TWM516040U

TWM516040U - 用於藉低溫蒸餾分離空氣來製造氮產物之裝置

Info

Publication number: TWM516040U
Application number: TW102203142U
Authority: TW
Inventors: 內山梢; 楊珍
Original assignee: 液態空氣喬治斯克勞帝方法研究開發股份有限公司
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2013-02-19
Publication date: 2016-01-21
Also published as: CN202648307U

Description

用於藉低溫蒸餾分離空氣來製造氮產物之裝置

本創作係關於一種藉低溫蒸餾用於分離空氣之裝置。詳言之，本創作係關於一種使用具有兩個頂部冷凝器之單個塔用於製造氣態氮及可能液態氮的裝置。

自US-A-5711167已知類似裝置。然而，本創作與US-A-5711167之裝置的不同之處在於在氮氣壓縮機下游及塔上游之主熱交換器中冷卻再循環富氮氣體。

根據本創作之目標，本創作提供1.一種用於藉低溫蒸餾分離空氣來製造氮產物之裝置，該裝置包含：(a)用於使進料空氣流相對於進料空氣蒸餾產物冷卻的熱交換器；(b)用於將該進料空氣分離成第一富氮蒸汽及富氧液體之蒸餾塔及用於將該進料空氣傳送至該塔之第一層級的構件；(c)能夠藉由與一部分該第一富氮蒸汽間接熱交換使該富氧液體汽化以形成富氧液體及第二富氮蒸汽的第一冷凝器；(d)用於抽取該富氧液體且將該富氧液體傳遞至第二冷凝器之構件； (e)用於抽取該第二富氮蒸汽且將該富氮蒸汽傳遞至再循環壓縮機之構件；(f)該第二冷凝器中之用於提供該富氧液體之汽化以產生廢物流的間接熱交換構件；(g)用於抽取該廢物流且將該廢物流傳遞至該熱交換器之構件；(h)用於壓縮該第二富氮蒸汽之壓縮機；(i)用於將該經壓縮之第二富氮蒸汽傳送至該塔之第二層級的構件；該第一及第二層級由至少一個理論級間隔開，及(j)用於將一部分該第一富氮蒸汽傳遞至該熱交換器以進行加溫之構件，該裝置之特徵在於：其包括用於將第二富氮蒸汽自壓縮機出口傳送至熱交換器以進行冷卻的構件及用於將來自熱交換器之經冷卻之第二富氮蒸汽傳送至該塔之第二級的構件。

根據其他視情況存在之特徵：

-該裝置可包含渦輪機及用於在移除點自熱交換器抽取廢物流且將抽取之氣體自該熱交換器傳送至該渦輪機的構件。

-熱交換器經設計以使得在使用中，待傳送至渦輪機之廢氣的移除點所處之溫度高於將第二富氮蒸汽自壓縮機傳送至熱交換器時之溫度。

-熱交換器經設計以使得在使用中，將廢氣傳遞至熱交換器之點所處之溫度低於將第二富氮蒸汽自壓縮機傳送至熱交換器時之溫度。

-該壓縮機構件位於用於使塔及/或熱交換器絕熱之冷箱內。

-用於將經冷卻之第二富氮蒸汽自熱交換器傳送至塔之第二層級的構件為用於將經冷卻之第二富氮蒸汽自熱交換器之冷端傳送至塔之第二層級的構件。

2‧‧‧進料空氣流

4‧‧‧進料管線

6‧‧‧富氧液體流

7‧‧‧管線

8‧‧‧流

10‧‧‧主熱交換器

12‧‧‧管線

12a‧‧‧再循環流

12b‧‧‧蒸氣流

13‧‧‧經壓縮之再循環流

14‧‧‧管線

14a‧‧‧再循環流

17‧‧‧蒸餾區

19‧‧‧蒸餾區

20‧‧‧蒸餾塔

21‧‧‧管線

22‧‧‧管線

23‧‧‧管線

26‧‧‧管線

27‧‧‧管線

30‧‧‧第一冷凝器區

31‧‧‧管線

32‧‧‧管線

40‧‧‧第二冷凝器區

41‧‧‧經汽化之富氧廢氣流

42‧‧‧廢氣流

45‧‧‧廢氣流

47‧‧‧廢氣流

50‧‧‧冷凝器

50a‧‧‧再沸器

60‧‧‧冷凝器

60a‧‧‧再沸器

70‧‧‧壓縮機

80‧‧‧渦輪機

現將更詳細地參考圖式描述本創作。

圖1為本創作之一個具體實例的示意圖，其描繪主要製程流及裝置組件。

參考描繪本創作之較佳具體實例之圖1，進料空氣流2在主熱交換器10中冷卻且沿進料管線4傳遞至蒸餾塔20之第一層級。在傳遞至蒸餾塔之前，使用可包含例如吸附器、過濾器、其他熱交換器或其類似物之熟知技術乾燥且純化進料空氣流。在蒸餾塔20中，在蒸餾區17中汽提除去氧氣且在蒸餾區上方形成第一富氮蒸汽。在蒸餾塔20之底部，抽取富氧液體流6且使該富氧液體流膨脹並經由管線7傳遞至第一冷凝器區30。

