用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設備的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設備。
[0002]本發(fā)明尤其提出了用于利用設備瞬態(tài)生產(chǎn)氣體的方法并描述了該設備，該設備在正常工況中生產(chǎn)氣態(tài)氧、氣態(tài)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】
[0003]這種以瞬態(tài)模式生產(chǎn)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(tài)要求之前數(shù)天連續(xù)需要大量的氮。
[0004]因為這種瞬態(tài)氮不可完全由液體氮的儲存提供，所以本發(fā)明提出熱交換器裝置作為專用主體，使得可以在瞬態(tài)階段特定地產(chǎn)生氣體需求量，并且還可以產(chǎn)生其它氣體(例如，氧氣)的需求量；液氮和液氧的產(chǎn)生在瞬態(tài)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(chǎn)氣體和液體需求量。
[0005]由于各種工況模式之間的生產(chǎn)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(jīng)濟最適條件。
[0006]借助于專用于一種或多種瞬態(tài)工況情形的一條或多條熱交換管路使得可以實現(xiàn)這些工況情形所要求的靈活性，同時確保工況的技術和經(jīng)濟最適條件在考慮中。
[0007]例如，生產(chǎn)用于石油化工總廠的工業(yè)氣體的空氣分離設備將被允許在不同的壓力下根據(jù)消耗單元的特定操作而產(chǎn)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(chǎn)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(shù)天都要求較大量時，可能優(yōu)選利用空氣分離設備直接生產(chǎn)，而非針對這個瞬態(tài)工況制定存儲量。這個工況所要求的空氣分離設備的生產(chǎn)靈活性因此可以由本發(fā)明提供，而不會降低正常工況的效率。
[0008]一個替代解決方案是從中壓(MP)塔生產(chǎn)中壓氣態(tài)氮并通過壓縮機進行壓縮。如果從MP塔中抽取的氣態(tài)氮不充足，則將需要儲存的液氮氣化。
[0009]為了不借助于儲存液體的氣化而生產(chǎn)出比可以在MP塔處抽取的氣態(tài)氮多的氣態(tài)氮，可以通過低壓塔的上級來生產(chǎn)氮并且然后也通過壓縮機進行壓縮。
[0010]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(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)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(tài)交換管路，使得可以在瞬態(tài)(臨時，短期)階段期間特定地產(chǎn)生氣態(tài)需求量。
[0012]在這個示例中考量的瞬態(tài)氣體是氮，但是本發(fā)明還應用于由空氣分離設備生產(chǎn)的其它氣體。
[0013]在這個瞬態(tài)階段期間，維持氣態(tài)氧的生產(chǎn)，而液氮和液氧的生產(chǎn)可減少或甚至為零。
[0014]瞬態(tài)氮自第一塔(MP塔)泵出，并且經(jīng)專用交換管路(此處被稱為瞬態(tài)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(jīng)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(tài)氮的生產(chǎn)，該氣態(tài)氮一般從MP塔產(chǎn)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。
[0015]正常階段期間，瞬態(tài)氮的生產(chǎn)停止，同時建立起氣態(tài)氮從MP塔的正常生產(chǎn)。維持氣態(tài)氧的生產(chǎn)，將液體的生產(chǎn)調節(jié)至它們的正常設定點。
[0016]此處專用于氣態(tài)氮的瞬態(tài)生產(chǎn)的交換管路僅涉及在流經(jīng)所述交換管路時會改變狀態(tài)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(tài)交換器的緊湊度；這還使得可以使用更密集的波紋。在本發(fā)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(tài)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/充量態(tài)交換器〈0.5X (體積/充里)常規(guī)$換器ο
