TW202413867A - 低溫空氣精餾系統、控制單元、空氣分離單元、及低溫分離空氣之方法 - Google Patents

低溫空氣精餾系統、控制單元、空氣分離單元、及低溫分離空氣之方法 Download PDF

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Abstract

本發明係關於一種低溫空氣精餾系統(10)，其包含一高壓塔(11)、一低壓塔(12)、及耦接至一冷凝器蒸發器(13.1)之一氬移除單元(13)，其中該系統(10)經組態以將來自該低壓塔(12)之一氧區段(12.4)上方之一位置的氣體作為一氬移除饋入氣體傳遞至該氬移除單元(13)之一下部區域，其中該系統(10)經組態以在該冷凝器蒸發器(13.1)中冷凝來自該氬移除單元(13)之一上部區域的氣體以形成冷凝物，其中該系統(10)經組態以將來自該氬移除單元(13)之該上部區域之頂部的進一步氣體傳遞出該系統(10)，且其中該系統(10)經組態以將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元(13)之該上部區域。該系統(10)包含一控制單元(20)，該控制單元經組態以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元(13)之該上部區域之該頂部傳遞出該系統(10)的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數。該冷凝器蒸發器(13.1)經組態以至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且該系統(10)經組態以將該蒸發氣體或其一部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中。一種控制單元(20)、一種空氣分離單元(100)、及一種低溫分離饋入空氣之方法亦係本發明之部分。

Description

低溫空氣精餾系統、控制單元、空氣分離單元、及低溫分離空氣之方法
本發明係關於一種低溫空氣精餾系統、一種控制單元、一種空氣分離單元、及一種低溫分離空氣之方法。
藉由在空氣分離單元(air separation unit, ASU)中低溫分離饋入空氣來生產液體或氣體之空氣產品已為熟知且描述於例如教科書中，諸如H.-W. Häring (ed.), Industrial Gases Processing, Wiley-VCH, 2006，尤其是第2.2.5節「Cryogenic Rectification」。
空氣分離單元可包括精餾塔系統，該等精餾塔系統經提供作為例如兩塔式系統（尤其雙塔系統），諸如典型Linde雙塔系統，但亦作為單塔、三塔、或多塔系統。除了回收液態及/或氣態之氮及/或氧的精餾塔（亦即，用於氮-氧分離之精餾塔）以外，此類精餾塔系統亦可包含用於回收其他空氣組分（尤其是惰性氣體）的精餾塔。
剛提及之精餾塔系統之精餾塔可在不同壓力範圍內操作。已知的雙塔系統可包含所謂的壓力塔（亦稱為高壓塔、中壓塔、或下部塔）及所謂的低壓塔（上部塔）。高壓塔一般在4至7巴之壓力範圍內（尤其在約5.3巴）操作，而低壓塔在一般1至2巴之壓力範圍內（尤其在約1.4巴）操作。在某些情況下，較高壓力亦可用於兩種精餾塔中。此處及下文所給定之壓力是在各別塔之頂部處的絕對壓力。
在US 10,845,118 B2中（先前已公開為US 2017/051971 A1），揭示精餾塔系統及用於藉由低溫分餾空氣而生產氧的單元。精餾塔系統包含高壓塔及低壓塔、主冷凝器、及具有頂部冷凝器之氬（移除）塔。低壓塔包含上部質量傳遞區域、下部質量傳遞區域、及中間質量傳遞區域。氬（移除）塔之頂部冷凝器經配置在下部質量傳遞區域與中間質量傳遞區域之間的低壓塔內，且經組態作為強制流動冷凝器蒸發器。
EP 1 522 808 A1揭示一種低溫空氣分離系統，其經報導以最佳化氬之回收。該系統包括空氣進氣、高壓蒸餾塔、低壓蒸餾塔、粗製氬蒸餾塔、及控制器，該控制器自動控制原料氬流之組成物以減少氧濃度，同時防止氮濃度超過所選取值。該控制器亦控制該粗製氬流之組成物直到氧濃度達到所選取值。該控制器可包括多變數預測控制器。
本發明之目的是改善此類類型之空氣分離單元的構造及操作，尤其係關於資本及操作費用、能量效率、及控制的便利性與靈活性。
在此背景下，提供包含獨立請求項特徵的一種低溫空氣精餾系統、一種控制單元、一種空氣分離單元、及一種低溫分離饋入空氣之方法。本發明之較佳實施例係附屬請求項及以下描述之主題。
在本文中使用上方、下方、相鄰、並排、旁邊、垂直、水平等之絕對及相對空間及定向用語，以指示正常操作中之組件、區域、單元等的相對及絕對空間定位。若在本文中將一個組件、區域、或單元描述為被配置在另一組件、區域、或單元上方，則此應指該兩個組件、區域、或單元之在下方者之上端係在與該兩個組件、區域、或單元之在上方者之下端的較低或相同的測地學高度處，且該兩個組件、區域、或單元之投影在水平平面中重疊。具體而言，該兩個組件、區域、或單元可彼此準確地定位在彼此上方，亦即，垂直於該水平平面的該兩個組件、區域、或單元的軸在相同的垂直直線上。然而，該兩個組件、區域、或單元之軸不必彼此準確垂直，而是亦可彼此偏移，尤其若該兩個組件、區域、或單元之一者（例如，精餾塔或具有較小直徑的塔部分）與具有較大直徑之另一者與冷箱之壁具有相同的距離。
若在本文中提及下部、上部、及中間組件、區域、或單元，此係意欲表達中間組件、區域、或單元經配置在下部組件、區域、或單元上方，且上部組件、區域、或單元經配置在中間組件、區域、或單元上方。在下文中，用語「側向(sideways)」或「並排(side-by-side)」係關於其中下端與上端之間的兩個組件、區域、或單元之延伸部至少部分地重疊，且該兩個組件、區域、或單元之該等突出部尤其在水平平面不重疊，但是在垂直平面中至少部分地重疊。
空氣分離單元可包括所謂的冷凝器蒸發器。例如，空氣分離單元之主冷凝器可經提供作為冷凝器蒸發器。用語冷凝器蒸發器(condenser evaporator)係指其中第一冷凝流體流與第二蒸發流體流進入間接熱交換的熱交換器。每一冷凝器蒸發器分別包含液化空間以及由液化通道及蒸發通道組成之蒸發空間。在液化空間中，進行第一流體流之冷凝（液化），且在蒸發空間中，進行第二流體流之蒸發。蒸發空間及液化空間係藉由彼此呈熱交換關係之通道的群組所形成。本文中，若提及蒸發或液化，此亦應包括部分蒸發及液化。經常，使用用語冷凝器(condenser)及蒸發器(evaporator)，而非技術上正確的用語冷凝器蒸發器。
