專利名稱：：空氣分離方法空氣分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
[OOOl]—種分離空氣的方法，其中通過在主熱交換器中伴隨著液化空氣流蒸發(fā)泵送的液氧流而生產(chǎn)加壓氧氣產(chǎn)品，以及氬產(chǎn)品在連接到低壓力塔的氬分離區(qū)中生產(chǎn)，低壓力塔與高壓力塔以熱傳遞方式操作連接。更具體地，本發(fā)明涉及一種方法，其中到高壓力塔的主進(jìn)料空氣流從主熱交換器在比所述液態(tài)空氣流高的溫度下抽取，以低溫冷卻所述液態(tài)空氣流，從而增加氬回收率。
背景技術(shù)：
：將空氣分為氮?dú)狻⒀鯕夂蜌鍤饨M分的分離已經(jīng)在空氣分離裝置中進(jìn)行，其中空氣被壓縮、純化并在主熱交換器中冷卻到其撒留的合適溫度。所述空氣被引入到還配置有與高壓力塔處于熱傳遞關(guān)系的低壓力塔的雙塔設(shè)備中的高壓力塔中。氮?dú)夂脱鯕猱a(chǎn)品可以從高和低壓力塔中提取出來。富氬流可以從低壓力塔中移除，并且被引入到氬塔中以產(chǎn)生富氬塔頂餾分。富氬塔頂餾分被冷凝(通常禾,全部或部分的粗液氧流，所述粗液氧流作為高壓塔的塔底餾分產(chǎn)生)以產(chǎn)生氬塔的液體回流。一部分富氬塔頂餾分作為氬氣產(chǎn)品提出。通過泵送由在低壓力塔中制備的液體氧塔底餾分構(gòu)成的富氧流而對其進(jìn)行加壓，并在在主熱交換器中蒸發(fā)該流，伴隨著液化構(gòu)成已經(jīng)被壓縮至高壓的空氣的一部分的空氣流，而在這樣的設(shè)備中生產(chǎn)高壓氧氣產(chǎn)品，也是X)^f周知的。所得至啲液態(tài)空氣流膨脹并被引入到低壓塔中或高壓塔和低壓塔兩者中。在美國專利號(hào)6,293,126中公開了這樣裝置的實(shí)例。在該專利中，主進(jìn)料空氣流從主熱交換器中離開，其溫度高于被進(jìn)一步壓縮并液化以生產(chǎn)液態(tài)空氣流的空氣流的溫度高。為了簡化該裝置的構(gòu)造，粗液氧流在被用來冷;MM氣回流或被引入到低壓力塔之前沒有低溫^4口。因此，比起如果將粗液氧流低溫冷卻而會(huì)發(fā)生的情況來說，在膨脹后有更多蒸氣部分的粗液氧流進(jìn)入到低壓力塔中。因此，招氐壓力塔中的高于在該處富氬流被提取以在氬塔中進(jìn)一步精煉的位點(diǎn)的位點(diǎn)處，液術(shù)蒸氣比小于以其它方式可能的值。此外，在高于液態(tài)空氣流的溫度下提取主空氣流，將液態(tài)空氣流的溫度降至可達(dá)到用于^4卩進(jìn)入空氣的回流溫度的程度。因此，對進(jìn)一步壓縮并液化的空氣流的壓縮要求通常大于如果主進(jìn)料空氣流沒有從該較高驢下取出而會(huì)需要的流量和/艦力。進(jìn)一步低溫^4口所述液態(tài)空氣流旨在補(bǔ)償?shù)蛪毫λ袦p少的液氣比。這樣就導(dǎo)致在這種的裝置中不增加任何氬氣的回收卻耗費(fèi)更多的能量。如即將討論的，本發(fā)明提供了分離空氣的方法，其中相對于現(xiàn)有技術(shù)的空氣分離系統(tǒng)，如上文提至啲，所能實(shí)現(xiàn)的，提高了氬氣的回收率，同時(shí)將提高氣氣回收率所必須f吏用的過量功率量降到最小。
發(fā)明內(nèi)容依照本方法，生產(chǎn)第一壓縮凈化空氣流和第二壓縮凈化空氣流。第二壓縮凈化空氣流比第一壓縮凈化空氣流具有更高的壓力。這些流在主熱交換器內(nèi)通過與在空氣分離單元中產(chǎn)生的返回流(returnstream)間接熱交換7賴卩。所述的返回流包含至少部皿送的液氧流(pumpedliquidoxygenstream)，和由于間接熱交換，由所述壓縮凈化空氣制備了主進(jìn)料空氣流和液態(tài)空氣。主進(jìn)料空氣流被弓l入到所述空氣分離單元的高壓力塔中，液態(tài)空氣流膨脹，以及至少部分所述液態(tài)空氣流被引入至控氣分離單元的低壓力塔中。