[发明专利]用于产生气态压缩氮的方法和装置

说明书

本发明涉及如权利要求1所述的方法。

例如，来自Hausen/Linde 1985年第2版Tieftemperaturtechnik[Low-Temperature Engineering]第4章(281至337页)的用于空气低温分离的方法和装置是已知的。

本发明的蒸馏塔系统包括具有前置塔、高压塔和低压塔的三塔系统。这些塔中的后两个塔通常通过至少一个冷凝器/蒸发器而具有换热关系。前置塔与高压塔相比具有较高的运行压力。除了用于氮/氧分离的塔以外，蒸馏塔系统可以具有其它装置，如用于获得其它空气组分特别是惰性气体的装置；例如，用于获得氩的装置，该装置包括至少一个原(raw)氩塔；或者用于获得氪/氙的装置。除了蒸馏塔以外，蒸馏塔系统也包括与它们直接关联的换热器，这些换热器通常地采用冷凝器/蒸发器的形式。

“主换热器”与来自蒸馏塔系统的逆流间接换热以冷却输入空气。其可通过并联和/或串联连接的单个或多个换热器部分形成，例如包括一个或多个板式换热器模块。

术语“冷凝器/蒸发器”表示其中第一冷凝流体流与第二蒸发流体流间接换热的换热器。每个冷凝器/蒸发器具有包括各自的液化通道和蒸发通道的液化室和蒸发室。在液化室中，实施第一流体流的冷凝(液化)，并且在蒸发室中，第二流体流蒸发。蒸发室和液化室通过彼此之间进行换热的通道组形成。

冷凝器/蒸发器的蒸发室可以是浸浴式蒸发器、降膜蒸发器或强制对流蒸发器(forced flow evaporator)的形式。

处于“主要液态形式”的流体的液化部分至少50mol％，特别是至少70mol％。

“低压塔贮液槽蒸发器”可被直接设置在低压塔的贮液槽(sump)中，或作为可选地，设置在与低压塔分离的容器中。在任一种情况下，其蒸发室和低压塔的贮液槽室关联，并且特别地处于基本相同的压力。

开始提到的类型的方法和相应的装置从US 2011023540A1(＝WO 2009095188 A2)中已知。该方法主要涉及通过在非常高的压力下、显著地在高于6bar内部压缩，获得大量氧。虽然在这种情况下也能直接从蒸馏塔系统获得压缩氮，这仅可能达到相对较小的程度。压缩的氮产物在这种情况下也通过内部压缩显著地获得，通过以液态形式从蒸馏塔系统(也就是从高压塔顶端冷凝器的液化室)排出氮，以液态形式对其加压并且蒸发，或者，如果压力超临界，在主换热器中进行伪蒸发(pseudo-evaporating)。虽然这允许获得相当大量的压缩氮，但是能效不总是令人满意。

在本发明的内容中，寻求一种方法能产生特别大量的压缩氮并且以对于设备适度费用特别有效地运行。

该目标通过权利要求1的特征达到。

在本发明的内容中，令人惊讶地发现一种具有前置塔的方法，其不仅适用于液化生产和氧的内部压缩，而且，与权利要求的其它特征结合，也适用于从高压塔直接获得大量的压缩氮。虽然根据本发明的方法，获得一种或多种压缩氮产物流，例如通过内部压缩或通过从前置塔排出气体，所有情况下的全部量小于第一氮产物馏分中的，并且例如少于输入空气量的20mol％，特别地少于输入空气量的10mol％。

在低压塔中用涡轮空气流(“第三部分流”，其压力被降低使得工作被执行)烘烤使得高压塔中的压力相对低，因此系统能特别有效地运行。高压塔的运行温度仅需要足够高，以使高压塔的顶端氮在低压塔的中间蒸发器中冷凝。同时，可以避免对于设备在空气压缩机的复杂中间排出的费用，原因在于通过降低压力进行所需压力的调节使得工作被执行。

与前置塔配合中，该冷凝器构造使得能量进一步得到节约，其被证明是令人惊奇的高。然而，从FR2973485A1本身已知的是两塔系统，到目前为止结合如权利要求1所述的三塔系统还未被提出，因为从中没有预期的特别的优势。

“中间蒸发器”可设置在低压塔的内部，或者作为可选的，设置在与低压塔分离的容器中。在其蒸发室中，低压塔的至少部分中间液体被蒸发。这里被蒸发的中间馏分被再次供应回低压塔，并且在那里被用作上升气体。

在本发明的优选实施例的内容中，除了直接从高压塔排出的压缩氮之外，第二气态氮产物馏分以气态形式从前置塔排出，在主换热器中加热，并且作为第二气态压缩产物获得。

在根据本发明的方法中，优选地，少于30mol％的输入空气量以液态被供应到蒸馏塔系统中。尽管如此，前置塔在方法的能效上带来显著进步；根据US2011023540A1，用特别高水平的空气预液化这才能是可期望的。