至於不同類型之冷凝器蒸發器及用於空氣分離單元中之其他設備，特定參考專家文獻，諸如Häring（參見上文）章節2.2.5.6「Apparatus」。一般而言，所謂的空氣分離單元之主冷凝器經組態作為浴蒸發器，尤其作為如EP 1 287 302 B1中所述之級聯蒸發器。浴及級聯蒸發器係特定類型之冷凝器蒸發器。該等冷凝器蒸發器可由單一熱交換器區塊，否則由配置在共同壓力容器中的複數個熱交換器區塊所形成。
在所謂的強制流動冷凝器蒸發器中，液體流被強制（而非由於熱虹吸效應而吸引）通過蒸發空間（尤其在其自身壓力下）且在其中部分地蒸發。例如藉由在往蒸發空間的入口管道中之液體塔產生此壓力。接著，此液體塔之高度可對應於或超過蒸發空間中之壓降。離開蒸發空間經相分離的雙相流體可直接向前傳遞，且更具體而言，未引入至冷凝器蒸發器之液體浴中，保持呈液體形式的部分再次從冷凝器蒸發器被吸引。此尤其是對於所謂的直流強制流動冷凝器蒸發器的情況，其中用語「強制流動(forced-flow)」冷凝器蒸發器及「直流(once through)」強制流動冷凝器蒸發器在本文中亦可用作為同義詞。
具有粗製及純氬塔之空氣分離單元可用於氬生產。Häring（參見上文）在圖2.3A中及從第26頁在章節「Rectification in the Low-pressure, Crude and Pure Argon Column」中及從第29頁在章節「Cryogenic Production of Pure Argon」中的描述說明一個實例。如所解釋，在低壓塔中之某一高度處氬累積或達到濃度最大值。在此或另一有利點，可能亦低於氬最大值（所謂的氬轉變），含一般5至15莫耳百分比之氬濃度的富氬氣體可從低壓塔中抽出並轉移到粗製氬塔中。此氣體一般通常含有約100 ppm氮且除此以外基本上係氧。
用語氧區段(oxygen section)及氬區段(argon section)通常用於低溫空氣分離之領域中且因此所屬技術領域中具有通常知識者容易理解。如例如關於Häring（參見上文）之圖2.4所解釋，儘管周圍空氣之氬濃度相當小（小於1百分比），但對於低壓塔之濃度分布具有強烈影響。因此，將低壓塔中之分離描述為二元氧-氮精餾（其中氬之存在僅代表輕微擾動）並不適當。此係因為在具有約30至40個理論塔盤的低壓塔之最低區段（所謂的氧區段）中，氧與氬之間的基本上純二元分離發生。在此區段之上端處，其中氬含量到達其最大值且其中往粗製氬塔（若存在）的饋入氣體被抽出，二元氧-氬精餾在幾個理論塔盤內轉變為三元精餾。
即使未在空氣分離單元中進行氬生產，仍然可證明從低壓塔移除氬係有利的。如所提及，當使用粗製氬塔時，進行對應的氬移除，因為在富氬氣體係從低壓塔轉移至粗製氬塔，但基本上僅含在於此氣體中的氧返回至低壓塔。相比之下，排出之氬與對應的萃取氣體一起從低壓塔中永久移除。
本文中一般理解用語氬移除(argon removal)意指含氬之氣體從低壓塔或在低壓塔中傳遞至專用分離單元，且在氬耗盡之後，富氧液體至少部分地從此專用分離單元返回至低壓塔。移除氬的典型方式係使用粗製氬塔。然而，下文所解釋的氬移除塔亦可用於此方面。因此，用語「氬塔(argon column)」可在此處用作為用於氬排放塔、全範圍粗製氬塔、及其等之間的所有中間階段的傘式用語。
氬移除之有利效應係由於移除氬不再需要氧及氬分離的事實。在低壓塔本身中之氧及氬分離被認為在操作費用方面成本高昂，並需要主冷凝器之對應加熱能力。藉由在專用氬移除單元中移除氬，對應之氬量不再必須在氧區段中分離，且可減少主冷凝器之加熱能力。因此，同時維持相同的氧產率，例如可將更多的空氣注入至低壓塔中，或可從高壓塔移除更多加壓氮，其各者皆可提供能量優勢。
如所解釋，在習知粗製氬塔中，獲得粗製氬且在下游純氬塔中處理成純氬。另一方面，氬移除塔主要用於移除氬以用於改善低壓塔中之分離的目的。原則上，氬移除塔可在此處理解為用於分離氧及氬之精餾塔，其不用於獲得純氬產物，但基本上用於從低壓塔去除氬。
原則上，氬移除塔之設計僅略微不同於習知粗製氬塔之設計。然而，氬移除塔一般含有顯著更少的理論塔盤，亦即小於40個，尤其在15個與30個之間。如同習知粗製氬塔，氬移除塔之集槽區段尤其可連接至低壓塔之中間區段。氬移除塔可經冷卻（尤其憑藉頂部冷凝器），其中從高壓塔抽出之富氧及缺氮液體被部分地蒸發。氬移除塔通常不包含集槽蒸發器。
若需要氬產物（諸如可為本發明之實施例中之情況下），氬移除塔亦可用作為粗製氬塔，其中在頂部獲得缺氧或無氧粗製氬產物。粗製氬產物可從系統抽出或傳送至在純氬塔中以進行進一步處理。
在已在上文提及之US 10,845,118 B2中，具有頂部冷凝器的氬（移除）塔經配置在低壓塔內。氬（移除）塔之頂部冷凝器可經組態為強制流動（直流）冷凝器蒸發器，且在其上端處，蒸發空間可與低壓塔之內部流體連通，使得其中生產的氣體可傳遞至上部塔區域中。氬（移除）塔的頂部冷凝器不必然配置在氬移除塔上方的中間（若氬（移除）塔係全部或部分安裝於低壓塔中）。替代地，利用低壓塔的整個截面係可行的。本發明之實施例亦可包含對應的特徵。在下文中，當提及本發明之實施例及不形成本發明之部分的組態時，用語氬移除單元(argon removal unit)用以涵蓋整合在低壓塔中的氬移除塔（因此非經提供作為相異塔），但亦涵蓋相異的氬移除塔。在所有情況下，氬移除單元亦可用於最終形成氬產物，如上文針對氬移除塔所解釋。
若將氬移除單元整合至低壓塔中，則其質量傳遞結構可配置為側向於低壓塔之進一步質量傳遞結構，形成通常所知的氬區段。此等質量傳遞結構在彼此旁邊的配置可包含其中該等結構被垂直壁劃分的並排配置，或其中一個結構同心地配置在另一個結構內的配置。此亦可係根據本發明之實施例的情況。
雖然原則上，在此一配置中，形成氬移除單元之頂部冷凝器的強制流動冷凝器蒸發器可像標準氬生產或氬移除方法一樣用來自高壓塔（亦即，在高壓塔之集槽收集中的液體）的粗製氧操作，但用從低壓塔之上部塔區域收集的液體進料給氬移除單元之頂部冷凝器的蒸發空間通常亦係可行的。對於此目的，液體收集器可在上部塔區域下方連接至經由進入氬移除單元之頂部冷凝器的蒸發空間的入口從液體收集器引入液體的構件。此尤其亦可係根據本發明之實施例的情況。從上部質量傳遞區段流出之液體可在液體收集器中組合且例如經由管道引入至氬移除單元之頂部冷凝器的蒸發空間中。因此，液體用於冷卻氬移除單元之頂部，尤其在冷凝器蒸發器之強制流動直流組態中。此類液體比來自高壓塔之粗製氧更富含氧，且因此實現在氬移除單元之頂部冷凝器中的較小溫差損失與對應地較小的熱力學損失。
