本發明專利技術涉及通過低溫空氣分離獲得壓力氮和壓力氧的方法和裝置。已壓縮并凈化的原料空氣在主熱交換器中冷卻并導入用于氮氧分離的分餾塔系統中，后者具有至少一個高壓塔和低壓塔，低壓塔在至少2bar的壓力下運行。將不純氮流以氣態從低壓塔的第一中間位置取出，該第一中間位置位于取出氮流的位置下方。用于氮氧分離的分餾塔系統還包括殘余氣體塔，其工作壓力低于低壓塔的工作壓力。殘余氣體塔具有構造成冷凝蒸發器的池底蒸發器。從高壓塔出來的液態粗氧餾分膨脹并在第一中間位置處導入殘余氣體塔。氣態的不純氮流導入池底蒸發器的液化室并在那里至少部分液化。至少部分液化的不純氮流膨脹并導入殘余氣體塔的上部區域。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種根據權利要求I的前序部分所述的通過低溫空氣分離獲得壓力氮和壓力氧的方法。例如,從Hausen/Linded的《低溫技術》1985年的第二版第四章第281至337頁中已知用于低溫空氣分離的方法和裝置。本專利技術的分餾塔系統可構造為兩塔系統(例如為傳統的Linde-雙塔系統)或者也可構造為三塔或多塔系統。除了用于氮氧分離的塔柱外，其可附加地具有其他用于獲得高純度產品和/或另外的空氣成分、尤其是惰性氣體的裝置，例如氬獲得裝置和域氪-氙獲得裝置。 在這里，“壓力產品”(壓力氧產品，壓力氮產品)理解為空氣分離設備的最終產物，其處于一壓力下，所述壓力高于大氣壓至少O. 5bar并且特別是至少為2bar。在這里，“不純氮”表示這樣的餾分，即，其包含至少80%的氮。這些以及所有其他的百分比數據應理解為摩爾量?！爸鳠峤粨Q器”用于使原料空氣在與來自用于氮氧分離的分餾塔系統(或來自其他塔)的回流進行間接熱交換的情況下對原料空氣進行冷卻。主熱交換器可由一個或多個并聯和/或串聯連接的熱交換器區段形成，例如由一個或多個板式換熱器區段形成。下面所述的熱交換器被稱作“冷凝蒸發器”，在該熱交換器中，冷凝的第一流體流與蒸發的第二流體流進行間接熱交換，每個冷凝蒸發器具有一個液化室和一個蒸發室，它們由液化通道或蒸發通道組成。在液化室中進行第一流體流的冷凝(液化)，在蒸發室中進行第二流體流的蒸發。蒸發-和液化室由彼此處于熱交換關系中的通道組形成。根據本專利技術所述的方法尤其適用于用來同時產生壓力氧和大量壓力氮(例如所獲空氣總量的50%至70%為壓力氮)的設備。當氮消費者需要時，也可在不同壓力下產生多種壓力氮餾分，例如在IGCC設備(帶有集成的煤-或重油氣化設備的燃氣-和蒸汽渦輪發電機)中所實現的那樣。在該情況下值得將用于氮氧分離的分餾塔系統的總壓力水平提高并且使低壓塔以高于2bar、尤其為2至lObar、例如3至5bar的壓力運行。在高壓塔中(且如果用于氮氧分離的分餾塔系統構造為三塔系統時，在中壓塔中)的壓力須相應地匹配(高壓塔壓力約等于低壓塔壓力的O. 8次方乘以4)。所有硬件構件如分離柱和熱交換器則可設置得更緊湊并因此在價格上更有利。此外還有能量上的優點，因為在主熱交換器中的溫度曲線更有利，且高壓塔和低壓塔之間的壓力比更小。通常稱作殘余氣體的不純氮流(空氣總量的10%至30% )在從分餾塔系統中離開處也具有已提高的壓力，低壓塔在該已提高壓力下運行。為了將該方法設置得盡可能有效率，應在設備中利用所述氣體的能量。傳統的解決方案為將殘余氣體在熱交換器中加熱，然后在透平(殘余氣體透平)中膨脹至一個相應的低壓。在此，殘余氣體被冷卻。冷的殘余氣體被再次導引穿過主熱交換器，并在此使較熱的流冷卻。由EP384483B1 (US5036672)或US3886758中公開了這類過程。該解決方案的缺點在于，需要用于使殘余氣體膨脹的透平。由于要將相對較大量的氣體從相對較低的壓力膨脹至非常低的壓力，該透平通常較大且因此較貴。由于與典型機構如分離柱或熱交換器相比，透平的可用性不那么高，因此設備的整體可用性也被透平影響。
技術實現思路
因此，本專利技術的目的在于，提供開頭提及類型的方法和相應的裝置，該方法和裝置經濟上特別有利且尤其在能耗相對較低的情況下要求相對較低的投資費用，且/或在運行中提供特別高的穩定性。該目的通過權利要求I的特征部分的特征而實現。為了從不純氮流中回收壓力能，使用附加的分離塔來代替殘余氣體透平，所述分離塔被稱作殘余氣體塔。·來引低壓塔中的不純氮流首先在附加的冷凝蒸發器(該冷凝蒸發器位于殘余氣體塔的池底)中液化并且然后在節流閥中膨脹至所需的低壓力。將已膨脹的液體從上方導引到該附加的分離柱中且作為用于分離過程的回流。該附加的分離柱以該方式從上方冷卻并且通過池底加熱裝置從下方加熱。該塔柱被用來將粗氧液體從高壓塔的池底中預分離出來。(在三塔系統中可附加或替代地導入中壓塔的池底液體的至少一部分)。所述液體大約在塔柱中部(殘余氣體塔的“第一中間位置”)被供入。從殘余氣體塔出來的氣體則處于相應的低壓下。