[發明專利]用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設備

有效

• 申請號: 201380047233.0
• 申請日: 2013-08-28
• 公開（公告）號: CN104620067B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: M·科尼亞爾;R·杜貝蒂爾-格勒尼耶;S·格拉爾德
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所11247
• 代理人: 雷明,吳鵬

技術領域

本發明涉及用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設備。

本發明尤其提出了用于利用設備瞬態生產氣體的方法并描述了該設備，該設備在正常工況中生產氣態氧、氣態氮、液氧和液氮。所述設備包括雙塔，該雙塔具有在被稱為中壓(MP)的第一壓力下運行的第一塔和在被稱為低壓(LP)的比所述第一壓力低的第二壓力下運行的第二塔。

背景技術

這種以瞬態模式生產的氣體可以例如是在石油化工過程的惰化階段期間使用的加壓純氮，該惰化階段在需要正常工況的氣態要求之前數天連續需要大量的氮。

因為這種瞬態氮不可完全由液體氮的儲存提供，所以本發明提出熱交換器裝置作為專用主體，使得可以在瞬態階段特定地產生氣體需求量，并且還可以產生其它氣體(例如，氧氣)的需求量；液氮和液氧的產生在瞬態階段期間可以減少或甚至為零。交換器主體裝置因此使得可以在正常工況中生產氣體和液體需求量。

由于各種工況模式之間的生產要求(在壓力和流速方面)相距甚遠，所以對分離裝備的主交換器的靈活性要求甚至更大。因此，所形成的用于多種運行工況的交換器的尺寸設計遠非針對給定工況而言的技術和經濟最適條件。

借助于專用于一種或多種瞬態工況情形的一條或多條熱交換管路使得可以實現這些工況情形所要求的靈活性，同時確保工況的技術和經濟最適條件在考慮中。

例如，生產用于石油化工總廠的工業氣體的空氣分離設備將被允許在不同的壓力下根據消耗單元的特定操作而產生極不相同的量。通常，液體(氮、氧、氬)的儲存使得可以提高空氣分離設備的生產流程的靈活性。然而，液體的儲存受限于儲存容量。當消耗單元的非標準工況數天都要求較大量時，可能優選利用空氣分離設備直接生產，而非針對這個瞬態工況制定存儲量。這個工況所要求的空氣分離設備的生產靈活性因此可以由本發明提供，而不會降低正常工況的效率。

一個替代解決方案是從中壓(MP)塔生產中壓氣態氮并通過壓縮機進行壓縮。如果從MP塔中抽取的氣態氮不充足，則將需要儲存的液氮氣化。

為了不借助于儲存液體的氣化而生產出比可以在MP塔處抽取的氣態氮多的氣態氮，可以通過低壓塔的上級來生產氮并且然后也通過壓縮機進行壓縮。

在這兩種情形下，均需要氮壓縮機，或者甚至還需要在低壓塔的頂部處具有減小的直徑的部段。

發明內容

本發明提出了一種作為專用主體的交換器設備，其包括專用的瞬態交換管路，使得可以在瞬態(臨時，短期)階段期間特定地產生氣態需求量。

在這個示例中考量的瞬態氣體是氮，但是本發明還應用于由空氣分離設備生產的其它氣體。

在這個瞬態階段期間，維持氣態氧的生產，而液氮和液氧的生產可減少或甚至為零。

瞬態氮自第一塔(MP塔)泵出，并且經專用交換管路(此處被稱為瞬態交換管路)逆著來自可選地由渦輪驅動的增壓壓縮機的排放的高壓(HP)空氣氣化；同時，泵送的氧經另一專用交換管路逆著來自相同的增壓壓縮機的排放或來自第二增壓壓縮機的HP空氣氣化。停止氣態氮的生產，該氣態氮一般從MP塔產生并且在第三專用交換管路中逆著來自空氣凈化單元的MP空氣被加熱。

正常階段期間，瞬態氮的生產停止，同時建立起氣態氮從MP塔的正常生產。維持氣態氧的生產，將液體的生產調節至它們的正常設定點。

此處專用于氣態氮的瞬態生產的交換管路僅涉及在流經所述交換管路時會改變狀態的流體：液氮(LIN)逆著液化的HP空氣氣化成高壓氮(HPGAN)，通常使得可以降低熱端處的差以獲得空氣分離設備的能量效率的殘余氮此處使得可以針對相同量的交換熱量(或“充量”)極大地改善瞬態交換器的緊湊度；這還使得可以使用更密集的波紋。在本發明的情況中，期望獲得的緊湊度是充分的，這是因為針對相同的交換“充量”，交換體積可以比在不改變狀態的第三流體的存在中所需的體積的一半小。也是就是說，(體積/充量)_{瞬態交換器}<0.5×(體積/充量)_{常規交換器}。

這個解決方案還使得可以通過流在與生產相關的交換主體上的重新分布來特定地生產根據客戶要求的工況所需的氮。在瞬態階段期間，僅產生瞬態氮而關閉用于正常氮的交換主體的通路。在正常階段期間，僅產生正常氮而關閉瞬態交換主體。

根據本發明的一個目的，提供一種用于通過空氣的低溫蒸餾在雙塔中生產第一加壓氣體且間或還生產第二氣體的方法，所述雙塔包括第一塔和第二塔，該第二塔在比所述第一塔的壓力低的壓力下運行，其中：