來自低壓力塔的富氬流被弓l入到由至少一個(gè)塔形成的氬氣分離區(qū)，以產(chǎn)生含氬氣的塔頂餾分(columnoverhead)和由所述含氬氣的塔頂餾分構(gòu)成的含氬產(chǎn)品流。需要說明的是，在此處和在豐又利要求中使用的術(shù)語"氬分離區(qū)"包括單個(gè)的氬塔，本領(lǐng)域通常指粗氬氣塔，以及串聯(lián)的塔以提供足夠數(shù)量的分離級(jí)以使所述氬產(chǎn)品具有極低的氧含量，一般小于約lOppm。由高壓力塔的液體塔底餾分構(gòu)成的粗液氧流，以及由高壓力塔的液化氮塔頂餾分構(gòu)成的富氮液流被低溫7賴卩(subcool)。至少部分所述粗液氧流和至少部分所述富氮液流被弓l入到所述低壓力塔中。主進(jìn)料空氣流在比液態(tài)空氣流高的溫度下/Ai熱効奐器中引出，并至少在大約該溫度下被引入到高壓力塔中。,地，主進(jìn)料空氣流的溫度高于液態(tài)空氣流約6K至約25K，更地，比液態(tài)空氣流高約8K至約15K。[觀2]這樣的^媒是低溫冷卻液態(tài)空氣流，以增加其在膨脹之后的液體量，從而提割氐壓力塔中的液氣比并增加氬氣回收率。應(yīng)注意的是，不同于現(xiàn)有技術(shù)，不能有例如不低溫冷卻粗液氧流的簡化。如果該流不低溫冷卻，那么由于在液態(tài)空氣流的膨脹期間形成蒸氣而導(dǎo)致在液態(tài)空氣流或其部分進(jìn)入的位點(diǎn)上方的液氣比會(huì)較小，使得氬氣回收率會(huì)受到損害。此外，與現(xiàn)有技術(shù)不同，主進(jìn)料空氣流的溫度經(jīng)選擇使得液態(tài)空氣流具有接近于返回流的平均溫度的接近溫度，相差不低于約0.2K至約3K，并4腿0.4K至2K。所述的平均纟鵬是計(jì)算得到的溫度，在該溫度，在主熱交換^t端處返回流的流量和烚的乘積等于返回流在其實(shí)際溫度的流量和焓的乘積。如即將討論的那樣，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)此處如果使該溫度出現(xiàn)任何程度的更小，考慮到主熱交換器僅為有限的尺寸，那么第二壓縮凈化空氣流的壓縮要求增加，而氬氣回收率沒有可覺察到的增加。為了解決熱端和熱泄漏問題，如現(xiàn)有技術(shù)所公知的，必須產(chǎn)生制冷。有許多與本發(fā)明相兼容的方法來解決該問題。例如，可以產(chǎn)生第三壓縮凈化空氣流。第三壓縮凈化空氣流可以在主熱交換器內(nèi)部分冷卻并被引入到汽輪膨脹機(jī)來產(chǎn)生排出流(exhauststream)，以產(chǎn)生制冷。排出流然后被引入到低壓力塔中。通過從用于形成第二壓縮凈化流的壓縮機(jī)中間級(jí)中抽取第四壓縮凈化空氣流，可以產(chǎn)生第四壓縮凈化空氣流。第四壓縮凈化流在另一個(gè)汽輪膨脹機(jī)中膨脹并與第一壓縮凈化空氣流在主熱交換器中結(jié)合以增加液體的產(chǎn)生。產(chǎn)生制冷的替換方法是，由氮塔頂餾分構(gòu)成的氮塔頂餾分流可以在主熱交換器內(nèi)部分加熱，然后在汽輪膨脹機(jī)內(nèi)膨脹產(chǎn)生排出流以產(chǎn)生制冷。排出流然后能被引入到主熱効奐器并然后在其中被充分加熱。在本發(fā)明的任何實(shí)施方案中，所述液態(tài)空氣流可以被引入到液敝輪機(jī)中以使液態(tài)空氣流膨脹，使其壓力適于弓l入到高壓力塔的中間位置。粗液氧流與富氮液流可以在穿過間接熱交換器被返回流低溫7賴卩，返回流由由低壓力塔塔頂餾分構(gòu)成的富氮蒸氣流和比富氮蒸氣流中氮含量低的廢料蒸氣流形成。富氮蒸氣流和廢料蒸氣流可以在使粗液氧流和富氮液流低溫冷卻后被引入到主熱交換器中。第一部分粗液氧流可以膨脹并弓l入到低壓力塔中，第二部分粗液氧流可以與由氬塔頂餾分構(gòu)成的氬塔頂餾分流進(jìn)行間接熱交換。