CN111512107A - 用于从低温空气分离单元灵活回收氩的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于从低温空气分离单元灵活生产氩的系统和方法。该低温空气分离单元能够在氩需量较低或不存在时在“无氩”或“低氩”模式下操作，然后在需要氩时切换到在“高氩”模式下操作。通过改变被引导至低压塔的回流流中的污浊搁板氮和干净搁板氮的百分比来调节氩产物从该空气分离单元的回收。该低温空气分离单元和相关联的方法还提供了有效的氩生产/除氩工艺，该氩生产/除氩工艺在该低温空气分离单元在“无氩”或“低氩”模式下操作时使功耗最小化，同时还保持以满负荷设计容量产生更高体积的氩产物的能力以满足氩产物需量。

Description

用于从低温空气分离单元灵活回收氩的系统和方法
技术领域
本发明涉及从低温空气分离单元回收产物，并且更具体地涉及从低温空气分离单元灵活回收氩的系统和方法。还更具体地，本发明涉及通过以下方式从低温空气分离单元灵活回收氩和其他产物：使用干净搁板氮(clean shelf nitrogen)和/或污浊搁板氮(dirty shelf nitrogen)作为至低压塔的回流流，并且改变总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比以实现所需的产物回收率并在无氩回收模式或低氩回收模式下操作时实现节能效率。
背景技术
氩是用于一些高温工业过程诸如炼钢中的高惰性元素，在此过程中通常非反应性物质会变为反应性的。氩还用于各种类型的金属制造工艺诸如电弧焊接以及电子工业例如硅晶体生长工艺中。氩的其它用途包括医学、科学、防腐和照明应用。虽然氩仅占环境空气的一小部分(即，约0.93％)，但是与也从低温空气分离单元中回收的氧和氮产物相比，它具有相对较高的价值。大多数现代空气分离单元被设计为通过以下方式从Linde型双塔布置产生氩：通常在“超级(superstaged)”蒸馏过程中，从低压塔提取富氩蒸气抽取物并且将该流引导至氩塔以回收氩，该蒸馏过程在大约180个分离级中产生商业液体纯度(例如，约1ppm氧)的氩。另选地，可在“粗”氩塔布置的大约50个分离级中产生较低或中间纯度(例如，约1％至2％氧)的氩。大多数低温空气分离单元被设计为具有预定义的窄氩生产范围，通常具有进入的进料空气中的可用氩的高达90％或更多的氩回收率。
虽然大多数低温空气分离单元具有几十年或更长的设计寿命，但低温空气分离单元的整个寿命中的氩生产需求通常会变化，并且这种变化可能较显著。例如，当最初建成空气分离单元时，可能不存在将商业氩产物销往区域客户的需要，或如果存在此类需要，通常也低于设备操作5年或甚至10年后的商业氩产物需求。这被称为氩产物斜坡，其中在空气分离单元设备操作的早年需要更低的氩生产或不需要氩生产，但几年后需要更高的氩生产水平直至达到满负荷氩生产水平。
另外，在低温空气分离单元的整个操作寿命中也可能发生本地或区域氩产物需量的变化。例如，本地或区域市场可能在延长时间段内因氩产能过剩或氩过度供应而饱和，在这段时间内不能保证氩产物的满负荷生产。相反，此类本地或区域市场也可能不时经历氩短缺，在这种情况下，需要由低温空气分离单元满负荷生产氩产物。
当前低温空气分离单元设备设计不能灵活实现显著不同的氩生产范围以解决氩斜坡现象或满足氩产物需量变化。即使低温空气分离单元可改变氩生产，此类设备也无法与高氩或满负荷氩生产模式下的操作相比在低氩模式下操作时获取潜在的节能。
因此需要改进的氩回收工艺或布置，其可在设备的整个操作寿命中增强低温空气分离单元中的氩回收的灵活性、性能和成本效益。具体地讲，需要在以下方面灵活的低温空气分离单元：其可在氩产物需求或氩产物需量较低时在“低氩”或“无氩”模式下操作并且在此类模式期间实现操作节能，同时也在氩产物需求较高时在“高氩”模式下操作。
发明内容
本发明可被广义地表征为空气分离单元，该空气分离单元包括：(i)主空气压缩系统，该主空气压缩系统被构造用于产生经压缩且纯化的空气流，其中经压缩且纯化的空气流被分成至少经压缩且纯化的空气流的第一部分和经压缩且纯化的空气流的第二部分；(ii)增压压缩机布置，该增压压缩机布置被构造为进一步压缩经压缩且纯化的空气流的第一部分以产生增压空气流；(iii)主换热系统，该主换热系统被构造为冷却增压空气流并且部分地冷却经压缩且纯化的空气流的第二部分；(iv)涡轮膨胀机布置，该涡轮膨胀机布置被构造为使经压缩且纯化的空气流的经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流，(v)蒸馏塔系统，该蒸馏塔系统具有经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连的高压塔和低压塔以及与低压塔操作地联接的氩塔布置，该蒸馏塔系统被构造为接收高压塔中的增压空气流的第一部分、低压塔中的增压空气流的第二部分以及高压塔或低压塔中的排气流，其中排气流向蒸馏塔系统赋予制冷；以及(vi)氮过冷器系统，该氮过冷器系统具有多个阀、集管导管或歧管以及一个或多个换热芯，该氮过冷器系统被构造为经由与来自低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却干净搁板氮流和污浊搁板氮流，并且产生由干净搁板氮构成的第一氮回流流和由污浊搁板氮构成的第二氮回流流，并且其中总氮回流流由第一氮回流流和第二氮回流流构成。通过改变总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比来调节一种或多种氧产物和氩产物从空气分离单元的回收。
本发明还可被广义地表征为在空气分离单元中产生一种或多种氧产物、一种或多种氮产物和氩产物的方法，该方法包括以下步骤：(a)在主空气压缩系统中产生经压缩且纯化的空气流；(b)将经压缩且纯化的空气流分成至少经压缩且纯化的空气流的第一部分和经压缩且纯化的空气流的第二部分；(c)在增压压缩机布置中进一步压缩经压缩且纯化的空气流的第一部分以产生增压空气流；(d)在主换热系统中冷却增压空气流并且部分地冷却经压缩且纯化的空气流的第二部分；(e)在涡轮膨胀机布置中使经压缩且纯化的空气流的经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流；(f)在蒸馏塔系统中精馏增压空气流、排气流和经压缩且纯化的空气流的第二部分以产生一种或多种氧产物、一种或多种氮产物和氩产物；(f)从蒸馏塔系统提取干净搁板氮流并从高压塔提取污浊搁板氮流；(g)将干净搁板氮流和污浊搁板氮流引导至氮过冷器系统，并且在氮过冷器系统中经由与来自低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却干净搁板氮流和污浊搁板氮流以产生由干净搁板氮构成的第一氮回流流和由污浊搁板氮构成的第二氮回流流，并且其中总氮回流流由第一氮回流流和第二氮回流流构成。
