CN102155841A - 低温分离方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及低温分离方法及设备，具体地提供了在低温精馏设施中分离例如空气的混合物的方法和设备，该低温精馏设施采用组装的换热器布置。在这类布置中，低压换热器用于冷却该混合物的一部分，高压换热器用于加热一种或多种由所分离的富氮和富氧馏分构成的经泵运的液体流，由此生成加压的产物流。可以是空气的一部分的增压流用于供应高压换热器中的大部分换热负荷。此外，也可以是混合物的一部分的换热流可在高压换热器中被部分地冷却，然后在低压换热器中被进一步冷却，以缩小高压换热器的热端温差，由此减少该设施所需的制冷。

Description

低温分离方法及设备
技术领域
本发明涉及一种方法和设备，其中将包括氮气和氧气的混合物经低温精馏分离成富氮及富氧馏分，并且通过将由该富氮或富氧产物馏分之一构成的一个或多个液体流泵送并加热，而生成一个或多个加压的产物流。更具体而言，本发明涉及这样一种采用组装的(banked)换热器布置的方法和设备，其中，换热流在用以加热一个或多个泵送液体流的高压换热器中被部分冷却，然后在低压换热器中被进一步冷却，以缩小高压换热器内的热端温差，并由此减少与低温精馏有关的所需供入的制冷量。
背景技术
含氮气和氧气的混合物，最常见的是空气，可经低温精馏分离成富氮和富氧的馏分以及空气中所发现的其他组分的馏分，例如氩气。在低温精馏中，将该混合物压缩，然后纯化，以去除高沸杂质(如二氧化碳)、水蒸气以及碳氢化合物。然后将所得的压缩并纯化的流冷却至适于蒸馏的温度。蒸馏生成空气的富氮和富氧馏分以及潜在的其他馏分，其可以为液体和气体产物形式。存在不同的蒸馏塔布置以用于此目的。例如，蒸馏塔可以由高压塔和低压塔构成，高压塔和低压塔由换热器热连接以蒸发低压塔的富氧液体塔底(column bottom)并冷凝高压塔的富氮蒸气塔顶(column overhead)。
对于存在对大量气态高压氧气的需求的情形，例如在气化时，氧气通常通过泵运富氧液体流以加压、然后通过与增压流的间接换热而加热该液体来生产，该增压流通常是待蒸馏空气的一部分。在以上讨论的塔布置中，富氧液体流由高压塔的富氧液体塔底组成。作为换热的结果，增压空气将被液化并在已经降至适于引入所述塔的压力后引入高压塔、低压塔或者在所述塔之间分割。除了氧气，高压氮气也会是期望的产物，尤其是在气化应用中。这种高压氮气可以通过泵运冷凝的富氮蒸气流并通过与增压流的换热而加热所得液体来生产。
应当指出，泵运流的加热可以在组装的换热器布置中进行，该组装的换热器布置具有用于加热泵运液体的高压换热器以及用于冷却至少部分空气的低压换热器，该低压换热器具有比高压换热器更低的最大容许工作压力。在这点上，尽管如前所述增压流通常由空气构成，但也可以采用其他流体。例如，在美国专利US 4,345,925中，流体(如氩气)被压缩，然后作为在高压换热器中发生的间接换热的结果而被液化。然后所得液体提供与蒸馏塔相关的各种换热功能。尤其是，使流体在低压换热器中蒸发并过热，然后在将其引入高压换热器之前再次压缩。由此，流体在换热回路中循环，该换热回路涉及对加压富氧液体的加热。
空气在其中充当增压流体的低温精馏设施的例子可在公开号为2008/0307828的美国专利申请中见到。在这篇申请中，空气被压缩和纯化。将所得经压缩和纯化的空气的一部分在低压换热器中冷却，然后导入高压塔作为主空气流。高压塔与低压塔经冷凝器再沸器热连接。该冷凝器再沸器针对蒸发低压塔中形成的富氧液体塔底而冷凝高压塔的富氮蒸汽塔顶。可将由低压塔的富氧液体塔底构成的富氧液体流的一部分泵运以形成泵运的液态氧流，并且也可将冷凝的富氮蒸汽的一部分泵运以形成泵运的液态氮流。然后将泵运的液态氧流和泵运的液态氮流在高压换热器中通过与增压流的间接换热而加热，该增压流通过在增压压缩机中压缩经压缩和纯化的空气的另一部分而形成。将增压流液化、膨胀并引入高压和低压塔。将由低压塔中产生的废氮流构成的热平衡流引入低压换热器和高压换热器以抑制这些换热器的制冷的热端损失，并且也缩小增压流与主空气流在这些换热器冷端的温差。
在任何低温精馏设施中，必须因以下原因而供入制冷：换热器中的热端损失、向设施内的热量泄漏以及生产液体。高压换热器中，被冷却的增压流与被加热的一个或多个蒸发液体流之间的热端温差的大小代表了这类制冷损失。为了克服这类制冷损失，必须将更多的制冷引入该设施。在上述公开的专利申请中，这种制冷可通过以下方式产生：将经压缩和纯化的空气的又一部分引入增压压缩机，在高压换热器或低压换热器中将该空气部分冷却，然后将该部分冷却的流引入涡轮膨胀机以在排出流(exhaust stream)中生成制冷，其可被引入高压塔或低压塔。设施所需的制冷程度越高，在相关联的增压压缩机中膨胀的能量将越高。由此，总能量消耗是低温精馏设施的生产成本中一个重要考虑因素，因而期望将设施能量需求最小化。如将要述及的，除了其他优点之外，本发明提供一种方法以及用于实施该方法的低温精馏设施，其中高压换热器中形成的热端温差被缩小以减少制冷需求，并由此降低与该设施运行相关的成本。
发明内容
一方面，本发明提供一种分离包括氮气和氧气的混合物的方法。根据本发明的这一方面，实施低温精馏过程，该低温精馏过程包括：将该混合物压缩、纯化、冷却和蒸馏到氧气中形成富氮和富氧馏分；将制冷供入该低温精馏过程；并通过泵运及加热液态的富氮和富氧馏分之一的至少一部分来生成至少一个加压的产物流。