此類配置之主要特徵之一者係，由於事實上在上部塔區域之底部處收集來自基本上整個上部塔區域的液體，所以在液體中之明顯地較高氧含量被蒸發（大約70%，而非來自高壓塔之液體氧流的通常38至40%之氧）。另一重要特徵係，再次由於使用向下流經低壓塔（或其上部塔區域）的整個液體為冷卻介質，所以在蒸發側上之出口處的液體大量過剩（液體分率高於50%）。此亦可係根據本發明之實施例的情況。來自高壓塔的釜液體/粗製氧流（亦即，在其集槽中收集之液體）可引入至低壓塔中（在氬移除單元之冷凝器蒸發器上方的一個分離區段）。此亦可係根據本發明之實施例的情況。
原則上，根據本發明之實施例，使用降膜式冷凝器蒸發器係可行的（而非使用強制流動冷凝器蒸發器），在這種情況下，在上部質量傳遞區段中向下流動的全部或幾乎全部液體同樣地流過降膜式冷凝器蒸發器之蒸發空間。
與最佳化的習知設計相比較，基本上可根據本發明之實施例使用的剛才解釋之循環具有更高的效率。此主要係因為塔之負載較高或由於塔中之氬移除單元之冷凝器蒸發器之更適合位置。具體而言，使用具有大約70%氧之液體允許在冷凝器蒸發器中具有相對小的驅動溫異。此外，在所有操作情況下，由於在冷凝器蒸發器出口的高液體過量，所以無乾涸的危險。
根據本發明，提出一種低溫空氣精餾系統，其包含一高壓塔、一低壓塔、及耦接至一冷凝器蒸發器之一氬移除單元，其中該氬移除單元（尤其連同該冷凝器蒸發器一起）可被提供作為與該低壓塔分離或整合於其中的一精餾塔，如前文所解釋。在這方面，在上文所指示之含義中，使用措詞「與低壓力塔分離(separate from the low pressure column)」，尤其用以指示該低壓塔及該氬移除單元經並排配置，或該氬移除單元經配置在該低壓塔旁邊。更一般地，如本文所理解，對於與該低壓塔分離的一氬移除單元，該低壓塔及該氬移除單元對水平平面的垂直投影不重疊。又換言之，提供圍封該低壓塔之分離結構的一第一（具體而言，部分圓柱形）容器及圍封該氬移除單元之分離結構的第二（同樣具體而言，部分圓柱形）容器。當該氬移除單元整合至該低壓塔中時，圍封該低壓塔之該等分離結構的該容器亦圍封該氬移除單元之該等分離結構。在本文中，用語「分離結構(sepraction structures)」應尤其指表面放大結構，諸如在分離技術及低溫空氣分離領域中通常已知的塔盤及規則或不規則封裝。
所提出之系統經組態以將來自該低壓塔之一氧區段上方之一位置的氣體作為一氬移除饋入氣體傳遞至該氬移除單元之一下部區域，該系統經組態以在該冷凝器蒸發器中冷凝來自該氬移除單元之一上部區域的氣體以形成冷凝物，該系統經組態以將來自該氬移除單元之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統，且該系統經組態以將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元之該上部區域。該系統包含一控制單元，該控制單元經組態以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數。
因此，本揭露之態樣係關於程序控制單元及方法，尤其是使用如所屬技術領域中具有通常知識者通常已知之回授控制原理者。至於本文所使用之用語，參考專家文獻及教科書，例如J. Hahn, T. F. Edgar, 「Process Control Systems」, in Encyclopedia of Physical Science and Technology (Third Edition), 2003。
回授控制之目的係使受控變數之值保持在設定點處或接近該設定點，該設定點亦稱為參考變數。亦即，如本文所使用，用語「受控變數(controlled variable)」被理解為程序變數，該程序變數在（回授）控制方法或單元中維持在特定值或指定範圍內。此通常可藉由使用該設定點與該受控變數之間的差異來判定輸入至回授控制器或控制單元之值來達成。回授控制器依據其設計採取校正動作以減少偏差。此動作可係負回授，因為受操縱變數可以與誤差相反的正負號方向移動。在這方面，控制方法或單元通常可按照一或多個受操縱變數採取行動。因此，在本文中用語「受操縱變數」用於指由控制方法或單元按照其採取行動的程序變數，以使受控變數維持在指定值或指定範圍內。回授控制器可使用可經調整以達成所欲動態效能的使用者指定之參數。通常，控制方法或單元可使用某些輸入，亦即，從外部來源施加至控制方法或單元之刺激以產生特定回應。控制方法或單元可產生某些輸出，亦即，實際回應。在回授控制方法中，回授係關於程序變數之條件的閉迴路控制方法或單元中的資訊。
經提及為從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體可係廢氣體流，亦即，可在該主熱交換器中通過，且接著可被排氣至大氣中。然而，從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體可同樣地用於形成氬產物。其通常可以任何可想像的方式處理，且下文提及的「廢氣體流(waste gas stream)」並不意欲排除其他可能性。然而，通常，從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體不是完全或部分故意地重新引入至氮/氧精餾塔系統中。此顯然不排除被排氣至大氣中的氬分子可被該空氣分離單元之主空氣壓縮機再次吸引。
如本文所提出，該冷凝器蒸發器經組態以至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體。可使用從高壓塔抽出的富氧及缺氮液體作為冷卻劑。在其他組態中，從該低壓塔之該上部塔區域收集之一液體可用作該冷卻劑。在本發明之實施例中，同樣地可使用任何其他合適的冷卻劑或不同冷卻劑混合物，尤其是從精餾塔中之任一者抽出的低溫液體。
如本文中進一步提出，該蒸發氣體或其部分不受控制地（亦即，尤其不受閥或其他流量限制裝置的限制（但在某種程度上受到例如所使用連接之直徑的限制））傳遞至該低壓塔中，尤其是在該低壓塔中流體之組成物（至少在其氧和氮含量上）對應於該蒸發氣體者或在其中以該蒸發氣體饋入是特別有利的一點或饋入位置。不受控制地傳遞至該低壓塔的該蒸發氣體或其部分可被特別地傳遞通過一通道或管道（該通道或管道在該饋入位置處與該低壓塔連接），或其可藉由使其在其一中間區段中升高至一上部區段而傳遞至該低壓塔中。