因此，氬塔頂餾分流可以被冷凝，并且第二部分粗液氧流可以被部分蒸發(fā)。源自粗液氧流部分蒸發(fā)的液體和蒸氣餾分流然后被弓l入到低壓力塔中。部^ffl塔頂餾分流在冷凝后可以形^M產(chǎn)品流，以及剩余部分在冷凝后可以作為回流回至幅分離區(qū)。雖然說明書以明確指出申請人認(rèn)為的其發(fā)明的主題的權(quán)利要求為結(jié)論，但相信結(jié)合附圖可以更好地理解本發(fā)明，其中圖1是用于執(zhí)行本發(fā)明方法的裝置的工藝流程示意亂[(X)20]圖2是在主熱交換器內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)加熱和冷卻曲線的圖示；[f)021]圖3是結(jié)合依照本發(fā)明的空氣分離方法操作的主熱交換器內(nèi)加熱和7賴口曲線的圖示；圖4是圖1的可替換性實(shí)施方案的部分示意圖，示出了與主熱^J奐器集成的低溫冷卻裝置的替換性實(shí)施方案；[(X)23]圖5是圖1的替換性實(shí)施方案的部分的示意圖，利用富氮流的膨脹以產(chǎn)生制冷；和圖6是圖1的替換性實(shí)施方案的部分的示意圖，禾,進(jìn)一步膨脹以提高液體的產(chǎn)量；為了避M附圖進(jìn)行重復(fù)的解釋，在附圖標(biāo)記g的特定要素的描述相同時(shí)，在附圖中〗頓和重復(fù)相同的附圖標(biāo)記。具體實(shí)施方式禾,主空氣壓縮機(jī)12壓縮空氣流10。得到的壓縮流的空氣壓力由將在下面討論的高壓力塔(higherpressurecolumn)48的壓力以及壓降來設(shè)定?？諝饬鱅O在后冷卻器(aftercooler)14中冷卻除去壓縮熱后，在凈化單元16中凈化以除去較高沸點(diǎn)的雜質(zhì)，如二氧化碳和可結(jié)冰的水分，以及可收集代表安全危險(xiǎn)的烴類。如現(xiàn)有技術(shù)中已知的，凈化單元16可以是分子篩吸附劑床，，己知的變溫吸附循環(huán)中異相工作(operatingoutofphase)以凈化空氣流IO?？諝饬?0的壓縮凈化產(chǎn)生壓縮凈化的空氣流18，其被劃分以產(chǎn)生第一壓縮凈化空氣流20，所述第一壓縮凈化空氣流構(gòu)成源自這種劃分的最大部分。壓縮)^化空氣流18的一部分22在增壓壓縮機(jī)24中被進(jìn)一步壓縮，產(chǎn)生第二壓縮凈化空氣流28。壓縮凈化空氣流18的部分22的流量一般為壓縮凈化空氣流18的約24%至約40%。增壓壓縮機(jī)24的排出壓力由在下文中將會(huì)討論的泵送液氧流(pumpedliquidoxygenstream)122的壓力確定。當(dāng)?shù)诙嚎s凈化空氣流28的壓力低于其臨界壓力時(shí)，壓力一般是魏液氧流122的壓力的大約2.5樹氏。第二壓縮凈化空氣流28的壓縮熱im被后^4卩器26除去。如將被討論的那樣，任選地，壓縮空氣流18的另一部分30在增壓壓縮機(jī)32內(nèi)壓縮以產(chǎn)生第三壓縮凈化空氣流36，用于制冷目的。壓縮凈化空氣流的所述另一部分30的流量一般占?jí)嚎s凈化空氣流18的約5%至約20%。第三壓縮凈化空氣流36的壓縮熱，地被后冷卻器34除去。需要指出的是，主空氣壓縮機(jī)12和增壓壓縮機(jī)24im是具有中間級(jí)冷卻的多級(jí)設(shè)備(multi-stagemachine)。增壓壓縮機(jī)(boostercompressor)32是由渦輪機(jī)(turbine)62提供動(dòng)力的單級(jí)設(shè)備(singlestagemachine)。壓縮機(jī)12和24通常由外部源，通常是電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力。第一壓縮凈化空氣流20和第二壓縮^t化空氣流28在主熱^l奐器40中被7賴卩，形成在或接近其露點(diǎn)的主進(jìn)料空氣流42和液態(tài)空氣流44。