Способ и устройство для низкотемпературного разделения воздуха - RU2015126605A

Код документа: RU2015126605A

Формула

1. Способ низкотемпературного разделения воздуха в установке разделения воздуха, которая содержит основной воздушный компрессор, основной теплообменник (8) и систему дистилляционных колонн с колонной (10) высокого давления и колонной низкого давления, причем

- весь подаваемый воздух (1) в основном воздушном компрессоре (3а) сжимается до первого воздушного давления, которое по меньшей мере на 3 бар выше, чем рабочее давление колонны высокого давления, чтобы сформировать сжатый полный воздушный поток (4, 7),

- первая часть сжатого полного воздушного потока как первый воздушный поток (100) при первом воздушном давлении охлаждается в основном теплообменнике (8) и сжижается или псевдо-сжижается, затем расширяется (101) и вводится (102, 9) в систему дистилляционных колонн,

- вторая часть сжатого полного воздушного потока как второй воздушный поток (200) дополнительно сжимается в воздушном дополнительном компрессоре (3b) до второго воздушного давления, которое выше, чем первое воздушное давление, и по меньшей мере первая часть второго воздушного потока дополнительно сжимается в системе дополнительного сжатия до третьего воздушного давления, которое выше, чем второе воздушное давление, причем система дополнительного сжатия имеет по меньшей мере первый приводимый турбиной дополнительный компрессор (202с),

- первый частичный поток второго воздушного потока как третий воздушный поток (210) при первом входном давлении турбины вводится в первую турбину (202t), там расширяется с совершением работы и затем вводится (211, 213, 22) в систему дистилляционных колонн, причем первое входное давление турбины больше, чем первое воздушное давление, но не больше, чем третье воздушное давление, и первая турбина (202t) приводит в действие первый приводимый турбиной дополнительный компрессор (202с),

- второй частичный поток второго воздушного потока как четвертый воздушный поток (220) под давлением, которое больше,

чем первое воздушное давление, но не больше, чем третье воздушное давление, охлаждается в основном теплообменнике (8) и сжижается или псевдо-сжижается, затем расширяется (221) и вводится (222) в систему дистилляционных колонн,

- по меньшей мере время от времени по меньшей мере один жидкий продукт (30; 39; LAR) извлекается в системе дистилляционных колонн и выводится из установки разделения воздуха,

- первый поток продукта (37; 43) в жидком виде выводится из системы дистилляционных колонн, в жидком состоянии приводится (41; 44) на первое повышенное давление продукта, в основном теплообменнике (8) испаряется или псевдо-испаряется и нагревается, и

- нагретый первый поток продукта (42; 45) как первый сжатый газообразный продукт выводится из установки разделения воздуха,

отличающийся тем, что

- по меньшей мере время от времени

- третий частичный поток второго воздушного потока как шестой воздушный поток (230) охлаждается в основном теплообменнике (8) до первой промежуточной температуры, дополнительно сжимается в холодном компрессоре (14с) до четвертого воздушного давления, которое выше, чем третье воздушное давление, и

- дополнительно сжатый шестой воздушный поток (231) при четвертом воздушном давлении охлаждается в основном теплообменнике (8) и сжижается или псевдо-сжижается, затем расширяется (233) и вводится (234, 9) в систему дистилляционных колонн,

- в первом рабочем режиме первое полное количество жидких продуктов (30; 39; LAR) выводится из установки разделения воздуха,

- во втором рабочем режиме второе полное количество жидких продуктов (30; 39; LAR) выводится из установки разделения воздуха, которое меньше, чем первое полное количество, и что

- в первом рабочем режиме количество воздуха, которое

направляется как шестой воздушный поток (230) через холодный компрессор (14с), меньше, чем во втором рабочем режиме.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- по меньшей мере время от времени

- третья часть сжатого полного воздушного потока как пятый воздушный поток (301) при первом воздушном давлении вводится во вторую турбину (14t) и там расширяется с совершением работы,

- вторая турбина (14t) приводит в действие второй приводимый турбиной дополнительный компрессор, который образован холодным компрессором (14с),

- расширенный с совершением работы пятый воздушный поток (302) вводится (13) в систему дистилляционных колонн, и что

- в первом рабочем режиме количество воздуха, которое как пятый воздушный поток (14t) направляется через вторую турбину, меньше, чем во втором рабочем режиме.

3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что

- в первом рабочем режиме

- первое количество воздуха сжатого полного воздушного потока образует первый воздушный поток (100), и

- второе количество воздуха сжатого полного воздушного потока образует второй воздушный поток (200),

- во втором рабочем режиме

- третье количество воздуха сжатого полного воздушного потока, которое выше, чем первое количество воздуха, образует первый воздушный поток (100), и

- четвертое количество воздуха сжатого полного воздушного потока, которое меньше, чем второе количество воздуха, образует второй воздушный поток (200).

4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что третий воздушный поток (210) вводится в первую турбину (202t) при третьем воздушном давлении.

5. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что четвертый воздушный поток (220) в первой турбине (202t) расширяется до выходного давления, которое равно рабочему давлению колонны (10) высокого давления.

6. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что пятый воздушный поток (301) во второй турбине (14t) расширяется до выходного давления, которое равно рабочему давлению колонны (10) высокого давления.

7. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что во втором рабочем режиме пятый воздушный поток (301) во второй турбине (14t) расширяется до выходного давления, которое равно рабочему давлению колонны (12) низкого давления.

8. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что в обоих рабочих режимах по меньшей мере одна часть по меньшей мере одного из следующих воздушных потоков, соответственно, вводится ниже по потоку от его расширения в колонну (10) высокого давления:

- первый воздушный поток (102),

- третий воздушный поток (211),

- четвертый воздушный поток (234).

9. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что по меньшей мере одна часть расширенного пятого воздушного потока (302) вводится (13) в колонну (10) высокого давления.

10. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что основной воздушный компрессор (3а) и воздушный дополнительный компрессор (3b) образованы комбинированной машиной с общим приводом.

11. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что четвертый воздушный поток (220) во втором рабочем режиме содержит меньшее количество, чем в первом рабочем режиме.

12. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что во втором рабочем режиме четвертый частичный поток второго воздушного потока как седьмой воздушный поток (401) расширяется с совершением работы в третьей турбине (50t) и затем вводится в систему дистилляционных колонн.

13. Способ по п. 12, отличающийся тем, что в первом рабочем режиме третья турбина (50t) приводит в действие третий приводимый турбиной дополнительный компрессор (50с), который является частью системы дополнительного сжатия.

14. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что

- второй поток продукта выводится в жидком виде из системы дистилляционных колонн, приводится в жидком состоянии на второе повышенное давление продукта, испаряется или псевдо-испаряется и нагревается в основном теплообменнике и

- нагретый второй поток продукта как второй сжатый газообразный продукт выводится из установки разделения воздуха,

причем, в частности,

- первый поток продукта образуется кислородом (37) из нижней области колонны низкого давления, и/или

- второй поток продукта образуется азотом (43) из верхней области колонны высокого давления или из конденсатора наверху колонны высокого давления.

15. Установка разделения воздуха для низкотемпературного разделения воздуха, содержащая

- основной теплообменник (8),

- систему дистилляционных колонн, которая имеет колонну (10) высокого давления и колонну низкого давления,

- основной воздушный компрессор (3а) для сжатия полного загруженного воздуха (1) до первого воздушного давления, которое по меньшей мере на 3 бар выше, чем рабочее давление колонны высокого давления, чтобы сформировать сжатый полный воздушный поток (4, 7),

- средства для охлаждения первой части сжатого полного воздушного потока как первого воздушного потока (100) при первом воздушном давлении в основном теплообменнике (8),

- средства для расширения (101) и ввода (102, 9) в систему дистилляционных колонн охлажденного первого воздушного потока,

- воздушный дополнительный компрессор (3b) для дополнительного сжатия второй части сжатого полного воздушного потока как второго воздушного потока (200) до второго воздушного давления,

- систему дополнительного сжатия для дополнительного сжатия по меньшей мере первой части второго частичного потока до третьего воздушного давления, которое выше, чем второе воздушное давление, причем система дополнительного сжатия содержит по меньшей мере первый приводимый турбиной

дополнительный компрессор (202с),

- первую турбину (202t) для расширения с совершением работы первого частичного потока второго воздушного потока как третьего воздушного потока (210) от первого входного давления турбины, которое больше, чем первое воздушное давление, но не больше, чем третье воздушное давление, причем первая турбина (202t) связана с первым приводимым турбиной дополнительным компрессором (202с),

- средства для охлаждения второго частичного потока второго воздушного потока как четвертого воздушного потока (20) под давлением, которое больше, чем первое воздушное давление, но не больше, чем третье воздушное давление, в основном теплообменнике (8),

- средства для расширения (221) и ввода (222) охлажденного четвертого воздушного потока в систему дистилляционных колонн,

- средства для извлечения по меньшей мере одного жидкого продукта (30; 39; LAR) в системе дистилляционных колонн и средства для вывода из установки разделения воздуха,

- средства для вывода в жидком виде первого потока продукта (37; 43) из системы дистилляционных колонн, для повышения давления в жидком состоянии до первого повышенного давления продукта (41; 44), для нагрева в основном теплообменнике (8), и

- средства для вывода нагретого первого потока продукта (42; 45) как первого сжатого газообразного продукта из установки разделения воздуха,

отличающаяся тем, что содержит

- средства для охлаждения третьего частичного потока второго воздушного потока как шестого воздушного потока (230) в основном теплообменнике (8) до первой промежуточной температуры,

- холодный компрессор (14с) для дополнительного сжатия шестого воздушного потока до четвертого воздушного давления, которое выше, чем третье воздушное давление,

- средства для охлаждения дополнительно сжатого шестого воздушного потока при четвертом воздушном давлении в основном

теплообменнике (8),

- средства для расширения (233) и ввода (234, 9) в систему дистилляционных колонн охлажденного шестого воздушного потока,

- и средства для переключения между первым и вторым рабочим режимом, причем

- в первом рабочем режиме количество воздуха, которое как шестой воздушный поток (230) направляется через холодный компрессор (14с), меньше, чем во втором рабочем режиме.