與此類蒸發氣體經由一受控閥傳遞至該低壓塔中的系統相比，如剛才解釋所組態的系統可以較簡單的設計及較低成本提供。出乎意料地，如藉由本發明所識別，即使省略限制閥亦可實現對應系統的可靠操作，尤其是使用本發明之實施例中所提出之控制機制。
根據本發明之實施例，一冷凝器饋入氣體流可由來自該氬移除單元之該上部區域的氣體形成，且此冷凝器饋入氣體流可被部分地冷凝以形成包括一液相及一氣相之一雙相流。作為回流傳遞至該氬移除單元之該上部區域的冷凝物可尤其係該雙相流之該液相之至少一部分，而從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體可係該氣相之至少一部分。例如可使用虹吸來從冷凝物分離此氣相。然而，在替代實施例中，從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體亦可係不是在形成該雙相流中使用的來自該氬移除單元之該上部區域的該進一步氣體。亦即，在此等替代實施例中，意欲傳遞出該系統之氣體可在該冷凝器上游或下游抽出。
雖然根據本發明實施例之基礎配置通常可對應於前文描述者，但在本發明之態樣尤其係關於控制概念。所提出之控制概念之一特徵係控制該氬移除單元之該冷凝器蒸發器之工作比，且因此控制該氬移除單元之蒸氣負載。驅動溫度差異受到影響，而非該熱傳遞區。藉由調整從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的氣體量，該氬移除單元之該冷凝器蒸發器中的富氬混合物之露點溫度以及在該蒸發側上的富氧流體之氣泡點溫度的濃度相依性被利用以控制該冷凝器蒸發器之工作比，其中尤其如上文所指示從該上部塔區域所收集的液體可被蒸發。
根據本發明之實施例所提供之優點包括不需要超規格設計該氬移除單元之該冷凝器蒸發器之該核心（關於具有熱傳遞圍包(blanketing)之替代控制概念）。此外，在該冷凝器側上不需要大液體閥。可在該冷凝器上游或下游抽出廢氬或用於形成氬產物的氬（「從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的氣體」）。本發明可搭配習知氬移除塔使用。
具體而言，根據本發明之實施例所使用的回授控制結構可係一級聯控制結構，其包括作為一主要控制器的一分析（指示）控制器及作為一次要控制器的一流量（指示）控制器或一手控制器。
使用在該氬移除饋入（亦即，對該氬移除單元之饋入）中之氧含量作為受控變數具有若干優點。第一，在該氬移除饋入中之氧含量與冷凝器工作比存在唯一對應，其允許可靠控制該氬移除單元之該蒸氣負載。第二，由於測量該氬移除饋入中之該氧含量對於具有氬系統之空氣分離單元係強制的，所以不需要額外測量設備。除此外，此類型控制可應用於習知氬移除塔以及如下所說明。
根據本發明之一實施例，因此，一級聯控制結構之主要控制器可經組態以控制該氬移除饋入氣體之該氧含量，且該次要控制器可經組態以使用用於該次要控制器之一流量設定點作為受操縱值，來調整從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的氣體之部分的流量。根據此一實施例，該控制單元可經調適以執行一修整控制，該修整控制包括該流量設定點之一升降（尤其是當使用一流量控制器時）或包括一閥衝程之一升降（若使用一手控制器）。換言之，此組態允許一修整控制（藉由分析指示控制器依經定義間隔手動升降流量設定點及調整流量設定點），且另外在實施例中，亦可使用目前最佳技術之自動負載變化(automatic load change, ALC)。另外，該修整控制可在自動負載變化中用作為一般控制迴路。
根據本發明之一實施例，該低壓塔可包含：一下部塔區域；一中間塔區域，其經配置在該下部塔區域上方；及一上部塔區域，其經配置在該中間塔區域上方，該下部塔區域包括該氧區段，且該中間塔區域包括該氬移除單元之一精餾區段。該下部、中間、及上部塔區域儘管特徵整合在其中且其等被該等塔中之特徵分離，但可在一外塔殼內之連續區域中。在此類組態中，該氬移除單元之該下部區域可包含相對於該氧區段之一上部區域打開的一底部或底側，以允許在該氧區段中上升的一氣體流之一部分進入作為該氬移除饋入氣體。該氬移除單元之該精餾區段可至少部分地配置在與該低壓塔之一氬區段的一共同空間中，該精餾區段包含相對於該氧區段之該上部區域打開的一底部或底側，以允許在該氧區段中上升的該氣體流之一進一步部分進入。
根據本發明之一實施例，該冷凝器蒸發器經配置在該中間塔區域中的該氬移除單元之該精餾區段上方。此允許改善的熱整合，且尤其允許用在該低壓塔之該上部塔區域中收集之液體的構造上改善之饋入，如上文所指示。
在本發明之替代實施例中，該冷凝器蒸發器經配置在該氬移除塔上方以形成配置在該低壓塔之旁邊的一精餾單元。關於用語「在...上方(above)」及「在...旁邊(besides)」，請參考上文之解釋。因此，本發明之此類替代實施例尤其與其中氬移除塔經如剛才解釋組態的本發明之實施例不相關。
具體而言，在本發明之實施例中，該冷凝器蒸發器可係一強制流動冷凝器蒸發器。其可經組態以將從該中間塔區域收集之一液體作為如上文所提及之冷卻劑至少部分地蒸發，以尤其形成所提及之經蒸發氣體及一液體流（其同樣可傳遞至該低壓塔之該氬區段）。若需進一步說明，請參考上文之解釋。在其他實施例中，該冷凝器蒸發器可經組態以將在該高壓塔之一下部區域中收集之一液體（尤其是具有已在上文指示之組成物的其集槽液體）作為冷卻劑至少部分地蒸發。
在本發明之實施例中，已在前文提及，該氬移除單元及該冷凝器蒸發器經提供而與該低壓塔分離。此允許根據本發明之此類實施例的氬移除塔在現有工廠中以對應的組態改裝。
一種經組態以控制一空氣精餾系統的控制單元亦係本發明之部分，該空氣精餾系統包含一高壓塔、一低壓塔、及耦接至一冷凝器蒸發器之一氬移除單元，其中該氬移除單元被提供作為與該低壓塔分離或整合於其中的一精餾塔，其中系統經組態以將來自該低壓塔之一氧區段上方之一位置的氣體作為一氬移除饋入氣體傳遞至該氬移除單元之一下部區域，其中該系統經組態以在該冷凝器蒸發器中冷凝來自該氬移除單元之一上部區域的氣體以形成冷凝物，其中該系統經組態以將來自該氬移除單元之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統，且其中該系統經組態以將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元之該上部區域。所提出之控制單元經組態以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數。此外，在受控制系統中，該冷凝器蒸發器經組態以至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且該受控系統經組態以將該蒸發氣體或其部分不受控制地傳遞至該低壓塔中，尤其如上文所指示。
