通過低溫蒸餾分離空氣的方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及通過低溫蒸餾分離空氣的方法。
【背景技術】
[0002]通常選擇整體煤氣化聯合循環IGCC (Integrated Gasified Combined Cycle)從煤中制取清潔能源。該清潔能源生產技術尤其適用于高效工作和對于環境最小限度污染的新的煤基發電項目。
[0003]為了 IGCC而氣化煤炭，使用非純高壓氧氣。另外，在燃氣輪機合成氣的燃燒中通常需要相對純凈狀態的極高壓氮氣來稀釋合成氣或者在氣化過程中產生的氫氣，以降低氮的氧化物(N0X)的排放水平。
[0004]為了 IGCC電站生產氧氣，在上下文中使用的三種已知技術為:
[0005]-在獨立ASU(空氣分離單元)中生產氧氣；
[0006]-從燃氣輪機壓縮機中提取用于ASU的空氣；
[0007]-從燃氣輪機壓縮機中提取用于ASU的部分空氣，并且使用專用壓縮機來生產其余的空氣。
[0008]氣化或燃氣輪機的類型確定在IGCC聯合體中使用的氮氣的數量。從該特征可以看出用于IGCC的空氣分離單元ASU是制氧機和制氮機的組合體。
[0009]常用于這種類型應用的空氣分離方法為加壓方法。盡管使用這種概念的空氣分離單元具有良好的能源效率和降低了的電力消耗，并不能經常使用這種類型的ASU，因為氮氣/氧氣的比率通常固定在與其在空氣中相接近的值，也即是接近3.6。如果所需要的比率低于該值，例如大約2.5。
[0010]US-A-2008/115531描述了根據權利要求1的前序部分的方法。

【發明內容】

[0011]本發明的目的為提供具有減低能源消耗但是能夠制造氮氣/氧氣比率小于3.6，優選大于4的氮氣和氧氣的空氣分離單元。
[0012]根據本發明的一個目的，提供了通過低溫蒸餾分離空氣的方法，其中空氣被凈化，在熱交換器中冷卻，在至少包括有第一塔和第二塔的塔系統中分離，第一塔在比第二塔高的壓力下運行，并且第一塔的頂部與第二塔的底部通過第一重沸器-冷凝器熱聯接，富氧液體從第一塔中移除并被送至第二塔或者源自富氧液體的液體被送至第二塔，富氮液體從第一塔中移除并被送入至第二塔，富氧液體從第二塔中移除，加壓并在熱交換器中蒸發以形成富氧氣體，富氮流體從塔系統中移除并在熱交換器中加熱以形成第一富氮氣體，其中
[0013]i)在第一階段，產物比一一其為產生的富氮氣體的量和產生的富氧氣態的量之間的比率一一大于2.5，富氮液體從貯罐輸送到塔系統，并且來自塔系統的第一富氮氣體在進口溫度小于-50°C的第一壓縮機中被壓縮，然后被送入至熱交換器中，和
[0014]ii)在第二階段，產物比小于2.5并且從塔系統中移除的第二富氮氣體在進口溫度低于環境溫度的渦輪中膨脹，或者在液化器中液化，并且富氮液體從渦輪的出口和/或從塔系統和/或從液化器輸入至貯罐，
[0015]其特征在于，第一富氮氣體在于第一壓縮機中被壓縮前從第二塔中移除，并且在于第一壓縮機中被壓縮后在熱交換器中被加熱并作為產物移出，在渦輪中膨脹的第二富氮氣體是從第二塔中移除的，第二塔在至少2bar abs的壓力下工作。
[0016]根據其他可選的特征:
[0017]-在第一階段產物比大于3。
[0018]-在第二階段產物比小于2。
[0019]-在第一階段，富氮氣體從第二塔中移除，未經加熱地在第一壓縮機中被壓縮，并被送入至熱交換器。
[0020]-在第二階段，從塔系統移除的富氮氣體在熱交換器中被加熱，在渦輪中膨脹，然后在熱交換器中被加熱。
[0021]-渦輪的入口溫度最高為-50°C，優選最高為_100°C。
[0022]-在第二階段，渦輪的出口壓力與第二塔的壓力基本相等。
[0023]-在第一階段無富氮氣體被送入到渦輪中。
[0024]-在第二階段無氣體被送入到第一壓縮機。
[0025]-第二階段的耗電量低于第一階段。
[0026]-在第二階段第一壓縮機不工作。
[0027]-在第一階段無富氮液體輸入到貯槽中。
[0028]-在第二階段至少一股低溫流體作為最終產物從過程中提取出，并且優選為在第一階段相同的低溫流體不作為最終產物從過程中提取出。
[0029]-第一壓縮機壓縮來自塔系統、優選為來自第二塔的富氮氣體，并且第二壓縮機壓縮來自塔系統的處于熱交換器下游的第一富氮氣體，第一和第二壓縮機的出口壓力基本相等。
[0030]-塔系統包括在中壓下工作的第三塔。
[0031]-第二塔具有在其中間位置的第二重沸器-冷凝器。
[0032]-富氧氣體被送入至IGCC系統的氣化器。
[0033]-第一富氮氣體用于稀釋送入至IGCC系統的燃汽輪機的合成氣或者氫氣。
[0034]-第一階段對應于當IGCC系統的發電量高于給定水平的階段，第二階段對應于發電量低于給定水平的階段。
【附圖說明】
[0035]參照表示出根據本發明的方法的附圖1-3對本發明進行更詳細的描述。
【具體實施方式】
[0036]圖1示出了使用標準雙塔的低溫空氣分離方法，標準雙塔具有第一塔11和第二塔15，第一塔在比第二塔高的壓力下工作并且位于第二塔的下方。第二塔15在至少2巴絕對壓力(bar abs)下工作。第一塔11的頂部與第二塔15的底部通過放置于第二塔15底部的蒸發器-冷凝器13熱連接。對于第二塔也可以使用中間蒸發器-冷凝器(未示出)。
[0037]該方法還使用具有底部重沸器65和頂部冷凝器的中壓塔17。塔17的出現不是必須的。
[0038]當方法運行時，壓縮至第一塔11工作壓力的空氣流11被分為兩部分。一部分3在熱交換器9中冷卻并且以氣體形式送入至第一塔11。另一部分5通過增壓壓縮機7被增壓至更高的壓力并且送入至熱交換器7。增壓的空氣5在熱交換器9中冷卻并且在膨脹后以液體或者部分冷凝的形式被送入至第一塔11。
[0039]當方法工作時，來自第一塔11底部的富氧液體19被送入至過冷器25并且然后膨脹至塔17。來自塔17底部的液體67作為流64被送入至頂部冷凝器，在頂部冷凝器液體67部分蒸發，形成的液體和氣體流被送入至第二塔15。液體的一部分71從塔17的底部被送入至第二塔15。液體流21從第一塔的中間區域移除并且經膨脹后進入第二塔15。可替代的，流5的至少一部分可以直接送入至第二塔15。第一富氮液體流作為流23在第一塔頂部下方的數個塔板處被提取出，從第一塔被傳送至第二塔。富氮氣體流61從第一塔的頂部被提取出，在底部冷凝器65冷凝并且作為流63與流23混合。
[0040]液體流55從塔17的頂部送入至塔15的頂部。
[0041]塔系統通過從第二塔15的底部移除液態氧49、通過栗51加壓并且在熱交換器9中蒸發栗送的液體來產生高壓氣態氧流53。
[0042]塔系統通過從第一塔11的頂部移除液態氮43、通過栗45加壓并且在熱交換器9中蒸發栗送的液體來產生高壓氣態氮流47。<