[0017]這個解決方案還使得可以通過流在與生產(chǎn)相關的交換主體上的重新分布來特定地生產(chǎn)根據(jù)客戶要求的工況所需的氮。在瞬態(tài)階段期間，僅產(chǎn)生瞬態(tài)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(chǎn)生正常氮而關閉瞬態(tài)交換主體。
[0018]根據(jù)本發(fā)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(chǎn)第一加壓氣體且間或還生產(chǎn)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:
[0019]i)根據(jù)第一工況，空氣在基本上是所述第一塔的運行壓力的第一壓力下在第一熱交換器中冷卻并被送至所述第一塔，在所述第一交換器中加熱源自所述第一塔和第二塔的兩股富氮氣體流，沒有流體在所述第二交換器中被加熱或被冷卻，在第三熱交換器中冷卻在高于所述第一壓力的第二壓力下的至少一個空氣流，加壓液體在所述第三交換器中氣化，并且在該第三交換器中加熱源自所述第二塔的富氮氣體流，以及
[0020]ii)根據(jù)第二工況，空氣在所述第一交換器中在所述第一壓力下冷卻并被送至所述第一塔，在所述第一交換器中加熱源自所述第二塔的富氮氣體流，源自所述雙塔的加壓液體流在所述第二交換器中被加熱并氣化以形成間或需要的氣體，所述第二壓力下的空氣流在所述第二交換器中冷卻并可選地凝結(濃縮)，該空氣流和所述加壓液體流是在所述第二交換器中交換熱量的僅有流體，在所述第三交換器中冷卻所述第二壓力下的空氣流，可選地在所述第三交換器中冷卻在高于所述第一壓力或甚至高于所述第二壓力的壓力下的另一空氣流，加壓液體在所述第三交換器中氣化，并且在該第三交換器中加熱源自所述第二塔的富氮氣體流。
[0021]根據(jù)其它可選特征:
[0022]-在所述第二工況期間，在所述第一交換器中加熱源自所述第二塔的單一富氮氣體流；
[0023]-在高于所述第一塔的運行壓力的壓力下的空氣流中的一者在所述第三交換器內(nèi)在所述第一工況和第二工況中部分地冷卻、在渦輪中膨脹并被送至所述第一塔或第二塔；
[0024]-被送至所述渦輪的流源自第一增壓壓縮機，在高于所述第一塔的運行壓力的壓力下的所述空氣流的另一者源自由所述渦輪驅動的第二增壓壓縮機；
[0025]-根據(jù)所述第一工況產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的一定量的液體，根據(jù)所述第二工況不產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的液體；
[0026]-根據(jù)所述第一工況產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的一定量的液體，根據(jù)所述第二工況產(chǎn)生作為最終產(chǎn)物的比在所述第一工況中產(chǎn)生的所述一定量的液體少的一定量的液體；
[0027]-所述加壓液體流富含氮。
[0028]根據(jù)本發(fā)明的另一目的，提供一種通過低溫蒸餾分離空氣的設備，該設備包括:具有第一塔和第二塔的雙塔，該第二塔在比所述第一塔的壓力低的壓力下運行；第一熱交換器；第二熱交換器，其能連接至供給管道以實現(xiàn)僅兩個流體之間的非直接熱交換；第三熱交換器；用于將在基本上與所述第一塔的運行壓力相等的第一壓力下的空氣流送至所述第一交換器并從該第一交換器送至所述第一塔的裝置；用于將在高于所述第一壓力的第二壓力下的空氣分成第一部分和第二部分的裝置；用于將所述第二壓力下的所述第一部分經(jīng)所述供給管道中的第一管道送至所述第二交換器的裝置；用于防止所述第一部分被送至所述第二交換器的閥；用于將所述第二壓力下的所述第二部分送至所述第三交換器的裝置；可選地，用于將在高于所述第一壓力的壓力下的空氣流送至所述第三交換器的其它裝置；用于將加壓液體從所述雙塔送至所述第三交換器中氣化的裝置；用于將間或需要的液體從所述雙塔經(jīng)所述供給管道中的第二管道送至所述第二交換器中氣化的裝置；用于防止將間或需要的液體從所述雙塔送至所述第二交換器的閥；用于將富氮氣體從所述第一塔送至所述第一交換器中加熱的裝置；用于防止將富氮氣體從所述第一塔送至所述第一交換器的閥；用于將富氮氣體從所述雙塔送至所述第一交換器的裝置；和用于將富氮氣體從所述雙塔送至所述第三交換器的裝置
[0029]可選地，至少所述第一熱交換器和第三熱交換器是釬焊鋁