低温精馏过程如此实施以生成增压流和换热流，该低温精馏过程采用组装的换热器布置，所述组装的换热器布置具有用于冷却混合物的至少一部分的低压换热器以及用于加热富氮和富氧馏分之一的至少一部分的高压换热器。将增压流和换热流引入高压换热器与富氮和富氧馏分之一的至少一部分进行间接换热。换热流在高压换热器中被部分地冷却，由此降低高压换热器内的热端温差，从而减少需要供给到低温精馏过程的制冷。增压流在高压换热器中冷却，而换热流在低压换热器中进一步冷却。
高压换热器中热端温差的缩小减少了制冷损失，进而减少了低温精馏过程所需的制冷量。制冷需求的减少转换成该设施功率消耗的减少，因为首先用于产生制冷的压缩需求变少。如此处及权利要求中所用，术语“部分地冷却”是指被冷却至换热器的热端和冷端处可达到的温度中间的温度。如此处及权利要求中所用，术语“完全地冷却”是指被冷却至换热器冷端的温度，术语“完全地加热”是指被加热至换热器热端的温度。
低温精馏过程可生成富氮蒸气流，该富氮蒸气流被分成两个富氮蒸气流，这两个富氮蒸气流在高压换热器和低压换热器中被完全加热以平衡高压换热器和低压换热器的冷端温度。混合物可以是空气，在此情形下，由空气构成的进料流在经过压缩和纯化后被分成第一附属压缩空气流、第二附属压缩空气流和第三附属压缩空气流。第一附属压缩空气流在低压换热器中被完全冷却，第二附属压缩空气流的至少一部分被进一步压缩以形成增压流，该增压流在高压换热器中被完全冷却后形成液体空气流，换热流为第三附属压缩空气流。第二附属压缩空气流的第一部分可被进一步压缩以生成增压空气流，第三附属压缩空气流的第二部分可被进一步压缩至低于增压空气流的压力，然后被更进一步压缩，在高压换热器中部分地冷却，并被引入涡轮膨胀机中以生成排出流。将排出流引入蒸馏塔中以将制冷的至少一部分供入低温精馏过程。
在本发明的具体实施例中，混合物在高压塔中蒸馏，该高压塔与低压塔经冷凝器再沸器以换热关系操作关联，该冷凝器换热器构造成通过将低压塔的富氧液体塔底再沸而将从高压塔去除的高压富氮塔顶流冷凝。将第一附属压缩空气流和第三附属压缩空气流在被完全冷却后引入高压塔。将液体空气流膨胀并引入高压塔和低压塔的中的至少一个中。将由高压塔的液体塔底构成的粗液氧流过度冷却、减压至低压塔的压力，并引入低压塔以便进一步精制。由高压富氮塔顶流冷凝形成的高压富氮液体流的第一和第二部分分别用于使高压塔和低压塔回流。将高压富氮液体流的部分中的第二个过度冷却、在作为回流引入该低压塔之前减压至低压塔的压力，使粗液氧流及高压富氮液体流的部分中的第二个通过与离开低压塔的低压富氮塔顶流的间接换热而过度冷却。至少一个液体流是富氧流以及高压富氮液体流的第三部分之一，该富氧流由低压塔的富氧液体塔底构成。
低压富氮塔顶流可分成两个富氮蒸气流，用于平衡高压换热器与低压换热器的冷端温度。排出流被引入高压塔，液体空气流在液体膨胀器中膨胀。
另一方面，本发明提供一种分离包括氮气和氧气的混合物的设备。根据本发明的这一方面，该设备包括低温精馏设施，该设施构造成将该混合物压缩、纯化、冷却并蒸馏成富氮和富氧馏分。该低温精馏设施具有：至少一个泵，该泵用于泵运由液态的富氮和富氧馏分之一构成的液体流的至少一部分；以及组装的换热器布置，该组装的换热器布置具有低压换热器和与该至少一个泵流体联通的高压换热器，该低压换热器构造成冷却该混合物的至少一部分，该高压换热器用于加热液体流的至少一部分并由此生成加压的产物流。此外，提供用于生成增压流的装置、提供用于生成换热流的装置以及提供用于将制冷供入低温精馏设施的装置。高压换热器连接到增压流生成装置以及换热流生成装置，并构造成通过从换热流到液体流的至少一部分的间接换热而使换热流部分地冷却，由此缩小高压换热器内的热端温差，从而减少所需供入低温精馏设施的制冷，并通过从增压流到液体流的至少一部分的间接换热而使增压流冷却。低压换热器连接到高压换热器并构造成进一步冷却已经在高压换热器中被部分冷却的换热流。
低温精馏设施也可以构造成生成两个富氮蒸气流，高压换热器以及低压换热器也构造成接收以及完全加热该两个富氮蒸气流，由此使高压换热器以及低压换热器的冷端温度平衡。混合物可以是空气，在此情形下，低温精馏设施具有主空气压缩机以及与主空气压缩机连接以纯化压缩后的空气的预纯化单元。增压生成装置包括与该预纯化单元连接的增压压缩机，并且低压换热器也与该预纯化单元连接，由此，由混合物构成的进料流在主空气压缩机中压缩并在预纯化单元中纯化之后被分成第一附属压缩空气流和第二附属压缩空气流，该第一附属压缩空气流在低压换热器中被完全冷却，该第二附属压缩空气流至少部分地在增压压缩机中被进一步压缩以形成增压流并在高压换热器中完全冷却后形成液体空气流。换热流生成装置包括也与预纯化单元连接的高压换热器，由此，已经过压缩和纯化的进料流被进一步分成形成换热流的第三附属压缩空气流。增压压缩机可以是多级机器。第二附属压缩空气流的第一部分从增压压缩机的末级排放并形成增压空气流。制冷供入装置至少部分地包括与增压压缩机的中间级连接的另一增压压缩机，以将第二附属压缩空气流的第二部分进一步压缩。高压换热器与该另一增压压缩机连接，从而第三附属压缩空气流的第二部分在被进一步压缩后在高压换热器中被部分冷却，并且涡轮膨胀机与高压换热器连接，以将第二附属压缩空气流的第一部分膨胀并由此生成排出流。涡轮膨胀机与蒸馏塔连接，由此将排出流引入蒸馏塔。
