[发明专利]空气的低温分离方法和空气分离装置

说明书

本发明公开了一种空气的低温分离方法和空气分离装置，该方法在具有主空气压缩机、主换热器和精馏塔系统的空气分离装置中低温分离空气，所述精馏塔系统具有在第一压力水平操作的低压塔和在第二压力水平下操作的高压塔，其中，在所述精馏塔系统中获得至少一种液态产物，在第一运行模式中获得第一总量的液态产物，在第二运行模式中获得第二总量的液态产物，所述第二总量少于所述第一总量，而且所述第二运行模式中作为第一部分第三压力水平空气被引导经过所述第一涡轮膨胀机的空气量比所述第一运行模式少。

技术领域

本发明属于空气分离领域，涉及一种空气的低温分离方法和空气分离装置，尤其涉及一种通过低温分离来生产液态或气态空气产物的方法和装置。

背景技术

现有技术例如CN106716033A中公开了一种基于高空气压力法(HAP法)的低温空气分离方法，在此方法中，所有供给到空气分离装置的空气或者所有以相应方法使用的空气(称为进料空气)都在主空气压缩机中被压缩至显著高于所述精馏塔系统的最高操作压力的压力，该压力差至少2或4巴，优选在6-16巴之间。例如，双塔流程中高压塔的操作压力约为5-6巴，那么进料空气在主空气压缩机中被压缩至约为20-22巴。由于在主空气压缩机中需要被压缩至这么高的压力，对于整套空气分离装置的能耗来说是比较大的，但是可以省去用于提供相应高度压缩的流的空气再压缩机。

在已知的一些方法中，其中进料空气在主空气压缩机中仅被压缩到精馏塔的最高操作压力，因此通常在双塔流程中被压缩到高压塔的操作压力或略高于该压力，一些进料空气在冷却后可以在没有进一步膨胀的情况下进料到精馏塔系统中。例如，需要一部分用于额外制冷或用于加热产品液态流，需要至少一部分进料空气被进一步在一个或多个再压缩机中压缩这种具有主空气压缩机和空气增压机的方法简称为MAC/BAC方法。通常，在MAC/BAC方法中，使用通过外部供应的能量驱动的再压缩机，但是在HAP方法中，没有这样的再压缩机。MAC/BAC方法在能耗上更为有利，尤其在使用了超临界压力下液态节流阀或者液体膨胀机；然而，由于空气增压机的设置，空气分离装置的设备投入成本较高，而且不能满足液态产品比气态产品比值较高的情况。

有鉴于此，如何设计一种新的空气的低温分离方法和空气分离装置，消除现有技术中的上述缺陷和不足，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。

发明内容

本发明提供了一种新的空气的低温分离方法和空气分离装置，使用了两个空气涡轮机，所述两个空气涡轮机分别驱动两个涡轮增压器，一一对应地机械连接，所述两个涡轮增压器中的一个被构造成“冷”涡轮增压器，以满足既需要产液量大的情况，又可以省去用于提供相应高度压缩的流的空气再压缩机(空气增压机)。

为了实现上述发明目的，本发明公开了一种空气的低温分离方法，在具有主空气压缩机、主换热器和精馏塔系统的空气分离装置中低温分离空气，所述精馏塔系统具有在第一压力水平操作的低压塔和在第二压力水平下操作的高压塔，其中，在所述主空气压缩机中将包含所有进料到所述空气分离装置中的总进料空气压缩至第三压力水平空气，第三压力水平高于第二压力水平，将第一部分第三压力水平空气在所述主换热器中部分冷却，并在第一涡轮膨胀机中从所述第三压力水平开始膨胀，将第二部分第三压力水平空气在第一涡轮增压器中进一步压缩形成第四压力水平空气，在后冷却器中冷却后，进入所述主换热器中继续被冷却至温度T，将冷却后的第一部分第四压力水平空气在第二涡轮增压器中进一步压缩到第五压力水平，在所述主换热器中冷却并在第一液态节流阀中从所述第五压力水平开始膨胀，将冷却后的第二部分第四压力水平空气在第二涡轮膨胀机中从所述第四压力水平开始膨胀，将第一部分和/或第二部分第三压力水平空气在第一和/或第二压力水平下进料到所述精馏塔系统中，在所述精馏塔系统中获得至少一种液态产物，在第一运行模式中获得第一总量的液态产物，在第二运行模式中获得第二总量的液态产物，所述第二总量少于所述第一总量，所述第二运行模式中作为第一部分第三压力水平空气被引导经过所述第一涡轮膨胀机的空气量比所述第一运行模式少。