專利名稱：液態(tài)和氣態(tài)氮物流、富氦氣流，和脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鞯纳a(chǎn)方法和相關(guān)的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及從包含碳?xì)浠衔铩⒑夂偷獨獾难b料流開始生產(chǎn)液態(tài)氮物流、氣態(tài)氮物流、富氦氣流和脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鞯囊环N生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
這類方法尤其應(yīng)用在對由液化天然氣(GNL)或氣體形式的天然氣(GN)組成的裝料流的處理。該方法適用于新型的天然氣液化裝置或新型的氣體形式的天然氣的處理裝置。本發(fā)明還應(yīng)用于現(xiàn)有裝置的性能改進(jìn)。在這些設(shè)備中，天然氣在被運送到消費者之前或在存儲或運輸之前需要進(jìn)行脫氮。實際上，從地層中開采的天然氣經(jīng)常包括數(shù)量不容忽視的氮氣。此外其經(jīng)常包含氦氣。已知的脫氮方法允許獲得一種脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鳎淇稍谝夯烊粴獾那樾沃幸砸后w的形式被運送至存儲裝置，或在天然氣的情形中被運送至氣體分配裝置。這些脫氮方法此外產(chǎn)生富氮物流，這些富氮物流要么被使用于提供設(shè)備運行所必需的氮氣，要么用于提供富氮的可燃?xì)怏w，這種燃燒氣體用于在實施該方法時所使用的壓縮機(jī)的燃?xì)馔钙?。作為變型，這些富氮物流在雜質(zhì)，如甲烷被焚盡后從火炬塔中釋放進(jìn)大氣。前述的方法并不完全地令人滿意，尤其是由于應(yīng)用于碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的新的環(huán)境限制。實際上，為了使得通過該方法生產(chǎn)的氮氣能夠在生產(chǎn)裝置中被使用或釋放進(jìn)大氣，氮氣需要具有很高的純度。通過該方法生產(chǎn)和用于在燃?xì)馔钙街惺褂玫目扇嘉锪飨喾吹匦枰∮?5% 到30%的氮氣，用于在設(shè)計的特別燒嘴中燃燒，以限制排放進(jìn)大氣的氮氧化物的生成。這些排放尤其是在用于實施該方法的設(shè)備的啟動階段發(fā)生，在該階段脫氮的方法還不是很有效的。此外，出于經(jīng)濟(jì)的原因，這類脫氮方法的能量效率需要持續(xù)地進(jìn)行改進(jìn)。前述類型的方法并不允許對從地下開采的天然氣中包含的氦氣進(jìn)行再利用，可是氦氣是一種具有很大經(jīng)濟(jì)價值的稀有氣體。為了至少部分地消除這些問題，文獻(xiàn)US 2007/0245771描述前述類型的一種方法，其同時生產(chǎn)液態(tài)氮物流、富氦物流，和包含大約30%的氮氣和大約70%的碳?xì)浠衔锏臍怏w流。該富氮的氣體流在該設(shè)備中用于形成一種可燃物流。然而該方法并不是完全令人滿意的，這是因為產(chǎn)生的純氮數(shù)量相對地少。此外，可燃物流包含很大數(shù)量的氮氣，這些氮氣是不與現(xiàn)存的各種燃?xì)馔钙较嗉嫒莸?，并且會產(chǎn)生大量的污染排放
