C(jī)提供軸功率。然后，上述氮?dú)饨?jīng)管道26被導(dǎo)入熱交換器14的相反側(cè)，再經(jīng)出口28排出。入口30用于供給助燃空氣，入口32用于供給可燃?xì)怏w燃料，通常，入口32與排出高爐廢氣的出口相連。
從入口32流入的空氣經(jīng)管道34流入第三熱交換器36，從入口32流入的氣體燃料經(jīng)管道38也流入該熱交換器36，在該熱變換器中兩股氣體通過后面將要描述的熱交換而被加熱。當(dāng)氣體燃料經(jīng)管道42流入燃燒器20時，從熱交換器36導(dǎo)出的空氣經(jīng)管道40也流入燃燒器20。在燃燒器20中產(chǎn)生的氣體燃料和空氣的燃料產(chǎn)品在熱交換器18中與氮?dú)饬鬟M(jìn)行熱交換，然后再在熱交換器36中進(jìn)行熱交換，以預(yù)熱所提供的空氣和燃料氣。從熱交換器36中流出的燃燒產(chǎn)品經(jīng)出口46排出。
使用中從入口10流入氮?dú)饬髟跓峤粨Q器14中由在透平機(jī)24中膨脹后流出的氮?dú)饬黝A(yù)熱然后在熱交換器18中由在燃燒器20中燃燒的氣體燃料和空氣進(jìn)一步加熱。通常上述氮?dú)庀韧ㄟ^對流傳熱較強(qiáng)的區(qū)域，然后再通過輻射傳熱較強(qiáng)的接近燃燒器的火焰的區(qū)域。
上述燃燒器通常是一種適用于低焓值氣體燃料燃燒的特殊設(shè)計(jì)的燃燒器，它可以是一種蓄熱式燃燒器，在這種燃燒器中，供給燃燒器的空氣和/或燃料以蓄熱的方式由燃燒過程中已被加熱的媒質(zhì)預(yù)熱。另外，上述燃燒器也可是一種燃燒其它氣體、液體或固體燃料的燃燒器。
在如圖2所示的另一種設(shè)備中，省去熱交換器14，從透平機(jī)24排出的膨脹過的氮?dú)饬髋c從燃燒器中流出的燃燒產(chǎn)品相混合，適合的混合處在熱交換器18(a)的輻射段和熱傳導(dǎo)段之間。然后使與上述氮?dú)饣旌系娜紵a(chǎn)品流過熱交換器18(a)的另外一些區(qū)域，以便加熱直接流入熱交換器18(a)的氮?dú)饬鳌?br> 在如圖3所示的又一可供選擇的設(shè)備中，經(jīng)透平機(jī)膨脹后流出的氮?dú)饬髟跓峤粨Q器18(b)的上游與來自燃燒器的燃燒產(chǎn)品混合。在該實(shí)施例中，熱交換器18(b)沒有輻射部分，主要是熱傳導(dǎo)部分。
圖4示出了本發(fā)明設(shè)備的又一實(shí)施例，在該實(shí)施例中，以第三種方式回收經(jīng)膨脹的氮?dú)饬鞯哪芰?，空氣和燃料氣不?jīng)預(yù)熱。在該例中，將空氣和燃料氣直接送入燃燒器20。從入口10導(dǎo)入的氮?dú)饨?jīng)管道12流入具有熱水入口管道52的水飽和器50，氮?dú)饬魍ㄟ^該飽和器后成為飽和狀態(tài)。從飽和器50流出的水通過管道54流過泵56，上述泵使水循環(huán)環(huán)流過管道58進(jìn)入熱交換器60，在該熱交換器中水由燃燒器20的燃燒產(chǎn)品加熱。被加熱的水流過閥62進(jìn)入管道52，通過該管道水重新進(jìn)入飽和器50。預(yù)先將注入水經(jīng)入口64引入泵56。
達(dá)飽和狀態(tài)的氣經(jīng)管道65離開飽和器50，然后在熱交換器14中已現(xiàn)膨脹的廢氣逆向流動而被加熱。上述氮?dú)庠谕钙綑C(jī)24中膨脹之前在熱交換器18中進(jìn)一步加熱，然后使膨脹過的氮?dú)饬鬟^熱交換器18的相反側(cè)，以便進(jìn)一步加熱流入的氮?dú)饬鳌?br> 圖1示出的設(shè)備常用的運(yùn)行參數(shù)表示在表1中，圖2和4示出的設(shè)備常用的運(yùn)行參數(shù)表示在表2和3中。
表1氣流號 464034423816 12 22 26 28克分子流量KMOL/HRN2 758.6 382.1 382.1 376.5 376.5 4747.6 4747.6 4747.6 4747.6 4747.6O2 4.8 102.5 102.5 0.0 0.0 0.00.00.00.00.0AR 4.5 4.5 4.5 0.0 0.0 0.00.00.00.00.0CO2 195.3 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.00.00.00.0CO 6.1 0.0 0.0 201.3 201.3 0.00.00.00.00.0H2 