如即將被討論的，第一壓縮凈化空氣流20和第二壓縮凈化空氣流28ffl51與產(chǎn)生于空氣分離單元46中富含氧和氮的返回流間接熱交換被7轉(zhuǎn)卩。在此需要指出的是，本發(fā)明期望第二壓縮凈化空氣流28可以高于臨界壓力。在此瞎況下，7賴卩這種流會(huì)在稱作"偽液化"的過程中產(chǎn)生稠密的相蒸氣，所逾'偽液化"中沒有真正的液相產(chǎn)生。所以，此處和權(quán)利要求中用在液態(tài)空氣流44上的術(shù)語"液化"或術(shù)語"液體"，考慮了產(chǎn)生稠密的相蒸氣的偽液化和產(chǎn)生液體的真實(shí)液化。主進(jìn)料空氣流42被弓l入到空氣分離單元46中高壓力塔48的底部區(qū)域，所述高壓力塔在比空氣分離單元的低壓力塔50的壓力高的壓力下操作?？諝夥蛛x單元46還包括氬塔52，其為精煉贏氣提供氬氣分離區(qū)來生產(chǎn)含氬塔頂餾分，/A^述塔頂餾分中提取氬產(chǎn)品。氬塔52在適當(dāng)?shù)南箾r下可以被替換為具有足夠分離級(jí)數(shù)的一系列塔，來充分地分離上文提到的氧氣。雖然未^j列說明，可理解高壓力塔48、低壓力塔50和氬塔52包含傳質(zhì)元件，以在塔內(nèi)接觸待分離的混合物的液相和氣相。這些傳質(zhì)元件可以為己知的規(guī)整填料(structuredpacking)或篩板、堆積il^斗或其組合。液態(tài)空氣流44引入液體膨脹設(shè)備54并膨脹到適宜的壓力，以iSA到高壓力塔中高于主進(jìn)料空氣流42的中間位置。液體膨脹設(shè)備54，舉例來說，優(yōu)選是液體渦輪機(jī)，其中的膨脹功可以被發(fā)電機(jī)回收，用來驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)或用油壓制動(dòng)器以熱量消耗。可理解的是，液體膨脹設(shè)備54可以為膨脹閥。膨脹之后，液態(tài)空氣流44被分成第一子液流56和第二子液流58。第二子液流58被弓l入到高壓力塔48。這樣，液體膨脹設(shè)備54的排出壓力被設(shè)置為高壓力塔48的壓力加上壓降。第一子液流56通31膨脹閥60斷氏壓力，然后被弓l入到低壓力塔50中。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，所有液態(tài)空氣流44可以被引入低壓力塔50中，以及為了該目的膨脹到合適的壓力。為了冷卻所述工藝并由此解決熱端損失，第三壓縮凈化空氣流36在除去壓縮熱之后在主熱効奐器40之中部分7賴口。部分7賴口是指流^4口到主熱交換器40的熱端和冷端^Jt之間的溫度。生成的第三壓縮空氣流36在部分冷卻后隨后被引入到汽輪膨脹機(jī)62以產(chǎn)生排出流64，其被引入到低壓力塔50中?？梢詮膱D示中明顯得到，排出流64的壓力被設(shè)置為低壓力塔50的壓力。高壓力塔48中的空氣分離產(chǎn)生富集氮?dú)獾牡獨(dú)馑旔s分。另外，在高壓力塔48內(nèi)產(chǎn)生富含氧氣的粗液氧塔底餾分。由富氮塔頂餾分構(gòu)成的富氮蒸氣流66，被引入到^g在低壓力塔底部區(qū)域的冷凝再沸器68中，以蒸發(fā)在低壓力塔50中作為液體塔底餾分收集的富氧液體，伴隨著冷凝富氮蒸氣流66以產(chǎn)生富氮液流70。富氮液流70的一部分72作為回流被引入回到高壓力塔48的頂部，富氮液流70的一部分74在低溫冷卻單元78中和由高壓力塔48的粗液氧塔底餾分構(gòu)成的粗液氧流76—起被低溫7賴卩。富氬流86作為蒸氣弓l入到氬塔52。富氬流86—般包含約5%至約20%氬。富氬塔頂餾分作為富氬蒸氣流88被提取并在設(shè)置在殼92之中的熱交換器90內(nèi)冷凝。生成的富氬液流94，以流96形式，作為回流弓l回到氬塔52，氬產(chǎn)品流98可作為,品被取出。生成的貧氬液流100回至U低壓力塔50中。