低温精馏设施可以具有高压塔和低压塔以蒸馏混合物。高压塔与低压塔经冷凝器再沸器以换热关系操作关联。从高压塔排放的高压富氮塔顶流的至少一部分通过使低压塔的富氧液体塔底再沸而冷凝。低压换热器与高压塔连接，由此将第一附属压缩空气流和第二附属压缩空气流引入高压塔。高压换热器与高压塔和低压塔中的至少一个流体联通，由此将液体空气流引入高压塔和低压塔中的至少一个。将膨胀装置安置在高压换热器与高压塔和低压塔中的至少一个之间，以将液体空气流膨胀。高压塔与低压塔连接，由此将由高压塔的液体塔底构成的粗液氧流引入低压塔以进一步精制，将高压富氮塔顶流冷凝形成的高压富氮液体流的第一和第二部分分别作为回流引入高压塔和低压塔。安置在低压塔与低压换热器之间或者整合入低压换热器中的过冷器构造成将粗液氧流及高压富氮液体流的第二部分过度冷却。膨胀阀位于过冷器与低压塔之间，以在将粗液氧流和高压富氮液体流的部分中的第二个引入低压塔之前使它们膨胀。过冷器与低压塔连接，由此从低压塔排放的低压富氮塔顶流与粗液氧流及高压富氮液体流的部分中的第二个间接换热而流过，该至少一个液体流为富氧流，由低压塔的富氧液体塔底或者高压富氮液体流的第三部分构成。
高压换热器和低压换热器可以与过冷器连接，由此将低压富氮塔顶流分成两个富氮蒸气流，其用于平衡高压换热器和低压换热器的冷端温度。此外，涡轮膨胀机与高压塔连接，由此将排出流引入高压塔，并且膨胀装置是液体膨胀器。
附图说明
尽管说明书以权利要求为结论，清楚地指出了申请人认作其发明的主题，然而应当相信，当结合所附唯一附图时将更好地理解本发明，该附图示出了用于实施根据本发明的方法的设备。
具体实施方式
参照该唯一的附图，示出了根据本发明的低温精馏设施1，该设施1设计成将空气或其它含氮气和氧气的混合物低温精馏成氮气和氧气馏分，下面将进行讨论。例如，本发明低温精馏设施的进料可以来自另一空气分离设施，在此情形下，该进料可能会具有较富集的氧浓度，该浓度比空气中的更高。而且，尽管结合双塔***说明了本发明，该双塔***具有通过冷凝器再沸器以换热关系操作关联的高压塔与低压塔，以针对蒸发低压塔中的富氧液体塔底而冷凝高压塔中的富氮蒸气塔顶，但是本发明不限于此类塔布置。就此而言，本发明可应用于任何采用组装换热器布置的低温精馏设施，其中将富集了通常是氮和氧的分离组分的液体流泵运然后在高压换热器中加热，以形成作为高压蒸气或超临界流体的加压产物。
进料空气流10在主压缩机12中压缩。在通过第一后置冷却器14去除压缩的热之后，将进料空气流10在预纯化单元16中纯化，以生成经压缩和纯化的空气流17。此处宜于指出，尽管后置冷却器14示为单独的单元，但作为主压缩机12的这类压缩机可以是多级机器，带有制造商作为压缩机的一部分安装的中间冷却器和后置冷却器。在此情形下，后置冷却器可以不是如图所示的单独的单元，而可以是压缩机本身的一部分。前述注解可等同地适用于任何后述的压缩机与后置冷却器布置。如本领域技术人员所公知的，预纯化单元16可包含吸附剂的床，例如氧化铝或碳分子筛型的吸附剂，以吸附空气中并由此吸附进料空气流10中所含的高沸杂质。例如，如公知的，这类高沸杂质可包括将在设备1所构想的低精馏温度时冷冻和聚集的二氧化碳和水蒸气。此外，可在富氧液体中收集并由此产生安全危害的碳氢化合物也可被吸附。
第一附属压缩空气流18从经压缩和纯化的空气流17的第一部分生成。增压压缩机20与纯化单元16流体联通，以压缩从经压缩和纯化的空气流17的第二部分形成的第二附属压缩空气流22，并且提供第二后置冷却器23，第二后置冷却器23与增压压缩机20连接以去除第二附属压缩空气流22在进一步压缩后的压缩热。这形成具有比第一附属压缩空气流18更高压力的增压流24。应注意，主空气压缩机10以及增压压缩机20都示为单个单元。然而，如本领域所知，可以并联安装两个或更多个压缩机以形成主空气压缩机10或增压压缩机20。两个压缩机可以是相同规模或不同规模。例如，为了更好地符合顾客的需求，容量可以分配成70/30或60/40。通常，第二附属压缩空气流22将会具有压缩空气流17流量的约25％至约40％之间范围内的流量。
高压换热器26与第二后置冷却器23和101连接，低压换热器28与纯化单元16流体联通以接收第一附属压缩空气流18。高压换热器26和低压换热器28优选均为铜焊铝构造且由多层经侧杆分隔的隔板构成，以形成用于待加热和冷却流的流道。每一流道设置有本领域公知的翅片以增大所述换热器内的换热表面积。高压换热器26被如此命名是因为其具有与低压换热器28相比更高的容许工作压力。高压换热器26构造成将增压流24完全地冷却，以生成液体空气流30，并且低压换热器28构造成将第一附属压缩空气流18完全地冷却，以生成主进料空气流32。正如所能预见的，可以采用其他类型的换热器，例如高压换热器26可以是螺旋缠绕的印制电路，或具有不锈钢板翅构造。而且，尽管高压换热器26和低压换热器28每一个都示作为单个单元，但是实践中，其每一个都可以由若干并联在一起的换热器构成。
低压换热器28将会具有比高压换热器26更大的流通横截面积及总体积。通常，高压换热器26的平均密度将会比低压换热器28更大，此处密度是指空重除以体积。典型的密度约为1000kg/m3。高压换热器26的典型工作压力约为1200psig及更高。
提供空气分离单元34，其具有通过冷凝器再沸器50以换热方式与低压塔38操作关联的高压塔36。任选地，空气分离单元34还可以包括氩塔，该氩塔与低压塔38连接以便生成氩产物。可以理解，高压塔36和低压塔38的每一个都包含液体-蒸气质量传质元件，如无规则的或结构化的筛板或填料(packing)。这类元件如本领域所公知在用于精馏目的的每个这类塔中增强了待分离混合物的液相和蒸气相的液体-蒸气接触。空气在这类蒸馏塔中的精馏生成空气的富氮和富氧馏分，如高压塔36的富氮塔顶和低压塔38的富氮塔顶(所处压力当然低于高压塔36中生成的富氮蒸气)，以及作为低压塔38的液体塔底的富氧液体。如将要讨论的，这些馏分的流可以直接作为产物，或者经冷凝和/或加压并加热以形成低温精馏设施1的产物。