對於一對應控制單元之進一步實施例，請參考上文之解釋。同樣地，根據本發明，一種經調適以低溫分離饋入空氣且包含如上文所解釋之系統的空氣分離單元可包括對應實施例。
本發明之進一步態樣是一種用於使用一空氣精餾系統低溫分離饋入空氣之方法，該空氣精餾系統包含一高壓塔、一低壓塔、及耦接至一冷凝器蒸發器之一氬移除單元，其中來自該低壓塔之一氧區段上方之一位置的氣體經遞至該氬移除單元之一下部區域作為一氬移除饋入氣體傳，其中在該冷凝器蒸發器中冷凝來自該氬移除單元之一上部區域的氣體以形成冷凝物，其中將來自該氬移除單元之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統，且其中將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元之該上部區域。
使用一控制單元以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數。
在所提出之方法中，在該冷凝器蒸發器中至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且該蒸發氣體或其部分不受控制地傳遞至該低壓塔中。
在該方法中，對於其實施例及優點同樣參考上文解釋，可使用根據上文解釋之實施例中任一者及其組合的空氣整流系統。
圖1以簡化示意程序流程圖展示一空氣分離單元，其可形成本發明之實施例之基礎。空氣分離單元以100指示。
在空氣分離單元100之一壓縮單元1（其可包括如空氣分離領域中通常已知之主空氣壓縮機且可包含分別具有後冷卻器的不同壓縮機單元或壓縮機級）中，經由過濾器從大氣吸引的饋入空氣量被壓縮以形成一饋入空氣流a。亦如在低溫空氣分離領域也通常已知，在一直接接觸冷卻單元2中用水冷卻饋入空氣流a，且（仍然指示為a）供應給一純化單元3，在所繪示實施例中，該純化單元包含兩個吸附器管線，其各自含有兩個吸附容器。在純化單元3中以平行流純化饋入空氣流a，如本身所已知。
經純化之饋入空氣流（仍然指示為a）被細分成部分流b、c、及d。部分流b在不進一步壓縮情況下透過主熱交換器4從暖端傳遞至冷端，然後進入精餾塔系統10之高壓塔11中，該精餾塔系統包含高壓塔11、一低壓塔12、及配置在低壓塔12中的具有一冷凝器蒸發器13.1之一氬移除單元13。更具體而言，低壓塔12包含：一下部塔區域12.1；一中間塔區域12.2，其經配置在下部塔區域12.1上方；及一上部塔區域12.3，其經配置在中間塔區域12.2上方，下部塔區域12.1包括該低壓塔之一氧區段12.4，且中間塔區域12.2包括氬移除單元13之一精餾區段13.2。除了氬移除單元13之精餾區段13.2之外，該低壓塔之一氬區段12.5被配置在中間塔區域12.2中。
部分流c在空氣分離單元100之增壓空氣壓縮機5中被進一步壓縮，且之後，作為焦耳湯姆孫(Joule Thomson)流同樣地透過主熱交換器4從暖端傳遞至冷端，且接著例如使用包含一閥及一密集液體膨脹器的膨脹配置6被膨脹至高壓塔11中。在所示實例中，部分流d在渦輪機增壓配置7中被自增壓，然後被膨脹至該低壓塔中，如藉由連接d所繪示。
來自高壓塔之集槽的富集液體（如用e所繪示）被傳遞通過一低溫冷卻器8且之後膨脹至低壓塔12中。在本身已知的方式中，從高壓塔11的頂部抽出富氮氣體。其一第一部分（以f繪示）在主熱交換器4中呈氣態予以加熱且從空氣分離單元100抽出作為氣態氮產物。在所繪示的實例中，從高壓塔11之頂部抽出的富氮氣體之其餘部分大部分在互連高壓塔11與低壓塔12的一主冷凝器19中被冷凝。因此，所形成之冷凝物之一部分（指示為g）回流至高壓塔11，而進一步部分（指示為h）在內部被壓縮，且又進一步部分（指示為指示i）在低溫冷卻器8中被低溫冷卻且被提供為液態氮產物。一中間流k被傳遞通過低溫冷卻器8且膨脹至該低壓塔中，在流c之饋入點處抽出液體m也是如此。
藉由內部壓縮從低壓塔12抽出的集槽液體n而生產氧產物。從低壓塔12之頂部抽出廢氮o，而從氬移除單元之冷凝器蒸發器13.1抽出廢氬p，如下文進一步說明。
圖2係空氣分離單元（諸如，根據圖1之空氣分離單元100）之詳細視圖，該空氣分離單元包括上部塔區域12.3之下部部分、中間塔區域12.2、及下部塔區域12.1以及高壓塔11之一上端。所有元件及流均以如前文相似的元件符號予以指示，且參考上文之解釋。如所示，氬移除單元13之下部區域（亦即，其精餾區段13.2）包含相對於氧區段12.4之一上部區域打開的一底部或底側，以允許在氧區段12.4中上升的一氣體流之一部分進入作為一氬移除饋入氣體，且氬移除單元13之精餾區段13.2經配置在與低壓塔12之一氬區段12.5的一共同空間中，該精餾區段包含相對於氧區段12.4之該上部區域打開的一底部或底側，以允許在氧區段12.4中上升的該氣體流之一進一步部分進入。
在此實例中，冷凝器蒸發器13.1經配置在中間塔區域12.2中的氬移除單元13之精餾區段13.2上方，且冷凝器蒸發器13.1經提供為一強制流動冷凝器蒸發器13.1，其經組態以將在一收集器塔盤12.9處從中間塔區域12.2收集的含約70%氧之一液體至少部分地蒸發，且呈一液體流q之形式被強制傳遞至冷凝器蒸發器13.1。藉由該部分蒸發，提供被傳遞至上部塔區域12.3的一氣體流r及被傳遞至氬區段12.5的一液體流s。亦即，冷凝器蒸發器13.1經組態以至少部分地蒸發呈液體流q之形式的冷卻劑從而形成一蒸發氣體r，且藉由簡單地釋放蒸發氣體r而將其不控制傳遞至低壓塔12中。
從氬移除單元13之精餾區段13.2上升的氣體呈流t之形式予以收集且在冷凝器蒸發器13.1中被部分地冷凝以形成雙相流。使用例如虹吸，雙相流中所含之氣相及液相被至少部分地彼此分離，且在所展示之一般實例中，該液相呈流u之形式回流至該氬移除單元之精餾區段13.2。亦即，從氬移除單元13之精餾區段13.2上升的氣體之一部分呈冷凝物之形式回流至氬移除單元之精餾區段13.2。如先前用p所繪示（但圖2中但未明確繪示），從氬移除單元13之精餾區段13.2上升的氣體之一進一步部分可在冷凝器蒸發器13.1下游呈雙相流之氣相形式（亦即，呈未在冷凝器蒸發器13.1中冷凝且因此未回流至氬移除單元13之精餾區段13.2的部分之形式）被傳遞出系統10及空氣分離單元100。例如，參考圖1。然而，如所提及，一對應之氣體流亦可由冷凝器蒸發器13.1上游抽出的氣體所形成。
