CN104067079B - 用于通过低温蒸馏分离空气的设备和方法 - Google Patents

Abstract

用于分离空气的设备包括：用于从低压塔抽取液态氧并且将液态氧传送至第一泵（39）的管道；用于将来自第一泵的已被加压到低于9bar abs的压力下的液态氧传送至蒸发器（41）的管道；用于将来自蒸发器的气态氧传送至主交换器（21）以对其加热的管道；用于将液态清洗用氧从蒸发器传送至第二泵（63）以对其加压的管道；以及用于将加压氧从第二泵传送至交换器的管道，加压氧在该交换器中蒸发以形成气态氧。

Description

用于通过低温蒸馏分离空气的设备和方法

技术领域

本发明涉及用于通过空气蒸馏分离空气的设备和方法。

特别地，本发明涉及压力低于9bar abs（绝对压力）、甚至低于5barabs的气态氧的生产。气态氧可能包含小于98%mol.的氧。

背景技术

需要生产大量的具有这些特征的氧以便尤其供应富氧燃烧设备。

在WO-A-10/109149中已知在外部蒸发器中使处于低压下的液态氧流蒸发，以便生产气态氧，该气态氧然后在主交换器中被加热。

例如在US-A-5408831中已知使蒸馏塔的清洗流蒸发以便回收其制冷量。

US-A-5765396和US-A-5251451描述了根据权利要求1的前序部分的设备。

但是，该发明提出在交换器中使蒸发器的稀释清洗流蒸发以便回收制冷量，该蒸发器是这样的交换器，其使得可以使设备的液体在压力下蒸发以便生产加压的气态产品。

期望将清洗流传送至加压气体储存装置，使得可以在流量和压力方面维持稳定的生产。

发明内容

根据本发明的一个目的，提供了一种用于分离空气的设备，包括：包含中压塔和低压塔的双塔；主交换器；蒸发器；主压缩机；用于将待要在双塔中处理的所有空气传送至主压缩机以便生产大致处于中压塔的压力P1下的空气的装置；用于将大致处于高压P2下的空气的一部分传送至主交换器并且然后传送至蒸发器的装置；用于将在蒸发器中至少部分冷凝的空气传送至塔的至少一者的管道；用于将处于压力P1下的空气传送至中压塔的管道；加压装置；泵；用于从低压塔抽取液态氧并且将液态氧传送至加压装置的管道；用于将来自加压装置的已被加压到低于9bar abs的压力下的液态氧传送至蒸发器的管道；用于将来自蒸发器的气态氧传送至主交换器以对其加热以形成第一气态氧流的管道；用于将液态清洗用氧从蒸发器传送至泵以对其加压的清洗管道；所述设备的特征在于，所述清洗管道未连接至清洗液体储存装置，并且所述设备包括用于将加压氧从泵传送至交换器以使其蒸发的管道，所述交换器连接到用于压缩空气的连接于主压缩机的管道以及连接于双塔的管道，以便生成第二气态氧流。

可选地：

-连接到氧清洗管道的交换器是主交换器。

-连接到氧清洗管道的交换器是与主交换器分开的交换器。

-所述交换器包括连接于供应空气输入管道的通道以及连接于可能来自双塔的液态制冷剂输入管道的通道。

-设备包括加压气体储存装置，其连接到清洗用氧蒸发交换器以便收集气态氧。

根据本发明的另一目的，提供了一种用于在一设备中分离空气的方法，所述设备包括：包含中压塔和低压塔的双塔；主交换器；蒸发器；主压缩机；加压装置；泵，在所述方法中，将待要在双塔中处理的所有空气传送至主压缩机以便生产大致处于中压塔的压力P1下的空气，将大致处于高压P2下的空气的一部分传送至主交换器并且然后传送至蒸发器，将在蒸发器中至少部分冷凝的空气传送至塔的至少一者，将处于压力P1下的空气传送至中压塔，从低压塔抽取液态氧并且对液态氧加压，将已被加压到低于5bar abs的压力下的液态氧传送至蒸发器，将来自蒸发器的第一气态氧流传送至主交换器以对其加热，并且使蒸发器的液态清洗用氧在泵中加压，所述方法的特征在于，所述液态清洗用氧在未经储存的情况下被加压，然后在交换器中通过与空气进行热交换而蒸发，在主压缩机中被压缩并且意在用于双塔，以便生成第二气态氧流。

