CN111542723B - 一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法及空分*** - Google Patents

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Abstract

一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法及空分***，在现有的深冷精馏工艺设备中增设空气产品导出管路(113)及液空增压泵(1131)，利用现有精馏设备制备富氧液空，将原料空气增压、降温液化，还可根据客户需求，调配原料空气与富氧液空的比例，经液空增压泵(1131)增压至目标压力，经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热汽化后，制备高压或超高压的空气产品。在精馏生产氧、氮气体或液体产品的同时，可根据客户需求提供高压或超高压的空气产品，且无需设置额外的空气压缩机或被动地提高空气增压机的排压，极大地降低了生产成本，提高了能效水平。尤其是在需要生产少量的高压/超高压空气产品时，还可提高装置的稳定性。

Description

一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法及空分***
技术领域
本发明属于空气分离领域，涉及一种空分工艺，具体涉及一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法及空分***。
背景技术
深冷精馏实质就是气体液体化技术，通常采用机械方法，如用节流膨胀或绝热膨胀等方法，把气体压缩、冷却后，利用不同气体沸点上的差异进行精馏，使不同气体得到分离。具体来说，以空气为原料，经过压缩、净化，热交换使空气液化，利用液氧和液氮的沸点不同，通过精馏，使它们分离来获得氮气和氧气。
利用深冷精馏将空气分离成氮和氧的产品是一种普遍且纯熟的技术。在不同压力下运行的至少两个空气分离塔(中压塔和低压塔)，通过主冷凝蒸发器以热量交换的方式联通。将经过增压、纯化和冷却的原料空气输入中压塔和/或低压塔，通过精馏获得气态和/或液态的氮、氧产品。将全部或部分的氮、氧在主换热器中与原料空气进行换热，从而得到常温下的氮、氧气态产品。空分***和工艺的设计一般基于客户对氮、氧产品的状态、压力和产量的要求。当需要生产具有较高压力，例如大于40bara的氧气和/或氮气产品时，可以选择将经过主换热器复热后的常温的氧气或氮气通过相应的增压机增压的外增压方式，或者是用泵将低温的液氧或液氮提升到需要的压力再经过主换热器复热的内增压方式。
煤化工项目中，现代空分普遍采用内压缩流程。如需要生产中压或高压空气产品，通常会设置一台空气增压机，通过这个空气增压机，可以生产出需要的中压或高压空气产品。然而，如果要生产比空气增压机本身排气压力还要高的空气产品，就不能再单纯的依赖这台空气增压机了，通常是需要设置额外的高压/超高压压缩机或者是被动的把空气增压机的排气压力提高。但是，这些方法均会使空分装置的整体能耗水平变差。
发明的公开
本发明的目的是避免被迫设置额外的空气压缩机或被动地提高空气增压机的排压，利用现有的深冷精馏工艺设备，将原料空气增压并至少部分液化和/或富氧液空，通过液空增压泵增压至需要的高压或超高压，再沿空气产品导出管路，经换热设备换热汽化后，导出高压或超高压的空气产品，不但能提高能效，还能降低成本，提高装置的稳定性。该空气产品可以是空气、混合有富氧液空的空气或富氧液空。
为了达到上述目的，本发明提供了一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其包含：
(a)提供一种用于制备氮气产品和/或氧气产品的空分***，其包含：精馏塔、至少一空气增压***、至少一空气预冷设备、至少一空气纯化设备、至少一换热设备，其中，所述的精馏塔包含具有第一压力的第一塔、具有第二压力的第二塔及设置在第二塔底部的主冷凝蒸发设备；所述的空气增压***包含主空气压缩机、至少一空气增压机；
