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CN105264317B - 空气低温分离的改造装置、改造系统以及改造低温空气分离系统的方法 - Google Patents

空气低温分离的改造装置、改造系统以及改造低温空气分离系统的方法 Download PDF

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CN105264317B CN201480022093.6A CN201480022093A CN105264317B CN 105264317 B CN105264317 B CN 105264317B CN 201480022093 A CN201480022093 A CN 201480022093A CN 105264317 B CN105264317 B CN 105264317B
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Abstract

用于空气低温分离的改造装置，包括蒸馏塔系统，其具有高压塔(3)、低压塔(4)和第一原氩塔(6)。所述装置包括用于将第一原氩塔(6)连接至第二原氩塔(41)的供给管路(101，102)，其中所述供给管路穿过第一冷箱(1)的外壁，所述外壁封闭了高压塔(3)、低压塔(4)和第一原氩塔(6)。本发明还涉及改造系统，其包括第二冷箱(40)，第二原氩塔(41)和相应的供给管路(201至205)，以及用于改造上述第一装置的方法。

Description

空气低温分离的改造装置、改造系统以及改造低温空气分离 系统的方法
技术领域
本发明涉及一种空气低温分离的改造装置、改造系统以及改造低温空气分离系统的方法。
背景技术
“供气管路”和“回液管路”为氩离子传输中的术语。它们可是各自独立的管路也可是共用的管路。在第二种情况下，相应的管路必须具有相对大的横截面使得相反方向上的气体流和液体流不妨碍彼此，并且使得可以同时满足供气管路和回液管路的功能。
此处“冷箱”可理解为绝缘箱，其包括完全与外壁热绝缘的内部；待绝缘系统部件设置在内部，例如一个或多个分离塔和/或热交换器。通过以相应的方式形成外壁和/或通过在系统部件和外壁之间的空间填充绝缘材料可以带来绝缘效果。在最后不同的情况下，优选采用粉状材料，例如珍珠岩。用于在低温空气分离系统和主热交换器中分离氮和氧的蒸馏塔系统，以及另外的冷却系统部件必须通过一个或多个冷箱封闭。冷箱的外部尺寸在预制系统的情况下通常决定包装的运输尺寸。
用于空气低温分离的方法和装置是已知的，例如，Hausen/Linde,Tieftemperaturtechnik[Low-temperature technology],1958年第2版，第四章(281至337页)。蒸馏塔系统可作为两塔系统(例如作为典型的林德双塔系统(Linde double columnsystem))或作为三塔或多塔系统用于氮和氧的分离。
如果不需用于低温氩生产，关于用于回收氮和/或氧的系统(优化后用于能量效率)，优选所谓的仿氩塔(“第一粗氩塔”)，例如，在EP540900A1中所描述。所述仿氩塔提供有大约25个理论塔板并且不生产可销售的氩产品，但是生产富含氩的残余气体，且所述残余气体例如由86％氩、12％氧和2％氮组成。富含氩的残余气体生产提高了所述系统的氧产量。
如果这种系统随后被改造配有氩生产设备，特别地用于生产纯氩的设备，例如，在EP1103772A1中所示，迄今为止，已知的方法和装置涉及高水平的开销。
发明内容
因此，本发明的目标是提供一种装置，其能被改造配有氩生产设备而无需承受重构上的过度开销，并且也提供用于改造的相应方法和在装备上需要相对少的开销的改造系统。