通过改变总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比来调节一种或多种氧产物、一种或多种氮产物和氩产物从空气分离单元的回收。
在一些实施方案中，低温空气分离单元可在氩需量较低或不存在时在“无氩”或“低氩”模式下操作，然后在氩产物生产的需求增加时切换到在“高氩”模式下操作。低氩模式可被广义地表征为总氮回流流中的污浊搁板氮的摩尔流量除以总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和大于约0.40并且空气分离单元内的氩回收率通常小于约80％时。另一方面，高氩模式可被表征为总氮回流流中的污浊搁板氮的摩尔流量小于总氮回流流中的干净搁板氮的摩尔流量并且空气分离单元内的氩回收率大于80％时。另选地，高氩模式被表征为总氮回流流中的污浊搁板氮的摩尔流量除以总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和小于约0.40并且空气分离单元内的氩回收率通常大于约80％时。
本发明系统和方法的氩塔布置优选地包括：(i)氩蒸馏塔，该氩蒸馏塔被构造为精馏从低压塔中抽取的含氧-氩的流并且产生粗制的氩流；(ii)氩冷凝器，该氩冷凝器被构造为使用优选地来自高压塔的过冷的釜氧的冷凝流来冷凝富氩蒸气流以产生富氩液体作为至氩蒸馏塔的回流，同时将汽化或部分汽化的冷凝介质释放或引导至低压塔的中间位置；以及(iii)氩精制系统，该氩精制系统被构造为从氩蒸馏塔接收粗制的氩流并且产生氩产物流。氩精制系统可包括液相氩吸附系统、气相氩变压吸附系统、催化脱氧系统或另一个氩蒸馏塔诸如超级(superstaged)氩蒸馏塔。在一些实施方案中，氩蒸馏塔可包括除氩塔，该除氩塔设置在低压塔的某塔段或部分附近并且集成在低压塔结构内。在其他实施方案中，氩蒸馏塔可为超级(superstaged)氩蒸馏塔或简称粗氩塔。
本发明系统和方法的氮过冷器系统或布置优选地包括：(i)第一入口，该第一入口被构造为接收污浊搁板氮流；(ii)第二入口，该第二入口被构造为接收干净搁板氮流；(iii)集管导管，该集管导管联接到第一入口和第二入口，并且被构造为从第一入口接收污浊搁板氮流并从第二入口接收干净搁板氮流；(iv)一个或多个换热器芯，所述一个或多个换热器芯联接到集管导管，并且被构造为经由与来自低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却干净搁板氮流和污浊搁板氮流的部分；(v)一个或多个阀，所述一个或多个阀设置在集管导管中，并且被构造为将污浊搁板氮流与干净搁板氮流分离，使得每个换热器芯在离散通道中接收污浊搁板氮流的一部分和干净搁板氮流的一部分或污浊搁板氮流的一部分或干净搁板氮流的一部分；(vi)干净搁板出口回路，该干净搁板出口回路被构造为从冷却干净搁板氮的换热器芯接收干净搁板氮，该干净搁板出口回路具有一个或多个阀，所述一个或多个阀被操作地构造为在最上位置处将干净搁板氮流引导至低压塔；以及(vii)污浊搁板出口回路，该污浊搁板出口回路被构造为从冷却污浊搁板氮的换热器芯接收污浊搁板氮，该污浊搁板出口回路具有一个或多个阀，所述一个或多个阀被操作地构造为在最上位置的第一位置处或在低于最上位置的第二位置处将污浊搁板氮流引导至低压塔。
附图说明
虽然本发明的结论是申请人视为他们的发明内容且清楚地指出发明主题的权利要求，但相信本发明在结合附图考虑时将得到更好的理解，其中：
图1是根据本发明的一个实施方案的空气分离单元的示意性工艺流程图；
图2是根据本发明的另一个实施方案的空气分离单元的示意性工艺流程图；
图3是根据本发明的又一个实施方案的空气分离单元的示意性工艺流程图；
图4是根据本发明的再一个实施方案的空气分离单元的示意性工艺流程图；
图5是在空气分离单元在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下操作时适合与本发明一起使用的过冷器布置的一个实施方案的局部示意性工艺流程图；
图6是在空气分离单元在“高氩”操作模式下操作时图5的过冷器布置的局部示意性工艺流程图；
图7是在空气分离单元在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下操作时适合与本发明一起使用的过冷器布置的另一个实施方案的局部示意性工艺流程图；
图8是在空气分离单元在“高氩”操作模式下操作时图7的过冷器布置的局部示意性工艺流程图；
图9是在空气分离单元在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下操作时适合与本发明一起使用的过冷器布置的又一个实施方案的局部示意性工艺流程图；
图10是在空气分离单元在“高氩”操作模式下操作时图9的过冷器布置的局部示意性工艺流程图；
图11是在空气分离单元在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下操作时适合与本发明一起使用的过冷器布置的再一个实施方案的局部示意性工艺流程图；并且图12是在空气分离单元在“高氩”操作模式下操作时图11的过冷器布置的局部示意性工艺流程图。
具体实施方式
本发明系统和方法提供了灵活的低温空气分离单元设计，其提供：(i)在低温空气分离单元不产生氩时使功耗最小化的有效除氩工艺；(ii)在需要一些氩时增加氩生产的有效且低成本的手段；以及(iii)使用所添加的氩精制系统和方法以满负荷设计容量产生氩的能力。
另选地，本发明系统和方法提供了灵活的低温空气分离单元设计，其提供：(i)在不需要满负荷设计容量的氩生产时使功耗最小化的有效产氩工艺；以及(ii)在满负荷设计容量下产生氩的能力。
提出了实现灵活氩生产和高能量效率的ASU工艺设计选项。本发明系统和方法的优选实施方案对氩制备或非氩制备操作模式采用相同的低压蒸馏塔布置和相同的高压蒸馏塔布置。如果需要氩生产，则可将各种氩精制选项(包括但不限于氩蒸馏塔布置、催化脱氧、液相或气相氩吸附纯化或它们的任何组合)包括在空气分离单元内或添加到空气分离单元或与空气分离单元集成在一起，并且更具体地与蒸馏塔系统的其他部分集成在一起。如果不需要氩生产，则可消除氩精制系统。
在已将氩精制选项设计在低温空气分离单元中或添加到低温空气分离单元的情况下，可通过改变至低压塔的氮回流流中使用的污浊搁板氮的百分比来调节氩生产的量。在优选实施方案中，至低压塔的总氮回流流由来自高压塔的过冷的干净搁板氮流、过冷的污浊搁板氮流或干净搁板氮与污浊搁板氮的组合构成。还可通过改变以气态氮产物的形式从高压塔的塔顶馏出物中抽取的干净搁板蒸气或从主冷凝器或从高压塔的顶部抽出的干净搁板液体的量来调节氩生产的量。