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.00.00.00.0H2O 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.00.00.00.00.0總流量KMOL/HR 969.3 489.1 489.1 577.8 577.8 4747.6 4747.6 4747.6 4747.6 4747.6溫度C 120.4 302.7 20.0 302.7 20.0 350.0 70.0 700.0 400.4 121.6壓力巴 1.1 1.1 1.1 1.1 1.1 6.06.06.01.01.0表2氣流號 22 26 46 40 34 42 38 12克分子流量KMOL/HRN2 4747.6 4747.6 5598.7 432.4 432.4 418.7 418.7 4747.6O2 0.00.05.4116.0 116.0 0.00.00.0AR 0.00.05.15.15.10.00.00.0CO20.00.0221.1 0.00.00.00.00.0CO 0.00.02.80.00.0223.9 223.9 0.0H2 0.00.00.00.00.00.00.00.0H2O0.00.00.00.00.00.00.00.0總流量KMOL/HR4747.6 4747.6 5833.1 553.5 553.5 642.5 642.5 4747.6溫度C700.0 400.4 161.4 147.4 20.0 147.4 20.0 70.0壓力巴 6.01.01.01.11.11.11.16.0
表3氣流號22 26 46 28 58 52 34 32 12 54 65克分子流量KMOL/HRN2 4747.6 4747.6 960.6 4747.6 0.00.0489.8 470.8 4747.6 0.0 4747.6O2 0.00.06.10.0 0.00.0131.1 0.00.0 0.0 0.0AR 0.00.05.80.0 0.00.05.8 0.00.0 0.0 0.0CO20.00.0250.4 0.0 0.00.00.0 0.00.0 0.0 0.0CO 0.00.01.30.0 0.00.00.0 251.7 0.0 0.0 0.0H2 0.00.00.00.0 0.00.00.0 0.00.0 0.0 0.0H2O262.1 262.1 0.0262.11403.8 1403.8 0.0 0.00.0 262.1 262.1總流量KMOL/R 5009.6 5009.6 1224.3 5009.6 1403.8 1403.8 626.9 722.6 4747.6 262.1 5009.6溫度C700.0 405.7 120.0 125.745.0 150.0 20.0 20.0 70.0 20.0 69.1壓力巴 5.91.01.11.0 8.06.01.1 1.16.0 6.0 5.9例1在如圖1所示的本發(fā)明所用設(shè)備運(yùn)行的典型實(shí)例中，所供給的氮?dú)鈮毫?巴，溫度為70℃，與由透平機(jī)排出的氮?dú)饬鏖g接熱交換而被加熱至350℃，上述從透平機(jī)排出的氮?dú)饬髟跓峤粨Q器14中從400冷卻到122℃。經(jīng)預(yù)熱的氮?dú)饬魅胗扇紵?0和熱交換器18提供的加熱器的熱傳導(dǎo)段，然后再流入輻射傳熱段，在上述兩段中，上述氮?dú)饬鞅患訜嶂?00℃。
接著，上述熱氮?dú)饬髁鬟^軸流式透平機(jī)24而產(chǎn)生軸功率，該功率用于向ASU空氣壓縮機(jī)提供所需能量的一部分。
用于燃燒器中的氣體燃料是具有4.4MJ/NM3的低熱值氣體燃料(例如高爐廢氣)，為了助燃，可以加入少量煉焦煤氣或天然氣。在進(jìn)入燃燒器20之前，上述燃料氣流和燃燒空氣流在熱交換36中由初始溫度為20℃被預(yù)熱到303℃。來自燃燒器的燃料氣離開熱交換器36時的溫度為120℃并被排入大氣。該設(shè)備達(dá)到的性能指標(biāo)如下氮?dú)饬鳎?747.6kgmols/hr
氮?dú)馊肟趬毫Γ?巴氮?dú)馊肟跍囟龋?00℃輸出的軸功率＝12.2MW燃料氣熱量(LHV-低熱值)＝15.83MW雖然上面結(jié)合特殊的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但應(yīng)當(dāng)想到，在本發(fā)明的范圍內(nèi)還可對本發(fā)明作出很多改變和變型。