圖3係空氣分離單元（諸如根據圖1之空氣分離單元100）之詳細視圖，其中亦部分繪示圖2中所示之該等組件。因此，關於此等組件，參考上文之解釋。由於此處聚焦在中間塔區域12.2及在其中之組件，所以僅以簡化的細節展示上部塔區域12.3及下部塔區域12.1。從氧區段12.4上升之氣體，或更精確地，傳遞至氬區段12.4及氬移除單元13之精餾區段13.2的其部分以v1及v2指示。在冷凝器蒸發器13.1之區域中上升的氣體指示為w。如在前文所提及且在圖3中所繪示，藉由使用在冷凝器蒸發器13.1下游的雙相流之氣相或其部分（亦即，呈未在冷凝器蒸發器13.1中冷凝且因此未回流至氬移除單元13之精餾區段13.2的部分之形式），可由從氬移除單元13之精餾區段13.2上升的氣體形成流p。參考上文之解釋。
藉由使用閥13.3來調整流p之流量。提供一種控制單元20，該控制單元經組態以使用一回授控制結構（其包括一分析（指示）控制器AC），以至氬移除單元13.1的饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用流p之流量（亦即，從氬移除單元13.1之頂部抽取之一進一步氣體）作為一受操縱變數，來控制至氬移除單元13.1的饋入氣體（亦即，流v2（及v1））之一氧含量作為一受控變數。
圖4係根據本發明之實施例所提供之氬移除單元的詳細視圖，作為在低壓塔12外部的一氬移除塔13.0，該氬移除塔之冷凝器蒸發器13.1係藉由來自高壓塔11之集槽的呈以基本上以與圖1之流e相同之方式所提供的流e'之形式的液體予以冷卻。同樣地，可使用其他冷卻劑。未用於冷卻的流e'之一部分呈流e''之形式直接傳遞至該低壓塔。
如先前，在氬移除單元13之精餾區段13.2中上升的氣體流指示為t，回流至氬移除單元13之精餾區段13.2之冷凝物之一部分指示為u，且將廢氬流指示為p。從冷凝器蒸發器13.1之蒸發空間抽出的氣體流及液體流作為流r'及s'被傳遞至低壓塔12。如流r'中劃叉之閥所指示，藉由使用根據本發明之一實施例的控制策略，就可省略此類閥。流p（及s'）中之閥通常始終可用且較佳地經提供作為在一冷箱外部之一暖閥。如圖4中所繪示，因此，冷凝器蒸發器13.1經組態以至少部分地蒸發冷卻劑，從而形成蒸發氣體，且整體系統10經組態以將該蒸發氣體不受控制地傳遞至低壓塔12中，亦即，不限制流量限制裝置。
圖5至圖12係繪示某些態樣的圖式。在所有圖式中，在水平軸上指示時間（以秒為單位），且在垂直軸上指示下文所討論之其他值。
已基於Kender等人之Development of a Digital Twin for a Flexible Air Separation Unit Using a Pressure-Driven Simulation Approach, Computers & Chemical Engineering, 151, 107349, 2021之概念，使用DE 10 2020 000 464 A1中所描述的模擬模型，使用數位孿生體進行兩種案例研究。這些研究包括對於場干擾(plant disturbance)情境以及目前最佳技術之負載變化程序的動態模擬，以評估所提出之控制概念。此外，可用舊有概念（熱傳遞區域之圍包）模擬場干擾情境，以與所提出之概念比較結果。
作為場干擾情境，加壓氣態氮產物（諸如根據圖1之流f）的量（亦稱為PGAN）係以每分鐘8百分比的速率變化，以影響主冷凝器工作比，如圖5之圖式所視覺化。模擬係基於氣態氮（亦即，PGAN，在5巴絕對壓力下41500至21500正規化立方公尺/小時來自高壓塔）的20000正規化立方公尺/小時。在圖5所示之圖式中，在垂直軸上以每秒莫耳數展示流量。圖式中之虛線表示設定點變化的開始及結束時間。
隨著負載變化，考慮使用自動負載變化的100至70百分比之目前最佳技術調節(turn-down)情境以評估控制概念。詳細地，以每分鐘1百分比的負載變化速率，產物如下變化：4500至3150標準立方公尺/小時內部壓縮之氮（諸如根據圖1之流h）；80000至56000標準立方公尺/小時內部壓縮之氧（諸如根據圖1之流n）；及在5巴絕對壓力下41500至29050標準立方公尺/小時從高壓塔抽出的氣態氮（諸如根據圖1之流f（亦即，PGAN））。在圖6之圖式A（內部壓縮氮）、在圖式B（內部壓縮氧）、及在圖式C（從高壓塔抽出之加壓氮(PGAN)）中之垂直軸上以每秒莫耳數展示流量。
此研究用作為評估所提出之控制概念之行為對場操作中之干擾的實例。從高壓塔抽出之氮產物（PGAN，每分鐘8百分比）的快速減少導致主冷凝器工作比之快速增加，且因此在低壓塔中之氣體負載增加。
圖7展示對於分析控制迴路所需的設定點變化，其控制對於在剛才在圖式A中所描述之部分負載情況至氬移除單元的氣體中之氧含量（無因次）及在圖式B中傳遞出系統的氬（以每秒莫耳數為單位）。在額外的穩態模擬中預計算氧含量之值。設定點變化本質上為線性的。圖式A中之黑色虛線表示設定點變化，而實線係氧含量之實際曲線圖。可使用傳遞出系統的氬之量抵消氧含量之快速減少，直到氧含量會聚到其所欲之設定點。因此，藉由據此調整傳遞出系統的氬之流量，所提出之控制迴路能夠以可靠方式對場干擾作出反應。
在圖8中，繪示場回應之相關態樣。在圖式A中，在垂直軸上以每秒莫耳數展示氬移除單元之最上部理論塔盤之傳出蒸氣流（頂部）及液體流（底部）。圖式B在垂直軸上展示產生的內部壓縮氧產物的氧莫耳分率。
最上部理論塔盤之蒸汽及液體流量表示氬移除單元之負載。在干擾大約1小時之後，在此可觀察到穩定流量條件。此展示，所提出之控制概念能夠在很短時間建立新的穩定塔狀態。此外，所應用之控制確保由於場干擾所致的流量的變化保持在小區間內。如所提及，圖8之圖式B展示內部壓縮氧產物之氧含量。產物純度之圖表類似於在至氬移除單元的饋入流中之氧含量（參見圖7）。與後者流相比較，內部壓縮氧產物中之氧含量之變化在時間延遲下可見，被氧區段之停滯減緩。因此，所提出之控制概念有益於遵從內部壓縮氧產物之產物純度約束。
為了視覺化所提出之控制概念之功能，圖9展示強制流動冷凝器（圖式A）之兩側上的溫度及在強制流動冷凝器（圖式B）處的所得溫度差MTD。在圖式A中，繪示由來自氬移除單元之氣體所形成的冷凝物之露點溫度（冷凝器側）及強制流動冷凝器的氧之氣泡點溫度（在蒸發側）作為相關場回應，而圖式B繪示此兩個流之MTD。
