[发明专利]空气的低温分离方法和空气分离设备

说明书

本发明提出了用于在具有主空气压缩机(2)、主热交换器(4)和蒸馏塔系统(10)的空气分离设备(100)中进行空气(AIR)的低温分离的方法，所述蒸馏塔系统(10)具有在第一压力下操作的低压塔(11)和在第二压力下操作的高压塔(12)，其中在所述主空气压缩机(2)中将包含所有进料到所述空气分离设备(100、200)中的进料空气的进料空气流(a)压缩至第三压力水平，第三压力水平高于第二压力水平至少2巴，其中所述压缩进料空气流(b)的第一部分(c)在所述主热交换器(4)中被冷却至少一次，并在第一膨胀涡轮机(5)中从所述第三压力水平开始膨胀，第二部分(d)在所述主热交换器(4)中被冷却至少一次，并在第二膨胀涡轮机(6)中从所述第三压力水平开始膨胀，第三部分(e)被进一步压缩到第四压力，在主热交换器(4)中被冷却至少一次，并从第四压力膨胀，其中在第一和/或第二压力下将第一部分(c)和/或第二部分(d)和/或第三部分(e)进料到蒸馏塔系统(10)中。条件是，在再压缩机(7)、热第一涡轮增压器和第二涡轮增压器中连续地将第三部分(e)进一步压缩至第四压力水平，并且为了膨胀第三部分(e)，使用了稠密流体膨胀器(8)，将第三部分(e)以液体状态并在第四压力水平下进料至所述稠密流体膨胀器(8)。本发明还涉及空气分离设备(100)。

本发明涉及空气分离设备内的空气的低温分离方法，以及根据独立权利要求的前序部分的相应的空气分离设备。

现有技术

通过空气分离设备中的空气的低温分离来生产液态或气态的空气产物是已知的，并描述于专业文献中，例如在H.-W.(主编)的，Industrial Gases Processing,Wiley-VCH 2006中，特别是第2.2.5节“Cryogenic Rectification”中。空气分离设备具有蒸馏塔系统，其可以被设计为例如双塔系统，特别是传统的林德(Linde)双塔系统，但也可以被设计为三塔或多塔系统。除了用于产生液态和/或气态的氮和/或氧(例如液氧、LOX、气态氧、GOX、液氮、LIN和/或气态氮，GAN)的蒸馏塔，即用于氮氧分离的蒸馏塔之外，也可以提供用于生产其他空气组分的蒸馏塔，特别是惰性气体氪、氙和/或氩。

所述蒸馏塔系统在其各自的蒸馏塔中以不同的操作压力操作。已知的双塔系统具有，例如，所谓的高压塔(有时也仅称为压力塔)和所谓的低压塔。所述高压塔的操作压力为，例如，4.3-6.9巴，优选约5.0巴。所述低压塔的操作压力为，例如，1.3-1.7巴，优选约1.5巴。此处和下文中所述的压力是绝对压力。

在空气分离中，可以使用所谓的高空气压力法(HAP法)。在HAP方法中，所有供给到空气分离设备的空气或者所有以相应方法使用的空气(称为进料空气)都在主空气压缩机中被压缩至显著高于所述蒸馏塔系统的最高操作压力的压力，因此，通常显著高于高压塔的操作压力。该压力差为至少2或4巴，优选在6-16巴之间。例如，所述压力至少是所述高压塔的操作压力的两倍。HAP方法是已知的，例如从EP 2 466 236 A1、EP 2 458 311 A1和US5 329 776 A可知。

在HAP方法中，由于更强的压缩，可以减小空气纯化所需的容器和管道尺寸。此外，压缩空气的绝对含水量下降。根据存在的边界条件，可以省去用于空气纯化的制冷设备。

在HAP方法中，在主空气压缩机中压缩的空气量可以进一步与过程空气量脱钩(entkoppelt)。在这种情况下，只有一部分被压缩到所述压力的进料空气被用作所谓过程空气(prozessluft)，即被用于实际精馏并被供给到所述高压塔中。另一部分被膨胀以制冷，其中冷量可独立于过程空气设定。然而，不是所有的HAP方法都提供这种脱钩。