转到图1，示出了通常也称为空气分离单元10的低温空气分离设备的简化示意图。从广义上讲，所描绘的空气分离单元包括主进料空气压缩机组或系统20、涡轮空气回路30、增压器空气回路40、主或初级换热器系统50以及蒸馏塔系统70。如本文所用，主进料空气压缩机组、涡轮空气回路和增压器空气回路共同构成“热端”空气压缩回路。
类似地，主换热器或初级换热器、基于涡轮的制冷回路的部分和蒸馏塔系统的部分被称为通常容纳在一个或多个绝缘冷箱中的“冷端”系统或设备。
在图1至图4所示的主进料压缩机组中，进入的进料空气22通常被抽吸穿过空气吸滤器外壳(ASFH)并且在多级中间冷却的主空气压缩机布置24中被压缩至可介于约5巴(a)至约15巴(a)之间的压力。该主空气压缩机布置24可包括串联或并联布置的整体齿轮式压缩机级或直接驱动压缩机级。离开主空气压缩机布置24的经压缩的空气26被进料至具有一体式除雾器的后冷却器(未示出)，以移除进入的进料空气流中的游离水分。通过用冷却塔水冷却经压缩进料空气，在后冷却器中将来自主空气压缩机布置24的最后压缩级的压缩的压缩热移除。来自该后冷却器以及主空气压缩布置中的一些中间冷却器的冷凝物优选地输送到冷凝物罐，并且用于向空气分离设备的其他部分供应水。可通过机械式制冷器、吸收式制冷器或其他技术所生成的冷水来提供后冷却器中的进一步空气冷却。
然后将冷却且干燥的经压缩空气进料26在预纯化单元28中纯化以从该冷却的干的经压缩空气进料中移除高沸点污染物。如本领域所熟知，预纯化单元28通常包含根据变温和/或变压吸附循环操作的氧化铝和/或分子筛的两个床，在该吸附循环中水分及其他杂质(诸如二氧化碳、水蒸气和烃类)被吸附。这些床中的一个床用于预纯化该冷却且干燥的经压缩空气进料，而另一个床是优选地利用来自空气分离单元的废氮的一部分再生的。这两个床定期交换功用。在设置在预纯化单元28下游的粉尘过滤器中，从经压缩、预纯化的进料空气中移除颗粒以产生经压缩、纯化的空气流29。
经压缩且纯化的空气流29在包括高压塔72、低压塔74和除氩塔76的多个蒸馏塔中被分离为富氧馏分、富氮馏分和富氩馏分。然而，在这种蒸馏之前，通常将经压缩且预纯化的空气流29分成多个进料空气流，所述多个进料空气流可包括锅炉空气流42和涡轮空气流32。可将锅炉空气流42在增压压缩机布置44中进一步压缩，随后在后冷却器45中冷却以形成增压空气流46，然后在主换热器52中进一步冷却该增压空气流以形成液体或密相流体。优选地通过与包括氧流190的加热流和来自蒸馏塔系统70的氮气流191、193、195的间接换热来在主换热器52中完成对空气流的冷却或部分冷却，以产生经冷却的进料空气流38和47。
使经部分冷却的进料空气流38在涡轮35中膨胀，以产生被引导至高压塔72的排气流64。空气分离单元10的制冷也通常由涡轮35和其他相关的冷的和/或热的涡轮布置生成，该涡轮布置诸如为如本领域中所公知的闭环加热制冷回路。充分冷却的增压空气液体或密相流体流47被分成单独部分，这些单独部分分别在引入到高压塔72和低压塔74之前在膨胀阀48、49中膨胀。主或初级换热器52优选地是钎焊铝制板翅式换热器。此类换热器是有利的，因为它们具有紧凑设计、高传热速率以及处理多个流的能力。它们被制造为完全钎焊和焊接的压力容器。对于小型空气分离单元而言，具有单个芯的换热器可能已足够。对于处理较高流量的较大空气分离单元而言，换热器可由必须并联或串联连接的若干芯构造而成。
基于涡轮的制冷回路通常被称为下塔涡轮(LCT)布置或上塔涡轮(UCT)布置，其用于向双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统提供制冷。在图1至图4所示的LCT布置中，经压缩、冷却的涡轮空气流32优选地在约9巴(a)至约60巴(a)之间的范围内的压力下。将经压缩、冷却的涡轮空气流32引导至或引入主或初级换热器52中，在其中将该经压缩、冷却的涡轮空气流部分冷却至约110开尔文与约200开尔文之间的范围内的温度以形成经部分冷却、压缩的涡轮空气流38，该经部分冷却、压缩的涡轮空气流随后被引入涡轮膨胀机或涡轮35中以产生被引入到蒸馏塔系统70的高压塔72中的冷排气流64。由该流38的膨胀而产生的补充制冷由此被直接施加到高压塔72，从而减轻了主换热器52的一些冷却负荷。虽然未示出，但在一些实施方案中，涡轮35可与用于直接或通过适当的齿轮装置进一步压缩涡轮空气流32的增压压缩机联接。
虽然图1至图4所示的基于涡轮的制冷回路被示出为下塔涡轮(LCT)回路，在该回路中经膨胀的排气流64被进料至蒸馏塔系统70的高压塔72，但可设想到基于涡轮的制冷回路另选地可以是上塔涡轮(UCT)回路，在该回路中涡轮排气流被引导至低压塔。此外，基于涡轮的制冷回路可以是LCT回路和UCT回路的某种变体或组合。
类似地，在采用UCT布置(未示出)的另选实施方案中，经纯化且压缩的进料空气的一部分可在初级换热器中部分冷却，然后该经部分冷却的流的全部或一部分被转移到涡轮膨胀机中。然后将来自涡轮膨胀机的经膨胀的气流或排气流引导至双塔或多塔低温空气蒸馏塔系统中的低压塔。因此直接向低压塔赋予由该排气流的膨胀所形成的冷却或补充制冷，从而减轻主换热器的一些冷却负荷。
在包括高压塔72、低压塔74、氩塔76、冷凝器-再沸器75和氩冷凝器78的蒸馏塔系统70内分离进料空气流的上述组分(即，氧、氮和氩)。高压塔72通常在约4.5巴(a)至约6.2巴(a)之间的范围内操作，而低压塔74在约1.1巴(a)至约1.6巴(a)之间的压力下操作。高压塔72和低压塔74优选地以热传递关系相连，使得从接近高压塔72的顶部提取为流73的富氮蒸气塔顶馏出物的全部或一部分在位于低压塔74的基部的冷凝器-再沸器75内因富氧液体塔底馏出物77沸腾而冷凝。富氧液体塔底馏出物77的沸腾引发在低压塔74内形成上升汽相。该冷凝产生液体含氮流81，该液体含氮流被分成干净搁板回流流83和富氮流85，该干净搁板回流流可用于回流低压塔74以引发这种低压塔74中下降液相的形成，并且该富氮流回流高压塔72。
来自涡轮35的排气流64与流47的一部分一起被引入到高压塔72中，用于通过在多个传质接触元件(示出为塔盘71)内使此类混合物的上升汽相与由回流流85引发的下降液相接触来进行精馏。这产生了粗液氧塔底馏出物86(也称为釜液体)和富氮塔顶馏出物87(被看作干净搁板流89)。
低压塔74还设置有多个传质接触元件，这些接触元件可以是塔盘或规整填料或散堆填料或低温空气分离领域中的其他已知元件。低压塔74中的这些接触元件被示出为规整填料79。如前所述，在低压塔74内发生的分离产生被提取为富氧液体流90的富氧液体塔底馏出物77和被提取为氮产物流95的富氮蒸气塔顶馏出物91。如附图所示，富氧液体流90可经由泵180泵送并被看作被泵送的液氧产物185，或被引导至主换热器52，在该主换热器中将该富氧液体流加热以产生气态氧产物流190。另外，还从低压塔74提取了废物氮流93以控制氮产物流95的纯度。