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于獲得碳?xì)浠衔镅b料流的一種經(jīng)濟(jì)的脫氮方法，其允許對包含在裝料流中的氮氣和氦氣進(jìn)行再利用，同時至少限制對環(huán)境有害的排放。為此，本發(fā)明的對象在于前述類型的一種方法，其包括以下步驟-膨脹所述裝料流，用于形成一膨脹的裝料流；-將所述膨脹的裝料流分成第一引入物流和第二引入物流；-所述第一引入物流在一上游熱交換器內(nèi)通過與一制冷氣流的熱交換進(jìn)行冷卻， 該制冷氣流通過在一制冷循環(huán)中動態(tài)膨脹地獲得，用于獲得被冷卻的第一引入物流；-所述第二引入物流經(jīng)過第一下游熱交換器進(jìn)行冷卻，用于形成被冷卻的第二引入物流；-將所述被冷卻的第一引入物流和所述被冷卻的第二引入物流引入進(jìn)一分餾塔中，所述分餾塔包括多個理論分餾級；-提取至少一個重沸物流和使所述重沸物流在所述第一下游熱交換器中流通，用于冷卻所述第二引入物流；-在所述分餾塔底部提取一底部物流，用于形成所述脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鳎?在所述分餾塔頂部提取一富氮的頂部物流；-經(jīng)過至少一個第二下游熱交換器對所述富氮的頂部物流進(jìn)行加熱，用于形成一被加熱的富氮物流；-提取和膨脹所述被加熱的富氮物流的第一部分，用于形成氣態(tài)氮物流；-壓縮所述被加熱的富氮物流的第二部分，用于形成一壓縮的再循環(huán)的氮物流，并且，所述壓縮的再循環(huán)的氮物流按經(jīng)過所述第一下游交換器和經(jīng)過所述的或每個的第二下游交換器流動的方式進(jìn)行冷卻；-液化和局部膨脹所述再循環(huán)的氮物流，用于形成一膨脹的富氮物流；-在第一分離球中引入來自所述膨脹的富氮物流的至少一部分；-回收來自所述第一分離球的頂部氣流，用于形成富氦物流；-回收來自所述第一分離球底部的液流，并將該液流分成一液態(tài)氮物流和第一回流物流；-在所述分餾塔頂部中按回流方式引入所述第一回流物流。根據(jù)本發(fā)明的方法可包括一個或多個以下的特征，單獨地或根據(jù)技術(shù)上所有可能的組合-全部的所述膨脹的富氮物流在膨脹后直接地被引入進(jìn)所述第一分離球中；-所述膨脹的富氮物流被引入進(jìn)布置在所述第一分離球上游的第二分離球中，來自所述第二分離球的頂部物流被引入進(jìn)所述第一分離球中，所述第二分離球的至少一部分底部物流按回流方式被引入進(jìn)所述分餾塔的頂部中；-所述第二分離球的底部物流被分成引入進(jìn)所述分餾塔中的第二回流物流和一冷卻補(bǔ)給物流，冷卻補(bǔ)給物流在經(jīng)過所述第二下游熱交換器前與所述富氮的頂部物流相混合；-所述分餾塔的操作壓力小于5巴，有利地小于3巴；-所述制冷循環(huán)是反向的布雷頓制冷循環(huán)類型的一封閉循環(huán)，所述方法包括以下步驟
在一循環(huán)熱交換器中加熱所述制冷氣流，直到基本等于周圍環(huán)境溫度的一溫度； 壓縮所述被加熱的制冷氣流，用于形成一壓縮的制冷氣流，并在所述循環(huán)熱交換器中按與來自所述第一上游熱交換器的被加熱的制冷氣流熱交換的方式進(jìn)行冷卻，用于形成一被冷卻的壓縮制冷氣流； 動態(tài)膨脹所述被冷卻的壓縮制冷氣流，用于形成所述制冷氣流，并將所述制冷氣流引入進(jìn)所述第一上游熱交換器中；-所述循環(huán)熱交換器通過下游交換器之一形成，所述壓縮的制冷氣流在所述下游交換器中按與來自所述分餾塔頂部的富氮頂部物流熱交換的方式至少部分地被冷卻；-所述制冷循環(huán)是半開放循環(huán)，所述方法包括以下步驟 提取至少一餾分的所述壓縮的循環(huán)的富氮物流，所述壓縮的循環(huán)的富氮物流被壓縮到第一壓力，用于形成一富氮的提取物流； 在一循環(huán)熱交換器中冷卻富氮的提取物流，用于形成一被冷卻的提取物流； 動態(tài)膨脹來自所述循環(huán)熱交換器的所述被冷卻的提取物流的，用于形成所述制冷氣流，并將所述制冷氣流引入進(jìn)所述上游熱交換器中； 在一壓縮機(jī)中壓縮來自所述上游熱交換器的制冷氣流，并將該物流再引入進(jìn)所述壓縮的再循環(huán)的氮物流中，該氮物流被壓縮到小于所述第一壓力的第二壓力；-所述裝料流是一氣流，所述方法包括以下步驟 液化所述裝料流，以按經(jīng)過一液化熱交換器的方式來形成一液態(tài)裝料流； 在所述液化熱交換器中按與來自所述裝料流的一氣流進(jìn)行熱交換的方式，對來自所述分餾塔底部的脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鬟M(jìn)行蒸發(fā)；-通過脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鞯恼舭l(fā)提供的制冷相當(dāng)于大于90%、有利地大于 98%的裝料流的液化所需的制冷；本發(fā)明的對象還在于從包含碳?xì)浠衔?