[发明专利]用于消除空气分离单元中的吸附器的再生伴随的热扰动的方法和设备

说明书

本发明提供一种用于减少空气分离单元中的吸附器的再生伴随的热扰动的方法。空气分离单元可包括前端纯化单元(30)、主空气压缩机(10)、主换热器(40)、蒸馏塔系统(50)、再生气体加热器(43)和再生气体冷却器(70)，前端纯化单元包括第一吸附器和第二吸附器。该方法可包括以下步骤：在第二吸附器在吸附循环中运行时使第一吸附器再生，其中使第一吸附器再生的步骤进一步包括加热第一吸附器然后冷却第一吸附器的步骤，其中在冷却第一吸附器的步骤中，将源自蒸馏塔系统并且在主换热器中冷却的再生气体在用于冷却第一吸附器之前在再生气体冷却器中进一步冷却。本发明还提供一种用于减少空气分离单元中的吸附器的再生伴随的热扰动的设备。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于在吸附器再生循环的冷却步骤期间改善空气分离单元的运行的设备和方法。

背景技术

对于用于生产气态产物(例如气态氧(GOX)、气态氮(GAN))的空气分离单元(ASU)设施而言，诸如液态氧(LOX)和/或液态氮(LIN)的液态产物是通过在主换热器中由来自增压空气压缩机(BAC)的高压(HP)空气气化分离而得来。

图1提供了迄今为止已知的工艺的示意图。参照图1，来自主空气压缩机(MAC)10的压缩湿空气2在直接接触塔20中被冷冻水62冷却至大约53°F，然后经由管线22被送至前端纯化(FEP)单元30，以产生64°F的无水分和二氧化碳的干空气32。此外，升温的水24被送至冷冻水塔60，以用于在来自蒸馏塔50的低压氮流52在主换热器中被进入的空气流加热之后在该冷冻水塔中对该低压氮流52进行冷却。

一部分干空气36被BAC 35进一步压缩，并在BAC下游/之后的冷却器37中通过冷却水冷却至大约95°F。然后将增压空气36(或HP空气)和来自FEP单元30的剩余干空气34送至主换热器40，在此它们通过与来自蒸馏塔的冷流出物流(52，54)进行热交换而被冷却。取决于要生产的低温液体产物的量，增压空气的百分比可以在到达冷箱的全部空气的35％至65％之间变化。可选地，多达全部来自FEP单元30的干空气在被送至主换热器之前可以在不存在BAC的情况下被涡轮增压器(未示出)压缩。

FEP的多个吸附器在吸附循环与再生循环之间交替地运行。在再生循环中，吸附器R由来自蒸馏塔系统50的、已在主换热器中被加热/升温之后的废氮气54再生，以除去在吸附循环中积聚的水分和二氧化碳。再生循环包括加热阶段和冷却阶段。

在加热阶段，阀47关闭并且阀45打开，使得再生气体42经由管线44流动，再生气体42在被送至吸附器R之前，在管线44中被再生加热器43加热。

在冷却阶段中，阀45关闭并且阀47打开，使得再生气体42经由管线46流动。这将吸附器R冷却至接近于流54在离开换热器时的温度，该温度约为比正常吸附温度(即管线22中的空气温度)高至少15°F。因此，现有技术的实施例在替换吸附器之前不能充分冷却吸附器。这有几个主要缺点：

·干空气中的温度漂移(或热扰动(heat bump))会导致BAC、涡轮增压器和冷箱内的设备(例如，换热器和蒸馏塔系统)工艺/过程紊乱；

·为了最小化这种温度扰动(temperature disturbance)，BAC 35通常被特意加大尺寸(多达5％)以适应入口温度的升高；以及

·当生产氩气时，热扰动特别明显并使蒸馏紊乱。

现有技术中用于解决这种热扰动的一种方法是在较冷的温度下从主换热器除去废氮流；然而，这导致再生循环的加热步骤中的热交换效率较低并且热负荷较高。

因此，希望具有避免这些过程扰动并且以整体上更有效的方式运行的改进的设备和方法。

发明内容