(b)原料空气依次通过主空气压缩机增压至第一压力范围，空气预冷设备预冷，空气纯化设备纯化后，分出一部分作为第一空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后导入到第一塔中精馏；另一部分经空气增压机增压至第三压力范围，再分出第二空气流股及第三空气流股，第二空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，从换热设备中部导出，经空气膨胀机降压至第一压力范围，再导入到第一塔中进行精馏；第三空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后，降压至第一压力范围导入到第一塔或降压至第二压力范围导入到第二塔；
(c)提供液氮管路、富氧液空管路，分别将第一塔顶部的液氮、第一塔底部的富氧液空导入到第二塔中作为回流液，进行精馏；
该方法还包含：提供空气产品导出管路，在该空气产品导出管路上设置至少一液空增压泵，通过空气产品导出管路自第一塔底部导出富氧液空或来自第三空气流股的至少部分液化的原料空气，经液空增压泵增压至目标压力，再经换热设备换热汽化，获得需要的空气产品。
较佳地，所述的空气膨胀机采用膨胀增压机制动，所述第三空气流股先通过该膨胀增压机增压至第四压力范围，再进入换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后，通过减压设备降压至第一压力范围，再导入到第一塔。
较佳地，所述的减压设备为节流阀或液体膨胀机。
较佳地，所述的液体膨胀机通过发电机制动。
较佳地，降压至第一压力范围的第三空气流股还分设有第四空气流股，该第四空气流股经节流阀节流降压至第二压力范围后导入到第二塔中。
较佳地，所述的第四空气流股还分设有第五空气流股，该第五空气流股与空气产品导出管路连通，并通第一调节阀控制第五空气流股的流量和流速。
较佳地，在空气产品导出管路还设置第二调节阀，以控制富氧液空的流量和流速。
较佳地，所述的换热设备包含低压板式换热器和高压板式换热器，或整体组合式换热器。
较佳地，所述的换热设备还包含过冷器，进入第二塔的回流液与第二塔精馏的气体或液体产品通过该过冷器换热。
较佳地，该方法还包含：从第一塔中抽出污液氮，导入到第二塔中，作为回流液。
较佳地，该方法还包含：从主冷凝蒸发设备抽取液氧，通过液氧增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备氧气产品。
较佳地，该方法还包含：从第一塔的顶部抽出液氮，直接通过换热设备换热汽化制备第一氮气产品；或，从第一塔的顶部抽出液氮先通过液氮增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备第二氮气产品。
较佳地，该方法还包含：从第二塔的顶部抽出超低压氮气，经换热设备复热，制备第三氮气产品。
较佳地，该方法还包含：从第二塔的上部抽出污氮气，经换热设备复热，获得污氮气产品。
本发明还提供了一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，该空分***包含：
(a)精馏塔，其包含具有第一压力的第一塔、具有第二压力的第二塔及设置在第二塔底部的主冷凝蒸发设备；在第一塔及第二塔之间设置有将第一塔顶部的液氮，经节流阀导入到第二塔的液氮管路、将第一塔底部的富氧液空经节流阀导入到第二塔的富氧液空管路；
(b)至少一空气增压***、至少一空气预冷设备、至少一空气纯化设备、至少一换热设备、至少一空气膨胀机、至少一液氧增压泵、至少一液空增压泵及若干减压设备；所述的空气增压***包含主空气压缩机及至少一空气增压机；
(c)将原料空气经主空气压缩机、空气预冷设备、空气纯化设备、换热设备导入到第一塔的第一空气输入管路；将原料空气经主空气压缩机、空气预冷设备、空气纯化设备、自换热设备中部引出，再经空气膨胀机，导入到第一塔的第二空气输入管路；该第二空气输入管路在进入换热设备前还分设有第三空气输入管路，该第三空气输入管路直接通过换热设备，经减压设备连通第一塔或第二塔；
(d)将主冷凝蒸发设备的液氧经至少一液氧增压泵，再经换热设备引出的液氧产品导出管路；
还包含：空气产品导出管路，该空气产品导出管路连通所述第一塔的底部或第三空气输入管路，该空气产品导出管路上设置有至少一液空增压泵，用于将来自第三空气输入管路的至少部分液化的原料空气或自第一塔底部引出的富氧液空增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的空气产品。
较佳地，所述的空气膨胀机通过设置膨胀增压机制动，第三空气输入管路经膨胀增压机，再经换热设备、减压设备连通第一塔。
较佳地，还包含第四空气输入管路，该第四空气输入管路自连通减压设备与第一塔之间的第三空气输入管路引出，经节流阀连通至第二塔。