氮产物流95和废物流93均穿过一个或多个过冷单元99A,99B。第一过冷器单元99A被设计为使釜流88过冷，并且所得的过冷的釜流在阀107中膨胀并作为冷凝介质引入到氩冷凝器。第二过冷器单元99B被设计为使干净搁板氮流83和污浊搁板氮流84过冷，该污浊搁板氮流从氮塔顶馏出流87抽取物下方的高压塔72上的位置抽取。过冷的干净搁板氮流104的一部分可任选地被看作氮液体产物流98，并且其余部分可在穿过膨胀阀96之后作为干净搁板回流流引入到低压塔74中。过冷的污浊搁板氮流94也可在穿过膨胀阀97之后作为污浊搁板回流流引入到低压塔74中。过冷器单元99A和过冷器单元99B通常被一起组合在单个换热器中。然而，根据设备尺寸和其他因素，可存在并联布置的多个过冷器换热器。此外，过冷器单元99A和99B通常与初级换热器50组合。在这种情况下，过冷器单元99A和99B位于与初级换热器52相同的换热器的冷端。于是并联的过冷器单元(99A和99B)的数量对应于并联的初级换热器(52)的数量。过冷器单元99B包括具有多个阀、集管导管或歧管和一个或多个换热芯的氮过冷器系统100或布置。如下文参照图5至图12更详细讨论的，氮过冷器系统100优选地被构造为经由与从低压塔74取出的废物氮流93和氮产物流95的间接换热来使干净搁板氮流和污浊搁板氮流过冷。氮过冷器系统100被进一步构造为产生由干净搁板氮构成的第一过冷的氮回流流104和/或由污浊搁板氮构成的第二过冷的氮回流流94。由干净搁板氮构成的第一过冷的氮回流流104的一部分可在最上位置处引入到低压塔74，而由污浊搁板氮构成的第二过冷的氮回流流94在接近最上位置的第一位置处或在设置在低于最上位置的第二位置处引入到低压塔74。
在穿过过冷单元99A、99B之后，氮流95和废物流93在主或初级换热器52内被完全加热，以产生经加热的气态氮产物流295和经加热的氮废物流293。尽管未示出，但是经加热的氮废物流293可用于再生预纯化单元28内的吸附剂。
上述实施方案中所采用的氩塔布置可被构造为与低压塔集成在一起的除氩塔，或可为单独的“超级(super-staged)”氩精馏塔。重要的是需注意，在许多常规低温空气分离单元中制备氩产物时，低压塔的中间塔段通常利用率不足或未负载，因为一部分蒸气“绕道”到达外部粗制的氩或“超级(superstaged)”塔，使得低压塔蒸馏时所需的这一利用不足或未负载的塔段的流动面积可降低，并且在一定程度上小于低压塔段的其余部分的流动面积。因此，通过设计具有在低压塔结构的这一位置处的主蒸馏塔段和分隔除氩塔段的分隔壁塔，除氩塔可实际上与低压塔结构的这一利用不足或未负载的塔段处于同一位置。在此类布置中，来自分隔壁塔正下方的低压塔的相邻塔段的蒸气的一部分流向分隔除氩塔段。来自分隔壁塔布置正下方的低压塔的相邻塔段的蒸气的剩余部分向上一直流动到主蒸馏塔段。有关优选分隔壁塔布置的设计细节可见于均于2017年8月25日提交的美国临时专利申请序列号62/550,262和62/550,269以及于2016年3月1日提交的美国专利申请序列号15/057,148。
在具有集成在低压塔结构内的除氩塔的实施方案中，塔结构的中间塔段优选地包含具有主蒸馏塔段和分隔除氩塔段的分隔壁塔布置。分隔除氩塔段在图1至图4中被示出为氩塔76。设置在低压塔结构的分隔除氩塔段内的分隔壁氩塔在与低压塔内的压力相当的压力下操作。分隔除氩塔段接收来自低压塔74的向上流动的包含氩和氧的蒸气进料121(通常具有浓度为约8体积％至15体积％的氩)和接收自氩冷凝器78的向下流动的富氩回流122。分隔氩塔用于通过将氩与氧分离而精馏包含氩和氧的蒸气进料，使其成为富氩塔顶馏出蒸气123和富氧液体流124，该富氧液体流在分隔壁塔布置下方的点处释放或返回至低压塔74中。分隔壁氩塔布置内的传质接触元件125可为规整填料或塔盘。
然后优选地将所得的富氩蒸气塔顶馏出物123的全部或一部分作为蒸气流126引导至氩冷凝器78(该氩冷凝器也优选地设置在低压塔74的结构内)，其在此冷凝成富氩液体流。所得的富氩液体流的一部分用作分隔除氩塔段的富氩回流流122，并且可任选地采集另一部分作为不纯的或粗制的液氩流(未示出)。在所描绘的实施方案中，富氩回流流122被引导回至氩塔76的最上部分并且引发与上升的包含氩和氧的蒸气进料121接触的下降的氩液相。
分隔除氩塔段的高度优选地被限制为适应约15至60个分离级，并且更优选地20至40个分离级。虽然此类有限数量的分离级对于需要改进低温空气分离单元的氧回收的氩精馏是足够的，但是所得的排出分隔除氩塔段的氩蒸气流的纯度相当低，具有约4％至25％的氧，并且更优选地介于10％和15％之间的氧，其中氮杂质高达1％。
氩冷凝器78优选地被构造为单次通过式冷凝器并且优选地设置在低压塔74内部，处于形成氩塔的低压塔结构的分隔壁布置正上方。氩冷凝器78的这一位置是釜液体和蒸气的天然进料点以及冷凝氩塔顶馏出蒸气的天然点。因此，该位置是容纳氩冷凝器78的理想位置，其最大限度减少管道，并且避免对两相部分沸腾的釜流的分隔容器的需要。另选地，尽管可能需要额外的管道，但是氩冷凝器78可单独地设置在低压塔74的最上部分以上或其他位置。
除氩和/或氩回收
从氩塔中抽出的富氩流可被除去或可通过将不纯的富氩流的全部或一部分转移到氩纯化或精制系统或塔中进行回收。在设想图1所示的除氩的实施方案中，从氩塔76中抽出不纯的富氩蒸气流128的一部分并且任选地将该部分添加到废物氮流193，该废物氮流被引导至主换热器52以提供对空气分离设备10的进一步制冷，从而允许增加氧回收率。该特定布置适用于在无氩操作模式下操作的空气分离设备或没有初始氩产物需求的空气分离设备。
在设想图2所示的氩回收的实施方案中，从除氩塔76中抽出包含介于约4％和25％之间的氧杂质和高达约1％的氮的不纯的富氩流129，并且将其转移到另一个氩蒸馏塔130，该另一个氩蒸馏塔被构造为精制不纯的富氩流129并产生更高纯度的氩产物流135。将从除氩塔76的塔顶馏出物中取出的不纯的富氩流129作为上升蒸汽引入氩蒸馏塔130中。氩蒸馏塔130被构造为精馏不纯的富氩流并产生富氧液体塔底馏出物132、富氩塔顶馏出物133和氩产物流135。经由泵137将富氧液体塔底馏出物132作为回流流136泵送回除氩塔76。将富氩塔顶馏出物133作为流138引导至氩冷凝器178，其在此因过冷的釜氧流140而冷凝并且作为回流流139返回至氩蒸馏塔130的顶部。离开氩冷凝器178的汽化或部分汽化的氧流142返回至低压塔74。当利用次级氩蒸馏塔布置时，应当注意，存在将次级氩蒸馏塔与蒸馏塔系统70的其余部分集成或联接在一起的许多变型。在图2的氩生产系统中，直接从氩蒸馏塔130产生产物氩流135。该方法首次在美国专利No.5,133,790中描述。另选地，需要附加蒸馏塔来最终去除氮杂质。
在设想图3所示的氩回收的另选实施方案中，从氩塔76中抽出不纯的富氩流129并且将其全部或一部分作为流144转移到基于吸附的氩纯化/精制系统150。最常实现系统150以便将如图1中举例说明的无氩生产系统更改为氩生产系统。因此，将从氩塔76抽出的所有不纯的富氩流129作为流144转移到氩纯化/精制系统150。设备160描绘了半永久性隔离设备，诸如盲板法兰。