MTD的曲線圖B與整合式氬移除塔負載在一段時間的行為相同（參見圖8，圖式A）。此證明所提出之概念如上文所陳述起作用。氬塔負載明確地經由驅動溫度差MTD來操縱強制流動冷凝器工作比予以控制。此外，圖9之圖式A展示調整廢氬流（參見圖7、圖式B）及至氬移除單元的饋入流中之所得氧含量變化（參見圖7，圖式A）影響強制流動冷凝器之兩個溫度。此研究表明，所提出之控制概念允許關於場干擾的快速反應（加壓氮流量(PGAN)以每分鐘8百分比減少一半，如上文所述）。在干擾結束之後大約1小時建立新的穩定場狀態。此外，至氬移除單元的饋入流之氧含量係內部壓縮氧產物之行為的早期指示。因此，控制此氧含量為額外地有益於場操作。
為了比較所提出指示控制器概念之分析與舊有概念，圖10顯示對於該兩種概念的氬移除塔之最上部理論塔盤的傳出蒸氣及液體流量。所提出之概念所獲得的結果以實線指示，而舊有概念所獲得的結果以虛線指示。上部虛點線指示蒸氣，而下部虛點線指示液體流量，各自以每秒莫耳數為單位。
最上部理論塔盤之蒸汽及液體流量表示氬移除單元之負載。兩個概念展示在場干擾期間塔負載之類似行為，且聚合在相同端值。亦即，所提出之概念可重現場證實的概念的行為。然而，所提出之概念具有上文討論的某些優點。
此外，模擬使用自動負載變化之目前最佳技術負載變化程序，場負載從100降低至70百分比。此研究用作為評估所提出之控制概念對一般場操作之適用性的實例。所提出之控制概念之輸入及輸出。
圖11展示對於所提出控制迴路所需的設定點變化（在至氬移除單元的饋入中之氧含量），其用於在圖式A表達為莫耳分率的部分負載情況及在圖式B表達為每秒莫耳數的廢氬流量。在額外的穩態模擬中預計算用於氧含量之部分負載值。設定點變化本質上為線性的（目前最佳技術之自動負載變化）。圖式A中之黑色虛線表示設定點變化，而實線係氧含量之實際曲線圖。所應用之控制能夠極快速地校正由負載變化所引起的氧含量下降。之後，氧含量之曲線圖會聚至其所欲之部分負載設定點。圖11之圖式B中展示所提出之控制器之受操縱值（廢氬流量）。廢氬流量之曲線圖證實此兩個量之明確相關性，強調使用所提出之控制概念的可靠控制能力。
在圖12中，繪示場回應之相關態樣。在圖式A中，將氬移除單元之最上部理論塔盤之傳出蒸氣（頂部）及液體（底部）流量視覺化。圖式B描繪內部壓縮氧產物之氧莫耳分率。
圖12之圖式B展示內部壓縮氧產物之氧含量。產物純度之圖表類似於在至氬移除單元的饋入氣體中之氧含量（參見圖11）。此首先係歸因於至氬移除單元之饋入氣體中的氧含量之變化係可見的事實。因此，所提出之控制概念額外有益於遵從內部壓縮氧產物純度約束。由於所應用之控制，產物純度降低保持很小。動態模擬研究表明，所提出之控制概念允許使用高於目前最佳技術負載變化速率（每分鐘1百分比）的自動負載變化，可靠地將場負載從100%降低至70%。在自動負載變化結束的設定點變化之後大約1小時，建立新的穩定場狀態。此外，至氬移除單元的饋入氣體流之氧含量係內部壓縮氧產物之行為的早期指示。因此，控制此氧含量為額外地有益於場操作。
綜上所述，所呈現之案例研究表明所提出之控制概念對於對場干擾作出反應係可靠的，而且適用於目前最佳技術的負載變化程序。在設計中應考慮動態模擬之結果，尤其關於廢氬流之管及閥的定大小。所提出之控制概念具有較低的複雜度（一個控制迴路，而非二個）、需要較小體積之粗製氬冷凝器（小10至15百分比），且允許省略大型液體控制閥（液體流量係程序氣體流量之大約25%）。
1:壓縮單元 2:直接接觸冷卻單元 3:純化單元 4:主熱交換器 5:增壓空氣壓縮機 6:膨脹配置 7:渦輪機增壓配置 8:低溫冷卻器 10:精餾塔系統；系統 11:高壓塔 12:低壓塔 12.1:下部塔區域 12.2:中間塔區域 12.3:上部塔區域 12.4:氧區段 12.5:氬區段 13:氬移除單元 13.0:氬移除塔 13.1:冷凝器蒸發器 13.2:精餾區段 13.3:閥 19:主冷凝器 100:空氣分離單元 A:圖式 B:圖式 C:圖式 AC:分析（指示）控制器 a:饋入空氣流； b:部分流 c:部分流；流 d:部分流；連接 e:富集液體；流 e':流 e'':流 f:富氮氣體之第一部分；流 g:冷凝物之一部分 h:冷凝物之進一步部分；流 i:冷凝物之又進一步部分 k:中間流 m:液體 n:集槽液體；流 o:廢氮 p:廢氬流；流 q:液體流 r:氣體流；蒸發氣體 r':流 s:液體流 s':流 t:流；上升氣體流 u:流；冷凝物之一部分 v1:上升氣體之部分；流 v2:上升氣體之部分；流 w:上升氣體
［圖1］繪示空氣分離單元。 ［圖2］及［圖3］係空氣分離單元之詳細視圖。 ［圖4］係氬移除塔之詳細視圖。 ［圖5］至［圖12］係繪示本發明之實施例態樣的圖式。
在圖式中，具有相當或相同的功能之組件以類似元件符號指示。僅為了簡潔的原因省略重複的解釋。
12:低壓塔
13.0:氬移除塔
13.1:冷凝器蒸發器
13.2:精餾區段
e':流
p:廢氬流；流
r':流
s':流
t:流；上升氣體流
u:流；冷凝物之一部分

Claims (15)

  1. 一種低溫空氣精餾系統(10)，其包含一高壓塔(11)、一低壓塔(12)、及耦接至一冷凝器蒸發器(13.1)之一氬移除單元(13)，其中 –      該系統(10)經組態以將來自該低壓塔(12)之一氧區段(12.4)上方之一位置的氣體作為一氬移除饋入氣體傳遞至該氬移除單元(13)之一下部區域， –      該系統(10)經組態以在該冷凝器蒸發器(13.1)中冷凝來自該氬移除單元(13)之一上部區域的氣體以形成一冷凝物， –      該系統(10)經組態以將來自該氬移除單元(13)之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統(10)， –      該系統(10)經組態以將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元(13)之該上部區域， –      該系統(10)包含一控制單元(20)，該控制單元經組態以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元(13)之該上部區域傳遞出該系統(10)的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數， –      該冷凝器蒸發器(13.1)經組態以至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且 –      該系統(10)經組態以將該蒸發氣體或其一部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中。