较佳地，所述的第四空气输入管路还分设有第五空气输入管路，该第五空气输入管路与空气产品导出管路连通，经液空增压泵，换热设备引出，输出高压或超高压空气产品。
较佳地，所述的第五空气输入管路上还设置有第一调节阀，用于控制空气流股的流量和流速；所述的空气产品导出管路上还设置有第二调节阀，用于控制富氧液空的流量和流速。
较佳地，还包含：将第一塔顶部的液氮通过换热设备换热汽化以制备第一氮气产品的第一氮气产品导出管路；或，至少一液氮增压泵，及，将第一塔顶部抽出的液氮先通过至少一液氮增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备第二氮气产品的第二氮气产品导出管路；或，将第二塔顶部的氮气经换热设备引出的第三氮气产品导出管路。
较佳地，在第一塔及第二塔之间还设置有将第一塔的污液氮经节流阀引入到第二塔的污液氮管路。
较佳地，还包含自第二塔中将污氮气经换热设备引出的污氮气管路。
本发明提供的高压或超高压空气产品的生产方法，利用现有的深冷精馏工艺设备，根据客户的需求，将精馏塔精馏的富氧液空，或，将原料空气增压、降温使得至少部分液化，或，将富氧液空与至少部分液化的原料空气按需要的比例混合，通过液空增压泵增压至需要的高压或超高压，再沿空气产品导出管路，经换热设备换热汽化后，导出高压或超高压的空气产品。本发明无需设置额外的空气压缩机或被动地提高空气增压机的排压，极大地降低了生产成本，具有更高的能效水平。
附图的简要说明
图1为本发明的一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***的结构示意图，其中，空气产品导出管路113同时与第五空气输入管路105及富氧液空底部连通。
图2为本发明的另一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***的结构示意图，其中，空气产品导出管路113仅与第五空气输入管路105连通。
实现本发明的最佳方式
以下结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
在本发明中，术语“原料空气”指主要包含氧和氮的混合物。
术语“污氮气”是指氮含量一般不低于95％的气态流体；术语“污液氮”指氮含量一般大于95％的液态流体，以上均以摩尔百分比计。
术语“富氧液空”指氧的含量大于30％的液态流体；术语“液态空气”指氧的含量不大于30％的液态流体；术语“液氧”是指氧的含量大于99％的液态流体，并且“液氧”中氧的含量高于“富氧液空”，以上均以摩尔百分比计。
术语“中压”的压力范围为5-30bara，“高压”的压力范围为30-80bara，“超高压”的压力范围超过80bara。
本发明中“第一压力范围”与第一塔(中压塔)的工作压力范围一致，一般为5-6.5bara，位于常压下的原料空气可以通过主空气压缩机压缩而达到此一压力范围。“第二压力范围”与第二塔(低压塔)的工作压力范围一致，一般为1.1-1.5bara。“第三压力范围”是将位于第一压力范围的原料空气经空气增压机增压后达到的压力范围，一般为40～60bara。“第四压力范围”是将位于第三压力范围的原料空气经膨胀增压机进一步增压所达到，一般为60～75bara。位于第三和第四压力范围的原料空气需能够在换热设备中与增压后的液氧换热并使之蒸发汽化，因此它的具体压力由需要汽化的液氧的压力所决定。
本发明的深冷精馏是至少部分在温度为150K或低于150K下进行的精馏方法。此处的“塔”意指一蒸馏或分馏塔或区，其中液相和气相逆流接触以有效地分离流体混合物。本发明中的“第一塔”的操作压力一般为5～6.5bara，高于“第二塔”的一般操作压力1.1～1.5bara。第二塔可以垂直地安装在第一塔顶部或两个塔并排安装。“第一塔”一般也被称为中压塔或下塔，“第二塔”一般也被称为低压塔或上塔。主冷凝蒸发设备一般位于“第二塔”的底部，它可以使第一塔顶部产生的纯氮气经与第二塔底部产生的纯液氧换热冷凝后在第一塔的顶部得到纯液氮，同时将纯液氧部分蒸发。主冷凝蒸发设备的种类包括管壳式，降膜式，浸浴式等，本发明中可采用浸浴式冷凝蒸发器。
本发明中的空气预冷设备用来将主空气压缩机排出的高温空气(70-120℃)预冷到适合进入空气纯化设备的温度(一般为10-25℃)。高温空气一般在空冷塔中与普通循环冷却水及低温的水(一般为5-20℃)接触换热从而达到冷却的目的。低温的水可以通过将普通循环冷却水与由空分设备产生的气体产品或副产品，比如污氮气接触换热或通过冷冻机来获得。