然而，设备160另选地为阀，以使得空气分离设备10可在氩生产模式和无氩生产模式下操作。
基于吸附的氩纯化/精制工艺可为液相吸附工艺或气相吸附工艺。在基于液相吸附的纯化/精制工艺中，可从氩冷凝组件中抽出不纯的富氩液体流，并且通过将富氩液体流的一部分转移到基于液相吸附的氩纯化/精制系统来对其进行回收，如美国专利No.9,222,727中一般性地教导。
图3中所描绘的基于气相吸附的氩纯化/精制系统150包括包含吸附剂的一个或多个吸附床，该吸附剂被设计为从不纯的富氩流144去除氧杂质和任选氮杂质。不纯的富氩流144的压力升高(如有必要)用压缩机或泵(未示出)来实现。在该优选实施方案中，杂质的吸附产生经纯化的氩流，该经纯化的氩流可在包括吸附、均衡、泄放和增压的一系列工艺步骤中作为经纯化的氩蒸气流145输送。如本领域所熟知的，基于吸附的氩精制或纯化系统一般采用交替的吸附循环，该交替的吸附循环具有在线阶塔板和离线阶塔板，在在线阶塔板中，不纯的富氩流144在一个或多个吸附床内被纯化，在离线阶塔板中，吸附床中所包含的吸附剂通过脱附所吸附的杂质而再生。任选地，泄放气体的一部分可作为流146再循环回除氩塔76。
在图4所示的氩回收的又一个另选实施方案中，从氩塔76中抽出不纯的富氩流129并且将其作为流146转移到基于催化脱氧的氩纯化/精制系统160，从而产生高纯度氩产物165。
干净搁板氮回流与污浊搁板氮回流
增加至空气分离单元的低压塔的过冷的富氮回流流的流量有利于产物回收，尤其是氩回收。因此，较低搁板氮蒸气抽取物增加了回收率，这是由于更高的回流流量和主冷凝器中更大的蒸出速率。回收率提高的水平也受到回流流中的氮纯度的影响。回流流中更高的氮纯度一般会产生更高的氩回收率。干净搁板氮在氩含量方面比污浊搁板氮低得多，因此具有更高的氮纯度。当更多的干净搁板氮用作至低压塔的回流流时，显著减少了废物氮流中损失的氩。
优选地从高压塔的顶部抽取干净搁板氮蒸气并且使其在主冷凝器-再沸器中冷凝以产生干净搁板氮，该干净搁板氮的一部分用作至低压塔的回流流。如果从低压塔中抽出作为产物氮流的产品质量顶帽氮(product quality top hat nitrogen)，则将始终需要一些干净搁板氮回流。在低于高压塔顶部的若干级从高压塔中抽出具有比干净搁板氮更低的氮纯度的污浊搁板氮。可优化污浊搁板氮抽取物的位置以在低氩或无氩生产模式期间使节能最大化。高压塔能够产生比干净搁板氮更大流量的污浊搁板氮。这会因至低压塔的污浊搁板氮回流的使用而实现节能。
可调节干净搁板氮与污浊搁板氮的比率以匹配来自空气分离单元的所需氩生产并且优化相关联的工艺效率。在“高氩”回收操作模式中，该工艺通常需要更高的干净搁板氮流量，而在“低氩”回收操作模式或“无氩”回收操作模式中，更高百分比的污浊搁板氮可用作被引导至低压塔的回流流的一部分。被引导至低压塔的回流流中的更高含量的污浊搁板氮的使用显著降低了空气分离单元的功耗并且改善了总工艺效率。例如，当来自高压塔的用作低压塔中的回流的污浊搁板氮抽取物最大化时，一般会出现最低功耗。换句话讲，通过改变构成至低压塔的总回流流的干净搁板氮与污浊搁板氮的比率来实现氩产物组成的灵活性。可利用如以下段落中所述的具体过冷器布置来实现控制构成至低压塔的总回流流的干净搁板氮与污浊搁板氮的比率。
现在转到图5至图12，示出了空气分离单元过冷器100的一般管道构型和联组布置，其使用相同的附图标记来指定相应图中的相同或类似项目。图5和图6所示的实施方案将八个换热芯用于空气分离单元的过冷器，但也可采用更少或更多的换热芯。图5至图12中表示的是过冷器单元99B。如此前所述，过冷器单元99B通常与过冷器单元99A组合，并且两者通常与初级换热器52组合。图5描绘了当空气分离单元在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下操作时流过换热器芯的干净搁板氮和污浊搁板氮的相应流。图6描绘了当空气分离单元在“高氩”操作模式下操作时流过相同换热器芯的干净搁板氮和污浊搁板氮的相应流。图5和图6中的污浊搁板氮流和干净搁板氮流均在换热芯中经由与废物氮流193和气态氮产物流195的间接换热来过冷。
在图5中所描绘的“无氩”操作模式或“低氩”操作模式中，大约62.5％的换热器芯专用于使污浊搁板氮84过冷，而大约37.5％的换热器芯120专用于使干净搁板氮83过冷。从中可以看出，阀110、210被设定为处于“打开”位置，而阀112、212被设定为处于“关闭”位置，以使得八(8)个过冷器芯中有五(5)个使污浊搁板氮从入口歧管115穿过换热芯到达出口歧管215，并且八(8)个过冷器99A芯中有三(3)个使干净搁板氮从入口歧管115穿过换热芯到达出口歧管215。
相反，在图6中所描绘的“高氩”操作模式中，大约12.5％的换热器芯专用于使污浊搁板氮84过冷，而大约87.5％的换热器芯专用于使干净搁板氮83过冷。从图6中可以看出，阀110、210被设定为处于“关闭”位置，而阀112、212被设定为处于“打开”位置，以使得八(8)个过冷器芯中有一(1)个使污浊搁板氮84从入口歧管115的区段穿过换热芯120到达出口歧管215的区段，并且八(8)个过冷器芯中有七(7)个使干净搁板氮83从入口歧管115穿过换热芯120到达出口歧管215的区段。污浊搁板氮84从高压塔72中的抽取点接收到入口歧管115的区段，其在此分布于过冷器芯120中的一个或多个之间，然后从出口歧管215的区段抽出、重新组合并且在沿管道一直流动到低压塔74中的进料点之前先穿过阀97。同样，干净搁板氮作为流83接收到入口歧管115的区段，其在此分布于过冷器芯120中的一个或多个之间，然后从出口歧管215的区段抽出。过冷的干净搁板氮83的一部分在沿管道一直流动到低压塔74中的进料点之前先穿过阀96，而干净搁板氮的其余部分(如果有的话)穿过控制阀101并且被看作液氮产物流98。
所示实施方案中所描绘的阀优选地为闸阀、球阀或在完全打开时表现出极低压降的其他类型的阀。使用在完全打开时表现出极低压降的阀很重要，因为任何显著的压降往往都可影响搁板液体在换热芯之间的分布。同样，这些阀可为手动阀，或如果预期要更频繁地在各种操作模式之间切换，则这些阀可为自动开关阀。虽然描绘了单个阀，但每个阀可替代地为业内熟知的称为“截断与泄放”布置的阀组合。这种构型可用于使泄漏的可能性最小化。另选地，盲板法兰或“眼圈”盲板法兰可用于代替阀。
图7和图8示出了八(8)个换热器芯联组的过冷器布置的另一个示例。在图7中所描绘的“无氩”操作模式或“低氩”操作模式中，污浊搁板氮84和干净搁板氮83流以如上参照图5所讨论的相同方式分流，其中八(8)个换热芯120中有五(5)个被指定用于污浊搁板氮。阀111、211被设定为处于“打开”位置，而阀112、212被设定为处于“关闭”位置，以使得八(8)个换热芯中仅有三(3)个使干净搁板氮83从入口歧管115穿过换热芯120到达出口歧管215。