取決于氬塔52的級(jí)數(shù)，富氬塔頂餾分和由此的,品流98可以是為了凈化目的需要進(jìn)一步處理的粗流。如現(xiàn)有技術(shù)已知的，這樣的粗流可以在脫氧單元中進(jìn)一步處理以除去殘留氧氣然后在氮塔中除去任何剩余的氮。粗液氧流76在被低溫冷卻之后然后被劃分，并且該流的第一部分102在膨脹閥104內(nèi)膨脹并被直接引入到低壓力塔50中。第二部分106可以在膨脹閥108內(nèi)膨脹并隨后被弓l入到熱交換器92中，與富氬蒸氣流88間接熱交換以使其冷凝。生成的蒸氣流110可與液流112—起被弓l入到所述低壓力塔50中。粗液氧流76和富氮液流70的第二部分74在低溫冷卻單元78中，通過與氮塔頂餾分流114和具有比氮塔頂餾分流114低濃度的氮的廢流116間接換熱而低溫冷卻。同時(shí)，提取自低壓力塔50底部的富氧流118可由泵120泵送以產(chǎn)生皿的液氧流122。泵送的氧也可處于其臨界壓力以上，從而為稠密的相或'偽液體"。它的第一部分124可以被引入到主熱交換器40來液化第二壓縮空氣流28。被引入到主熱交換器的還有其它返回流，如氮塔頂餾分流114和廢流116。這些返回流也用于^4卩弓l入的第一壓縮凈化空氣流20來產(chǎn)生主進(jìn)料空氣流42，以及部分地^4卩所述第三壓縮空氣流36。需要指出的是，其中廢流116不被除去的本發(fā)明實(shí)施方案也是可能的。這導(dǎo)致有較低濃度的氮并由此形自流的氮塔頂餾分流114。然而，在舉出的實(shí)船案中，塔頂餾分流114、廢流116和泵送液氧流122的第一部分124組成了所述方法的返回流。氮塔頂餾分流114和,液氧流的蒸發(fā)的第一部分124形成氮以及加壓的氧產(chǎn)品。皿液氧流122的第二部分126可以任選地作為液體產(chǎn)品。如上所述，第一壓縮空氣流20在主熱交換器40中不完全^4卩。相反地，其被排出以產(chǎn)生主進(jìn)料空氣流42，具有比在主熱交換器40中被液化并作為液態(tài)空氣流44抽取的第二壓縮空氣流28更高的溫度。如上所述，這引起液態(tài)空氣流44過冷。主進(jìn)料空氣流42的溫度優(yōu)選比液態(tài)空氣流44高約6K至約25K。更tt范圍在約8K至約15K。參照圖2，示出了主熱効奐器40內(nèi)的纟鵬曲線，其中第一壓縮空氣流20被完全冷卻并且因此是在完全穿過主熱交換器40之后抽取的。在這個(gè)特定的現(xiàn)有技術(shù)操作中，主熱交換^t端中的溫差約為6.2K。參照圖3，示出了根據(jù)本發(fā)明的主熱交換器40內(nèi)的溫度曲線。在較高溫度下抽取壓縮凈化空氣流20并因此在該較高、鵬產(chǎn)生的主進(jìn)料空氣流42，導(dǎo)致^4卩曲線更陡峭，這是因?yàn)樗斜３衷谥鳠釀繆J器40之內(nèi)待冷卻的都是第二壓縮凈化空氣流28，這樣導(dǎo)致在過冷溫^生液態(tài)空氣流24。因此，更少的汽化由于在膨脹器54內(nèi)的液態(tài)空氣流44膨脹而發(fā)生，并且M31閥60之后的第一子液流56和第二子液流58，在iSA高壓力塔48時(shí)具有更高的液體含量。主進(jìn)料空氣流42iSA高壓力塔的纟驢更高。這導(dǎo)致更大的液-氣通量(liquid-vaportraffic)，因而在高壓力塔48頂部增加富氮蒸氣產(chǎn)量。第一子空氣流56更大的液體含量使得在低于進(jìn)入到所述低壓力塔50的位置產(chǎn)生增加的液氣比。另外，在高壓力塔48頂部產(chǎn)生更多富氮蒸氣，導(dǎo)致有更多的液#^低壓力塔50中形成，M提高富氮液流70的第二部分74的生成量作為回流。在本發(fā)明中，由于粗液氧流76也是低溫冷卻的，更大液體分?jǐn)?shù)的該流ttli脹后也能被引入到低壓力塔50中。在低壓力塔50中所得到的總體更高的液氣比，導(dǎo)致在富氬流86中存在更多氬，因此有更大的氬回收率。