所述目标通过一种用于空气低温分离的装置来实现，所述装置具有蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括高压塔、低压塔和用于氩氧分离的第一粗氩塔，且设置在至少一个第一冷箱中，并且所述装置具有：
-用于将来自所述低压塔的中间部分的气体引入所述第一粗氩塔的供气管路，
-用于将所述第一粗氩塔的液体引入所述低压塔的中间部分的回液管路，
-用于产生用于所述第一粗氩塔的逆流流体的第一粗氩塔顶冷凝器，其被实现为具有液化腔和蒸发腔的冷凝器-蒸发器，
-用于将冷却流体引入所述第一粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔的冷却管路，且具有
-用于从所述蒸馏塔系统排出所述第一粗氩塔的气态塔顶产物的第一粗氩管路，
其特征在于
-用于阻断所述第一粗氩管路的设备和
-用于将所述第一粗氩塔连接至用于氩氧分离的第二粗氩塔的预备管路，其中所述预备管路穿过所述第一冷箱的外壁并且使得所述第一和第二粗氩塔可作为串联连接的蒸馏部分而被操作。
基础发明包括装备装置，使得能其被改造配有全氩生产设备(或至少配有全粗氩塔)而不打开冷箱(多个冷箱)，且同时已经存在的第一粗氩塔能被随后在第一粗氩塔中进行氩氧分离的第一部分重新使用，且(仅)在第二粗氩塔中进行的氩氧分离的剩余部分将被改造。提供相应的穿过冷箱的外壁且具有连接装置如法兰的“预备管路”用于该目的。当(还)没被改造的装置处于正常模式时，“预备管路”保持不可操作，在该情况下具有相应的阻断装置，其在改造过程期间适于被打开。
这与上述EP1103772A1的教导有相当大的差别。特别地，就上述限定而言，这没有公开第一和第二粗氩塔之间的任何“预备管路”，而只公开了分开的粗氩塔两个部分之间的传统连接，这两部分不通过任何冷箱壁。同样关于改造空气分离系统而无需借助于另外氩模块的粗氩塔，这没有公开就上述限定而言将作为“预备管路”的任何管路。尽管那样，本领域技术人员将不会从这推断实现第一和第二粗氩塔之间作为“预备管路”的管路。
连接管路被连接使得改造后其能操作作为串联连接的蒸馏部分的第一和第二粗氩塔，这意味着作为单个蒸馏塔的两个部分，其中一个设置在另一个之上，或者一个设置在另一个之下。
原则上，这可能通过两种不同方式实现，即：
-第一变形：第一粗氩塔在第二粗氩塔“下面”，
-第二变形：第一粗氩塔在第二粗氩塔“上面”。
这里提到的“在下面”和“在上面”不是塔的空间设置而是其过程线路。就所述过程而言，第一塔在系统的操作期间位于第二塔“下面”，第一塔的塔顶蒸汽被引入第二塔的贮槽区域，相反地，第二塔的贮槽液体流至第一塔的塔顶。就所述过程而言，第一塔在系统操作期间位于第二塔“上面”，第二塔的塔顶蒸汽被引入第一塔的贮槽区域，相反地，第一塔的贮槽液体流至第二塔的塔顶。
根据本发明的第一变形，其特征在于：
-用于阻断所述冷却管路至所述第一粗氩塔顶冷凝器的设备，
-用于排出所述第一粗氩塔的气态塔顶产物的第一预备管路，
-用于将液体引入所述第一粗氩塔的上部区域的第二预备管路，和
-用于排出来自所述蒸馏塔系统的冷却流体的第三预备管路。
它具有的优点是，其使用较少数量的预备管路实现功能。
在改造的所述变形的情况下，一般来说，第一粗氩塔顶冷凝器被关闭，被第二粗氩塔顶冷凝器取代，所述第二粗氩塔顶冷凝器在待改造的第二粗氩塔的塔顶待改造。
作为对此的替代，第一粗氩塔顶冷凝器在改造后可以继续操作，其可作为中间蒸发器。
在这种情况下，当另一条预备管路被提供用于使被蒸发的冷却流体(在第二粗氩塔顶冷凝器中)进入低压塔的中间区域时，其是有利的。此外，另外的预备管路可被提供用于将未被蒸发的冷却流体(在第二粗氩塔顶冷凝器中)引入低压塔的中间区域和/或用于将来自纯氩塔的残余气体引入低压塔的中间区域。
在本发明的第二变形的装置中，其特征在于：
-用于阻断所述供气管路至所述第一粗氩塔的设备，
-用于阻断从所述第一粗氩塔的回液管路的设备，