空气纯化设备是指将空气中的灰尘、水蒸汽、CO2、碳氢化合物等去除的净化装置。在本发明中一般采用变压吸附的方式，其中的吸附剂可选择地为分子筛加氧化铝或仅用分子筛。
在主换热器中，经过压缩、预冷、纯化的原料空气和精馏产生的气体和/或液体产品进行非接触换热，并被冷却到接近或等于第一塔的精馏温度，一般低于150K。常见的主换热器包括分体式或一体式等方式。主换热器根据适合的压力范围分为高压(＞20bara压力)和低压(＜20bara压力)换热器。本发明中可同时使用高压板式换热器和低压板式换热器或整体组合式换热器。
本发明提供的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其是利用现有的深冷精馏工艺装置，增设空气产品导出管路及至少一液空增压泵，生产高压或超高压的空气产品的空分***。
如图1所示，本发明的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***包含
(a)精馏塔，其包含具有第一压力的第一塔11(中压塔)、具有第二压力的第二塔12(低压塔)及设置在第二塔12底部的主冷凝蒸发设备13；在第一塔11及第二塔12之间设置有将第一塔11顶部的液氮，经节流阀14导入到第二塔12的液氮管路111、将第一塔11底部的富氧液空经节流阀14导入到第二塔12的富氧液空管路112；
(b)至少一空气增压***、至少一空气预冷设备40、至少一空气纯化设备50、至少一换热设备、至少一空气膨胀机1021、至少一液氧增压泵1311、至少一液空增压泵1131及若干减压设备；所述的空气增压***包含主空气压缩机21及至少一空气增压机22；
(c)将原料空气经主空气压缩机21、空气预冷设备40、空气纯化设备50、换热设备导入到第一塔11的第一空气输入管路101；将原料空气经主空气压缩机21、空气预冷设备40、空气纯化设备50、换热设备，并自换热设备中部引出(该中部并不限制从换热设备的正中，而是指未完全通过换热设备即引出该不完全液化的空气)，再经空气膨胀机1021(其通过设置膨胀增压机1031制动)，导入到第一塔11的第二空气输入管路102；该第二空气输入管路102在进入换热设备前还分设有第三空气输入管路103，该第三空气输入管路103经膨胀增压机1031，再经换热设备、减压设备连通第一塔11；
(d)将主冷凝蒸发设备13的液氧经至少一液氧增压泵1311，再经换热设备引出的液氧产品导出管路131；
(e)空气产品导出管路113，其连通所述第一塔11的底部或第三空气输入管路103，该空气产品导出管路113上设置有至少一液空增压泵1131，自第一塔11底部引出的富氧液空和/或自第三空气输入管路103引出的至少部分液化的原料空气，经至少一液空增压泵1131增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的高压或超高压空气产品，该空气产品可以是富氧液空、原料空气或富氧液空与原料空气的混合物。
一些实施例中，自减压设备与第一塔11之间的第三空气输入管路103还引出第四空气输入管路104，其经节流阀14连通至第二塔12，直接向第二塔12中输入液化的原料空气。
一些实施例中，所述的第四空气输入管路104还分设有第五空气输入管路105，其与空气产品导出管路113连通，将自第三空气输入管路103引出的至少部分液化的原料空气导入到空气产品导出管路113中，使之与富氧液空混合，经至少一液空增压泵1131增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的高压或超高压空气产品，该空气产品为富氧液空与原料空气的混合物。
一些实施例中，所述的第五空气输入管路105上还设置有第一调节阀1051，用于控制空气流股的流量和流速，可控制原料空气与富氧液空的混合比例，以获得需要的富氧比例的空气产品。在需要的时候还可通过关闭该第一调节阀1051，使得该空气产品导出管路113只输出富氧液空。
一些实施例中，所述的空气产品导出管路113上还设置有第二调节阀1132，用于控制富氧液空的流量和流速，可控制原料空气与富氧液空的混合比例，以获得需要富氧比例的空气产品。在需要的时候还可通过关闭该第二调节阀1132，使得该空气产品导出管路113只输出高压或超高压的原料空气
一些实施例中，所述的第五空气输入管路105上设置有第一调节阀1051，且，空气产品导出管路113上还设置有第二调节阀1132，以精确地调配空气产品中富氧的比例，满足客户的不同需求。
