[发明专利]通过低温空气分离得到压缩氧气的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的通过低温空气分离得到压缩氧气的方法。

背景技术

以至少两种可以切换的吸附容器的形式为空气分离设备的进料空气提供净化设备是众所周知的。待净化的进料空气流经其中一个容器，同时另一个可被热再生(变温吸附＝TSA)。当空气中移除的杂质被热的再生气体逐出时，吸附介质必须被再一次冷却。为了这个目的，将容器充满干燥冷却气体。然后，为了积累压力，可通入空气并且最终被转换。

“主换热器”用于冷却与蒸馏塔系统的回流间接进行热交换的进料气体。它可以由单个或多个并联和/或串联换热器部件，如一个或多个板式换热器块形成。

用于受热的残余气体流的膨胀设备优选由膨胀涡轮形成。它可以例如通过发电机制动。

最初在美国专利US5040370中提到该类型的方法。这里，残余气体流被600℃的流体加热，作功式膨胀(work-producingly expanded)并且显然不能被进一步地更好利用。可选择地，已经用作再生气体的残余气体被用作膨胀机的附加进料。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以特别有利地、积极地操作的方法及相应的设备。

这个目的通过权利要求1中所述的特征来实现。在这种情况下，残余气体流仅被加热到中等温度。这最初看起来是不利的，因为由此理论上在膨胀机上可回收较少的能量。然而，在本发明中，已经证明由此可实现特别有利的操作净化设备和特别有效地使用剩余热。

在本发明中，残余气体加热器以相对低的出口温度运行。因此残余气体流也以特别低的温度例如5℃-35℃，尤其是约20℃的温度从膨胀机离开。作功式膨胀的残余气体可以被直接用作，也就是说不需要进行额外冷却地用作，冷却气体。

本发明的另一个优势在于，作为残余气体加热器的加热介质，可使用另外原本无价值的流体，如消耗压缩氧气产品的工艺中的残余气体流，如具有上游煤气化或重油气化的发电厂工艺(整体联合循环＝IGCC)。在许多情况下，使用原本毫无价值的约100℃的加热介质就足够了。其残余热通过残余气体的膨胀可被有利地利用。甚至可考虑利用本来传递给冷却水的主气体压缩机或气体再压缩机的废热，来加热残余气体。

当净化设备中的一个容器处于冷却循环时，残余气体流用作冷却气体当然经常发生。在其它时候，作功式膨胀的残余气体(在相应的进一步加热之后)可被用作再生气体和/或排放到环境中。总的来说，实现了空气分离器总效率的改进。

原则上，富氧流可以气态形式从低压塔中离开，并且在稍微低于低压塔的操作压力的情况下获得，或者在主换热器中加温后，在氧气压缩机中升至较高的产品压力。然而，在很多情况下使用内压缩更方便，那样富氧流以液态从低压塔离开，在液态下升至高压，并且在主换热器中蒸发或在超临界压力水平下伪蒸发。

氧气压缩机在热的条件下可以省掉。作为蒸发(在次临界压力)或伪蒸发(在超临界压力)的加热介质，优选使用被升至明显高于高压塔运行压力的压力下的第二进料空气流。

依据本发明的方法的另一个实施方案中，来自低压塔的富氮产品流在主换热器中被加热，然后得到压缩氮气产品。

热的压缩氮气产品在供给用户或管道前可以在氮气压缩机中被进一步压缩。或者，或者此外，氮气产品可以从高压塔或氮氧分离的蒸馏塔系统中的另一个塔中排出，并且被加热后，供给用户或产品压缩机。

富氮产品流可以和残余气体流一起从低压塔中被排出，并在主换热器中被加热。或者，残余气体流在位于产品流的排出口下部的低压塔的中间点被单独排出，并单独通过主换热器。

压缩氮气产品可以通过从氮气-氧气分离的蒸馏塔系统的主冷凝器的液氮的内压缩以例如50-80巴的小高压流的形式进一步获得。

换热损失的补偿和液态产品生产所需的制冷，在本发明的方法中通过一个或多个膨胀机产生，其中所述膨胀机通常由膨胀涡轮形成。例如，至少第一进料空气的一部分在进入到高压塔之前可被作功式膨胀。

本发明进一步涉及权利要求4的设备。依据本发明的设备可以通过相对应的从属方法权利要求的特征进行补充。

附图说明

本发明及本发明进一步的细节将在之后结合附图中所示的示例性实施方案更加具体的描述。

图1示意说明了本发明的一个实施方案。

具体实施方式