将液体空气流30通过涡轮膨胀机40膨胀至适于将其引入高压塔36的压力。可以回收来自液体涡轮膨胀机40的能量，由此液体涡轮膨胀机可产生低温精馏设施1所需的制冷的一部分。可替代地，可以使用膨胀阀(或者二者的组合)。在被膨胀后，液体空气流30被分成第一辅助膨胀流42和第二辅助膨胀流44。第二辅助膨胀流44被膨胀阀46膨胀至适于将其作为另一膨胀流47引入低压塔38的压力。由此，分别在其与塔中被分离混合物的组成相匹配的点将第一和第二辅助膨胀流42和44都引入高压塔36和低压塔38的中间位置。然而可以理解，将液体空气流30引入高压塔36或低压塔38的本发明实施例也是可能的。
空气在高压塔36中的精馏生成粗液氧塔底和富氮蒸气塔顶。针对将低压塔中进行的精馏生成的富氧塔底蒸发，在冷凝器再沸器中将富氮蒸气塔顶流48的一部分冷凝。就此而言，这类精馏还在低压塔38内生成富氮蒸气塔顶。所得冷凝物生成富氮液体流52。富氮液体流52的第一部分54作为回流返回高压塔36。第二部分56在过冷单元29中过度冷却，如图所示，通过在其中设定适宜的通道，该过冷单元29为低压换热器28的整体部分。然而，正如本领域技术人员所知，过冷单元29实际上可以是单独的换热器，或者是多个并联操作的独立换热器。然后任选地将所得过冷液氮流58进一步再分成部分60和62。然后过冷液氮流58的部分60在膨胀阀64中膨胀至适于将其引入低压塔38的压力，然后作为回流引入低压塔38。过冷液氮流58的部分62可被取作任选的液体产物。空气的蒸馏在高压塔36中生成粗液氧塔底，本领域也称为釜液。粗液氧塔底构成的粗液氧流58也在与低压换热器28整合的过冷单元29中过度冷却，然后在膨胀阀68中膨胀，以引入低压塔以便进一步精制。
富氮蒸气流70可从低压塔38的顶部去除，其由低压塔38中进行的蒸馏所导致生成的低压富氮蒸气塔顶构成。尽管没有图示，然而如本领域所知，如果对所得产物也有同样的要求，则为保持富氮蒸气流70的纯度，废氮流也可以从低于低压塔38顶部的位置去除。由于这在所示实施例中没有进行，因而富氮蒸气流70不具有典型的产物纯度，因为它受到比氮气产物流更多量的氧气的污染。然后将富氮蒸气流70被再分成两个辅助富氮蒸气流71和72。辅助富氮蒸气流71在低压换热器28的过冷单元部分被部分地加热，以便将富氮液体流56的第二部分56以及粗液氧流58过度冷却。然后在低压换热器28中将辅助富氮蒸气流71完全地加热，以形成废氮流73。如图所示，该废氮流73可以本领域所知的方式用于使预纯化单元16中的吸附剂床再生。辅助富氮蒸气流72在高压换热器中被完全地加热，以形成废氮流74。选择这些流的流速以平衡高压换热器26和低压换热器28的冷端温差。就此而言，如果液体空气流30的温度过高，则被液体涡轮膨胀机膨胀至塔压后的液体将产生过多的蒸气，结果在蒸馏塔中将不会发生所期望的蒸馏。
可从低压塔38去除低压塔38的富氧液体塔底构成的富氧液体流75。该富氧液体流75的第一部分76可经泵78压缩以形成经泵运的液氧流80。该富氧液体流75的第二部分82可任选地取作产物。经泵运的液氧流80、两个富氮蒸气流71和72以及将述及的第二辅助氮蒸气流84和经泵运的液氮流92构成空气分离单元34的返回流，其用于在高压换热器26和低压换热器28中冷却进入的空气。如图所示，任选地，富氮蒸气流48可以分成第一和第二辅助氮蒸气流82和84。第一辅助氮蒸气流82被引入冷凝器再沸器50，第二辅助氮蒸气流84在低压换热器28中被完全地加热并形成氮产物流86。富氮液体流52的第三部分88可任选地在泵90中被泵运以生成经泵运的液氮流92，该经泵运的液氮流92在高压换热器26中被完全地加热以生成加压的氮产物流94。提醒注意，如果期望不同压力下的加压氮产物流，则可将经泵运的液氮流92再分并泵运至不同压力。类似地，经泵运的液氧流80在高压换热器26中被完全地加热以生成加压的氧产物流96。
如本领域所公知，任何低温精馏设施由于例如下述原因都必须被制冷：克服热端换热损失、向包含蒸馏塔的冷箱的热量泄漏、以及容许液体产物的生成。在低温精馏设施1中，将第二附属压缩空气流22的部分98从增压压缩机20的中间级抽出，然后在增压压缩机100中进一步压缩。第二附属压缩空气流22的部分98将通常为从预纯化单元16排放的经压缩和纯化的空气流量的约5％至约20％。在后置冷却器101中去除压缩热后，此流在高压换热器26中被部分地冷却以生成部分冷却的流103，将该部分冷却的流103引入涡轮膨胀机104中以生成排出流105，将该排出流105引入高压塔36中以给该低温精馏设施1供入所需的制冷。如本领域中所知，这是且仅是向低温精馏设施供入制冷的一个选择。例如，取决于期望的产物品质，可以将排出流引入低压塔38，或者可以将废氮流膨胀。
如上所述，将增压流24在高压换热器26中完全地冷却。这就是说，这样的实施例也是可能的：其中增压流24在高压换热器26的冷端之前被去除并由此具有较高的温度。任何情形下，增压流24的目的都是在生成加压的氮产物流94和加压的氧流96时提供在加热经泵运的液氧流80和经泵运的液氮流92时的传热负荷(heat transfer duty)的主要部分。就此而言，经泵运的液氧流80和液氮流92均可被加压至超临界压力，并且当加热至超临界温度时，所得加压的产物氮流94及加压的产物氧流96将作为超临界流体供应。然而，本发明还构想这类流体可被加压至亚临界压力，如此，在加热时被蒸发，以作为高压蒸气流供应。提醒注意，代替增压流24得自空气的情形，可以使用其他流体，如上述美国专利US4,345,925中所示的氩气，其中增压流在闭合的换热回路中循环。
