[发明专利]通过低温空气分离获得压力氮和压力氧的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的通过低温空气分离获得压力氮和压力氧的方法。

例如，从Hausen/Linded的《低温技术》1985年的第二版第四章第281至337页中已知用于低温空气分离的方法和装置。

本发明的分馏塔系统可构造为两塔系统(例如为传统的Linde-双塔系统)或者也可构造为三塔或多塔系统。除了用于氮氧分离的塔柱外，其可附加地具有其他用于获得高纯度产品和/或另外的空气成分、尤其是惰性气体的装置，例如氩获得装置和域氪-氙获得装置。

在这里，“压力产品”(压力氧产品，压力氮产品)理解为空气分离设备的最终产物，其处于一压力下，所述压力高于大气压至少0.5bar并且特别是至少为2bar。

在这里，“不纯氮”表示这样的馏分，即，其包含至少80％的氮。这些以及所有其他的百分比数据应理解为摩尔量。

“主热交换器”用于使原料空气在与来自用于氮氧分离的分馏塔系统(或来自其他塔)的回流进行间接热交换的情况下对原料空气进行冷却。主热交换器可由一个或多个并联和/或串联连接的热交换器区段形成，例如由一个或多个板式换热器区段形成。

下面所述的热交换器被称作“冷凝蒸发器”，在该热交换器中，冷凝的第一流体流与蒸发的第二流体流进行间接热交换，每个冷凝蒸发器具有一个液化室和一个蒸发室，它们由液化通道或蒸发通道组成。在液化室中进行第一流体流的冷凝(液化)，在蒸发室中进行第二流体流的蒸发。蒸发-和液化室由彼此处于热交换关系中的通道组形成。

根据本发明所述的方法尤其适用于用来同时产生压力氧和大量压力氮(例如所获空气总量的50％至70％为压力氮)的设备。当氮消费者需要时，也可在不同压力下产生多种压力氮馏分，例如在IGCC设备(带有集成的煤-或重油气化设备的燃气-和蒸汽涡轮发电机)中所实现的那样。

在该情况下值得将用于氮氧分离的分馏塔系统的总压力水平提高并且使低压塔以高于2bar、尤其为2至10bar、例如3至5bar的压力运行。在高压塔中(且如果用于氮氧分离的分馏塔系统构造为三塔系统时，在中压塔中)的压力须相应地匹配(高压塔压力约等于低压塔压力的0.8次方乘以4)。所有硬件构件如分离柱和热交换器则可设置得更紧凑并因此在价格上更有利。此外还有能量上的优点，因为在主热交换器中的温度曲线更有利，且高压塔和低压塔之间的压力比更小。

通常称作残余气体的不纯氮流(空气总量的10％至30％)在从分馏塔系统中离开处也具有已提高的压力，低压塔在该已提高压力下运行。为了将该方法设置得尽可能有效率，应在设备中利用所述气体的能量。传统的解决方案为：将残余气体在热交换器中加热，然后在透平(残余气体透平)中膨胀至一个相应的低压。在此，残余气体被冷却。冷的残余气体被再次导引穿过主热交换器，并在此使较热的流冷却。由EP384483B1(US5036672)或US3886758中公开了这类过程。

该解决方案的缺点在于，需要用于使残余气体膨胀的透平。由于要将相对较大量的气体从相对较低的压力膨胀至非常低的压力，该透平通常较大且因此较贵。由于与典型机构如分离柱或热交换器相比，透平的可用性不那么高，因此设备的整体可用性也被透平影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于，提供开头提及类型的方法和相应的装置，该方法和装置经济上特别有利且尤其在能耗相对较低的情况下要求相对较低的投资费用，且/或在运行中提供特别高的稳定性。

该目的通过权利要求1的特征部分的特征而实现。

为了从不纯氮流中回收压力能，使用附加的分离塔来代替残余气体透平，所述分离塔被称作残余气体塔。

来引低压塔中的不纯氮流首先在附加的冷凝蒸发器(该冷凝蒸发器位于残余气体塔的池底)中液化并且然后在节流阀中膨胀至所需的低压力。将已膨胀的液体从上方导引到该附加的分离柱中且作为用于分离过程的回流。该附加的分离柱以该方式从上方冷却并且通过池底加热装置从下方加热。该塔柱被用来将粗氧液体从高压塔的池底中预分离出来。(在三塔系统中可附加或替代地导入中压塔的池底液体的至少一部分)。所述液体大约在塔柱中部(残余气体塔的“第一中间位置”)被供入。从残余气体塔出来的气体则处于相应的低压下。池底液体比从高压塔出来的原始氧含氧量高并且可在相应位置处供入到用于氮氧分离的分馏塔系统的另一塔中。

以该方式可取消残余气体透平并且尽管如此仍能够以令人吃惊的高效方式回收不纯氮流的压力能。