-用于从所述低压塔的中间部分排出气体的第七预备管路，
-用于将液体引入所述低压塔的中间部分的第八预备管路，
-用于将气体引入所述第一粗氩塔的底部区域的第九预备管路，和
-用于排出来自所述第一粗氩塔的底部区域的液体的第十预备管路。
在该连接中，第一粗氩塔顶冷凝器在改造后继续操作是可能的。这里不需要改造第二粗氩塔顶冷凝器或无论如何仅改造相对小部分。改造之后仅产生用于第一和第二粗氩塔的逆流或者无论如何通过第一粗氩塔顶冷凝器用于大部分，原则上其在改造之前继续以相同方式操作。
为了在改造时连接纯氩塔和纯氩塔塔顶冷凝器，另外的预备管路可提供在第二变形的框架中，其特征在于：
-用于排出所述第一粗氩塔的气态塔顶产物的第十一预备管路，
-用于排出所述蒸馏塔系统的冷却流体的第十二预备管路，
-用于将蒸发的冷却流体引入所述低压塔的中间区域的第十三预备管路，以及特别地
-用于将来自纯氩塔的塔顶冷凝器的未蒸发的冷却流体引入所述低压塔的中间区域的第十四预备管路。
作为对此的替代，在第一变形的情况下，当第二粗氩塔包括相应数量的理论塔板，且氩端产品的出口设置在第二粗氩塔的塔顶(或塔顶冷凝器)下的一些理论或实际塔板时，氩端产品也可从第二粗氩塔直接回收，如US5235816中所述的用于单部分粗氩塔；在第二变形的情况下，所述特征以在第一粗氩塔的相应方式实现。
原则上，结合改造装置的两个变形的特征也是可能的。然后改造的两个替代是可能的。然后在改造的同时可做出选择。
本发明另外涉及用于改造上述类型装置的改造系统(主系统)。其连接管路优选地设置使得它们终止在预备管路的连接件的高处。在最佳情况下，改造系统的冷箱仅仅必须邻近主系统的冷箱(多个冷箱)安置，并且相应的连接件直接连接彼此或通过短管连接彼此。
根据本发明的改造系统，其特征在于
-用于氩氧分离的第二粗氩塔，
-其中设置有所述第二粗氩塔的第二冷箱，和
-用于将所述第二粗氩塔连接至所述装置的预备管路的连接管路，其中所述连接管路穿过所述第二冷箱的外壁，
-其中所述连接管路被实现用于连接至预备管路。
在根据本发明的改造系统中，其特征在于
-用于将所述第二粗氩塔的底部区域连接至所述第一和第二连接管路的一条或两条连接管路，
-用于产生用于所述第二粗氩塔的逆流液体的第二粗氩塔顶冷凝器，其被实现为具有液化腔和蒸发腔的冷凝器-蒸发器，和
-用于将所述第二粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔连接至所述第三预备管路的连接管路和
-特别地，用于将来自所述第二粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔的所蒸发的冷却流体引入所述低压塔的中间部分的连接管路。
在根据本发明的改造系统中，其特征在于
-用于将所述第二粗氩塔的底部区域连接至所述第七和第八预备管路的一条或两条连接管路，
-用于将所述第二粗氩塔的底部区域连接至所述第九和第十预备管路的一条或两条连接管路。
在根据本发明的改造系统中，其特征在于具有纯氩塔塔顶冷凝器的纯氩塔。
第三，本发明涉及一种用于改造没有氩回收设备的低温空气分离系统的方法，其特征在于上述根据本发明的改造系统紧邻没有氩回收的主系统设立，并且将所述连接管路连接至所述主系统。
当主系统没有设计成具有改造能力或没有设计成具有整体改造能力时，也可采用上述改造系统和用于改造的方法。在这种情况下，主系统自然必须从内部适应。尽管如此，如果其尺寸允许的话，改造系统可整体预装的提供在冷箱中。
附图说明
本发明和本发明的更多细节将通过附图示意性示出的示例性实施方案在下文中更详细地解释，其中：
图1示出本发明的第一变形的示例性实施方案，并且
图2示出本发明的第二变形的示例性实施方案。
具体实施方式
以下首先通过图1描述的是主系统，没有氩回收的低温空气分离系统，在本实例中在单个冷箱1中容纳的蒸馏塔系统。作为对此的替代，所述蒸馏塔系统的塔和冷凝器也可设置在彼此分离的两个或多个冷箱中。
