[发明专利]低温分离空气的三塔系统

说明书

发明领域

本发明涉及一种低温分离空气的工艺。在该工艺中，空气在包含一个高压塔、一个低压塔和一个中压塔的三塔系统中被分馏。

背景技术

低温分离空气的一般原理在豪森/林德的专著“低温技术”(第二版，1985年)以及“化工发展”杂志(第63卷第二册第35页，1967年)中拉蒂默的一篇文章中已有描述。在三塔系统中，高压塔和低压塔最好构成一个林德双塔，也就是说，这两个塔通过一个主冷凝器而进行热交换。(但是，本发明在原理上也适用于高压塔和低压塔的其它结构和/或其它的冷凝器结构。除了所提及的用于氮/氧分离的三塔以外，还可以设有其它设备以获得空气中的其他成分，尤其是惰性气体，例如可以包括用于氩分离的设备。)与传统的林德双塔工艺不同，在三塔工艺中，不是所有的在高压塔中形成的富氧液体被直接输入到低压塔中，而是其中从高压塔中取出的第一富氧馏分流入中压塔中，在那里它被进一步地分馏，其中的工作压力通常在高压塔和低压塔的工作压力之间。在该工艺中，液氮(第二液氮馏分)从第一富氧馏分中产生，并被用作三塔系统中附加的回流和/或作为液态产品而获得。这样一种低温分离空气的工艺可以从例如德国专利DE1065867 B和DE2903089 A中或欧洲专利EP 1043556 A1中得知。

这种三塔工艺通常比传统的双塔工艺具有能量优势。但是，它的复杂程度同时增加了，从而带来缺点，尤其当该工艺必须相应于产品需求的变化而相对快速地反应时。例如在结合IGCC(集成式气化混合循环)设备并为燃气轮机供应氮气和/或为用于为燃气轮机生产燃料气体的气化装置供应氧气的空气分馏塔中，这种性质的快速负荷变化就产生了。它们需要空气分离工艺的高度灵活性。

发明内容

因此，本发明是基于这个目的，即提供一种前言中所描述的类型的工艺以及一种具有特别高的灵活性的相应的设备。

该目的通过这一事实而实现，即不是在第二冷凝/蒸发系统中生成的液态回流氮被输入中压塔中。

在以前通常的三塔系统中，第二冷凝/蒸发系统被用作中压塔的顶部冷凝器，即在该区域所产生的液氮形成中压塔中的回流。

对比而言，根据本发明的方法起初看来是不适宜的，因为从第二冷凝/蒸发系统中产生了足够的用于中压塔的冷凝状态的回流，因此用于从其它地方获得回流的多余的花费并没有什么意义。但是，从本发明的叙述中可以发现，尤其是通过以上所描述的方法，就有可能充分地提高工艺灵活性。

这是因为当负荷改变时，中压塔的不纯净增压馏分的组成(“第一富氧馏分”)发生改变。由于中压塔内部的相对少数目的理论塔板，这种浓度上的变化也会对中压塔的顶部产品产生影响，这些顶部产品在第二冷凝/蒸发系统中被液化。但是由于来自第二冷凝/蒸发系统的液氮的一部分被用作液态产品或者作为另一个塔的回流，所以浓度上的波动会对最终产品的纯度有直接的影响，或者破坏其它塔的运作(例如低压塔)。

在研究本发明的过程中所发现的这个缺点通过将来自第二冷凝/蒸发系统以外地方的液氮用作中压塔中的回流而减小。因为这种液氮在浓度上的波动较小，所以即使在负荷变化过程中也可以总是得到大致稳定的组成成分的回流，这样在中压塔中所产生的氮气(以及由此在第二冷凝/蒸发系统中产生的液氮)的纯度即使在负荷变化时也保持大体的稳定。因为产品纯度对设备的运作方式的依赖性降低了，所以相对于已有技术自由度大大提高了。

如果中压塔中液态回流氮的至少一部分是通过第一液氮馏分的至少一部分而形成的，则更为有利。因为高压塔的氮产品的浓度波动特别低，所以最好只有在第一冷凝/蒸发系统中液化的氮气被用作中压塔的回流。作为替换的或者补充的，也可以应用来自其它地方的液态回流氮，例如液体罐或者氮气管道。

在本发明中，中压塔回流的一定部分是从第二冷凝/蒸发系统中取出的，也就是说从中压塔所生产的第二氮馏分中产生的可能性不能完全被排除。这个量可以例如为30％，优选小于20％，尤其最好小于用于中压塔的总回流的10％。但是，如果中压塔上部区域的回流完全或大体完全由不是在第二冷凝/蒸发系统中所产生的液态回流氮所形成的，则更为有利。这意味着在第二冷凝/蒸发系统中所生成的第二液氮馏分没有或大体没有(即例如小于10％，最好小于5％)被输入到中压塔中。