[发明专利]用于低温空气分馏的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于低温空气分馏的方法，其具有用于获得氮的蒸馏塔系统。

背景技术

例如从Hausen/Linde，Tieftemperaturtechnik[Cryogenic engineering]，1985年第2版，第4章(第281至337页)已知用于低温分馏空气的方法和装置。

EP 412 793 B2、EP 773 417 B1、EP 780 648 B1、EP 807 792 B1、EP932 004 A2以及US 2007/204652 A1的导言(SPECTRA)描述了空气分馏方法类型的实施例。已知在这些方法中，从单塔排出第一富含氧的残余馏份，使其蒸发，并在膨胀机中以做功的方式使已蒸发的残余馏份的至少一部分膨胀，从而产生弥补交换损失所需的冷冻，若需要用于产物液化。在膨胀机的出口压力下排出第一残余馏份，通常在大约为大气压力下，通常仅可用作用于提纯进料空气的吸附装置的再生气体。在SPECTRA方法中，在此情况下，将第二残余馏份与第一残余馏份一起从单塔排出，并至少部分地蒸发；选择性地，两种残余馏份在单塔的不同位置排出，并彼此独立地蒸发，例如在单塔的顶部冷凝器中的不同通道中。

发明内容

本发明的目的是提供在经济上特别有利地实施的前述类型的方法和对应的设备。

该目的是通过本发明实现的。

一般而言，在根据本发明的方法中，使用所有富含氧的残余气体，用于通过做功膨胀产生冷冻或者用于再循环至塔内。若额外需要氧产物，则目前采用具有双塔的更复杂的方法，或者将所需的氧以液态输送并在外部蒸发。在本发明的范畴内，发现仍然有利的是，根据本发明方法的第一实施方案，仅使用一部分第一残余馏份以产生冷冻并排出残余物或一部分残余物，第一馏份直接作为不纯的气态氧产物，更精确而言，大约在膨胀机的入口压力下，即在3至6巴，优选为3.5至5.5巴的明显超过大气压的压力下。虽然因此进料空气的需要量有所增加，无论相应地增加压缩能量的需求，但是与用于额外输送不纯的氧作为产物的已知方法相比，根据本发明的方法是更加有利的。在此，“大约在膨胀机的入口压力下”是指在从该方法排出时不纯的气态氧产物的压力，由于相应的传输损失，无需精确等于膨胀机的入口压力；但是不包括用于改变压力大于0.5巴的确定的措施，例如在另一个膨胀机内膨胀。

在本发明方法的第二实施方案中，用于第二残余馏份的再压缩机同时用作不纯的气态氧产物的产物压缩机。因此，该不纯的氧产物可以在相对较高的压力下传输。在此，“作为不纯的气态氧产物排出”是指从该方法排出第二残余馏份的第二部分作为与压缩下游的主要部分(prevails)相同的组成的最终产物，而不实施另一个分离步骤。

不纯的气态氧产物可以用于需要相应的压力而无需压缩机的任何应用，例如作为诸如燃烧的化学反应中的氧化剂。在此，通常需要1.8巴或更高的压力。在仍旧较高的压力下使用的情况下，与膨胀机下游的不受压的残余气体相比，在本发明的情况下节约了用于压缩的一部分费用。

不纯的氧产物可以用于本发明，例如用于输送富含O₂的燃烧空气。与空气的使用相比，这提供了许多优点。提高的氧含量导致燃烧器温度的升高。因为需要更少的氮进行共热和共压缩，所以减少了能量消耗。通过能够流过燃烧器的反应性更高的混合物提高燃烧器性能。

优选将第一残余馏份的第一和第二部分引入主热交换器内，其中在中间温度下从主热交换器排出第一部分，并送至膨胀机，以及将第二部分加热至约为环境温度，并作为不纯的气态氧产物排出。

该“主热交换器”优选由单独的热交换区段(block)形成。在相对较大的设备中，可以有利地通过与温度过程(temperature course)平行地连接的多个联动装置(trains)实现主热交换器，该联动装置是由彼此分离的组件形成的。原则上，主热交换器或者各个联动装置可以由两个或更多个串联的区段形成。

可以在顶部冷凝器的下游立即将第一残余馏份分成两个部分，然后将这两个部分彼此独立地引入主热交换器中。然而，两部分均优选至少部分地在主热交换器的相同通道内通过共同引入主热交换器中的第一残余馏份的第一和第二部分实施加热。

于再压缩的上游，可以将第二残余馏份加热至约为环境温度。在加热的情况下实施再压缩。然后在引入单塔中之前，将经再压缩的第二残余馏份再次冷却至约为该塔的操作温度。第二残余馏份的加热和冷却可以在主热交换器中或者在一个或更多个其他热交换器中实施。