操作空气的压缩、预冷和过滤，通过产生一股或多股工艺流的生产工作膨胀的制冷，以及在主热交换器中操作空气的冷却均未示出。主热交换器在与蒸馏塔系统的返回流间接换热时用于冷却操作空气。它可从单个或多个并联和/或串联连接的热交换器部分中形成，例如从一个或多个板式热交换器块。主热交换器可容纳在具有蒸馏塔系统的相同冷箱1中或在单独冷箱中。
首先，气态操作空气流2被引入高压塔3的贮槽区域。这是蒸馏塔系统的一部分，此外其包括低压塔4、主冷凝器5、第一粗氩塔6和第一粗氩塔顶冷凝器7。主冷凝器实现为冷凝器-蒸发器，这里特别地为多层浸浴式蒸发器(级联蒸发器)。作为对此的替代，可采用单层浸浴式蒸发器或降膜式蒸发器。单层浸浴式蒸发器(其也形成具有蒸发腔和液化腔的冷凝器-蒸发器)在此作为粗氩塔顶冷凝器7使用。
其次，主液态操作空气流8在中间点供给高压塔3。至少部分液态空气由管路9再次排出，在过冷热交换器10中冷却，并且通过管路11在中间点供给低压塔4。
高压塔的贮槽液体12也在过冷热交换器10中冷却，并且通过管路13和14供给第一粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔。管路14用作“将冷却流体引入第一粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔中的冷却管路”。
不纯液氮流通过管路15从高压塔3的不同中间点排出，被过冷(10)并且通过管路16输出至低压塔4的塔顶。
高压塔3的气态塔顶氮的第一部分17被引入主冷凝器5的液化腔。在主冷凝器中产生的液态氮18的第一部分19作为高压塔塔顶的逆流输出。第二部分20在过冷10后通过管路21可作为液态产品回收。高压塔3的气态塔顶氮的第二部分22可直接流到主热交换器，且然后作为气态加压产品回收。
液态氧23从低压塔的贮槽排出，且第一部分25通过泵24输送到主冷凝器5的蒸发腔中。在主冷凝器中产生的气态氧26以相同的方式作为冲洗液体27返回低压塔的贮槽。气态不纯氮28从低压塔4的塔顶排出，在过冷热交换器中加热，并且通过管路29流到主热交换器。
低压塔的中间点通过供气管路30和回液管路31与第一粗氩塔6的贮槽区域连通。
第一粗氩塔6的塔顶气体32被液化用于第一粗氩塔顶冷凝器的大部分。液态部分通过管路33流回第一粗氩塔6的塔顶并且在这里被用作液态逆流。剩余气态部分34在第一粗氩管路34中排出并且在主热交换器中，在其通道任一个中被加热或与不纯氮29一起被加热。
在第一粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔中产生的蒸汽34和未蒸发的液体35从第一粗氩塔顶冷凝器的蒸发腔排出，并且在合适的中间点被供给低压塔4。
在这方面，冷箱1内部的示例性实施方案相应于传统的没有氩回收但有氩渗出的空气分离系统。
本发明的框架中另外提供用于改造氩回收设备的预备管路。图1中的示例性实施方案包括以下预备管路(其在图中通过虚线示出)：
-用于排出第一粗氩塔的气态塔顶产品的预备管路101，
-用于将液体引入第一粗氩塔的上部区域的第二预备管路102，
-用于从蒸馏塔系统排出冷却流体的第三预备管路103，
-用于将蒸发的冷却流体引入低压塔的中间区域的第四预备管路104，
-用于将未蒸发的冷却流体引入低压塔的中间区域的第五预备管路105，且可选择地和
-用于将未蒸发的冷却流体引入低压塔的中间区域的第六预备管路106。
所述的预备管路引入第一冷箱1的外壁，并且在不同情况下包括连接至管道管路的法兰。预备管路在改造之前不操作，但是被阻断。
然而，如果在稍后的时间需要氩回收，则包括存在有合适的连接管路的第二粗氩塔41的第二冷箱40的改造系统被添加到根据本发明方法的框架中用于改造。