然而，在图8中一般性地描绘的“高氩”操作模式中，所有过冷器换热芯120被构造为从入口歧管115接收干净搁板氮83并且使过冷的干净搁板氮83传递到出口歧管。因此，阀111和211设置在主污浊搁板氮导管中而不是入口歧管115和出口歧管215中，并且处于“关闭”位置，使得在“高氩”操作模式的该实施方案中不使用污浊搁板氮84。与图6的实施方案类似，过冷的干净搁板氮83的一部分在沿管道一直流动到低压塔74中的进料点之前先穿过阀96，而干净搁板氮的其余部分(如果有的话)穿过控制阀101并且可被看作液氮产物流98。
图9和图10所示的实施方案示出了具有交叉连接的搁板转移管线的八(8)个换热器芯联组的过冷器布置的另一个示例。该实施方案与图5和图6所示的实施方案的不同之处在于存在搁板转移管线201和搁板转移阀203、205以及从出口歧管215至低压塔74的两(2)个单独转移导管216、217及至低压塔74的单独进料点202、204、206、208。
在图9中所描绘的“无氩”操作模式或“低氩”操作模式中，污浊搁板氮84和干净搁板氮83流发生分流，其中八(8)个换热芯120中有三(3)个被指定用于干净搁板氮83，并且八(8)个换热芯120中有五(5)个被指定用于污浊搁板氮84。在这些操作模式中，转移阀203处于“打开”位置，而转移阀205处于“关闭”位置。干净搁板氮83经由转移阀203和搁板转移管线201至具有阀218的小直径导管216被引导至低压塔74，并且在最上位置202处被引入到低压塔74中。污浊搁板氮84经由具有阀219的大直径导管217被引导至低压塔74，并且在低于最上位置202的第二位置208处被引入到低压塔74中。
在图10中所描绘的“高氩”操作模式中，污浊搁板氮和干净搁板氮流发生分流，其中八(8)个换热芯120中有七(7)个被指定用于干净搁板氮83，并且八(8)个换热芯120中有一(1)个被指定用于污浊搁板氮84。转移阀203处于“关闭”位置，而转移阀205处于“打开”位置。干净搁板氮83经由具有阀219的大直径导管217被引导至低压塔74，并且在最上位置204处被引入到低压塔74中。污浊搁板氮84被引导至转移阀205，接着被引导至具有阀218的小直径导管216，并且在低于最上位置202的第二位置206处被引入到低压塔74中。优选地，干净搁板氮应当用阀控制以在低压塔的顶帽以上的点处进料，而污浊搁板流应当用阀控制以在接近与废物氮抽取物相同的位置的点处进料。导管直径优选地被选择为在整个设计流量范围中实现稳定流。例如，图9和图10的实施方案中，小管道直径将被设计为具有约3:1的流量范围并且大管道直径将被设计为具有约5:7的流量范围，以确保以目标流量范围流过这些导管的稳定两相流。
图11和图12示出了并联且联组的过冷器布置的另一个示例。在该实施方案中，两个并联过冷器和相关联的换热器芯不必以相同方式构造。如图11中一般性地描绘的那样在“无氩”操作模式或“低氩”操作模式下使用该布置时，污浊搁板氮和干净搁板氮流发生分流，其中四(4)个流路中有三(3)被指定用于污浊搁板氮84。阀110、210被设定为处于“打开”位置，而阀112、212被设定为处于“关闭”位置，以使得流过其余流路120的流为干净搁板氮83。另一方面，如图12中一般性地描绘的那样在“高氩”操作模式下使用该布置时，大部分流路120专用于使干净搁板氮83过冷，而其余流路120使污浊搁板氮84过冷。阀110、210被设定为处于“关闭”位置，而阀112、212被设定为处于“打开”位置。为了在图11和图12的实施方案中实现干净搁板氮83和污浊搁板氮84之间的所需分流，分流集管221、222用于并联联组的过冷器中的每一个。图11和图12中的并联联组的过冷器布置具有将第一过冷器中的搁板氮流分成25.0％和75.0％馏分的第一分流集管221，以及将第二过冷器中的搁板氮流分成50.0％和50.0％馏分的第二分流集管222。设想了并联联组的过冷器布置的合适歧管装置，其将允许污浊搁板氮和干净搁板氮之间的非常灵活的分流或甚至定制的分流。需注意，图11和图12所述的过冷器单元内的污浊搁板氮和干净搁板氮的分配可适用于单个芯和超过两个芯。还应当注意，虽然所述的定制分流集管设计对于实现污浊搁板氮和干净搁板氮的所需分流是优选的，但过冷器的定制设计可另选地用于为每种模式分配污浊搁板氮和干净搁板氮的流。然而，由于定制了分流集管设计，不必定制每种过冷器的设计。最后，联组并联的过冷器之间分配的污浊搁板液体和干净搁板液体流的描述中暗示了这两种流的热等效。虽然污浊搁板液体和干净搁板液体并不完全是热等效的，但它们非常类似并且可被看作热等效的。
实施例
对于用于灵活回收氩的本发明系统和方法的各种实施方案，使用各种空气分离单元操作模型运行多个工艺模拟以表征：(i)“低氩”操作模式和“高氩”操作模式之间的变换对大型制氧空气分离单元中的总功耗/节能和氩回收的影响；(ii)抽取搁板蒸气对大型制氧空气分离单元中的功耗/节能和氩回收的影响；以及(iii)使用污浊搁板氮和干净搁板氮的各种分流作为至低压塔的回流流对大型制氧空气分离单元的功耗/节能和氩回收的影响。
表1示出了针对上述本发明系统和相关联方法的基于计算机的工艺模拟的结果。对于工艺模拟，模拟了具有下塔涡轮的1300吨/天(TPD)泵送的液氧设备。建模参数包括不同的所选空气分离单元操作模式(即，“低氩”模式和“高氩”模式)以及所选液体产物组成。此类参数选择涉及改变污浊搁板氮比率(即，回流流中使用的污浊搁板氮的摩尔流量除以回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和)并且改变搁板蒸气比率(即，作为气态氮产物抽出的搁板蒸气的摩尔流量除以从低压塔取出的液氧的摩尔流量)。
Figure BDA0002549574380000181
表1-搁板蒸气、污浊搁板和干净搁板对功耗和氩回收的影响
从表1中可以看出，对于给定的产物分布(即，6％液体)以及“低氩”操作模式的选择(其中污浊搁板比率为0.49并且搁板蒸气比率为0.78)；氩回收率仅为67％，但与未从高压塔取出搁板蒸气并且所有干净搁板氮都用作至低压塔的回流的基本情况相比，可实现8.1％的节能。对于相同的产物分布(即，6％液体)以及“高氩”操作模式的选择(其中污浊搁板比率为0.15并且搁板蒸气比率为0.19)；氩回收率为约93％，但与未从高压塔取出搁板蒸气并且所有干净搁板氮都用作至低压塔的回流的基本情况相比，仅具有3.2％的较低节能。
对于仅2％液体的给定产物分布以及在“低氩”操作模式下操作的空气分离单元(其中污浊搁板比率为0.47并且搁板蒸气比率为0.74)；氩回收率仅为68％，但与未从高压塔取出搁板蒸气并且所有干净搁板氮都用作至低压塔的回流的基本情况相比，可实现6.9％的节能。对于相同的产物分布(即，2％液体)以及“高氩”操作模式的选择(其中污浊搁板比率为0.30并且搁板蒸气比率为0.33)；氩回收率为约88％，但与未从高压塔取出搁板蒸气并且所有干净搁板氮都用作至低压塔的回流的基本情况相比，仅具有3.5％的较低节能。