然而，在所有情形中，存在关于这类增压流的制冷损失，其具有随热端温差的程度增加的大小。在高压换热器26的情形中，当在其热端测量时，该热端温差为被冷却流的平均温度与被加热流的平均温度之差，该被冷却流即为增压流24以及第二附属压缩空气流22的部分98，该被加热流即为经泵运的液氧流94和液氮流96以及辅助富氮蒸气流72。这类热端温差的程度越大，所需制冷的量将越大。实践中，在低温精馏设施1的情形中，更大的制冷需求将由增压压缩机100供应，因此这类压缩机的功率消耗更高。为了缩小热端温差、制冷的需求程度以及由此的功率消耗，从经压缩和纯化的空气流17的一部分形成第三附属压缩空气流106。这类流充当换热流，其在高压换热器26中被部分地冷却，然后在低压换热器28中被进一步冷却以形成经冷却的空气流108，该经冷却的空气流108可在低压换热器28中与第一附属压缩空气流18组合。这两个流的组合也可以不必在换热器中进行。它们可以分别进入低压塔。所得的组合流110可以进一步与排出流105组合，并作为流体112引入高压塔。
正如所知，存在形成该类换热流的其它可能。例如，废氮流73的一部分可被压缩，然后在高压换热器26内被部分地冷却，替代所示的换热流106。然后可将这类流在低压换热器28中进一步冷却，然后引入高压塔36的中间位置。
下表是来自低温精馏设施1的操作的计算例的流概要。
表
如本领域技术人员将发现的，尽管本发明已经就优选实施例进行了讨论，但是可以根据如所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围，对这类实施例进行各种改变、添加和省略。

Claims (12)

1.一种分离包括氮气和氧气的混合物的方法，所述方法包括：
实施低温精馏过程，所述低温精馏过程包括：将所述混合物压缩、纯化、冷却和蒸馏到氧气中成为富氮和富氧馏分；将制冷供入所述低温精馏过程；并且通过泵运和加热液态的所述富氮和富氧馏分之一的至少一部分而生成至少一个加压的产物流；
所述低温精馏过程被实施为生成增压流和换热流，所述低温精馏过程采用组装的换热器布置，所述组装的换热器布置具有用于冷却所述混合物的至少一部分的低压换热器以及用于加热泵运后的所述富氮和富氧馏分之一的至少一部分的高压换热器；
将所述增压流和所述换热流引入所述高压换热器与所述富氮和富氧馏分之一的至少一部分间接换热；
将所述换热流在所述高压换热器中部分地冷却，从而缩小所述高压换热器内的热端温差，并由此减少需供入所述低温精馏过程的制冷；
将所述增压流在所述高压换热器中冷却；以及
在所述高压换热器中部分地冷却之后，将所述换热流在所述低压换热器中进一步冷却。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述低温精馏过程生成富氮蒸气流，所述富氮蒸气流分成在所述高压换热器和所述低压换热器中被完全地加热的两个富氮蒸气流，从而平衡所述高压换热器和所述低压换热器的冷端温度。
3.如权利要求1或权利要求2所述的方法，其中：
所述混合物为空气；
由所述空气构成的进料流在经压缩和纯化后被分成第一附属压缩空气流、第二附属压缩空气流以及第三附属压缩空气流；
所述第一附属压缩空气流在所述低压换热器中被完全地冷却；
所述第二附属压缩空气流的至少一部分被进一步压缩以形成所述增压流，并且在所述高压换热器中被完全冷却后形成液体空气流；以及
所述换热流为所述第三附属压缩空气流。
4.如权利要求3所述的方法，其中：
所述第二附属压缩空气流的第一部分被进一步压缩以生成所述增压空气流；
所述第三附属压缩空气流的第二部分被进一步压缩至低于所述增压空气流的压力，并且此后被更进一步压缩、在所述高压换热器中被部分地冷却并被引入涡轮膨胀机中以生成排出流；以及
所述排出流被引入所述蒸馏塔以将所述制冷的至少一部分供入所述低温精馏过程。
5.如权利要求4所述的方法，其中：
所述混合物在所述高压塔中被蒸馏，所述高压塔通过冷凝器再沸器以换热关系与所述低压塔操作关联，所述冷凝器再沸器构造成通过使所述低压塔的富氧液体塔底再沸而使从所述高压塔去除的高压富氮塔顶流冷凝；
所述第一附属压缩空气流和所述第三附属压缩空气流在被完全冷却后被引入所述高压塔；
所述液体空气流被膨胀并引入所述高压塔和所述低压塔中的至少一个；
由所述高压塔的液体塔底构成的粗液氧流被过度冷却、减压至所述低压塔的压力并引入所述低压塔以便进一步精制；
由所述高压富氮塔顶流冷凝所形成的高压富氮液体流的第一和第二部分被分别用于使所述高压塔和所述低压塔回流；
所述高压富氮液体流的所述部分中的第二个被过度冷却、在作为回流引入所述低压塔之前被减压至所述低压塔的压力；
所述粗液氧流和所述高压富氮液体流的所述部分中的第二个通过与离开所述低压塔的低压富氮塔顶流的间接换热而被过度冷却；
所述至少一个液体流是由所述低压塔的富氧液体塔底构成的富氧流和所述高压富氮液体流的第三部分中的一个。
6.如权利要求5所述的方法，其中：
所述低压富氮塔顶流被分成两个富氮蒸气流，其用于平衡所述高压换热器和所述低压换热器的冷端温度；
所述排出流被引入所述高压塔；以及
所述液体空气流在液体膨胀器中被膨胀。
7.一种分离包括氮气和氧气的混合物的设备，所述设备包括：
低温精馏设施，其构造成将所述混合物压缩、纯化、冷却和蒸馏成富氮和富氧馏分；
所述低温精馏设施具有：至少一个泵，其用于泵运由液态的所述富氮和富氧馏分之一构成的液体流的至少一部分；组装的换热器布置，其具有构造成将所述混合物的至少一部分冷却的低压换热器以及与所述至少一个泵流体联通的高压换热器，所述高压换热器用于加热所述液体流的所述至少一部分并由此形成加压的产物流；用于生成增压流的装置；用于生成换热流的装置；以及用于将制冷供入所述低温精馏设施的装置；