在图1的示例性实施方案中，改造系统另外包括第二粗氩塔顶冷凝器42和具有纯氩塔顶冷凝器44和贮槽蒸发器46的纯氩塔43。连接管路201、202、203、204、205和206流体连通相应的预备管路101至106。管路14和34被阻断且不被操作。
然后，整体改造系统在分开的粗氩塔系统中作为传统的具有粗氩回收的空气分离系统而作用。分开的粗氩塔由通过第一粗氩塔6形成的“下部分”和具有由第二粗氩塔42形成的塔顶冷凝器42的“上部分”组成。第一粗氩塔顶冷凝器不再操作，然而其蒸发腔应该完全排空或连续不断地被小股流冲洗。
第一粗氩塔6的塔顶气体通过管路101和201被引入第二粗氩塔41的贮槽区域；第二粗氩塔41的贮槽液体在相反的方向上通过贮槽45和管路202和102流回第一粗氩塔6的塔顶。
来自高压塔4的过冷贮槽液体13现在不再流至第一粗氩塔顶冷凝器7，但是通过管路103和203流入改造系统。一旦在纯氩塔的贮槽蒸发器46中传递显热，则进一步过冷的流被分成两股流47和48，这两股流被供给两个冷凝器-蒸发器42和44的蒸发腔。从那儿，蒸发部分49/50通过管路204和104被供应到低压塔4中，剩余部分的液体通过管路205和105，或206和106。纯氩塔43的贮槽液体的部分51作为液氩产品被排出。在塔顶冷凝器44中未液化的残余气体52被输出至大气(ATM)中。
图2示出本发明的第二变形的示例性实施方案。下面仅描述与图1的不同之处。此外，与在图1中描述过的类似地应用。
图2中没有氩回收(冷箱1)的主系统的操作与图1没有不同。然而，装置包括不同的预备管路：
-用于将气体从低压塔的中间部分排出的第七预备管路301，
-用于将液体引入低压塔的中间部分的第八预备管路302，
-用于将气体引入第一粗氩塔的底部区域的第九预备管路303，
-用于将液体从第一粗氩塔的底部区域排出的第十预备管路304，
-用于将第一粗氩塔的气态塔顶产品排出的第十一预备管路305，
-用于将冷却流体从蒸馏塔系统排出的第十二预备管路306，
-用于将蒸发的冷却流体引入低压塔的中间区域的第十三预备管路307，和
-用于将未蒸发的冷却流体引入低压塔的中间区域的第十四预备管路308。
在冷箱40中的改造系统的不同仅在于缺少相应方式的第二粗氩塔顶冷凝器，另外的泵60和不同于图1那些的连接管路410至409的线路。
改造过程后，图2的整体系统在分开的粗氩塔中用作传统空气分离系统。分开的粗氩塔由通过第二粗氩塔42形成的“下部分”和由第一粗氩塔6形成具有塔顶冷凝器7的“上部分”组成。

Claims (11)

1.一种用于空气低温分离的装置，所述装置具有蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统包括高压塔(3)、低压塔(4)和用于氩氧分离的第一粗氩塔(6)，且设置在至少一个第一冷箱(1)中，并且所述装置具有：
-用于将来自所述低压塔(4)的中间部分的气体引入所述第一粗氩塔(6)的供气管路(30)，
-用于将所述第一粗氩塔(6)的液体引入所述低压塔(4)的中间部分的回液管路(31)，
-用于产生用于所述第一粗氩塔(6)的逆流流体的第一粗氩塔顶冷凝器(7)，其被实现为具有液化腔和蒸发腔的冷凝器-蒸发器，
-用于将冷却流体引入所述第一粗氩塔顶冷凝器(7)的蒸发腔的冷却管路(14)，且具有
-用于从所述蒸馏塔系统排出所述第一粗氩塔(6)的气态塔顶产物的第一粗氩管路(34)，
其特征在于
-用于阻断所述第一粗氩管路的设备和
-用于将所述第一粗氩塔(6)连接至用于氩氧分离的第二粗氩塔的预备管路(101，102；301，302)，其中所述预备管路穿过所述第一冷箱(1)的外壁并且使得所述第一和第二粗氩塔可作为串联连接的蒸馏部分而被操作。
2.如权利要求1中所述的装置，其特征在于
-用于阻断所述冷却管路(14)至所述第一粗氩塔顶冷凝器(7)的设备，
-用于排出所述第一粗氩塔(6)的气态塔顶产物的第一预备管路(101)，