一些实施例中，空分***还包含：将第一塔11顶部的液氮通过换热设备换热汽化以制备第一氮气产品的第一氮气产品导出管路115。
一些实施例中，空分***还包含：至少一液氮增压泵1161，及，将第一塔11顶部抽出的液氮先通过至少一液氮增压泵1161加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备第二氮气产品的第二氮气产品导出管路116。
一些实施例中，空分***还包含：将第二塔12顶部的氮气经换热设备引出的第三氮气产品导出管路121。
一些实施例中，空分***还包含：自第二塔12中将污氮气经换热设备引出的污氮气管路122。
一些实施例中，在第一塔11及第二塔12之间还设置有将第一塔11的污液氮经节流阀14引入到第二塔12的污液氮管路114。
一些实施例中，所述的换热设备包含低压板式换热器31和高压板式换热器32，作为主换热器。
一些实施例中，所述的换热设备选用整体组合式换热器作为主换热器。
一些实施例中，所述的换热设备还包含过冷器33，用于进入第二塔12的回流液与第二塔12精馏的气体或液体产品换热。
一些实施例中，所述的减压设备选择节流阀或液体膨胀机1032。
一些实施例中，第二空气输入管路102中的空气膨胀机1021通过发电机制动。所述的第二空气输入管路102在进入换热设备前还分设有第三空气输入管路103，该第三空气输入管路103直接完全通过换热设备，经减压设备连通第一塔11或第二塔12。
一些实施例中，空气产品导出管路113只连通第三空气输入管路103(不与第一塔11的底部连通)，该空气产品导出管路113上设置有至少一液空增压泵1131，自第三空气输入管路103引出的至少部分液化的原料空气经至少一液空增压泵1131增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的高压或超高压空气产品，该空气产品为高压或超高压原料空气。
一些实施例中，如图2所示，空气产品导出管路113只连通第五空气输入管路105，不与第一塔11的底部连通，即不导出富氧液空。该空气产品导出管路113上设置有至少一液空增压泵1131，自第五空气输入管路105引出的至少部分液化的原料空气经至少一液空增压泵1131增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的高压或超高压空气产品，该空气产品为高压或超高压原料空气。
一些实施例中，第五空气输入管路105上还设置有第一调节阀1051，以控制原料空气的流量和流速。
以下结合实施例具体说明采用本发明的空***生产高压或超高压空气产品的方法。
实施例1
原料空气(1bara)依次通过主空气压缩机21增压至6bara(第一压力范围)，空气预冷设备40预冷，空气纯化设备50纯化后，分出一部分作为第一空气流股，沿第一空气输入管路101，经换热设备(低压板式换热器31)与精馏产生的气体或液体产品(如，自第一塔顶部导出的液氮、和/或、自第二塔顶部导出的液氮、和/或、自第二塔上部导出的污液氮)换热，冷却后(6bara)导入到第一塔11中精馏；另一部分经空气增压机22增压至50bara(第三压力范围)，再分出第二空气流股及第三空气流股：第二空气流股沿第二空气输入管路102，经换热设备(高压板式换热器32)与精馏产生的气体或液体产品换热(如，来自主冷凝蒸发设备的液氧、和/或、来自第一塔顶部的液氮、和/或、来自空气产品导出管路的高压或超高压空气产品)，从换热设备(高压板式换热器32)中部导出，经空气膨胀机1021降压至6bara(第一压力范围)，再导入到第一塔11中进行精馏；第三空气流股沿第三空气输入管路103，先通过膨胀增压机1031增压至70bara(第四压力范围)，再进入换热设备(高压板式换热器32)与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后，通过减压设备(液体膨胀机1032)膨胀降压至6bara(第一压力范围)，再导入到第一塔11。
降压至第一压力范围的第三空气流股还分设有第四空气流股，该第四空气流股沿第四空气输入管路104，先经过冷器33降温呈过冷液态空气，再经节流阀14节流降压至1.2bara(第二压力范围)后导入到第二塔12中作为回流液。
所述的第四空气流股还分设有第五空气流股，该第五空气流股与空气产品导出管路113连通，并通第一调节阀1132控制第五空气流股的流量和流速。