池底液體比從高壓塔出來的原始氧含氧量高并且可在相應位置處供入到用于氮氧分離的分餾塔系統的另一塔中。以該方式可取消殘余氣體透平并且盡管如此仍能夠以令人吃驚的高效方式回收不純氮流的壓力能。用于氮氧分離的分餾塔系統優選具有主冷凝器，其構造為冷凝蒸發器。高壓塔的頂部和低壓塔的池底通過該主冷凝器處于熱交換連接下。優選的是，將液態池底餾分從殘余氣體塔中取出且在第二中間位置處導入低壓塔，該第二中間位置在第一中間位置下方。由于殘余氣體塔在低于低壓塔的壓力下運行，液態池底餾分的壓力須在其導入到低壓塔中之前例如通過泵提高。在根據本專利技術所述的方法的另一設計方案中，將一氣態殘余氣體流從殘余氣體塔的頂部引出且在主熱交換器中加熱。優選的是，低壓塔和池底蒸發器之間的不純氮流不進行壓力提高并且尤其是池底蒸發器的液化室基本上在低壓塔的工作壓力下運行。壓力氧產品可基本上在低壓塔的工作壓力下(扣除功率損失)獲得或在主熱交換器下游在氧壓縮機中進一步壓縮(外部壓縮)。然而在很多情況下內部壓縮更有利，在內部壓縮的情況下，處于液態下的氧流從低壓塔的下部區域中取出、在液態下經受壓力升高且在主熱交換器中以與原料空氣進行間接熱交換的形式而蒸發或在超臨界壓力下偽蒸發，其中，原料空氣的一部分液化或在超臨界壓力下偽液化。在該情況下，已(偽)液化的原料空氣的至少一部分可導入殘余氣體塔，更確切的說是在第二中間位置處導入，該第二中間位置位于第一中間位置(從高壓塔出來的粗氧餾分在該第一中間位置處導入)的上方。低壓塔優選不具有頂部蒸發器。在殘余氣體塔的上部區域中的回流液體尤其僅僅由已膨脹的不純氮流形成。低壓塔也優選不具有頂部冷凝器。從高壓塔出來的液態氮更適用于作為在低壓塔上部區域中的回流液體。在帶有中壓塔的三塔系統的情況下可附加或替代地將從中壓塔中出來的液態氮輸送至低壓塔。本專利技術此外涉及根據權利要求9所述的裝置。根據本專利技術所述的裝置可通過與從屬的方法權利要求的特征相應的裝置特征得到補充。附圖說明在下文中借助于在附圖中示意性示出的實施例進一步解釋本專利技術以及本專利技術其他細節。相關附圖如下圖I用于根據本專利技術所述方法和相應裝置的第一實施例的示意圖，在該實施例中，用于氮氧分離的分餾塔系統構造為帶有殘余氣體塔的兩塔系統；以及 圖2是第二實施例的示意圖，在該實施例中，用于氮氧分離的分餾塔系統構造為帶有殘余氣體塔的三塔系統。具體實施例方式在圖I中，大氣空氣通過管路I由主空氣壓縮機2吸入并壓縮至約IObar的壓力。已壓縮的原料空氣3在預冷裝置4中冷卻并且緊接著在包含分子篩吸附器的凈化裝置5中凈化，也就是說，尤其是去除掉水和二氧化碳。已壓縮并且凈化的原料空氣6被分成三股部分流10，20，30。第一部分流10 (直接空氣流)在不進一步提高壓力的情況下導入主熱交換器8的熱端、在那里冷卻至大致露點溫度且經過管路11和12導入用于氮氧分離的分餾塔系統的高壓塔50，該分餾塔系統此外還具有低壓塔51和主冷凝器53。主熱交換器可由單個或者多個并聯和/或串聯連接的熱交換器區段形成，例如由一個或多個板式換熱器單元塊形成。高壓塔和低壓塔中(分別在頂部處)本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于通過低溫空氣分離獲得壓力氮和壓力氧的方法，在所述方法中：？將已壓縮并且凈化的原料空氣(6，10，23，33)在主熱交換器(8)中冷卻并且引導到用于氮氧分離的分餾塔系統中，所述分餾塔系統具有至少一個高壓塔(50)和低壓塔(51)，其中，低壓塔(51)在至少2bar的壓力下運行，？將至少一個氮流(73，74)從低壓塔的上部區域中取出、在主熱交換器(8)中加熱并且作為壓力氮產品(75)獲得，？將至少一個氧流(77)從低壓塔(51)的下部區域中取出、在主熱交換器(8)中加熱并且作為壓力氧產品(81，84)獲得，？將不純氮流(85)以氣態從低壓塔(51)的第一中間位置取出，所述第一中間位置位于氮流(73)提取位置的下方，其特征在于，？用于氮氧分離的分餾塔系統此外包括殘余氣體塔(52)，所述殘余氣體塔的工作壓力低于所述低壓塔(51)的工作壓力，？殘余氣體塔(52)具有構造成冷凝蒸發器的池底蒸發器(86)，？使特別是來自高壓塔(50)的液態粗氧餾分(89)膨脹并且在第一中間位置處引導至殘余氣體塔(52)，？將氣態的不純氮流(85)導入到池底蒸發器(86)的液化室中并且在那里至少部分地液化，？使至少部分地液化的不純氮流(87)膨脹(88)并且導入到殘余氣體塔(52)的上部區域中。...
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：A·阿列克謝耶夫，
申請(專利權)人：林德股份公司，
類型：發明
國別省市：
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