、氮氣和氦氣的裝料流開始生產(chǎn)液態(tài)氮物流、氣態(tài)氮物流、富氦氣流和脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鞯纳a(chǎn)設(shè)備，所述設(shè)備包括-膨脹裝料流的膨脹部件，用于形成一膨脹的裝料流；-分開所述膨脹裝料流的分開部件，其將所述膨脹裝料流分成第一引入物流和第二引入物流；-冷卻第一引入物流的冷卻部件，其包括一上游熱交換器和一制冷循環(huán)，用于通過與在所述制冷循環(huán)中的動態(tài)膨脹獲得的一制冷氣流進(jìn)行熱交換的方式來獲得冷卻的第一引入物流；-冷卻第二引入物流的冷卻部件，其包括第一下游熱交換器，用于形成冷卻的第二引入物流；-一分餾塔，其包括多個理論分餾級；-將所述冷卻的第一引入物流和所述冷卻的第二引入物流弓I入進(jìn)所述分餾塔中的引入部件；-提取至少一個重沸物流的提取部件和所述重沸物流在第一下游熱交換器中流通的流通部件，用于冷卻所述第二引入物流；-在所述分餾塔的底部提取用于形成脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鞯囊坏撞课锪鞯奶崛〔考?在分餾塔頂部提取一富氮的頂部物流的提取部件；-加熱富氮的頂部物流的加熱部件，其包括至少一個第二下游熱交換器，用于形成一被加熱的富氮物流；-提取和膨脹部件，其提取和膨脹所述加熱的富氮物流的第一部分，用于形成氣態(tài)氮物流；-壓縮部件，其壓縮所述加熱的富氮物流的第二部分，用于形成一再循環(huán)的氮物流，和冷卻部件，其按經(jīng)過第一下游交換器和經(jīng)過所述的或每個的第二下游交換器流動的方式冷卻所述壓縮的再循環(huán)的氮物流；-局部液化和膨脹部件，其局部液化和膨脹所述再循環(huán)的氮物流的，用于形成一膨脹的富氮物流；-第一分離球；-在所述第一分離球中引入來自所述膨脹的富氮物流的至少一部分的引入部件；-回收部件，其回收來自所述第一分離球的頂部氣流，用于形成富氦物流；-回收來自第一分離球的底部的液流的回收部件和將該液流分成一液態(tài)氮物流和第一回流物流的分開部件；-將所述第一回流物流按回流方式引入進(jìn)所述分餾塔頂部中的引入部件。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備可包括一個或多個以下的特征，單獨地或根據(jù)技術(shù)上所有可能的組合-所述設(shè)備包括將全部的所述膨脹的富氮物流引入進(jìn)所述第一分離球中的引入部件；和-所述設(shè)備包括布置在所述第一分離球上游的第二分離球，和將膨脹的富氮物流引入進(jìn)第二分離球中的引入部件，所述設(shè)備包括將來自第二分離球的頂部物流引入進(jìn)第一分離球中的引入部件，和將第二分離球的至少一部分底部物流回流進(jìn)分餾塔頂部中的引入部件。


通過閱讀接下來的僅作為示例提供且參照附錄圖示的描述，本發(fā)明將更好地得到理解，附圖中-圖1是實施根據(jù)本發(fā)明的第一生產(chǎn)方法的第一設(shè)備的功能概要簡圖；-圖2是與圖1相似的實施根據(jù)本發(fā)明的第二生產(chǎn)方法的第二設(shè)備的視圖；-圖3是與圖1相似的實施根據(jù)本發(fā)明的第三生產(chǎn)方法的第三設(shè)備的視圖；-圖4是與圖1相似的實施根據(jù)本發(fā)明的第四生產(chǎn)方法的第四設(shè)備的視圖；-圖5是與圖1相似的實施根據(jù)本發(fā)明的第五生產(chǎn)方法的第五設(shè)備的視圖；和-圖6是與圖1相似的實施根據(jù)本發(fā)明的第六生產(chǎn)方法的第六設(shè)備的視圖。
