以可變能耗低溫分離空氣的方法和設備技術

本發明專利技術涉及在具有高壓塔(21)和低壓塔(22)的蒸餾塔系統中通過低溫分離空氣以可變的方式獲得壓縮氣體產品(72；73)的方法和設備。將全部的進料空氣在主空氣壓縮機(2)中壓縮至比高壓塔(21)的工作壓力高至少4巴的第一壓力。將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣(7)的第一支流(8，11，14)在主熱交換器(13)中冷卻至中間溫度，及在第一空氣渦輪機(15)中做功減壓，并導入(40；18，19，20)所述蒸餾塔系統中。將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣的第二支流(12，27，29，30)在第一增壓機(9)中增壓，在所述主熱交換器(13)中冷卻，隨后減壓(31)及導入所述蒸餾塔系統中。由蒸餾塔系統以液態形式排出第一產品流(69；75)，及升高壓力(71；76)至第一產品壓力，在主熱交換器(13)中蒸發或偽蒸發，及加熱，作為第一壓縮氣體產品(GOX?IC；GAN?IC)獲得。將全部的進料空氣在多級主空氣壓縮機(2)中由入口壓力壓縮至最終壓力。至少暫時將進料空氣的做功減壓的第一支流(16)的一部分(65)在主空氣壓縮機(2)的第一級的下游與總空氣流混合。在第一運行模式中獲得第一量的第一壓縮氣體產品，在第二運行模式中獲得較少的第二量。在第一運行模式中在主空氣壓縮機(2)中壓縮也可以為零的第一量的做功減壓的空氣(65，66)，及在第二運行模式中壓縮較多的第二量。

Method and apparatus for low temperature air separation with variable energy consumption

The present invention relates to a method and a device for obtaining compressed gas products (72; 73) in a distillation column system with a high pressure column (21) and a low pressure column (a) in a low pressure column (). The total feed air is compressed in the main air compressor (2) to a first pressure higher than the pressure of the high pressure tower (21) at least 4 bar. In the main air compressor (2) air compression material (7) in the first branch (8, 11, 14) in the main heat exchanger (13) cooling to the temperature in the middle, and the first air turbine (15) in the work pressure, and import (40; 18, 19, 20) system the distillation tower. In the main air compressor (2) in the feed air compressed into second branches (12, 27, 29, 30) in the first booster booster, (9) in the main heat exchanger (13) cooling, decompression (31) and then into the distillation tower system. The distillation system in liquid form from the first product stream (69; 75), and increased pressure (71; 76) to the first product pressure in the main heat exchanger (13) evaporation or pseudo evaporation, and heating, as the first compressed gas products (GOX IC; GAN IC) obtained. The total feed air is compressed from the inlet pressure to the final pressure in the multi-stage main air compressor (2). At least a portion (65) of the first branch (16) of the work pressure of the feed air is temporarily mixed with the total air flow downstream of the first stage of the main air compressor (2). A first amount of compressed gas product is obtained in a first operating mode, and a small amount of second is obtained in a second operating mode. In the first mode of operation, the air pressure (65, 66) of the first amount of work which is also zero can be compressed in the main air compressor (2), and more than the amount of the air is compressed in the second operating mode.