所述高压换热器与所述增压流生成装置及所述换热流生成装置连接，并构造成通过从所述换热流到所述液体流的所述至少一部分的间接换热而使所述换热流部分地冷却，由此缩小所述高压换热器内的热端温差，从而减少需供入所述低温精馏设施的制冷，以及通过从所述增压流到所述液体流的所述至少一部分的间接换热而使所述增压流冷却；以及
所述低压换热器与所述高压换热器连接，并构造成将在所述高压换热器中部分冷却后的所述换热流进一步冷却。
8.如权利要求7所述的设备，其中，所述低温精馏设施也构造成生成两个富氮蒸气流，所述高压换热器和所述低压换热器也构造成接收和部分地加热所述两个富氮蒸气流，由此平衡所述高压换热器和所述低压换热器的冷端温度。
9.如权利要求8所述的设备，其中：
所述混合物为空气；
所述低温精馏设施具有主空气压缩机以及预纯化单元，所述预纯化单元与所述主空气压缩机连接以在压缩后将所述空气纯化；
所述增压流生成装置包括与所述预纯化单元连接的增压压缩机；
所述低压换热器也与所述预纯化单元连接，由此，进料流被分成第一附属压缩空气流和第二附属压缩空气流，所述进料流由已在所述主空气压缩机中压缩并在所述预纯化单元中纯化的混合物构成，所述第一附属压缩空气流在所述低压换热器中被完全地冷却，所述第二附属压缩空气流至少部分地在所述增压压缩机中被进一步压缩以形成所述增压流，其在所述高压换热器中被完全冷却后形成液体空气流；以及
所述换热流生成装置包括也与所述预纯化单元连接的所述高压换热器，由此所述进料流在被压缩和纯化后被进一步分成第三附属压缩空气流，所述第三附属压缩空气流形成所述换热流。
10.如权利要求9所述的设备，其中：
所述增压压缩机为多级机器；
所述第二附属压缩空气流的第一部分从所述增压压缩机的末级排放，并形成所述增压空气流；以及
所述制冷供入装置至少部分地包括与所述增压压缩机的中间级连接的另一增压压缩机，以将所述第二附属压缩空气流的第二部分进一步压缩，所述高压换热器与所述另一增压压缩机连接，以将进一步压缩后的所述第三附属压缩空气流的第二部分在所述高压换热器中部分地冷却，涡轮膨胀机与所述高压换热器连接，以将所述第二附属压缩空气流的第一部分膨胀并由此生成排出流，并且所述涡轮膨胀机与所述蒸馏塔连接，由此将所述排出流引入所述蒸馏塔。
11.如权利要求10所述的设备，其中：
所述低温精馏设施具有蒸馏所述混合物的高压塔和低压塔，所述高压塔和所述低压塔通过冷凝器再沸器以换热关系操作关联，所述冷凝器再沸器构造成通过使所述低压塔的富氧液体塔底再沸而使从所述高压塔排放的高压富氮塔顶流的至少一部分冷凝；
所述低压换热器与所述高压换热器连接，由此将所述第一附属压缩空气流和所述第二附属压缩空气流引入所述高压塔；
所述高压换热器与所述高压塔和所述低压塔中的至少一个流体联通，由此将所述液体空气流引入所述高压塔和所述低压塔中的至少一个；
膨胀装置安置于所述高压换热器与所述高压塔和所述低压塔中的至少一个之间，以膨胀所述液体空气流；
所述高压塔与所述低压塔连接，由此将所述高压塔的液体塔底构成的粗液氧流引入所述低压塔以进一步精制，将所述高压富氮塔顶流冷凝所形成的高压富氮液体流的第一和第二部分分别作为回流引入所述高压塔和所述低压塔；
过冷器，其安置于所述低压塔和所述低压换热器之间或者整合入所述低压换热器中，构造成将所述粗液氧流和所述高压富氮液体流的所述部分中的第二个过度冷却；
膨胀阀位于所述过冷器和所述低压塔之间，以将所述粗液氧流和所述高压富氮液体流的所述部分中的第二个在其被引入所述低压塔之前膨胀；
所述过冷器与所述低压塔连接，由此使从所述低压塔排放的低压富氮塔顶流以与所述粗液氧流和所述高压富氮液体流的所述部分中的第二个间接换热的方式流过；以及
所述至少一个液体流是由所述低压塔的富氧液体塔底构成的富氧流和所述高压富氮液体流的第三部分中的一个。
12.如权利要求11所述的设备，其中：
所述高压换热器和所述低压换热器与所述过冷器连接，由此将所述低压富氮塔顶流分成两个富氮蒸气流，其用于平衡所述高压换热器和所述低压换热器的冷端温度；
所述涡轮膨胀机与所述高压塔连接，由此将所述排出流引入所述高压塔；以及
所述膨胀装置为液体膨胀器。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103375968A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 林德股份公司 用于空气分馏设备的管道模块
CN106247758A (zh) * 2015-06-03 2016-12-21 林德股份公司 低温分离空气的方法和设备
CN108139145A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩低温空气分离设备中的进料空气流的方法
CN108139146A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩低温空气分离设备中的进料空气流的方法
CN108139147A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩并冷却低温空气分离设备中的进料空气流的***和装置
CN108278853A (zh) * 2017-01-05 2018-07-13 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 使用源自低温空气分离装置的气体将常压蒸发器再加热的方法

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9222725B2 (en) * 2007-06-15 2015-12-29 Praxair Technology, Inc. Air separation method and apparatus
