[发明专利]用于生产高压氮的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于生产高压氮的方法和设备。

背景技术

在生产加压氮的设备中，氮通常直接在使用压力下生产，例如在5至10巴之间。将压缩成略高于该压力的净化空气蒸馏，从而在蒸馏塔顶部产生氮，而通过“富氧液体”(在蒸馏塔底部由富含氧气的空气形成的液体)的膨胀以及借助这种经膨胀的液体来冷却在蒸馏塔顶部的冷凝器而实现回流。富氧液体由此在约3至6巴之间的压力下蒸发。

若设备的大小适合这样做，则蒸发后的富氧液体通过膨胀机以便将设备维持在冷态(cold state)，但通常这种制冷生产是过量的，这对应于能量的损失。在相反的假设中，通过添加来自外部源的液氮来维持冷态，而蒸发后的富氧液体仅在阀中膨胀并随后穿过热力交换器以起到冷却初始空气的作用。因此，蒸发后的富氧液体的一部分能量在这种情况下还是会损失。

尽管在美国专利4,717,410中所披露的发明(在下文中称为“Grenier循环”)对生产高压氮十分有效，但近年来为了满足客户对高压氮产品的需求，即使采用了Grenier循环，也经常需要通过添加氮压缩机来给成品氮增压。一种可供选择的方案是：可通过增加顶部冷凝器的压力来供应高压氮。但是这种方法使回收率以及比功率降低。

在Grenier专利的图2中，气体从蒸馏塔的下部部分抽吸并送至膨胀机。由于该气体成分类似于空气成分，这意味着这种方法降低了氮回收率。

本发明的一个目的是提供一种工艺流程和装置，以允许以高回收率生产高压氮而无需额外的氮压缩机。

发明内容

本文提供了一种生产高压氮的方法和装置。这种系统包括：用于将空气压缩并将空气冷却至基本为露点的第一压缩机、高压塔、中压塔、用于将经压缩的空气的至少一部分在高压塔底部引入的导管；用于将富氧液体从高压塔底部移出的导管；用于将富氧液体的压力降至中压的第一阀，其中所述中压是在高压和大气压力之间；用于将富氧液体在中压塔的中间位置引入的导管；用于将从中压蒸馏塔底部移出的液体的至少一部分的压力降至低压以冷却中压塔的顶部冷凝器并形成废蒸气流的第二阀；用于压缩从中压塔移出的蒸气流、冷却经压缩的蒸气流、并将之引至高压塔底部的冷压缩机；用于加热废蒸气流的热交换器、用于使经加热的蒸气流膨胀以产生动力的第一膨胀机；用于从中压塔顶部抽吸液体的导管、用于将所抽吸的液体泵压至高压并在高压塔顶部将它注入的泵；以及用于从高压塔顶部抽吸成品氮的导管。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的单膨胀机实施例。

图2示出根据本发明的一个实施例的双膨胀机实施例。

具体实施方式

以下说明了本发明的示例性实施例。本发明可有多种修改和变更形式，其具体实施例已在附图中作为范例示出并在本文中详细描述。但是应理解，本文对具体实施例的描述并不意在将本发明限制在所公开的特定形式上，而是相反地，其意在覆盖所有落在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围之内的修改、等价和替代方案。

当然可理解，在开发任一这样的实际实施例时，必须做出众多针对实施的决定以实现开发者的具体目标，例如顺应系统相关和商业相关的约束，所述目标对各个实施例都各不相同。此外，应理解这种开发工作可能是复杂且费时的，但对受益于本公开的本领域技术人员来说不过是一种常规任务。

本发明提供了一种工艺流程和装置以解决前述的缺点。如前文所述，可通过增加顶部冷凝器压力而供应更高压力的氮。但是，更高系统压力也导致氮的回收减少，因为蒸馏塔在较高压力下效率较低。参考图1，废气由导管101从塔顶部抽吸，通过交换器102加热至合适的温度水平，随后在膨胀机103中膨胀，并再次被引入交换器102，在此之后其作为废弃物120离开系统。在更高的废气压力下，由于废气膨胀机103在更高压比下工作，因此需要更少的废气来实现热平衡。因此，为使系统获得改善的性能，必须在更高压力(与Grenier循环相比)下提高成品氮回收率。这种回收率的增加减少了废气流，从而允许系统实现最优热平衡。因此，通过在更高压力下提供改善的氮回收，本系统适于有效地生产高压氮而无需采用额外的氮产品压缩机。