应当注意，以上实施例仅用于说明的目的。这些结果可能根据多种因素而迥然不同，所述因素例如为空气分离工艺和设计的细节、所需的产物、电力成本以及氩的市场价值。
尽管已通过参照一个或多个优选实施方案及其相关联的方法公开了用于在空气分离单元中灵活回收氩的本发明系统，但是本领域的技术人员应当想到，在不脱离所附权利要求书描述的本发明的实质和范围的情况下，可对其进行多种改变和省略。

Claims (29)

1.一种空气分离单元，所述空气分离单元包括：
主空气压缩系统，所述主空气压缩系统被构造用于产生经压缩且纯化的空气流，其中所述经压缩且纯化的空气流被分成至少所述经压缩且纯化的空气流的第一部分和所述经压缩且纯化的空气流的第二部分；
增压压缩机布置，所述增压压缩机布置被构造为进一步压缩所述经压缩且纯化的空气流的所述第一部分以产生增压空气流；
主换热系统，所述主换热系统被构造为冷却所述增压空气流并且部分地冷却所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分；
涡轮膨胀机布置，所述涡轮膨胀机布置被构造为使所述经压缩且纯化的空气流的所述经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流；
蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统具有经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连的高压塔和低压塔以及与所述低压塔操作地联接的氩塔布置，所述蒸馏塔系统被构造为接收所述高压塔中的所述增压空气流的第一部分、所述低压塔中的所述增压空气流的第二部分以及所述高压塔或所述低压塔中的所述排气流，其中所述排气流向所述蒸馏塔系统赋予制冷；
其中所述蒸馏塔系统被进一步构造为从提取自所述低压塔的富氧液体产生一种或多种氧产物，并通过所述增压空气流的低温精馏产生氩产物，产生所述排气流以及所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分；以及
氮过冷器系统，所述氮过冷器系统具有多个阀、集管导管或歧管以及一个或多个换热芯，所述氮过冷器系统被构造为经由与来自所述低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却干净搁板氮流和污浊搁板氮流，并且产生由干净搁板氮构成的第一氮回流流和由污浊搁板氮构成的第二氮回流流，并且其中总氮回流流由所述第一氮回流流和所述第二氮回流流构成；以及
其中通过改变所述总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比来调节所述一种或多种氧产物和所述氩产物从所述空气分离单元的回收。
2.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述蒸馏塔系统被进一步构造为产生由所述干净搁板氮的一部分构成的液氮产物流，并且其中通过改变所述总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比来调节所述一种或多种氧产物、所述氮产物和所述氩产物从所述空气分离单元的回收。
3.根据权利要求2所述的空气分离单元，其中来自所述高压塔的氮塔顶馏出物的一部分从所述蒸馏塔系统转移到所述主换热器系统，并且其中所述氮塔顶馏出物的所述转移部分在所述主换热系统中通过与所述增压空气流和所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分的间接换热来加热以形成气态氮产物流。
4.根据权利要求3所述的空气分离单元，其中通过改变从所述蒸馏塔系统转移到所述主换热器系统的氮塔顶馏出物的量来调节氩回收。
5.根据权利要求4所述的空气分离单元，其中所述氮产物还包含所述气态氮产物流和所述液氮产物流。
6.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中由干净搁板氮构成的所述第一氮回流流在最上位置处引入到所述低压塔；并且其中由污浊搁板氮构成的所述第二氮回流流在所述最上位置的第一位置处或在低于所述最上位置的第二位置处引入到所述低压塔。
7.根据权利要求6所述的空气分离单元，其中所述第二位置接近废物氮蒸气抽取物。
8.根据权利要求6所述的空气分离单元，其中当所述总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比为100％时，由污浊搁板氮构成的所述第二氮回流流在所述第一位置处引入到所述低压塔。
9.根据权利要求6所述的空气分离单元，其中当所述总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比低于100％时，由污浊搁板氮构成的所述第二氮回流流在所述第二位置处引入到所述低压塔。
10.根据权利要求1所述的空气分离单元，所述空气分离单元还包括泵，所述泵被构造为从所述低压塔泵送所述富氧液体以产生泵送的液氧流，并且其中所述泵送的液氧流的至少一部分在所述主换热系统中通过与所述增压空气流和所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分的间接换热来加热以形成气态富氧产物。
11.根据权利要求10所述的空气分离单元，其中所述泵送的液氧流的一部分被看作液氧产物流。
12.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述氮过冷器系统还包括：
第一入口，所述第一入口被构造为接收所述污浊搁板氮流；
第二入口，所述第二入口被构造为接收所述干净搁板氮流；
集管导管，所述集管导管联接到所述第一入口和所述第二入口，并且被构造为从所述第一入口接收所述污浊搁板氮流并从所述第二入口接收所述干净搁板氮流；
一个或多个换热器芯，所述一个或多个换热器芯联接到所述集管导管，并且被构造为经由与来自所述低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却所述干净搁板氮流和所述污浊搁板氮流的部分；
一个或多个阀，所述一个或多个阀设置在所述集管导管中，并且被构造为将所述污浊搁板氮流与所述干净搁板氮流分离，使得每个换热器芯在离散通道中接收所述污浊搁板氮流的一部分和所述干净搁板氮流的一部分或所述污浊搁板氮流的一部分或所述干净搁板氮流的一部分；
干净搁板出口回路，所述干净搁板出口回路被构造为从冷却所述干净搁板氮的所述换热器芯接收所述干净搁板氮，所述干净搁板出口回路具有一个或多个阀，所述一个或多个阀被操作地构造为在所述最上位置处将所述干净搁板氮流引导至所述低压塔；以及