EP2551619A1 (de) * 2011-07-26 2013-01-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Druckstickstoff und Drucksauerstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
PL2770286T3 (pl) * 2013-02-21 2017-10-31 Linde Ag Sposób i urządzenie do pozyskiwania tlenu pod wysokim ciśnieniem i azotu pod wysokim ciśnieniem
FR3014544A1 (fr) * 2013-12-06 2015-06-12 Air Liquide Procede de refrigeration, boite froide et installation cryogenique correspondantes
RU2675029C1 (ru) * 2017-02-10 2018-12-14 Общество с ограниченной ответственностью "Газхолодтехника" Система производства компримированного природного газа на газораспределительной станции
EP3732415A4 (en) * 2017-12-28 2021-08-11 L'air Liquide, Société Anonyme Pour L'Étude Et L'exploitation Des Procédés Georges Claude USE OF NITROGEN ENRICHED FLOWS GENERATED IN AIR SEPARATION UNITS INCLUDING MAIN CLAMP HEAT EXCHANGERS
US11262125B2 (en) * 2018-01-02 2022-03-01 Praxair Technology, Inc. System and method for flexible recovery of argon from a cryogenic air separation unit
CN110864499A (zh) * 2019-12-02 2020-03-06 海南凯美特气体有限公司 一种高效率污氮冷量回收处理空分***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1103157A (zh) * 1993-09-15 1995-05-31 气体产品与化学公司 通过泵液氮生产高压氮的低温空气分离方法
EP0878678A2 (de) * 1997-05-15 1998-11-18 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1120616A2 (en) * 2000-01-28 2001-08-01 The BOC Group plc Air separation method
FR2846077A1 (fr) * 2003-11-25 2004-04-23 Air Liquide Appareil et procede d'echange de chaleur pour flux gazeux a separer et installation de separation de gaz par distillatio n cryogenique utilisant un tel appareil
CN101324395A (zh) * 2007-06-15 2008-12-17 普莱克斯技术有限公司 空气分离方法和装置
CN101479550A (zh) * 2006-03-10 2009-07-08 普莱克斯技术有限公司 低温空气分离***

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2535132C3 (de) * 1975-08-06 1981-08-20 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Drucksauerstoff durch zweistufige Tieftemperaturrektifikation von Luft
US4345925A (en) * 1980-11-26 1982-08-24 Union Carbide Corporation Process for the production of high pressure oxygen gas
US4702757A (en) * 1986-08-20 1987-10-27 Air Products And Chemicals, Inc. Dual air pressure cycle to produce low purity oxygen
FR2681415B1 (fr) * 1991-09-18 1999-01-29 Air Liquide Procede et installation de production d'oxygene gazeux sous haute pression par distillation d'air.
