[发明专利]用于从中压低温空气分离单元实现氮和氩的高回收率的系统和方法

权利要求书

1.一种空气分离单元，所述空气分离单元包括：

主空气压缩系统，所述主空气压缩系统被配置用于接收进入的进料空气流并且产生经压缩的空气流；

基于吸附的预纯化器单元，所述基于吸附的预纯化器单元被配置用于从所述经压缩的空气流去除水蒸气、二氧化碳、一氧化二氮和烃类并且产生经压缩并且纯化的空气流，其中所述经压缩并且纯化的空气流被分成至少所述经压缩并且纯化的空气流的第一部分和所述经压缩并且纯化的空气流的第二部分；

主换热系统，所述主换热系统被配置为冷却所述经压缩并且纯化的空气流的第一部分以产生蒸气空气流并且部分地冷却所述经压缩并且纯化的空气流的第二部分；

涡轮膨胀机布置，所述涡轮膨胀机布置被配置为使所述经压缩并且纯化的空气流的经部分冷却的第二部分膨胀以形成排气流，所述排气流向所述空气分离单元赋予制冷；

蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括具有介于6.0巴和10.0巴之间的操作压力的高压塔和具有介于1.5巴和2.8巴之间的操作压力的低压塔，所述高压塔和所述低压塔经由冷凝器再沸器以热传递关系相连；

所述蒸馏塔系统还包括与所述低压塔操作性地联接的氩塔布置，所述氩塔布置具有至少一个氩塔和氩冷凝器；

所述蒸馏塔系统被配置为在所述高压塔中接收所述蒸气空气流的全部或一部分并在所述低压塔或所述高压塔中接收所述排气流，并且产生来自所述低压塔的一个或多个富氧流和来自所述低压塔的氮塔顶馏出物流；

其中所述氩塔被配置为从所述低压塔接收富氩-氧流并且产生返回到或释放到所述低压塔中的富氧塔底馏出物流以及被引导至所述氩冷凝器的富氩塔顶馏出物；

过冷器布置，所述过冷器布置与所述蒸馏塔系统操作性地联接并且被配置为经由与来自所述低压塔的所述氮塔顶馏出物流的间接换热来使来自所述高压塔的釜氧流和来自所述冷凝器-再沸器的氮流过冷；

其中所述过冷器布置被进一步配置为经由与所述富氧废物流的间接换热来使从所述低压塔提取的富氧流过冷以产生过冷富氧流；

其中所述氩冷凝器被配置为依靠从所述低压塔提取的所述过冷富氧流来冷凝所述富氩塔顶馏出物以产生粗制氩流或产物氩流、氩回流流、富氧废物流和液体富氧流；并且

其中所述空气分离单元被配置为产生一种或多种高纯度氮产物并且具有98％或更大的氮回收率。

2.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中所述基于吸附的预纯化器单元是被配置用于纯化所述经压缩的空气流的多床变温吸附单元，所述多床变温吸附单元被进一步配置为使得每个床在在线操作阶段与离线操作阶段之间交替，所述在线操作阶段从所述经压缩的空气流吸附水蒸气、二氧化碳和烃类，在所述离线操作阶段中，使用从所述空气分离单元取出并且具有大于90.0％氧含量的吹扫气体来再生所述床。

3.根据权利要求2所述的空气分离单元，其中所述吹扫气体是所述富氧废物流。

4.根据权利要求3所述的空气分离单元，其中所述基于吸附的预纯化器单元还包括蒸汽加热器、电加热器或其他非燃烧式加热器，所述加热器被配置为将所述富氧废物流加热至小于或等于450℉的温度以用于再生所述变温吸附单元中的所述吸附床。

5.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中从所述低压塔提取的所述富氧流是从所述富氧液体塔底馏出物所在的贮槽取出并且具有大于99.5％的氧浓度的高纯度富氧流。

6.根据权利要求1所述的空气分离单元，其中从所述低压塔提取的所述富氧流是从所述富氧液体塔底馏出物所在的贮槽上方的若干级取出并且具有介于93％和99.7％之间的氧浓度的低纯度富氧流。

7.根据权利要求1所述的空气分离单元，所述空气分离单元还包括增压压缩机，所述增压压缩机被配置为进一步压缩所述经压缩并且纯化的空气流的第二部分，并且其中将经纯化的空气流的经进一步压缩的第二部分的一部分在主换热器中完全或部分冷凝并且进料至所述高压塔的中间位置。