自第一塔底部导出的富氧液空和第五空气流股在空气产品导出管路113中混合，通过第一调节阀1051、第二调节阀1132调节富氧液空与原料空气的比例，以精确地调配空气产品中富氧的比例，再经液空增压泵1131增压至80bara，再经换热设备(高压板式换热器32)换热汽化，获得需要的高压或超高压空气产品(80bara空气产品)，满足客户的不同需求。
一些实施例，精馏塔中，通过液氮管路111将第一塔11顶部的液氮(5.5bara LIN)导出，经过冷器33降温，节流阀14降压至1.1bara，导入到第二塔12中作为回流液，进行精馏。
一些实施例，精馏塔中，通过富氧液空管路112将第一塔11底部的富氧液空(6bara)导出，经过冷器33降温，节流阀14降压至1.3bara导入到第二塔12中作为回流液，进行精馏。
一些实施例，精馏塔中，通过污液氮管路114从第一塔11中抽出污液氮(5.8bara)，节流阀14降压至1.1bara，导入到第二塔12中，作为回流液，进行精馏。
一些实施例中，从主冷凝蒸发设备13抽取液氧(2bara)，沿液氧产品导出管路131，通过液氧增压泵1311加压至需要的压力(如，80bara)，再经换热设备(高压板式换热器32)换热汽化，制备80bara的高压氧气产品。
一些实施例中，从第一塔11的顶部抽出液氮(5.5bara)，沿第一氮气产品导出管路115，直接通过换热设备(低压板式换热器31)换热汽化制备5bara的低压高纯氮气(第一氮气产品)。
一些实施例中，从第一塔11的顶部抽出液氮(5.5bara)，沿第二氮气产品导出管路116，先通过液氮增压泵1161加压至需要的压力(如50bara)，再经换热设备(高压板式换热器32)换热汽化，制备50bara的第二氮气产品。
一些实施例中，从第二塔12的顶部抽出超低压氮气(1.1bara)，经换热设备(过冷器33及低压板式换热器31)复热，制备1.05bara的超低压氮气(第三氮气产品)。
一些实施例中，从第二塔12的上部抽出污氮气(1.1bara)，经换热设备(过冷器33及低压板式换热器31)复热，获得1.05bara的超低压污氮气(污氮气产品)。
实施例2
利用深冷精馏工艺***制备高压或超高压的空气：如图2所示，第五空气流股沿第五空气输入管路105，通过第一调节阀1051控制流速和流量，在空气产品导出管路113中，经液空增压泵1131增压至高压或超高压，经换热设备，(高压板式换热器32)换热汽化，获得需要的高压或超高压空气产品，该空气产品为增压的原料空气。
一些实施例中，降压至第一压力范围的第三空气流股可选地通过第一调节阀1051控制流速和流量，在空气产品导出管路113中，经液空增压泵1131增压至高压或超高压，经换热设备换热(高压板式换热器32)换热汽化，获得需要的高压或超高压空气产品，该空气产品为增压的原料空气。
总上所述，本发明在现有的深冷精馏工艺设备中增设空气产品导出管路及至少一液空增压泵，利用现有精馏设备精馏制备富氧液空，还可利用精馏产生的气体或液体产品将原料空气增压、降温使其至少部分液化，还可根据客户的需求，调配原料空气与富氧液空的比例，通过液空增压泵增压至需要的高压或超高压，再沿空气产品导出管路，经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热汽化后，导出高压或超高压的空气产品。本发明无需设置额外的空气压缩机或被动地提高空气增压机的排压，极大地降低了生产成本，具有更高的能效水平。采用本发明的方法，尤其是在需要生产少量的高压/超高压空气产品时，还可提高装置的稳定性。由于流量较小，传统方法需采用活塞压缩机，而本发明采用的低温液空泵具有比活塞压缩机更高的可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (26)

1.一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，包含：
(a)提供一种用于制备氮气产品和/或氧气产品的空分***，其包含：精馏塔、至少一空气增压***、至少一空气预冷设备、至少一空气纯化设备、至少一换热设备，其中，所述的精馏塔包含具有第一压力的第一塔、具有第二压力的第二塔及设置在第二塔底部的主冷凝蒸发设备；所述的空气增压***包含主空气压缩机、至少一空气增压机；