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及通過低溫分離空氣以可變的方式獲得壓縮氣體產品的方法和設備。
技術介紹
例如由Hausen/Linde低溫技術(Tieftemperaturtechnik)1985年第2版第4章(第281至337頁)公開了用于低溫分離空氣的方法和設備。該設備的蒸餾塔系統可以構造為雙塔系統(例如傳統的Linde雙塔系統)，或者構造為三塔系統或多塔系統。除了用于氮氧分離的塔以外還可以具有其他用于生產高純產品和/或其他空氣組分尤其是稀有氣體的裝置，例如氬生產裝置和/或氪氙生產裝置。在該方法中，在“內部壓縮”的過程中，以液態形式壓縮的產品流與傳熱介質方向相反地蒸發，最終作為(內部壓縮的)壓縮氣體產品獲得。該方法也稱作內部壓縮。其用于生產氣態壓縮產品。在超臨界壓力的情況下不發生實際意義上的相變；于是產品流發生“偽蒸發”。產品流例如可以是來自雙塔系統的低壓塔的氧產品，或者是來自雙塔系統的高壓塔或來自主冷凝器的液化空間的氮產品，由此將高壓塔和低壓塔以熱交換方式相連接。處于高壓的傳熱介質與(偽)蒸發的產品流方向相反地發生液化(或偽液化，條件是處于超臨界壓力)。傳熱介質通常由一部分的空氣形成，在此情況下由壓縮的進料空氣的“第二支流”形成。例如由DE830805、DE901542(＝US2,712,738/US2,784,572)、DE952908、DE1103363(＝US3,083,544)、DE1112997(＝US3,214,925)、DE1124529、DE1117616(＝US3,280,574)、DE1226616(＝US3,216,206)、DE1229561(＝US3,222,878)、DE1199293、DE1187248(＝US3,371,496)、DE1235347、DE1258882(＝US3,426,543)、DE1263037(＝US3,401,531)、DE1501722(＝US3,416,323)、DE1501723(＝US3,500,651)、DE253132(＝US4,279,631)、DE2646690、EP93448B1(＝US4,555,256)、EP384483B1(＝US5,036,672)、EP505812B1(＝US5,263,328)、EP716280B1(＝US5,644,934)、EP842385B1(＝US5,953,937)、EP758733B1(＝US5,845,517)、EP895045B1(＝US6,038,885)、DE19803437A1、EP949471B1(＝US6,185,960B1)、EP955509A1(＝US6,196,022B1)、EP1031804A1(＝US6,314,755)、DE19909744A1、EP1067345A1(＝US6,336,345)、EP1074805A1(＝US6,332,337)、DE19954593A1、EP1134525A1(＝US6,477,860)、DE10013073A1、EP1139046A1、EP1146301A1、EP150082A1、EP1213552A1、DE10115258A1、EP1284404A1(＝US2003/051504A1)、EP1308680A1(＝US6,612,129B2)、DE10213212A1、DE10213211A1、EP1357342A1或DE10238282A1、DE10302389A1、DE10334559A1、DE10334560A1、DE10332863A1、EP1544559A1、EP1585926A1、DE102005029274A1、EP1666824A1、EP1672301A1、DE102005028012A1、WO2007/033838A1、WO2007/104449A1、EP1845324A1、DE102006032731A1、EP1892490A1、DE102007014643A1、A1、EP2015012A2、EP2015013A2、EP2026024A1、WO2009/095188A2或DE102008016355A1公開了內部壓縮方法。DE102010052545A1顯示了一種穩態內部壓縮方法，其中在主熱交換器中加熱空氣流，并送回主空氣壓縮機。
技術實現思路
本專利技術尤其是涉及其中將全部的進料空氣壓縮至明顯高于蒸餾塔系統的塔內部的最高蒸餾壓力(通常是高壓塔壓力)的壓力的系統。該系統還稱作HAP法(HAP–高空氣壓力)。在此情況下，“第一壓力”即其中壓縮全部空氣的主空氣壓縮機(MAC)的出口壓力例如超出最高蒸餾壓力多于4巴，尤其是6至16巴。絕對而言，“第一壓力”例如在17與25巴之間。在HAP法中，主空氣壓縮機通常是單個利用外部能量驅動的用于壓縮空氣的機器。“單個機器”在此理解為單級或多級壓縮機，其壓縮級全部與相同的驅動裝置相連接，其中所有的壓縮級容納在相同的外殼中或者與相同的傳動器相連接。代替此類HAP法的是所謂的MAC-BAC法，其中在主空氣壓縮機中將空氣壓縮至比較低的總空氣壓力，例如至高壓塔的工作壓力(加上管道損耗)。在利用外部能量驅動的空氣增壓機(BAC＝增壓空氣壓縮機)中將一部分來自主空氣壓縮機的空氣壓縮至更高的壓力。這部分更高壓力的空氣(通常稱作節流流)提供在主熱交換器中使內部壓縮的產品(偽)蒸發所需的大部分熱量。其在主空氣壓縮機的下游在節流閥中或者在液體渦輪機(DLE＝重液膨脹機denseliquidexpander)中減壓至蒸餾塔系統中所需的壓力。對于內部壓縮的產品的波動的需求經常必須設計以可變的壓縮氣體生產可變地運行的空氣分離設備。反過來可行的是，通過提供具有不同水平的能耗的不同運行模式，雖然恒定地或基本上恒定地生產，仍然可變地運行空氣分離設備。此類約束條件的具體例子是在環氧乙烷生產設備中提供內部壓縮的氧(GOXIV)及任選存在的其他氣態和/或液態產品。在此經常是在EO生產中使氧需求適應于催化劑狀態的情況；因此可以在催化劑壽命(通常約為3年)期間在100％與約70％之間改變。在此重要的是，在此時間內空氣分離設備以不同的GOXIV產品量(在100％與約70％之間)運行大致相同的時間。因此重要的是，該設備不僅有效地在100％GOXIV的設計情況下運行，而且有效地在欠載情況下運行。由于其他空氣分離產品的生產與GOXIV產品無關，使得這一要求變得更加困難；例如對于一種、多種或全部的其他空氣分離產品的需求可以保持不變，而GOX生產由100％降低至大約70％。所述“其他空氣分離產品”例如可以是一種、多種或全部的以下產品：-內部壓縮的氮產品(GANIV)，-其他氣態壓縮產品，例如以氣態形式由高壓塔排出的壓縮氮(HPGAN)，其任選在氮壓縮機中進一步壓縮，-一種或多種液態產品，如液態氧、液態氮和/或液態氬。通過傳統的MAC-BAC法可以比較好地實現該目的，這是因為這兩個壓縮機(MAC和BAC)負責功能上分離的目的。主空氣壓縮機原則上僅為了分離供應進料空氣；空氣增壓機為了內部壓縮(GOXIV，GANIV)及為了液體生產供應能量。這兩個機器在此通常可以比較簡單地在70％與100％之間調節。在HAP法的情況下，利本文檔來自技高網...