-用于将液体引入所述第一粗氩塔(6)的上部区域的第二预备管路(102)，和
-用于排出来自所述蒸馏塔系统的冷却流体的第三预备管路(103)。
3.如权利要求2中所述的装置，其特征在于
-用于将蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间区域的第四预备管路(104)。
4.如权利要求2中所述的装置，其特征在于
-用于将未蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间区域的第五预备管路(105)，和/或任选存在的
-用于将纯氩塔的塔顶冷凝器的未蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间区域的第六预备管路(106)。
5.如权利要求1中所述的装置，其特征在于
-用于阻断所述供气管路(30)至所述第一粗氩塔(6)的设备，
-用于阻断从所述第一粗氩塔(6)的回液管路(31)的设备，
-用于从所述低压塔(4)的中间部分排出气体的第七预备管路(301)，
-用于将液体引入所述低压塔(4)的中间部分的第八预备管路(302)，
-用于将气体引入所述第一粗氩塔(6)的底部区域的第九预备管路(303)和
-用于排出来自所述第一粗氩塔(6)的底部区域的液体的第十预备管路(304)。
6.如权利要求5中所述的装置，其特征在于
-用于排出所述第一粗氩塔(6)的气态塔顶产物的第十一预备管路(305)，
-用于排出所述蒸馏塔系统的冷却流体的第十二预备管路(306)，
-用于将蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间区域的第十三预备管路(307)，以及
-用于将来自纯氩塔的塔顶冷凝器的未蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间区域的第十四预备管路(308)。
7.一种改造如权利要求1至6中任一项所述的装置的改造系统，其特征在于
-用于氩氧分离的第二粗氩塔(41)，
-其中设置有所述第二粗氩塔(41)的第二冷箱(40)，和
-用于将所述第二粗氩塔连接至所述装置的预备管路(101-105)的连接管路(201-205)，其中所述连接管路穿过所述第二冷箱(40)的外壁，
-其中所述连接管路(201-205)被实现用于连接至预备管路(101-105)。
8.如权利要求7中所述的改造系统，其是用于改造如权利要求2或3所述的装置，且其特征在于
-用于将所述第二粗氩塔(41)的底部区域连接至所述第一和第二预备管路(101，102)的一条或两条连接管路(201，202)，
-用于产生用于所述第二粗氩塔(41)的逆流液体的第二粗氩塔顶冷凝器(42)，其被实现为具有液化腔和蒸发腔的冷凝器-蒸发器，和
-用于将所述第二粗氩塔顶冷凝器(42)的蒸发腔连接至所述第三预备管路(103)的连接管路(203)和
-用于将来自所述第二粗氩塔顶冷凝器(42)的蒸发腔的所蒸发的冷却流体引入所述低压塔(4)的中间部分的连接管路(204)。
9.如权利要求7中所述的改造系统，其是用于改造如权利要求5或6所述的装置，且其特征在于
-用于将所述第二粗氩塔(41)的底部区域连接至所述第七和第八预备管路(301，302)的一条或两条连接管路，
-用于将所述第二粗氩塔(41)的底部区域连接至所述第九和第十预备管路(303，304)的一条或两条连接管路。
10.如权利要求7至9中任一项所述的改造系统，其特征在于具有纯氩塔塔顶冷凝器(44)的纯氩塔(43)。
11.一种用于改造没有氩回收的低温空气分离系统的方法，其特征在于如权利要求7至10中任一项所述的改造系统紧邻没有氩回收的主系统设立，并且将所述连接管路连接至所述主系统。
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