第一冷凝器區30包含再沸器50a/冷凝器50，其中來自蒸餾塔之第一部分第一富氮蒸汽經由管線31傳遞，藉由與富氧液體流及氮冷凝物間接熱交換而冷凝且沿管線32返回蒸餾塔作為回流。

若需要，可抽取氮氣冷凝物之一部分作為液態氮產物。

第一冷凝器區30中一部分富氧液體流汽化在第一冷凝器區30之外殼中產生液相及富氮蒸汽相。進一步處理該等具有不同組成之各相以高效回收氮產物。

抽取第一冷凝器區30中所形成之液體，其至少部分膨脹且經由流8傳遞至包含再沸器60a/冷凝器60之第二冷凝器區40。在第二冷凝器區40中藉由與來自蒸餾塔之至少一部分富氮蒸汽間接熱交換使來自第一冷凝器外殼之至少一部分富氧液體汽化。該第二部分之富氮蒸汽經由管線 21傳遞至再沸器60a/冷凝器60且在第二冷凝器區40中產生經冷凝之富氮液體，經由管線22自第二冷凝器區40抽取該經冷凝之富氮液體。

視情況，可經由管線23自第二冷凝器抽取液態氮(LIN)產物。

根據本創作，使經汽化之富氧廢氣流41相對於其他製程流加溫以形成經加溫之廢氣流42。使至少一部分經加溫之廢氣流42在渦輪機80中膨脹以形成經膨脹之廢氣流45，其在主熱交換器中進一步加溫且此後自該製程取出作為廢氣(WG)流47。

在尚未加溫之情況下，沿管線12抽取第一冷凝器區30中所形成之蒸汽且將其傳遞至壓縮機70，且在壓縮之後，在主熱交換器10中冷卻經壓縮之再循環流13以形成經冷卻之再循環流，其沿管線14傳遞至蒸餾塔第二層級。

根據本創作，自第一冷凝器區30抽取之蒸汽流12b具有比進料空氣高之氧氣含量，且較佳使該流在壓縮之後沿進料管線4再循環至比主進料空氣進料點(第一層級)低至少一個理論級的點。

典型地，該再循環流12a、14a包含25莫耳%至29莫耳%的氧氣且該經汽化之富氧廢氣流41、廢氣流42、45包含46莫耳%以上之氧氣。

較佳地，將蒸餾區19安置在主空氣進料點與再循環流14a返回至蒸餾塔中之點之間。

在本創作之較佳具體實例中，渦輪機80以機械方式耦接至壓縮機70以使得至少一些膨脹能量直接用於壓縮，且壓縮機70較佳為與渦輪機80以機械方式整合之冷壓縮機。

自蒸餾塔20之頂部抽取氣態氮(GAN)產物且沿管線26傳遞至主熱交換器以進行加溫且可沿管線27獲得作為氣態氮產物。

在其他因素中，本創作方法及裝置相比於如US-A-5711167中所揭示之先前技術的優點來源於以下特徵，即首先在主熱交換器10中冷卻經壓縮之再循環流13，隨後將其傳送至蒸餾塔20。因此，廢氣流42之溫度高於先前技術中廢氣流之溫度。渦輪機出口處之溫度與其露點相差甚遠，減輕了由於在渦輪機出口處或附近形成液體而造成液體攻擊的風險。由於前述較高之入口溫度，渦輪機可比先前技術之渦輪機產生多1.08%之冷能量。由此允許壓縮機70處理較高流動速率之再循環氣體。因此，相比於先前技術，回收率提高了2.15%，且比功率消耗減少了2.31%。

實施例

本創作方法已模擬用於氮產生器，其在0.90MPa(G)下具有16,000Nm³/h之氮產物流量及10ppb氧氣純度。

在主熱交換器10中將在0.93MPa(G)之壓力及53℃之溫度下27,730Nm³/h之乾燥且潔淨的大氣壓空氣流(實質上不含濕度及CO₂)(流2)冷卻至-163.2℃之溫度，隨後使其經由進料管線4進入蒸餾塔20之中間級。

自蒸餾塔20之底部經由富氧液體流6抽取含37.5莫耳%氧氣之27,337Nm³富氧液體流，膨脹越過閥門且經由管線7饋入第一冷凝器區30。

在0.51MPa(G)及-170℃下，具有15,600Nm³/h之流量及28.37%氧氣的氣態富氧再循環流12a離開第一冷凝器區30。再循環流12a隨後在壓縮機70中壓縮至0.92MPa(G)及-150℃之溫度，隨後在主熱交換器 10中冷卻至-163.2℃之溫度，饋入蒸餾塔20之底部。經由流8抽取被饋入第一冷凝器區30中之富氧液體之剩餘部分，且使其在第二冷凝器區40中汽化。

在主熱交換器10中使此經汽化之富氧廢氣流41自-170℃加溫至-140℃，在渦輪機80中膨脹，隨後再進入經加溫至53℃之主熱交換器10中。

廢氣流47具有11,670Nm³/h之流量且含有49.46莫耳%氧氣。

經由管線26自蒸餾塔20之頂部抽取在0.92MPa(G)及-169.1℃下具有16,000Nm³/h之流量的氣態氮氣流，使其在主熱交換器10中加溫且在0.91MPa(G)及53℃下由管線27作為產物傳遞。