[发明专利]深冷可变的液体生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过深冷精馏工艺利用蒸馏塔生产液体产品的方法，其中 液态产品可通过调整经过用于深冷精馏工艺中制冷的变速涡轮膨胀机的膨胀 率，使产品发生改变。

背景技术

氮通过含氧和氮的气体，通常为空气，在用于深冷精馏工艺的蒸馏塔内精 馏制得。在这种工艺中，包含氧和氮的原料流在提纯单元内被压缩和提纯。该 压缩及提纯的流体然后在主热交换器内被冷却并被引入蒸馏塔底部附近。

蒸馏塔内原料流的精馏产生在蒸馏塔上方的富氮气体以及蒸馏塔底部的富 氧气体。上方的富氮蒸汽的一部分在热交换器内冷凝，该热交换器通过与塔底 部富氧气流间接热交换实现与蒸馏塔有效关联。冷凝产生富氮液流。这种液流 一部分作为逆流返回到蒸馏塔，而另一部分作为富氮液体产品流。此外，另一 部分富氮蒸汽也可以在副蒸馏塔内被进一步提纯，或者可以直接作为产品并且 在主热交换器中完全加热以将原料流冷却到适于精馏的温度。

该深冷精馏工艺必须制冷以便补偿周围环境的热损失，以便保持热交换器 运转并产生液体产品。典型地在氮设备中，热交换器被用于冷凝富氮蒸汽，蒸 馏塔底部的富氧液体流在该热交换器内部分蒸发产生的富氧蒸汽流，被部分地 加热，然后在涡轮膨胀机内膨胀，该涡轮膨胀机可用于产生轴功，其可以用来 发电。涡轮膨胀机产生排出流，其基本上在主热交换器中加热以向该工艺提供 制冷。可选地，空气膨胀可用于基底负荷压缩机(base load compressor)和可选 地独立增压空气压缩机中原料空气流的压缩。然后，原料空气流在主热交换器 内被部分冷却，并且全部或部分空气被导入涡轮膨胀机。在此情况下，通过从 涡轮膨胀机导入排出流进入蒸馏塔传递制冷。另一部分压缩的原料空气流在主 热交换器中被完全液化并且也被导入蒸馏塔底部附近。

在多数情况下，可以很好地产生可变量的液化氮用于储备或商业出口。另 外，普遍增长的“实时”能量价格迫使深冷精馏设备的灵活性提高。此外，液 体产品通常必须在气体产品的流速为设计速度或接近时实现。为了产生可变量 的液体产品，制冷生产必须改变。

美国专利3,492,828公开了一种方法，其中氮产品流的一部分在与增压压缩 机连接的膨胀器中被压缩，并被回收到低温室。可变数量的氮可以回收到低温 室和涡轮机中以改变制冷并由此改变液体产品。这种变化的缺点是热交换器网 络复杂化，例如，根据需要增加通道，且增长的膨胀流速导致保持高涡轮膨胀 机效率时更加困难。在这方面，向心式涡轮机效率与体积流速和绝热压头的平 方根的比率有关。一般来说，单独增加流速会降低涡轮机效率。

美国专利4,566,887公开了一种改变液氮产品的方法。在该专利中，旁通管 用于周期性使供给空气的一部分也改向进入任一涡轮膨胀机中，其用于膨胀通 过冷凝塔上部的富氮蒸汽产生的富氧蒸汽。富氧蒸汽流也可以导入单独的膨胀 器。这种情况下，产生更多制冷以便允许生产更多液氮产品。这种方法的问题 在于，由于部分供给空气被改向离开塔，在这种改向期间，气态氮产品急剧减 少。

正如将要讨论的，本发明涉及一种生产液体产品的方法，其中通过改变变 速涡轮膨胀机的膨胀率以调整制冷以及液体产品的产量，同时通过改变流向变 速涡轮膨胀机的流速以保持涡轮膨胀机的效率基本稳定。连同其它优点，与现 有技术相比，本发明允许产品构成(slate)的更多变化，例如，产品同时为液体 和蒸汽产品。

发明内容

本发明涉及一种可选择地改变生产率的生产液体产品流的方法。根据这种 方法，该液体产品流通过深冷精馏工艺产生，深冷精馏工艺采用蒸馏塔从已压 缩、提纯和冷却的包含氮和氧的原料流中分离氮。

本发明的一方面，深冷精馏工艺利用制冷循环，在其中富氧蒸汽流在用于 冷却原料流的主热交换器中被部分地加热。富氧蒸汽流由蒸馏塔的逆流形成。 至少部分富氧蒸汽流在变速涡轮膨胀机内被膨胀，以产生排出流，其在主热交 换器中被完全加热，也被用于该深冷精馏工艺中以冷却原料流。

液体产品的生产率可以通过改变原料流的原料流压力选择性地变化。这样 原料流压力的增加提高了通过变速涡轮膨胀机的膨胀率，从而影响深冷精馏工 艺的制冷，从而提高了液体流的生产率，反之亦然。原料流压力增长的同时， 原料流的流速增加，反之亦然，这样变速涡轮膨胀机的效率基本上保持为恒定。