如所說明的那樣，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于氮?dú)庠诰哂懈呓^熱效率的膨脹機(jī)中膨脹可回收來自ASU的高壓廢氮?dú)饬鞯膬?nèi)能?？蓪⒌?dú)忸A(yù)熱到膨脹機(jī)能夠承受的最高溫度，從而最大限度地產(chǎn)生軸功率。借助于先使氮?dú)馀c低壓膨脹機(jī)排氣進(jìn)行熱交換，然后在燃燒加熱器中間接加熱氮?dú)饪墒瓜鄬τ谳S向能量的熱傳導(dǎo)效率最高。通過使燃燒空氣和燃料氣與燃燒加熱器中的燃料氣熱交換預(yù)熱上述燃燒空氣和燃料氣可促進(jìn)上述間接加熱。利用上述燃燒加熱器間接加熱氮?dú)庖馕吨恍枰獙θ剂蠚饣蛉紵諝膺M(jìn)行壓縮，因此可使工藝過程的效率最高。這一點(diǎn)在采用很低熱值燃料(如高爐氣體)時尤其重要。
權(quán)利要求
1.一種從低溫空分裝置(ASU)中抽取的高壓富氮?dú)饬髦蝎@得功的方法，它包括進(jìn)行低溫空氣分離，以產(chǎn)生高壓富氮?dú)饬?；將壓力?巴以下的氣體燃料或液體或固體燃料送入燃燒區(qū)；燃燒上述燃料；利用上述燃料燃燒產(chǎn)生的熱量間接加熱上述富氮?dú)饬鳎孕纬蔁岣邏焊坏?，使上述熱高壓富氮流膨脹對外做功；以及排出上述富氮流?br> 2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中上述供給燃燒區(qū)的燃料是壓力為3巴以下的氣體燃料。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中上述氣體燃燒的壓力從1.1至2.5巴。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中上所述氣體燃燒的壓力從1.1巴至1.2巴。
5.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其中上述氣體燃料至少起主導(dǎo)作用的部分由焓值為2.5-12MJ/NM3的氣體燃料源提供。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中具有上述焓值的氣體燃料是高爐廢氣，COREX廢氣、或由固體燃料或液體燃料部分氧化作用而生成的合成氣。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中上述燃燒氣體未經(jīng)壓縮。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中將具有上述焓值的燃料氣與少量焓值相當(dāng)高的氣體混合。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中上述具有較高焓值的氣體是煉焦煤氣、天然氣或液化石油氣。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中上述具有焓為2.5至16MJ/NM3的氣體燃料的焓值為2.5至4MJ/NM3，將這種氣體燃料與足夠多的焓值相當(dāng)高的氣體混合，使所得到的混合物的焓值升高到4至6MJ/NM3。
11.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其中加入的少量高焓值氣體的焓值為上述氣體燃料焓值的兩倍。
12.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其中上述燃料為天然氣、液化石油氣、燃油或液化石油氣。
13.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中上述富氮?dú)饬鞒獨(dú)庵庵辽龠€含有一種從ASU流出的另外的氣體。
14.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中將通過膨脹上述熱高壓氮?dú)饬魉@得的功用于作為壓縮上述空分裝置中氣體的動力。
15.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中將由上述空分裝置中分離出的氧氣送入產(chǎn)生上述燃料的過程中。
