[发明专利]用于产生高压氧的低温空气分离方法

权利要求书

1.一种用于产生氧气的方法，所述方法包括：

在第一压缩机中压缩入口空气流以形成具有至少3.5巴的压力和高于150℃的温度的压缩入口空气流；

将所述压缩入口空气流冷却到低于25℃的温度；

通过去除所述压缩入口空气流中存在的任何二氧化碳和水的至少90摩尔％来纯化所述压缩入口空气流并且从而形成纯化的入口空气流；

将所述纯化的入口空气流分成第一部分和第二部分；

进一步压缩所述纯化的入口空气流的第一部分以形成具有约20巴至约90巴的压力的中压纯化空气流和具有约70巴至约150巴的压力的高压纯化空气流，所述高压纯化空气流具有比所述中压纯化空气流的压力大的压力；

将所述中压纯化空气流和所述高压纯化空气流在高压热交换器中冷却；

将所述纯化的入口空气流的第二部分在低压热交换器中冷却；

使所述高压纯化空气流的第一馏分在第一发电涡轮机中膨胀以形成第一膨胀的纯化空气流；

使所述高压纯化空气流的第二馏分在第二发电涡轮机中膨胀以形成第二膨胀的纯化空气流；

使所述中压纯化空气流在第三发电涡轮机中膨胀以形成第三膨胀的纯化空气流；

使所述第一膨胀的纯化空气流、所述第二膨胀的纯化空气流、所述第三膨胀的纯化空气流以及所述纯化的入口空气流的第二部分通过蒸馏塔并且形成基本上纯的液氧的出口流和包含氮气的废物流；

将所述基本上纯的液氧的出口流压缩到大于150巴的压力；以及

在所述高压热交换器中将所述基本上纯的液氧的出口流相对于所述中压纯化空气流和所述高压纯化空气流加热到高于-10℃的温度以形成基本上纯的高压氧气的出口流。

2.根据权利要求1所述的方法，其中冷却所述压缩入口空气流包括将热量从所述压缩入口空气流传递到来自发电循环的工作流体流。

3.根据权利要求2所述的方法，所述方法包括通过将热量从所述压缩入口空气流传递到所述来自所述发电循环的工作流体流来将所述压缩入口空气流冷却到第一降低的温度，并且包括将所述压缩入口空气流相对于冷却水流冷却到第二进一步降低的温度。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述纯化包括使所述压缩入口空气流通过双床吸附系统。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纯化的入口空气流的第一部分占所述纯化的入口空气流的约25摩尔％至约75摩尔％。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述中压纯化空气流占所述纯化的入口空气流的第一部分的约30摩尔％至约50摩尔％，并且所述高压纯化空气流占所述纯化的入口空气流的第一部分的约70摩尔％至约50摩尔％。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括在使所述纯化的入口空气流的第二部分通过所述蒸馏塔之前将所述纯化的入口空气流的第二部分相对于所述包含氮气的废物流的一部分冷却。

8.根据权利要求1所述的方法，其中将待在所述第一发电涡轮机中膨胀的所述高压纯化空气流的第一馏分以约-20℃至约-40℃的温度范围从所述高压热交换器中抽出。

9.根据权利要求1所述的方法，其中将待在所述第二发电涡轮机中膨胀的所述高压纯化空气流的第二馏分以约-160℃至约-170℃的温度范围从所述热交换器中抽出。

10.根据权利要求1所述的方法，其中将待在所述第三发电涡轮机中膨胀的所述中压纯化空气流以约-80℃至约-120℃的温度范围从所述热交换器中抽出。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述蒸馏塔包括双塔蒸馏系统。

12.根据权利要求1所述的方法，其中将所述基本上纯的液氧的出口流压缩到约200巴至约500巴的压力。

13.一种发电的方法，所述方法包括：

在燃烧室中在再循环CO₂工作流体流存在下用基本上纯的高压氧气流使燃料燃烧以形成处于大于150巴的压力的包括CO₂的燃烧产物流；

使所述包括CO₂的燃烧产物流在涡轮机中膨胀以形成涡轮机排出流并且发电；

在回热式热交换器中从所述涡轮机排出流中去除热量；

从所述涡轮机排出流中分离CO₂以形成所述再循环CO₂工作流体流；

压缩所述再循环CO₂工作流体流；

使用在所述回热式热交换器中从所述涡轮机排出流中去除的所述热量加热所述再循环CO₂工作流体流的至少第一部分并且还使用额外的加热在第二热交换器中对所述再循环CO₂工作流体流的至少第二部分进行加热，所述再循环CO₂工作流体流的加热的第二部分通过回热式热交换器以进一步加热所述再循环CO₂工作流体流的所述第一部分；

将所述再循环CO₂工作流体流的所述第一部分从所述回热式热交换器通到所述燃烧室中；以及

通过以下方法形成所述基本上纯的高压氧气流，在所述方法中：

将入口空气流在第一压缩机中压缩以形成具有至少3.5巴的压力和高于150℃的温度的压缩入口空气流；

使用来自所述压缩入口空气流的热量作为所述额外的加热用于加热所述再循环CO₂工作流体流的至少所述第二部分，以冷却所述压缩入口空气流；

将所述压缩入口空气流纯化以形成纯化的入口空气流；

将所述纯化的入口空气流分成第一部分和第二部分；

将所述纯化的入口空气流的第一部分压缩以形成具有约20巴至约90巴的压力的中压纯化空气流和具有约70巴至约150巴的压力的高压纯化空气流，所述高压纯化空气流具有比所述中压纯化空气流的压力大的压力；

将所述中压纯化空气流和所述高压纯化空气流在高压热交换器中冷却；

将所述纯化的入口空气流的所述第二部分在低压热交换器中冷却；

使所述高压纯化空气流的第一馏分在第一发电涡轮机中膨胀以形成第一膨胀的纯化空气流；

使所述高压纯化空气流的第二馏分在第二发电涡轮机中膨胀以形成第二膨胀的纯化空气流；

使所述中压纯化空气流在第三发电涡轮机中膨胀以形成第三膨胀的纯化空气流；

使所述第一膨胀的纯化空气流、所述第二膨胀的纯化空气流、所述第三膨胀的纯化空气流以及所述纯化的入口空气流的第二部分通过蒸馏塔并且形成基本上纯的液氧的出口流和包含氮气的废物流；

将所述基本上纯的液氧的出口流压缩到大于150巴的压力；并且

在所述高压热交换器中将所述基本上纯的液氧的出口流相对于所述中压纯化空气流和所述高压纯化空气流加热到高于-10℃的温度以形成所述基本上纯的高压氧气。