需要指出的是，這也同樣將增加氧的回收，雖然程度較小。然而，一般由于氧按照供應(yīng)合同提供給顧客，所以通過斷氐主空氣壓縮的程度以降低本發(fā)明方法對總能量的需求，同時(shí)仍然利用此處公開的本發(fā)明方法可行的增加氬回收率的優(yōu)點(diǎn)，該設(shè)備可以經(jīng)操作來滿足市場需求°然而，隨著主進(jìn)料空氣流20^if變得更熱，液態(tài)空氣流42的溫度逐漸變得更低。為了阻止主熱交換器40內(nèi)的加熱和冷卻曲線交叉，更多空氣必須在增壓壓縮機(jī)24內(nèi)被壓縮，因此會(huì)增加設(shè)備的能量需要。補(bǔ)償熱効奐器40冷端的所述較小^的另一種方式是增加流體30。這稱主往增加總功率和降低氬的回收率。發(fā)明人己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，從主熱効奐器40在特別的、預(yù)先確定的溫度下抽取主進(jìn)料空氣流20，可以控制液態(tài)空氣流的溫度以接近返回流溫度，即氮塔頂餾分流114、廢流116和皿液氧流124的溫度。這樣的控制由此允許增加氬的回收率而不必增加空氣壓縮的肖讀需要量。在典型的板-翅片熱交換器中，主進(jìn)料空氣流42應(yīng)該如下溫度下從主熱交換器中抽取所述^^4吏得液態(tài)空氣流44的a^接近于返回流的平均^^，相差不低于約0.2K至3K，i^0.4KM2K。低于該、皿范圍，育糧需要量會(huì)M地增加而氬回收不會(huì)有明顯的增加。如上所述，這個(gè)"平均、鵬"計(jì)算為如下a^:在該》驢，流量乘以烚等于所艦回流在主熱交換器40的冷端處在其實(shí)際^Jt的流量乘以烚。在所述的實(shí)施方案中，在主熱交換器40冷端的返回流是皿液氧流122的第一部分124，以及在低溫冷卻單元78熱端處的氮塔頂餾分流114和廢流116。應(yīng)當(dāng)注意的是，如果有任何附加流從塔系統(tǒng)抽取并然后提供給主熱交換器40，那么這樣的流將被計(jì)入平均溫度的該計(jì)算中。會(huì)知道的，M31主熱交換器40的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)對主進(jìn)料空氣流44的所述溫度的控制，更具體地，設(shè)計(jì)從其中排出主進(jìn)料空氣流42的出口的位置。參照圖4，是圖2所示的空氣分離設(shè)備的替換性實(shí)施方案中，主熱交換器40刺氏溫7賴卩單元28可以合并成單一裝置40'。圖4中示出的空氣分離設(shè)備以另外的方式實(shí)現(xiàn)圖1的裝置的功能。參照圖5，是圖1所示的空氣分離設(shè)備的替換性實(shí)施方案。富氮蒸氣流130可從富氮蒸氣流66中提取，富氮蒸氣流66的剩余部分67可以被弓l入到冷凝再沸器68中。富氮蒸氣流130被引入到主熱交換器40"，在其中被部分加熱并然后被引入到與發(fā)電機(jī)134連接的汽輪膨脹機(jī)132中。生成的7賴口排出流136被引入到配有鵬的主熱効奐器40"中，以完全加熱所述流并由此制冷該過程。除了進(jìn)行制冷的所述替換性方法以外，圖5中的設(shè)備在其它方面和圖1中所示的相同。參照圖6，是圖1所示的空氣分離設(shè)備的又一示例性實(shí)施方案。在該實(shí)施方案中，從增壓壓縮機(jī)24的中間級(jí)取出第四壓縮空氣流150，從其第一或第二級(jí)取出。所得到的第四壓縮空氣流150然后在壓縮機(jī)152中壓縮以產(chǎn)生壓縮空氣流154，在后y賴卩器156中移除壓縮熱后，被引入到汽輪機(jī)158以產(chǎn)生排出流160，其與第一壓縮空氣流20在主熱交換器40"'的中間的位置和溫度水平處結(jié)合，主熱交換器40'"具有為該目的設(shè)置的入口。這樣會(huì)具有比圖l所示設(shè)備產(chǎn)生更多液體的能力。