污浊搁板出口回路，所述污浊搁板出口回路被构造为从冷却所述污浊搁板氮的所述换热器芯接收所述污浊搁板氮，所述污浊搁板出口回路具有一个或多个阀，所述一个或多个阀被操作地构造为在所述最上位置的所述第一位置处或在低于所述最上位置的所述第二位置处将所述污浊搁板氮流引导至所述低压塔。
13.根据权利要求12所述的空气分离单元，其中所述氮过冷器系统还包括一个换热器芯至十二个换热器芯。
14.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述氩塔布置还包括除氩塔，所述除氩塔设置在所述低压塔的一部分附近并且在低压塔结构内。
15.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述氩塔布置还包括：
氩蒸馏塔，所述氩蒸馏塔被构造为精馏从所述低压塔中抽取的含氧-氩的流并且产生粗制的氩流；
氩冷凝器，所述氩冷凝器被构造为使用来自所述高压塔的过冷的釜氧的冷凝流来冷凝富氩蒸气流以产生富氩液体作为至所述氩蒸馏塔的回流，同时将汽化或部分汽化的冷凝介质释放或引导至所述低压塔的中间位置；以及
氩精制系统，所述氩精制系统被构造为从所述氩蒸馏塔接收所述粗制的氩流并且产生氩产物流。
16.根据权利要求15所述的空气分离单元，其中所述氩精制系统还包括液相氩吸附系统。
17.根据权利要求15所述的空气分离单元，其中所述氩精制系统还包括气相氩变压吸附系统。
18.根据权利要求15所述的空气分离单元，其中所述氩精制系统还包括催化脱氧系统。
19.根据权利要求15所述的空气分离单元，其中所述氩精制系统还包括超级氩蒸馏塔，并且所述氩冷凝器中冷凝的所述富氩蒸气流是来自所述超级氩蒸馏塔的富氩蒸气塔顶馏出流。
20.一种在空气分离单元中产生一种或多种氧产物、一种或多种氮产物和氩产物的方法，所述方法包括以下步骤：
在主空气压缩系统中产生经压缩且纯化的空气流；
将所述经压缩且纯化的空气流分成至少所述经压缩且纯化的空气流的第一部分和所述经压缩且纯化的空气流的第二部分；
在增压压缩机布置中进一步压缩所述经压缩且纯化的空气流的所述第一部分以产生增压空气流；
在主换热系统中冷却所述增压空气流并且部分地冷却所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分；
在所述涡轮膨胀机布置中使所述经压缩且纯化的空气流的流中所述经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流；
在蒸馏塔系统中精馏所述增压空气流、所述排气流和所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分以产生所述一种或多种氧产物、所述一种或多种氮产物和所述氩产物；
其中所述蒸馏塔系统具有经由冷凝器-再沸器以热传递关系相连的高压塔和低压塔以及与所述低压塔操作地联接的氩塔布置，所述蒸馏塔系统被构造为接收所述高压塔中的所述增压空气流的第一部分、所述低压塔中的所述增压空气流的第二部分以及所述高压塔或所述低压塔中的所述排气流；
从所述蒸馏塔系统提取干净搁板氮流并从所述高压塔提取污浊搁板氮流；
将所述干净搁板氮流和所述污浊搁板氮流引导至氮过冷器系统；以及
在所述氮过冷器系统中经由与来自所述低压塔的一个或多个氮流的间接换热来冷却所述干净搁板氮流和所述污浊搁板氮流以产生由干净搁板氮构成的第一氮回流流和由污浊搁板氮构成的第二氮回流流，并且其中总氮回流流由所述第一氮回流流和所述第二氮回流流构成；
其中通过改变所述总氮回流流中的污浊搁板氮的百分比来调节所述一种或多种氧产物、所述一种或多种氮产物和所述氩产物从所述空气分离单元的回收。
21.根据权利要求20所述的方法，其中所述蒸馏塔系统被进一步构造为产生由所述干净搁板氮的一部分构成的液氮产物流。
22.根据权利要求21所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将氮塔顶馏出物的一部分从所述高压塔转移到所述主换热器系统；以及
在所述主换热系统中通过与所述增压空气流和所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分的间接换热来加热所述氮塔顶馏出物的所述转移部分以形成气态氮产物流；
其中通过改变向所述主换热器系统转移的所述氮塔顶馏出物的量来调节氩产物回收。
23.根据权利要求22所述的方法，其中所述一种或多种氮产物还包含所述气态氮产物流和所述液氮产物流。
24.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
将由干净搁板氮构成的所述第一氮回流流引导至所述低压塔的最上位置；以及
将由污浊搁板氮构成的所述第二氮回流流引导至所述最上位置处或附近的所述低压塔的第一位置或低于所述最上位置的所述低压塔的第二位置。
25.根据权利要求20所述的方法，所述方法还包括以下步骤：
从所述低压塔泵送富氧液体以产生泵送的液氧流；
在所述主换热系统中通过与所述增压空气流和所述经压缩且纯化的空气流的所述第二部分的间接换热来加热所述泵送的液氧流的至少一部分以形成富氧气态产物流；
将所述泵送的液氧流的一部分看作液氧产物流；
其中所述一种或多种氧产物还包含所述富氧气态产物流和所述液氧产物流。
26.根据权利要求20所述的方法，其中所述总氮回流流中的所述污浊搁板氮的摩尔流量除以所述总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和大于约0.40并且所述空气分离单元内的氩回收率小于75％。
27.根据权利要求20所述的方法，其中所述总氮回流流中的所述污浊搁板氮的摩尔流量小于所述总氮回流流中的所述干净搁板氮的摩尔流量并且所述空气分离单元内的氩回收率大于70％。
28.根据权利要求20所述的方法，其中所述总氮回流流中的所述污浊搁板氮的摩尔流量除以所述总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和小于约0.40并且所述空气分离单元内的氩回收率大于75％。
29.根据权利要求20所述的方法，其中：
所述空气分离单元在第一操作模式下操作，其中所述总氮回流流中的所述污浊搁板氮的摩尔流量除以所述总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和大于约0.40并且所述空气分离单元内的氩回收率小于75％；以及
所述空气分离单元在第二操作模式下操作，其中所述总氮回流流中的所述污浊搁板氮的摩尔流量除以所述总氮回流流中使用的污浊搁板氮和干净搁板氮的摩尔流量之和小于约0.40并且所述空气分离单元内的氩回收率高于75％；以及
当所述氩产物的生产的需求改变时，所述空气分离单元的操作在所述第一操作模式和所述第二操作模式之间切换。
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