(b)原料空气依次通过主空气压缩机增压至第一压力范围，空气预冷设备预冷，空气纯化设备纯化后，分出一部分作为第一空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后导入到第一塔中精馏；另一部分经空气增压机增压至第三压力范围，再分出第二空气流股及第三空气流股，第二空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，从换热设备中部导出，经空气膨胀机降压至第一压力范围，再导入到第一塔中进行精馏；第三空气流股经换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后，降压至第一压力范围导入到第一塔或降压至第二压力范围导入到第二塔；
(c)提供液氮管路、富氧液空管路，分别将第一塔顶部的液氮、第一塔底部的富氧液空导入到第二塔中作为回流液，进行精馏；
其特征在于，该方法还包含：
提供空气产品导出管路，在该空气产品导出管路上设置至少一液空增压泵，通过空气产品导出管路自第一塔底部导出富氧液空或来自第三空气流股的至少部分液化的原料空气，经液空增压泵增压至目标压力，再经换热设备换热汽化，获得需要的空气产品。
2.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的空气膨胀机采用膨胀增压机制动，所述第三空气流股先通过该膨胀增压机增压至第四压力范围，再进入换热设备与精馏产生的气体或液体产品换热，冷却后，通过减压设备降压至第一压力范围，再导入到第一塔。
3.如权利要求2所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的减压设备为节流阀或液体膨胀机。
4.如权利要求3所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的液体膨胀机通过发电机制动。
5.如权利要求2所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，降压至第一压力范围的第三空气流股还分设有第四空气流股，该第四空气流股经节流阀节流降压至第二压力范围后导入到第二塔中。
6.如权利要求5所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的第四空气流股还分设有第五空气流股，该第五空气流股与空气产品导出管路连通，并通过第一调节阀控制第五空气流股的流量和流速。
7.如权利要求1或6所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，在空气产品导出管路还设置第二调节阀，以控制富氧液空的流量和流速。
8.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的换热设备包含低压板式换热器和高压板式换热器，或整体组合式换热器。
9.如权利要求8所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，所述的换热设备还包含过冷器，进入第二塔的回流液与第二塔精馏的气体或液体产品通过该过冷器换热。
10.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，该方法还包含：从第一塔中抽出污液氮，导入到第二塔中，作为回流液。
11.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，该方法还包含：从主冷凝蒸发设备抽取液氧，通过液氧增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备氧气产品。
12.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，该方法还包含：从第一塔的顶部抽出液氮，直接通过换热设备换热汽化制备第一氮气产品；或，从第一塔的顶部抽出液氮先通过液氮增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备第二氮气产品。
13.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，该方法还包含：从第二塔的顶部抽出超低压氮气，经换热设备复热，制备第三氮气产品。
14.如权利要求1所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的方法，其特征在于，该方法还包含：从第二塔的上部抽出污氮气，经换热设备复热，获得污氮气产品。
15.一种基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，该空分***包含：