具體實施例方式圖1示出根據(jù)本發(fā)明的第一設(shè)備10，其用于從通過液化天然氣(GNL)原料獲得的液態(tài)裝料流12生產(chǎn)富碳?xì)浠衔锏拿摰夯烊粴饬?4、用于使用在設(shè)備10中的氣態(tài)氮物流16、液態(tài)氮物流18和富氦物流20。如通過圖1所示，設(shè)備10包括冷卻裝料流的一上游部分22和一下游分餾部分24。上游部分22包括一液體減壓透平沈、一上游熱交換器觀，該交換器用于借助于一冷卻循環(huán)30對裝料流12進(jìn)行冷卻。在該示例中，冷卻循環(huán)30是反向的布雷頓制冷循環(huán)類型的一封閉循環(huán)。其包括一循環(huán)熱交換器32、一上游分級壓縮裝置34和一動態(tài)膨脹透平36。在圖1的示例中，上游分級壓縮裝置34包括兩層級，每層級包括一壓縮機(jī)38A、38B 和一空氣或水冷卻制冷器40A、40B。上游裝置34的至少一個壓縮機(jī)38A與動態(tài)膨脹透平 36相聯(lián)接，以提高該方法的效率。下游分餾部分M包括一分餾塔50，其具有多個理論分餾級。下游部分M此外包括塔底的第一下游交換器52、第二下游交換器M和第三下游交換器56。下游部分M此外包括一下游分級壓縮裝置58和塔頂?shù)牡谝环蛛x球60。下游壓縮裝置58在該示例中包括串聯(lián)安裝的三個壓縮層級，每層級包括連續(xù)布置的壓縮機(jī)62A、62B、62C和水或空氣冷卻的制冷器64A、64B、64C?，F(xiàn)在將描述根據(jù)本發(fā)明的第一生產(chǎn)方法。在接下來的整個描述中，將通過相同的數(shù)字標(biāo)識表示流體物流和載運流體物流的管道。相同地，所考慮的壓力是絕對壓力，并且除了相反地進(jìn)行指明，所考慮的百分比是摩爾百分比。液態(tài)裝料流12在該示例中是液化天然氣流(GNL)，其包括(摩爾)氦氣 0. 1009%、氮氣 8. 9818%、甲燒 86. 7766%、乙燒 2. 9215%、丙燒 0. 8317%, i_C4 碳?xì)浠衔?. 2307 %、n-C4碳?xì)浠衔?. 1299 %、i_C5碳?xì)浠衔?. 0128%, n_C5碳?xì)浠衔?0. 0084 %、n-C6 碳?xì)浠衔?0. 0005 %、苯 0. 0001 %、二氧化碳 0.0050%。因此，該物流12包括大于70%的碳?xì)浠衔锬枬舛?、?%到30%之間的氮氣摩爾濃度、和在0. 01%到0. 5%之間的氦氣摩爾濃度。裝料流12具有小于_130°C的一溫度，例如小于_145°C。該物流具有大于25巴的一壓力，和特別是等于34巴。在第一實施方式中，裝料流12是液態(tài)的，以使得其組成在所述方法中直接可使用的液態(tài)裝料流68。液態(tài)裝料流68被引入進(jìn)液體減壓透平沈中，在其中液態(tài)裝料流被減壓到小于15 巴的一壓力，特別是等于6巴直到小于-130°C的一溫度，和特別是等于-150. 7°C。在液態(tài)減壓透平沈的出口，一膨脹的裝料流70形成。該膨脹裝料流70被分為第一主引入物流72，用于通過制冷循環(huán)30被冷卻，和第二引入物流74。第一引入物流72具有大于10%的膨脹裝料流70的一質(zhì)量流。其被引入進(jìn)上游熱交換器觀中，在熱交換器中其被冷卻到小于-150°C的一溫度，和特別是等于-160°C，以提供冷卻的第一引入物流76。在上游交換器觀中，第一引入物流72被布置以與在循環(huán)30中流動的制冷氣流進(jìn)行熱交換，如在下文中將描述的。冷卻的第一引入物流76在第一減壓閥78中被膨脹，直到小于3巴的一壓力，繼而被引入至分餾塔50的一中間層級m。
