[发明专利]空气分离制冷供应方法

说明书

技术领域

本发明涉及向空气分离设施内的空气分离设备供应制冷的方法，其中制冷剂在制冷系统内在低温下被产生，且在低温下的制冷剂流被引入到空气分离设备中，使得通过这些制冷剂流供应空气分离设备的制冷需求的全部或一部分。

背景技术

在许多能量相关工程（例如，煤的气化）中，需要很大量的氧气。在一些示例中，需要高达10000至15000公吨每天的氧气。在这个量级下，低温空气蒸馏是氧生成的优选方法。

在低温空气蒸馏中，空气被压缩并且然后净化除掉例如二氧化碳、湿气和烃的较高沸点杂质。得到的压缩且净化的进料流可在主热交换器内冷却至适于其精馏的温度，并接着引入到具有高压塔和低压塔的蒸馏塔单元中。高压塔可通过冷凝器-再沸器热联接到低压塔，所述冷凝器-再沸器可靠近低压塔的底部放置。

该进料在高压塔内被蒸馏，以产生富氮蒸汽塔顶馏分和粗液体氧塔底沉淀物。富氮蒸汽塔顶馏分可在冷凝器-再沸器内冷凝，防止沸腾收集在低压塔底部的富氧液体。得到的富氮液体被用于回流高压塔和低压塔两者。粗液体氧塔底沉淀物被引入到低压塔中，用于进一步提纯。包括第二富氮蒸汽塔顶馏分的氧和氮产物流和另外的富氧液体塔底沉淀物被提取并且可被引入到主热交换器中且被完全加热，以便冷却进入的进料。在与能量相关的应用中，液体含氧流可离开低压塔并且被泵送，以产生加压液体流。然后，加压液体流可在主热交换器内蒸发，以产生在压力下的氧产物。

在大多数低温精馏系统中，必须供应制冷，以便补偿环境热量泄漏，以有利于热交换器操作并且产生液化产物。在低温空气蒸馏中，进料空气在主空气压缩机中被压缩并接着净化。该空气的一部分可进一步被压缩、部分地冷却并接着在涡轮膨胀机内膨胀，以产生至少部分地可引入到高压塔或低压塔中的流，以藉此将制冷施加到设备中。在期望基本压力下的产物比例（例如，氧产物）的情形中，该进料空气的另外部分可被进一步压缩并接着在主热交换器内完全冷却并液化，以蒸发被泵送的液体流。得到的液体流可在液体膨胀机内膨胀，以产生制冷的部分。在其它类型的设备中，含氮流可被部分地加热，然后膨胀以产生制冷。

当设备容量增加时，出现开发采用多条（通常复制）空气分离线（train）的空气分离设施的需求。该工艺复制实现成本更为有效的结构和冷箱运输。每个这种设备将通常采用至少一个处理气体涡轮膨胀，以便产生必要的制冷。径向流入涡轮机通常用于低温空气分离。在这种涡轮机中，这种膨胀机轮的直径与排气的容积率成比例地增加。这导致昂贵的涡轮膨胀机（其必须针对每条线购置）。此外，涡轮膨胀通常受限于操作在适度膨胀比和压力下。结果是，制冷的热力学效率不如本领域可能给定状态的膨胀比那么高。

上述制冷问题（相对于常规设计）组合显著地增加生产氧和氮的成本。本发明通过集成制冷系统并且优选地采用在中央制冷源中的高效制冷/液化特征来解决这些问题。

发明内容

本发明提供一种向空气分离设施中的空气分离设备供应制冷的方法。根据该方法，在制冷系统中产生在低温下的制冷剂。在低温下的制冷剂流被引入到空气分离设备中，使得通过这些制冷剂流供应空气分离设备的制冷需求的全部或一部分。如在本文和权利要求书中所使用的，术语“低温”是指低于大约200 K温度的温度。要注意的是，优选地，低温应当低于150 K。

制冷系统可以是液化器，其通过液化制冷剂来产生在低温下的制冷剂。

该制冷系统可间歇性地操作，使得在操作制冷系统期间，可增加空气分离设备的液体产物。

空气可在空气分离设备中分离，以产生包括富氮蒸汽的产物。富氮蒸汽流可离开所述空气分离设备的至少一个并且在制冷系统中液化以产生在低温下的制冷剂，作为富氮液体。通过将氮液体的富氮液体流引入到空气分离设备中，制冷剂流被引入到空气分离设备中。由此，通过压缩并冷却包含在富氮蒸汽流中的富氮蒸汽的一部分、至少部分地通过在涡轮膨胀机内膨胀该富氮蒸汽的另一部分产生用于冷却的制冷，富氮蒸汽流可在制冷系统中液化。此外，空气可在空气分离单元内的所述空气分离设备的至少第一空气分离设备内被分离，所述空气分离单元包括低压塔和高压塔。富氮蒸汽被产生作为低压塔的塔顶馏分，富氮蒸汽流在所述空气分离设备的所述至少第一空气分离设备的主热交换器内被完全加热。富氮液体流的至少一个被引入到所述空气分离设备的所述至少第一空气分离设备中，作为高压塔的回流。