(a)精馏塔，其包含具有第一压力的第一塔、具有第二压力的第二塔及设置在第二塔底部的主冷凝蒸发设备；在第一塔及第二塔之间设置有将第一塔顶部的液氮，经节流阀导入到第二塔的液氮管路、将第一塔底部的富氧液空经节流阀导入到第二塔的富氧液空管路；
(b)至少一空气增压***、至少一空气预冷设备、至少一空气纯化设备、至少一换热设备、至少一空气膨胀机、至少一液氧增压泵、至少一液空增压泵及若干减压设备；所述的空气增压***包含主空气压缩机及至少一空气增压机；
(c)将原料空气经主空气压缩机、空气预冷设备、空气纯化设备、换热设备导入到第一塔的第一空气输入管路；将原料空气经主空气压缩机、空气预冷设备、空气纯化设备、自换热设备中部引出，再经空气膨胀机，导入到第一塔的第二空气输入管路；该第二空气输入管路在进入换热设备前还分设有第三空气输入管路，该第三空气输入管路直接通过换热设备，经减压设备连通第一塔或第二塔；
(d)将主冷凝蒸发设备的液氧经至少一液氧增压泵，再经换热设备引出的液氧产品导出管路；
其特征在于，还包含：空气产品导出管路，该空气产品导出管路连通所述第一塔的底部或第三空气输入管路，该空气产品导出管路上设置有至少一液空增压泵，用于将来自第三空气输入管路的至少部分液化的原料空气或自第一塔底部引出的富氧液空增压至目标压力，经换热设备换热汽化，输出需要的空气产品。
16.如权利要求15所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的空气膨胀机通过设置膨胀增压机制动，第三空气输入管路经膨胀增压机，再经换热设备、减压设备连通第一塔。
17.如权利要求16所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，还包含第四空气输入管路，该第四空气输入管路自连通减压设备与第一塔之间的第三空气输入管路引出，经节流阀连通至第二塔。
18.如权利要求17所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的减压设备选择节流阀或液体膨胀机。
19.如权利要求17所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的第四空气输入管路还分设有第五空气输入管路，该第五空气输入管路与空气产品导出管路连通，经液空增压泵，换热设备引出，输出需要的空气产品。
20.如权利要求19所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的第五空气输入管路上还设置有第一调节阀，用于控制流经第五空气输入管路的空气流股的流量和流速。
21.如权利要求15或20所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的空气产品导出管路上还设置有第二调节阀，用于控制富氧液空的流量和流速。
22.如权利要求15所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，还包含：将第一塔顶部的液氮通过换热设备换热汽化以制备第一氮气产品的第一氮气产品导出管路；或，至少一液氮增压泵，及，将第一塔顶部抽出的液氮先通过至少一液氮增压泵加压至需要的压力，再经换热设备换热汽化，制备第二氮气产品的第二氮气产品导出管路；或，将第二塔顶部的氮气经换热设备引出的第三氮气产品导出管路。
23.如权利要求15或22所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，在第一塔及第二塔之间还设置有将第一塔的污液氮经节流阀引入到第二塔的污液氮管路。
24.如权利要求23所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，还包含自第二塔中将污氮气经换热设备引出的污氮气管路。
25.如权利要求15所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的换热设备包含高压板式换热器和低压板式换热器，或整体组合式换热器。
26.如权利要求25所述的基于深冷精馏工艺生产空气产品的空分***，其特征在于，所述的换热设备还包含过冷器，用于进入第二塔的回流液与第二塔精馏的气体或液体产品换热。
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