可选地：

-清洗用氧在第二泵中被加压到至少10bar abs、更优选地至少15barabs、或者甚至至少20bar abs的压力。

-清洗用氧在主交换器中蒸发。

-清洗用氧在不同于主交换器的交换器中蒸发。

-第二气态氧流被传送至加压气体储存装置并且用于备用生产。

-可变量的第二气态氧流与第一流混合以生产基本上恒定的混合流。

-从低压塔抽取出的液态氧包含至少80%mol.氧。

-从低压塔抽取出的液态氧构成从低压塔抽取的包含至少80%mol.氧的唯一流。

-从低压塔抽取出的液态氧包含至多98%mol.氧。

附图说明

现参照附图更详细地描述本发明，附图示出根据本发明的用于分离空气的设备。

具体实施方式

在图1中，设备包括交换管线21和由中压塔27和低压塔29构成的双塔。

所有的空气1在主压缩机2中被压缩以生成处于压力P1下的空气，压力P1基本上等于中压塔27的压力。处于压力P1下的空气在冷却器7中冷却，在净化单元9中被净化并且分成三个部分。第一部分11在增压器中被增压，该增压器能够由主压缩机的最后一级构成，该最后一级是压缩机的第二部段的一部分。压力P1低于5bar abs，甚至4.5bar abs，优选低于4bar，并且甚至低于3.5bar abs。

第一部分11通过增压器5或独立压缩机5达到压力P2，并且在被传送至交换管线21之前在冷却器（未示出）中在此压力下冷却。该交换管线由钎焊铝板间接热交换器组成。部分11然后以气态形式被传送至蒸发器41，在这里其至少部分地冷凝，然后膨胀并被传送至中压塔27。压力P2低于15bar abs，优选低于10bar，并且甚至低于6bar abs。部分11少于流1的一半，并且优选少于流1的1/3。

处于压力P1下的第二部分13在交换管线21全部冷却并分成两股流。第一流23被传送至低压塔29的塔底（釜，cuve）再沸器33，在这里其至少部分地冷凝并被传送至中压塔，与流11混合。第二流25以气态形式被传送至中压塔27。

第三部分15在增压器17中增压，在交换管线21中部分冷却，在交换管线的中间位置被抽取出，并且在联接到增压器17的涡轮19中被加压，然后被传送至低压塔29。

富氧液体流55、中间流53和富氮液体流51被从中压塔27抽取出，在交换器31中冷却，膨胀并且被传送至低压塔29的不同位置。

中压气态氮49在低压塔29的中间蒸发器35中冷凝并且作为回流被传送至中压塔27的顶部。另一中压气态氮流47在交换管线中被加热。

包含至少80%mol氧并且可能至多98%mol氧的液态氧37被从低压塔29的塔底抽取出，通过泵39被加压至低于9bar abs、甚至低于5bar abs的压力并被传送至蒸发器41。除了液态清洗流43之外，氧在蒸发器41中通过与处于压力P2下的空气部分11交换热量而蒸发。该氧然后形成第一加压气态氧流45，其在交换管线21中被加热。空气部分11部分冷凝并被传送至双塔。

清洗液体43在泵63中被加压到至少10bar abs、或至少15bar abs、甚至至少20bar abs的压力，然后在交换管线21中蒸发。这样生成的第二气态流59被传送至加压气体储存装置3并且膨胀以便经由管道61与流45混合。

这里清洗液体的蒸发以这种方式主要通过显热（chaleur sensible）来执行，即离开交换器21的空气流不是完全冷凝的，或者甚至不是冷凝的。

替代地，如图2所示，加压的清洗液体43可在与交换管线分开的辅助交换器21A蒸发，其中清洗液体43与空气流25A逆向（相互作用）且与液态制冷剂（例如利用分离方法被加热的氮流57A）同向。

在交换器21A中冷却的流25A与经冷却的流25混合，在交换器21A中被加热的氮流57A与被加热的流57混合。

通过蒸发形成的第二气态氧流59、61可在气态氧45的生产中断期间用作备用气体。

这样，用于使清洗用氧43蒸发的唯一空气流在交换器21A中维持气态形式，并且通过显热交换实现蒸发。

在所有描述的情况中，可以利用静水加压替代通过泵39和/或63加压。

对于所有附图，第二气态氧流的可变的量与第一流混合以生成基本上恒定的混合流。

蒸发的清洗液体的该可变的量可与第一流45混合以便消除例如由于氧管网的压力变化而导致的流量变化。

通过检测例如由于增加的氧需求而导致的管道45中压力的降低，氧可以经由管道61从储存装置3膨胀并被传送至管道45。

在用于分离空气的设备发生故障的情况中，氧流45将减少或不存在。在这种情况下，来自储存装置3的氧流63可供应给客户，此时备用蒸发器可操作以防止任何生产停止。

流37是从低压塔抽取的包含超过60%mol氧的唯一流。

储存装置3在高于流45的压力下操作。

Claims (13)