16.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其中在加熱步驟之前的上述富氮?dú)饬鞯膲毫?至20巴。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，其中在上述加熱步驟之前的富氮?dú)饬鞯膲毫?至7巴。
18.如權(quán)利要求1或3所述的方法，其中膨脹前的富氮?dú)饬鳒囟葹?00至1000℃。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其中上述富氮?dú)饬鳒囟葹?00至800℃。
20.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中上述熱高壓富氮?dú)饬髟谝煌钙綑C(jī)中膨脹，以對外作功。
21.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中使在膨脹步驟中對外作功后的富氮?dú)饬髦惺Ｓ嗟臒崃總鹘o利用燃燒氣體燃料所產(chǎn)生的熱量加熱富氮?dú)饬髦暗母邏焊坏獨(dú)饬鳌?br> 22.如權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中由燃燒所述的燃料中輸入的功率為0.75至9kw/kgmol N2/hr。
23.用于從高壓富氮?dú)饬髦蝎@取功的設(shè)備，它包括一個壓力在5巴以下的可燃?xì)怏w燃料源(32)、或用于燃燒氣體燃料或液體或固體燃料的液體或固體燃料裝置；一臺用作上述高壓富氮?dú)饬髟吹牡蜏乜辗盅b置，利用燃燒燃料的熱量間接加熱上述富氮?dú)饬饕孕纬蔁岣邏焊坏獨(dú)饬鞯难b置(18)；膨脹上述熱高壓富氮?dú)饬饕援a(chǎn)生外功的裝置(24)；以及從該設(shè)備中排出上富氮?dú)饬鞯难b置(28)。
24.如權(quán)利要求23所述的設(shè)備，還包括一個氣體焓值基本在4MJ/NM3以上的附加氣源。
25.如權(quán)利要求23或24所述的設(shè)備，還包括對送入空分裝置中待分離的空氣進(jìn)行壓縮的裝置和對上述熱高壓富氮?dú)饬鬟M(jìn)行膨脹以獲取功并將獲得的功用于驅(qū)動上述壓縮裝置的裝置。
26.如權(quán)利要求23或25所述的設(shè)備，其中將上述空分裝置分離出的氧送入生成上述氣體燃料的設(shè)備中。
27.如權(quán)利要求23或24所述的設(shè)備，其中上述膨脹熱高壓富氮?dú)饬鞯难b置(24)是一臺透平機(jī)。
28.如權(quán)利要求23或24所述的設(shè)備，其中還包括從膨脹步驟之后的富氮?dú)饬髦蝎@取能量并將上述能量傳遞給流進(jìn)的富氮?dú)饬鞯难b置(14)。
29.一種從高壓富氮?dú)饬髦蝎@取功的方法，它包括向燃燒燃料的燃燒區(qū)供給燃料，以便在燃燒區(qū)產(chǎn)生基本未加壓的排氣氣流，通過將燃燒所產(chǎn)生的熱量傳給從空分裝置(ASU)中抽取的高壓富氮?dú)饬鞯皇股鲜龈坏獨(dú)饬骱团懦龅臍饬骰旌霞訜嵘鲜龈邏焊坏獨(dú)饬鳎瑥亩纬蔁岣邏焊坏獨(dú)饬?；膨脹上述熱高壓富氮?dú)饬饕詫ν庾鞴?，以及排出上述富氮?dú)饬鳌?br> 30.用于從高壓富氮?dú)饬髦蝎@取功的設(shè)備，它包括一臺用于產(chǎn)生高壓富氮?dú)饬鞯目辗盅b置；將燃料送入燃燒區(qū)的裝置；限定燃燒上述燃料的燃燒區(qū)以便在上述燃燒區(qū)形成基本上不加壓的排氣氣流的裝置(20)；通過將燃燒所產(chǎn)生的熱量傳給上述富氮?dú)饬鞯皇股鲜龈坏獨(dú)饬骱团懦龅臍饬骰旌霞訜嵘鲜龈坏獨(dú)饬鞯臒峤粨Q裝置(18)，從而形成熱高壓富氮?dú)饬?，使上述熱高壓富氣氮流膨脹以對外作功的裝置(24)，和從上述設(shè)備中排出富氮?dú)饬鞯难b置(28)。
全文摘要
通過在燃燒區(qū)(20)中在低壓條件下燃燒低質(zhì)量燃料氣間接加熱由空分裝置所生成的富氮?dú)饬?在使富氮?dú)饬鹘?jīng)出口(28)排出之前將上述熱高壓富氮流導(dǎo)入透平機(jī)(24)使其膨脹,以獲得可利用的功。
文檔編號F02C3/22GK1190727SQ9711434
公開日1998年8月19日 申請日期1997年11月28日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月28日
發(fā)明者A·K·J·托哈姆, R·J·阿蘭姆 申請人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司