除了本段落所述的修改以外，該設(shè)備的其余部分會(huì)另外與圖1所示的空氣分離設(shè)備相同。以下，作空氣分離設(shè)備1的計(jì)算實(shí)施例，如圖1所示，依照本發(fā)明的方法(表l)和現(xiàn)有技術(shù)的方法進(jìn)行，在現(xiàn)有技術(shù)方法中主進(jìn)料空氣流42在主熱効奐器40的冷端溫度AAi熱交換器40中抽取(表2)。在兩個(gè)實(shí)施例中，設(shè)備經(jīng)設(shè)計(jì)以生產(chǎn)組合的(unitized)氣態(tài)氧流IOOO(泵送液氧流122在主熱交換器40中蒸發(fā)后的第一部分124)和組合的液氧流34(,液氧流122的第二部分126)。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>經(jīng)過比較，本發(fā)明的氬回收率如表1所示為78.1%?，F(xiàn)有技術(shù)方法的氬回收率在表2中為74.1%。同樣地，表l中氧回收率為99.3%，表2中氧回收率為98.9%。如表l(蒸氣百分比)所示的本發(fā)明中，流56和58SA高和低壓力蒸餾塔48和60時(shí)的閃蒸出(flashoff)程度較低，并且主進(jìn)料空氣流42t鵬較高，導(dǎo)致提高產(chǎn)品流回收率。在本發(fā)明中，閃蒸下降是液態(tài)空氣流44的較低纟鵬的結(jié)果。在表1中，第二壓縮凈化空氣流28的流量要求比表3中高1.9%。因此，本發(fā)明的能量消耗稍微高于現(xiàn)有技術(shù)。雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實(shí)施方案描述了本發(fā)明，但是如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，很多的變換、添加和省略均可在不脫離本發(fā)明所附權(quán)利要求描述的精神和范圍下作出。權(quán)利要求1.分離空氣的方法，包括產(chǎn)生第一壓縮凈化空氣流和具有比第一壓縮凈化空氣流更高壓力的第二壓縮凈化空氣流；在主熱交換器中，通過與在空氣分離單元中產(chǎn)生的包括至少部分泵送液氧流的返回流間接熱交換，冷卻所述第一壓縮凈化空氣流和所述第二壓縮凈化空氣流，由此產(chǎn)生主進(jìn)料空氣流和液態(tài)空氣流；引導(dǎo)所述主進(jìn)料空氣流進(jìn)入空氣分離單元的高壓力塔內(nèi)，使所述液態(tài)空氣流膨脹并引導(dǎo)至少部分所述液態(tài)空氣流進(jìn)入到所述空氣分離單元的低壓力塔中；從所述低壓力塔引導(dǎo)富氬流進(jìn)入到由至少一個(gè)塔形成的氬分離區(qū)中，以產(chǎn)生含氬塔頂餾分和由所述含氬塔頂餾分構(gòu)成的含氬產(chǎn)品流；低溫冷卻由所述高壓力塔的液態(tài)塔底餾分構(gòu)成的粗液氧流和由所述高壓力塔的液化氮塔頂餾分構(gòu)成的富氮液流，并引導(dǎo)至少部分所述粗液氧流和至少部分所述富氮液流進(jìn)入所述低壓力塔內(nèi)；以及所述主進(jìn)料空氣流在比所述液態(tài)空氣流更高的溫度從所述主熱交換器中抽取，并在至少大約所述溫度被引入到所述高壓力塔中，由此使所述液態(tài)空氣流低溫冷卻并增加其在膨脹之后的液體含量，從而提高低壓力塔中的液氣比并由此提高氬回收率，所述溫度經(jīng)選擇使得所述液態(tài)空氣流具有接近返回流的平均溫度的接近溫度，相差不小于約0.2K至約3K的范圍，所述平均溫度是計(jì)算得到的溫度，在該溫度所述主熱交換器冷端處的返回流的流量和焓的乘積等于返回流在其實(shí)際溫度的流量和焓的乘積。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其中所述范圍是約0.4K至約2K。