US5228297A (en) * 1992-04-22 1993-07-20 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with dual heat pump
US5655388A (en) * 1995-07-27 1997-08-12 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system for producing high pressure gaseous oxygen and liquid product
US5564290A (en) * 1995-09-29 1996-10-15 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system with dual phase turboexpansion
US6253576B1 (en) * 1999-11-09 2001-07-03 Air Products And Chemicals, Inc. Process for the production of intermediate pressure oxygen
JP3715497B2 (ja) * 2000-02-23 2005-11-09 株式会社神戸製鋼所 酸素の製造方法
GB0005374D0 (en) * 2000-03-06 2000-04-26 Air Prod & Chem Apparatus and method of heating pumped liquid oxygen
US6718795B2 (en) * 2001-12-20 2004-04-13 Air Liquide Process And Construction, Inc. Systems and methods for production of high pressure oxygen
US20080223077A1 (en) * 2007-03-13 2008-09-18 Neil Mark Prosser Air separation method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1103157A (zh) * 1993-09-15 1995-05-31 气体产品与化学公司 通过泵液氮生产高压氮的低温空气分离方法
EP0878678A2 (de) * 1997-05-15 1998-11-18 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Stickstoff durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
EP1120616A2 (en) * 2000-01-28 2001-08-01 The BOC Group plc Air separation method
FR2846077A1 (fr) * 2003-11-25 2004-04-23 Air Liquide Appareil et procede d'echange de chaleur pour flux gazeux a separer et installation de separation de gaz par distillatio n cryogenique utilisant un tel appareil
CN101479550A (zh) * 2006-03-10 2009-07-08 普莱克斯技术有限公司 低温空气分离***
CN101324395A (zh) * 2007-06-15 2008-12-17 普莱克斯技术有限公司 空气分离方法和装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103375968A (zh) * 2012-04-27 2013-10-30 林德股份公司 用于空气分馏设备的管道模块
CN103375968B (zh) * 2012-04-27 2017-04-12 林德股份公司 用于空气分馏设备的管道模块
CN106247758A (zh) * 2015-06-03 2016-12-21 林德股份公司 低温分离空气的方法和设备
CN108139145A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩低温空气分离设备中的进料空气流的方法
CN108139146A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩低温空气分离设备中的进料空气流的方法
CN108139147A (zh) * 2015-10-15 2018-06-08 普莱克斯技术有限公司 用于压缩并冷却低温空气分离设备中的进料空气流的***和装置
CN108278853A (zh) * 2017-01-05 2018-07-13 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 使用源自低温空气分离装置的气体将常压蒸发器再加热的方法

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CN102155841B (zh) 2016-01-20

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