  2. 如請求項1之系統(10)，其中該回授控制結構係一級聯控制結構，其包括作為一主要控制器的一分析控制器(AC)及作為一第二控制器的一流量控制器(FC)或一手控制器(HC)。
  3. 如請求項2之系統(10)，其中該主要控制器經組態以控制該氬移除饋入氣體之該氧含量作為該受控變數，且其中該次要控制器經組態以使用用於該次要控制器之一流量設定點作為該受操縱值，來調整從該氬移除單元(13)之該上部區域傳遞出該系統(10)的進一步氣體的該流量。
  4. 如請求項3之系統(10)，其中該控制單元(20)經調適以執行一修整控制，該修整控制使用包括該流量控制器之該流量設定點之一升降或包括該手控制器的一閥衝程之一升降。
  5. 如前述請求項中任一項之系統(10)，其中該低壓塔(12)包含：一下部塔區域(12.1)；一中間塔區域(12.2)，其經配置在該下部塔區域(12.1)上方；及一上部塔區域(12.3)，其經配置在該中間塔區域(12.2)上方，該下部塔區域(12.1)包括該氧區段(12.4)，且該中間塔區域(12.2)包括該氬移除單元(13)之一精餾區段(13.2)。
  6. 如請求項5之系統(10)，其中該氬移除單元(13)之該下部區域包含相對於該氧區段(12.4)之一上部區域打開的一底部，以允許在該氧區段(12.4)中上升的一氣體流之一部分進入作為該氬移除饋入氣體。
  7. 如請求項6之系統(10)，其中該氬移除單元(13)之該精餾區段(13.2)至少部分地配置在與該低壓塔(12)之一氬區段(12.5)的一共同空間中，該精餾區段包含相對於該氧區段(12.4)之該上部區域打開的一底部，以允許在該氧區段(12.4)中上升的該氣體流之一進一步部分進入。
  8. 如請求項5至7中任一項之系統(10)，其中該冷凝器蒸發器(13.1)經配置在該中間塔區域(12.2)中的該氬移除單元(13)之該精餾區段(13.2)上方，且/或該系統(10)經組態以經由將該蒸發氣體或其部分釋放至該中間塔區域(12.2)中而將該蒸發氣體或其該部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中至該低壓塔中。
  9. 如請求項1至4中任一項之系統(10)，其中該冷凝器蒸發器(13.1)經配置在該氬移除塔(13)上方以形成配置在該低壓塔之旁邊的一精餾單元，且該系統(10)經組態以經由結束於至該低壓塔(12)中之一饋入位置處的一管道將該蒸發氣體或其該部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中至該低壓塔中。
  10. 如前述請求項中任一項之系統(10)，其中該冷凝器蒸發器(13.1)係一強制流動冷凝器蒸發器(13.1)。
  11. 如前述請求項中任一項之系統(10)，其中該冷凝器蒸發器(13.1)經組態以將從該中間塔區域(12.2)收集之一液體至少部分地蒸發作為該冷卻劑，且/或其中該冷凝器蒸發器(13.1)經組態以將在該高壓塔(11)之一下部區域收集之一液體至少部分地蒸發作為該冷卻劑。
  12. 一種經組態以控制一空氣精餾系統(10)的控制單元(20)，該空氣精餾系統(10)包含一高壓塔(11)、一低壓塔(12)、及耦接至一冷凝器蒸發器(13.1)之一氬移除單元(13)，其中 –      該系統(10)經組態以將來自該低壓塔(12)之一氧區段(12.4)上方之一位置的氣體作為一氬移除饋入氣體傳遞至該氬移除單元(13)之一下部區域， –      該系統(10)經組態以在該冷凝器蒸發器(13.1)中冷凝來自該氬移除單元(13)之一上部區域的氣體以形成一冷凝物， –      該系統(10)經組態以將來自該氬移除單元(13)之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統(10)， –      該系統(10)經組態以將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元(13)之該上部區域， –      該控制單元(20)經組態以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元(13)之該上部區域傳遞出該系統(10)的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數 –      該冷凝器蒸發器(13.1)經組態以至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且 –      該系統(10)經組態以將該蒸發氣體或其一部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中。
  13. 一種經調適以低溫分離饋入空氣之空氣分離單元(100)， 其特徵在於該空氣分離單元(100)包含如請求項1至11中任一項之系統(10)。
  14. 一種用於使用一空氣精餾系統(10)低溫分離饋入空氣之方法，該空氣精餾系統包含一高壓塔(11)、一低壓塔(12)、及耦接至一冷凝器蒸發器(13.1)之一氬移除單元(13)，其中 –      來自該低壓塔(12)之一氧區段(12.4)上方之一位置的氣體經傳遞至該氬移除單元(13)之一下部區域作為一氬移除饋入氣體， –      在該冷凝器蒸發器(13.1)中冷凝來自該氬移除單元(13)之一上部區域的氣體以形成冷凝物， –      將來自該氬移除單元(13)之該上部區域的進一步氣體傳遞出該系統(10)， –      將該冷凝物之至少一部分作為一回流傳遞至該氬移除單元(13)之該上部區域， –      使用一控制單元(20)以使用一回授控制結構，以該氬移除饋入氣體中所判定之一氧含量為基礎，使用從該氬移除單元(13)之該上部區域傳遞出該系統的該進一步氣體的一流量作為一受操縱變數，來控制該氬移除饋入氣體之一氧含量作為一受控變數 –      在該冷凝器蒸發器(13.1)中至少部分地蒸發一冷卻劑，從而形成一蒸發氣體，且 –      該蒸發氣體或其一部分不受控制地傳遞至該低壓塔(12)中。
  15. 如請求項14之方法，其中使用如請求項1至13中任一項之一空氣精餾系統(10)。
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