【技術保護點】
在具有高壓塔(21)和低壓塔(22)的蒸餾塔系統中通過低溫分離空氣以可變的方式獲得壓縮氣體產品(72；77)的方法，其中?將全部的進料空氣在主空氣壓縮機(2)中壓縮至比高壓塔(21)的工作壓力高至少4巴的第一壓力，?將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣(7)的第一支流(8，11，14)在主熱交換器(13)中冷卻至中間溫度，及在第一空氣渦輪機(5)中做功減壓，?將做功減壓的第一支流(16)的至少第一部分導入(40；18，19，20)所述蒸餾塔系統中，?將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣的第二支流(12，27，29，30)在以熱狀態運行并且利用第一渦輪機(15)驅動的第一增壓機(9)中增壓至高于第一壓力的第二壓力，在所述主熱交換器(13)中冷卻，隨后減壓(31)及導入所述蒸餾塔系統中，?由蒸餾塔系統以液態形式排出第一產品流(69；75)，及升高壓力(71；76)至第一產品壓力，?第一產品流在第一產品壓力下在主熱交換器(13)中蒸發或偽蒸發，及加熱，?獲得經加熱的第一產品流(72；77)作為第一壓縮氣體產品(GOX?IC；GAN?IC)，?將含有至少78摩爾％氮的第一工藝流在多級壓縮機(2)中由入口壓力壓縮至最終壓力，其中?多級壓縮機由主空氣壓縮機(2)形成，及?第一工藝流由全部的進料空氣形成，?至少暫時將含有至少78摩爾％氮的第二工藝流(65)在多級壓縮機(2)的第一級的下游與第一工藝流混合，其中第二工藝流由進料空氣的做功減壓的第一支流(16)的一部分(65)形成，?在第一運行模式中獲得第一量的第一壓縮氣體產品，?在第二運行模式中獲得小于第一量的第二量的第一壓縮氣體產品，?在第一運行模式中在多級壓縮機(2)中壓縮也可以為零的第一量的第二工藝流(65)，及?在第二運行模式中在多級壓縮機(2)中壓縮大于第一量的第二工藝流的第二量的第二工藝流(65)。...