1.一种用于分离空气的设备，包括：包含中压塔(27)和低压塔(29)的双塔；主交换器(21)；蒸发器(41)；主压缩机(2)；用于将待要在双塔中处理的所有空气传送至主压缩机以便生产大致处于中压塔的压力P1下的空气的装置；用于将大致处于高压P2下的空气的一部分传送至主交换器并且然后传送至蒸发器的装置(5)；用于将在蒸发器中至少部分冷凝的空气传送至塔的至少一者的管道；用于将处于压力P1下的空气传送至中压塔的管道；加压装置(39)；泵(63)；用于从低压塔抽取液态氧并且将液态氧传送至加压装置的管道；用于将来自加压装置的已被加压到低于9bar abs的压力下的液态氧传送至蒸发器的管道；用于将来自蒸发器的气态氧传送至主交换器以对其加热以形成第一气态氧流的管道；用于将液态清洗用氧(43)从蒸发器传送至泵以对其加压的清洗管道；所述设备的特征在于，所述清洗管道未连接至清洗液体储存装置，并且所述设备包括用于将加压氧从泵传送至交换器(21,21A)以使其蒸发的管道，所述交换器连接到用于压缩空气的连接于主压缩机的管道以及连接于双塔的管道，以便生成第二气态氧流，

其中，连接到氧清洗管道的交换器是所述主交换器(21)，

其中，所述设备包括加压气体储存装置(3)，其连接到用于清洗用氧的蒸发的交换器(21，21A)以便收集气态氧，所述气态氧在低于5bar abs的压力下生成。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述交换器(21，21A)包括连接于供应空气输入管道的通道以及连接于液态制冷剂输入管道的通道。

3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述液态制冷剂输入管道来自所述双塔。

4.一种用于在一设备中分离空气的方法，所述设备包括：包含中压塔(27)和低压塔(29)的双塔；主交换器(21)；蒸发器(41)；主压缩机(2)；加压装置(39)；泵(63)，在所述方法中，将待要在双塔中处理的所有空气传送至主压缩机以便生产大致处于中压塔的压力P1下的空气，将大致处于高压P2下的空气的一部分传送至主交换器并且然后传送至蒸发器，将在蒸发器中至少部分冷凝的空气传送至塔的至少一者，将处于压力P1下的空气传送至中压塔，从低压塔抽取液态氧并且对液态氧加压，将已被加压到低于5bar abs的压力下的液态氧传送至蒸发器，将来自蒸发器的第一气态氧流传送至主交换器以对其加热，并且使蒸发器的液态清洗用氧在泵中加压，所述方法的特征在于，所述液态清洗用氧在未经储存的情况下被加压，然后在交换器中通过与空气进行热交换而蒸发，在主压缩机中被压缩并且意在用于双塔，以便生成第二气态氧流，其中，清洗用氧在主交换器(21)中蒸发，其中，所述设备包括加压气体储存装置(3)，该加压气体储存装置连接到用于清洗用氧的蒸发的交换器(21，21A)以便收集气态氧，所述气态氧在低于5bar abs的压力下生成。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，清洗用氧在所述泵(63)中被加压到至少10bar abs的压力。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，清洗用氧在所述泵(63)中被加压到至少15bar abs的压力。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，清洗用氧在所述泵(63)中被加压到至少20bar abs的压力。

8.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，第二气态氧流被传送至加压气体储存装置(3)并且用于备用生产。

9.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，可变量的第二气态氧流(61)与第一气态氧流(45)混合以生产基本上恒定的混合流。

10.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，从低压塔抽取出的液态氧(37)包含至少80mol％氧。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，从低压塔抽取出的液态氧(37)构成从低压塔抽取的包含至少80mol％氧的唯一流。

12.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，从低压塔抽取出的液态氧(37)包含至多98mol％氧。

13.根据权利要求4-7中任一项所述的方法，其中，在其中清洗用氧蒸发的交换器中，空气流没有完全冷凝，或者甚至没有冷凝。