3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所^fe進(jìn)料空氣流的所述^^處于比所述液態(tài)空氣流高約6K至約25K的范圍內(nèi)。4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中所勝進(jìn)料空氣流的所述纟驢處于比所述液態(tài)空氣流高約8K至約15K的范圍內(nèi)。5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述范圍是約0.4K至約2K.6.如^R利要求1所述的方法，其中所述液態(tài)空氣流膨脹到適于將其弓l入到所述高壓力塔的中間位置的壓力；所述液態(tài)空氣流被劃分為第一子液流和第二子液流-,所述第一子液流被引入到所述高壓力塔；以及所述第二子液流膨脹并被弓l入到所述低壓力塔，弓l入位置高于將富氬流排放到氬塔的位置。7.如權(quán)利要求1所述的方法，其中產(chǎn)生第三壓縮凈化空氣流；所述第三壓縮凈化空氣流在所述主熱交換器中部分冷卻，并被弓l入汽輪膨脹機(jī)以產(chǎn)生排出流，從而產(chǎn)生制冷；以及所述排出流被弓l入到所述低壓力塔。8.如權(quán)利要求5所述的方法，其中通過從用于形成所述第二壓縮凈化流的壓縮機(jī)的中間級(jí)抽取第四壓縮凈化空氣流來產(chǎn)生第四壓縮凈化空氣流；以及所述第四壓縮凈化流在另一個(gè)汽輪膨脹機(jī)內(nèi)膨脹并在所述主熱交換器內(nèi)與所述第一壓縮凈化空氣流結(jié)合以提高液體產(chǎn)量。9.如權(quán)利要求l所述的方法，其中由氮塔頂餾分構(gòu)成的氮塔頂餾分流在主熱交換器中部分加熱，在汽輪膨脹機(jī)中膨脹以產(chǎn)生用于產(chǎn)生制冷的排出流，以及所述排出流被弓l入主熱^^奐器并在其中被完全加熱。10.權(quán)利要求1或權(quán)利要求5或權(quán)利要求6或權(quán)利要求7或權(quán)利要求8*利要求9所述的方法，其中所述液態(tài)空氣流被引入液^n輪機(jī)以膨脹所述液態(tài)空氣流，使其壓力適于其弓I入至IJ所述高壓力塔的中間位置。11.權(quán)利要求1所述的方法，其中所述粗液氧流和所述富氮液箭適過與所述返回流間接熱交換而低溫冷卻，所述返回流由由低壓力塔塔頂餾分構(gòu)成的富氮蒸氣流和含氮量比所述富氮蒸氣流低的廢蒸氣流形成，所述富氮蒸氣流和所述廢蒸氣流在低溫冷卻了所述粗液氧流和所述富氮液流之后被弓l入到主熱交換器中。12.權(quán)利要求l所述的方法，其中所述粗液氧流的第一部分膨脹并被弓l入到低壓力塔中，以及所述粗液氧流的第二部分與由氬塔頂餾分構(gòu)成的氬塔頂餾分流間接熱交換，從而冷凝所,塔頂餾分流并部分蒸發(fā)粗液氧流的第二部分；源自部分汽化所述粗液氧流的液體和蒸氣餾分流被弓l入低壓力塔；以及所,塔頂餾分流的一部分在被冷凝之后形成氬產(chǎn)品流，其剩余部分在冷凝后作為回流返回氬分離區(qū)。全文摘要空氣分離方法，其中通過蒸發(fā)泵送的液氧流產(chǎn)生的液態(tài)空氣流被引入到空氣分離單元的低壓力塔和任選的高壓力塔中。通過在比該液態(tài)空氣流高的溫度下從主熱交換器抽取主空氣進(jìn)料到高壓力塔而使所述液態(tài)空氣流過冷，以增加連接到低壓力塔的氬塔中的氬回收率。所述溫度經(jīng)選擇以使液態(tài)空氣流接近從高和低壓力塔注入到主熱交換器的返回流的平均溫度，差值在約0.2K至約3K的范圍內(nèi)。文檔編號(hào)F25J3/04GK101266095SQ20081009519公開日2008年9月17日申請日期2008年3月13日優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日發(fā)明者N·M·普羅塞爾,R·J·吉布申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司