[实用新型]用于分离压缩进料空气流的设备

说明书

本实用新型涉及一种用于分离压缩进料空气流的设备，该设备分离压缩进料空气流以产生氧产物和任选的氮产物。使用具有低压塔和高压塔的蒸馏塔、高压热交换器和低压热交换器来分离压缩进料空气流以产生氧产物的方法和设备，其中气态氮膨胀机从高压热交换器的热端和冷端的中间的位置接收富氮馏分。

技术领域

本实用新型涉及一种用于分离压缩进料空气流以产生氧产物和任选的氮产物的设备。

背景技术

本公开一般涉及用于分离空气以产生氧产物和任选的氮产物和/或氩产物的方法和设备。更具体地，本公开涉及使用改进的热交换方法和设备来分离空气以产生氧产物和任选的氮产物和/或氩产物的方法和设备。

用于产生氧气和氮气的众所周知的低温工艺是双塔循环。双塔循环过程使用具有高压塔、低压塔和再沸器-冷凝器的蒸馏塔系统，其将高压塔热连接到低压塔。早期版本的双塔循环产生氮气和氧气作为来自低压塔的蒸汽。更近期地，变得司空见惯的是：作为液体从蒸馏塔系统中取出氧产物，通过使用静压头或泵来升高液氧的压力，并例如通过冷却和液化压缩进料空气流在主热交换器系统中蒸发氧气。这种用于产生加压氧的技术通常被称为“内部氧气压缩”或“泵送-LOX”，并且在文献中进行了讨论。

在空气分离设备中需要制冷以补偿设备周围的热泄漏和液体产品(例如液氧、液氮和液体氩)的生产。可以通过使用空气膨胀机压缩、冷却和膨胀部分进料空气来提供制冷。该进料空气流通常在主热交换器系统中冷却至中间温度，然后将进料空气流送至膨胀机。也可以通过从高压塔扩展富氮蒸汽流来提供制冷。该富氮流在主热交换器系统中被加热至中间温度并送至气态氮(GAN)膨胀机。然后在主热交换器系统中将来自GAN膨胀机的排放物加热到基本环境温度。

在本领域中已知的是，在各种较热的流和各种较冷的流之间传递热量的最有效方式是在单个热交换器中在流之间交换热量。以这种方式，每个较暖的流可以同时将热量传递给多个较冷的流。通过使用可以容纳任意数量的流的板翅热交换器来促进这种做法。

然而，由于单个热交换器中的流的总数变得太大，从资本的观点来看，在两个或更多个热交换器中并行地执行热传递变得有利。完成此操作后，设计人员需要决定哪个流程流通过哪个热交换器。目的是使多交换器系统的热性能与单个热交换器的热性能相匹配。

当使用泵送-LOX技术时，通常将主热交换器系统分成两个并行的热交换器。这两个热交换器通常被称为高压热交换器和低压热交换器。顾名思义，高压热交换器包含一些关键的高压流，即沸腾/升温氧气流和冷却/ 冷凝加压空气流。一个或多个低压气流也可以通过高压热交换器以进行热平衡。低压热交换器冷却中压空气进料并加热各种低压气流。根据成本和热效率，任何剩余的低压流可以根据需要分布在高压和低压热交换器之间。分裂主热交换器设计在美国专利No.4,555,256中公开，其在此通过引用并入本文，其中的公开内容与本申请的教导不冲突。

需要将几个液体流从高压塔送到低压塔。这些流包括来自底部的液态富氧流、来自顶部的液态富氮流、以及比塔底部富含氧气少的塔侧流液体。由于高压塔和低压塔之间的压力差很大，因此在本领域中众所周知的是使用一个或多个过冷器来过冷这些液体流中的一种或多种，以通过减少来自减压的闪蒸损失来提高整体效率。通常通过与从低压塔的上部区域产生的低压富氮气流的一个或多个部分进行热交换来提供冷却。过冷器也可以分为两个独立的过冷器，它们既可以是独立的热交换器，也可以作为高压或低压热交换器的一部分集成。

传递到高压和低压热交换器的流的选择可以显着影响整个过程的效率，并且一直是本领域研究的活跃领域。在文献中公开的用于热平衡低压和高压热交换器之间的流的常用方法是在两个热交换器之间分开低压富氮气流。该低压富氮流通常是从低压塔的上部区域取出的富氮气流，例如所谓的废物流或低压氮产物流。

其他相关的公开内容包括FR2778971和EP2824407，每个都通过引用并入本文，其程度与其中的公开内容不与本申请的教导相冲突。