[发明专利]通过低温空气分离获取液态氮的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种如权利要求1前序部分所述的方法。

进料空气在“第一压力”下被净化，该第一压力例如为5至12bar、优选5.5至7.0bar。该第一压力等于或稍大于高压塔的工作压力。

“第二压力”显著高于所述第一压力。该第二压力例如为至少50bar、特别是50至80bar、优选55至70bar。

“主换热器”可以由一个或多个并联和/或串联连接的换热器段构成，例如由一个或多个板式换热器块构成。

“用于氮氧分离的蒸馏塔系统”具有恰好两个蒸馏塔，即一个高压塔和一个低压塔30。在该系统中不存在其他用于氮氧分离的蒸馏塔。原则上可以设置用于其他分离任务的蒸馏塔、例如用于获取天然气的蒸馏塔。但是本发明优选涉及除了所述高压塔和低压塔之外没有任何另外的分离塔的方法和设备。

此外，“用于氮氧分离的蒸馏塔系统”还包括一个唯一的、用于液化高压塔的塔顶气体的高压塔-塔顶冷凝器，其构造为冷凝器-蒸发器并且具有液化室和一个唯一的蒸发室，即，在该方法和设备中不采用另外的、用于液化高压塔的塔顶气体的冷凝器。所述高压塔-塔顶冷凝器具有仅仅一个唯一的蒸发室，也就是说，该蒸发室的所有部分彼此连通。所述高压塔-塔顶冷凝器特别是不是用成分不同的冷媒工作，而是优选仅仅用一种唯一的冷媒工作。一般情况下所述高压塔-塔顶冷凝器还具有仅仅一个唯一的液化室，所述高压塔的塔顶气体的至少一部分在该液化室中液化。

“节流流”在所述主换热器中通过间接热交换被冷却和液化或者——在超临界压力下——伪液化。所述节流流在导入到所述用于氮氧分离的蒸馏塔系统中之前的膨胀在节流阀中进行；替代地，也可以在液体透平中进行做功膨胀。在节流流膨胀时产生两相混合物，其绝大部分由液体构成。

背景技术

此类液态氮方法(在该方法中将冷量在主换热器中传递给处于非常高压力下的空气流(“节流流”))由EP 316 768 A2(图1)、US 5660059或DE102004046344公开。所有这些方法具有传统的两塔系统，其中，高压塔-塔顶冷凝器(主冷凝器)通过低压塔的塔底液体冷却。

所述公知方法的缺点是需对导入到蒸馏塔系统中的空气进行高的预液化。这导致分离效率降低并且从而导致相对高的系统能耗。

发明内容

因此本发明的任务是，提供一种本文开头所述类型的方法和一种相应的设备，它们具有特别低的能耗。在此应将器械耗费保持在一定范围。

所述任务通过权利要求1特征部分的特征解决，即，通过一种方法解决，在该方法通过两个塔来代替传统的双塔，这两个塔具有一个塔顶冷凝器。在此，膨胀后的节流流至少部分地被导入到该高压塔-塔顶冷凝器中并且在那里引起液态氮的产生，该液态氮可作为回流输出给高压塔和/或低压塔和/或直接作为压力液态产品获得。通过这种方式特别有效地利用节流流中得到的冷量并且能耗特别低。

此类塔系统虽然本身是公知的，例如由US 6499312公知。但是在所述公知方法中高压塔-塔顶冷凝器不是利用节流空气流来冷却，而是用来自高压塔的塔底液体来冷却。相应地，本发明具有的优点是，在高压塔-塔顶冷凝器的蒸发侧采用具有恒定组分(并且从而具有恒定沸点温度)的馏分。由此特别是在交替载荷(欠载/过载)的情况下得到所述塔的特别稳定的工作。即使在载荷改变时塔中的馏分改变的情况下，高压塔的塔顶温度也保持恒定并且不必再调节这些塔的工作压力。此外，来自节流流(大约21mol％的氧含量)的液态空气在比高压塔的塔底液体(最低32mol％，通常36至40mol％的氧含量)温度低的情况下沸腾；由此高压塔的工作压力在本发明中可保持相对低并且该方法在能量方面特别有利地工作。

膨胀后的节流流在此可以直接或间接供入到高压塔-塔顶冷凝器的蒸发室中。

在第一种情况下，将冷媒流在节流流膨胀的紧下游直接导入到高压塔-塔顶冷凝器的蒸发室中。冷媒流在此可通过整个节流流构成或者通过膨胀紧之后分支出的一部分构成。

替代或附加地，对所述膨胀后的节流流在至少一部分进行相分离，并且所述冷媒流通过来自该相分离的液相的至少一部分构成。优选所述相分离在高压塔的一中间部位上进行。在此，节流流(或该节流流的一部分)在一中间部位上被导入到高压塔中并且所述冷媒流再被从设置在该中间部位上的液体捕获装置(例如杯)中取走。当高压塔中总共具有例如40至90、优选40至60个理论塔板情况下(视期望的产品单元而定)，所述中间部位例如位于倒数第6至12个、优选第8至11个理论塔板的紧上方。