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.07.05 EP 14002307.81.在具有高壓塔(21)和低壓塔(22)的蒸餾塔系統中通過低溫分離空氣以可變的方式獲得壓縮氣體產品(72；77)的方法，其中-將全部的進料空氣在主空氣壓縮機(2)中壓縮至比高壓塔(21)的工作壓力高至少4巴的第一壓力，-將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣(7)的第一支流(8，11，14)在主熱交換器(13)中冷卻至中間溫度，及在第一空氣渦輪機(5)中做功減壓，-將做功減壓的第一支流(16)的至少第一部分導入(40；18，19，20)所述蒸餾塔系統中，-將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣的第二支流(12，27，29，30)在以熱狀態運行并且利用第一渦輪機(15)驅動的第一增壓機(9)中增壓至高于第一壓力的第二壓力，在所述主熱交換器(13)中冷卻，隨后減壓(31)及導入所述蒸餾塔系統中，-由蒸餾塔系統以液態形式排出第一產品流(69；75)，及升高壓力(71；76)至第一產品壓力，-第一產品流在第一產品壓力下在主熱交換器(13)中蒸發或偽蒸發，及加熱，-獲得經加熱的第一產品流(72；77)作為第一壓縮氣體產品(GOXIC；GANIC)，-將含有至少78摩爾％氮的第一工藝流在多級壓縮機(2)中由入口壓力壓縮至最終壓力，其中-多級壓縮機由主空氣壓縮機(2)形成，及-第一工藝流由全部的進料空氣形成，-至少暫時將含有至少78摩爾％氮的第二工藝流(65)在多級壓縮機(2)的第一級的下游與第一工藝流混合，其中第二工藝流由進料空氣的做功減壓的第一支流(16)的一部分(65)形成，-在第一運行模式中獲得第一量的第一壓縮氣體產品，-在第二運行模式中獲得小于第一量的第二量的第一壓縮氣體產品，-在第一運行模式中在多級壓縮機(2)中壓縮也可以為零的第一量的第二工藝流(65)，及-在第二運行模式中在多級壓縮機(2)中壓縮大于第一量的第二工藝流的第二量的第二工藝流(65)。2.根據權利要求1的方法，其特征在于，-將第三工藝流在氮產品壓縮機中由入口壓力壓縮至最終壓力，及-至少暫時將第四工藝流在氮產品壓縮機的第一級的下游與第三工藝流混合，其中-第三工藝流由來自低壓塔的第一氣態氮流形成，及-第四工藝流由來自高壓塔的第一氣態氮流形成。3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，第二工藝流或第四工藝流在多級壓縮機的中間級與第一工藝流或與第二工藝流混合。4.根據權利要求1至3之一的方法，其特征在于，在第二運行模式中由低壓塔(22)的下部區域排出氧氣流(181)，與來自低壓塔(22)的上部區域的氮富集的流(61)混合，將該混合物在所述主熱交換器(13)中加熱。5.根據權利要求1至4之一的方法，其特征在于，-將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣(7)的第三支流(36，37)在所述主熱交換器(13)中冷卻至中間溫度，及在第二空氣渦輪機(38)中做功減壓，及-將做功減壓的第三支流(39)的至少第一部分導入(40)所述蒸餾塔系統中，-其中第二空氣渦輪機的渦輪機入口壓力尤其是等于第一壓力。6.根據權利要求5的方法，其特征在于，-將在主空氣壓縮機(2)中壓縮的進料空氣(7)的第二支流(12，27，29，30)在第一增壓機(9)的下游在所述主熱交換器(13)中冷卻至中間溫度，在作為制冷壓縮機運行并且利用第二渦輪機(...

【專利技術屬性】
技術研發人員：D·戈盧別夫，
申請(專利權)人：林德股份公司，
類型：發明
國別省市：德國;DE