第二引入物流74被運送直到塔底的第一下游交換器52，在該交換器中其被冷卻直到小于-150°C的一溫度，和特別是等于-160°C，以提供冷卻的第二引入物流80。冷卻的第二引入物流80在第二減壓閥82中被膨脹，直到小于3巴的一壓力，繼而被引入至分餾塔50的中間層級m。在該示例中，冷卻的第一引入物流76和冷卻的第二引入物流80被引入至分餾塔 50的相同層級m。一重沸物流84從位于中間層級附下方的分餾塔50的一下部層級N2被提取。重沸物流84經(jīng)過塔底的第一下游交換器52，用于被布置以與第二引入物流74進(jìn)行熱交換和冷卻該第二物流74。繼而其被再引入至分餾塔50底部附近，位于下部層級N2的下方。分餾塔50在低壓下運行，特別是小于5巴，有利地小于3巴。在該示例中，分餾塔 50基本在1. 3巴運行。分餾塔50產(chǎn)生一底部物流86，其用于形成富脫氮的液化天然氣的物流14。該脫氮的液化天然氣流包括數(shù)量受控的氮氣，例如小于摩爾百分比。底部物流86在一泵88中在5巴下進(jìn)行泵唧，以形成富碳?xì)浠衔锏拿摰锪?4， 和用于向大氣壓力下的一存儲地點發(fā)送，和形成用于被利用的脫氮的液化天然氣流。物流 14是可以液體形式被運輸?shù)囊环N液化天然氣流，例如在一液化天然氣運輸船中進(jìn)行運輸。分餾塔50此外產(chǎn)生一富氮頂部物流90，其從該分餾塔50的頂部被提取。該頂部物流90具有有利地小于的碳?xì)浠衔锬枬舛?，和甚至更為有利地小?. 1%。其具有大于0. 2%的氦氣摩爾濃度，和有利地大于0. 5%。在圖1上的示例中，頂部物流90的摩爾成分如下氦氣0. %、氮氣99. 40%和甲烷 0. 06%。富氮頂部物流90繼而依次地經(jīng)過第二下游交換器M、第一下游交換器52，然后經(jīng)過第三下游交換器56，用于連續(xù)地被加熱到-20°C。在第三下游交換器56的出口，獲得一加熱的富氮物流92。該物流92因而被分成生產(chǎn)的氮氣的第一少數(shù)部分94，和再循環(huán)的氮氣的第二部分96。少數(shù)部分94具有在物流92的質(zhì)量流的10%到50%之間的一質(zhì)量流。少數(shù)部分 94經(jīng)過第三減壓閥98被膨脹，用于形成氣態(tài)氮物流16。該氣態(tài)氮物流16具有大于大氣壓力的一壓力，并且特別是大于1. 1巴。其具有大于99%的氮氣摩爾濃度。多數(shù)部分96被引入進(jìn)下游壓縮裝置58中，在該裝置中其依次地在每個壓縮層級中經(jīng)過一壓縮機(jī)62A、62B、62C和一制冷器64A、64B、64C。多數(shù)部分96繼而被壓縮到大于20巴的一壓力，和特別是基本等于21巴，用于形成一壓縮的再循環(huán)的氮物流100。壓縮的再循環(huán)的氮物流100因而具有大于10°C的一溫度，和特別是等于38°C。壓縮的再循環(huán)的氮物流100依次地經(jīng)過第三下游交換器56、繼而經(jīng)過塔底的第一下游交換器52和然后經(jīng)過第一下游交換器M。在第二下游交換器M中和第三下游交換器56中，再循環(huán)的氮物流100對流式地進(jìn)行流動和在頂部氮物流90進(jìn)行熱交換。因此，頂部氮物流90轉(zhuǎn)讓千卡給再循環(huán)的氮物流 100。
在塔底的第一熱交換器52中，再循環(huán)的氮物流100此外被布置以與重沸物流84 進(jìn)行熱交換，用以通過該物流84被冷卻。在通過第二下游交換器M中，再循環(huán)的氮物流100形成一再循環(huán)的冷凝氮物流 102，基本上是液態(tài)的。該液流包括大于90%的液體餾分并且具有小于-160°C的一溫度，和有利地等于_170°C。繼而，冷凝物流102在第四減壓閥104中被膨脹，以提供一兩相流體106，其被引入進(jìn)第一分離球60中。第一分離球60在頂部產(chǎn)生一富氦的頂部氣流，該氣流在經(jīng)過第五減壓閥108后， 形成富氦氣流20。富氦氣流20具有大于10%的氦氣摩爾濃度。其用于被運送到一純氦生產(chǎn)裝置，以在該裝置中進(jìn)行處理。根據(jù)本發(fā)明的方法允許回收至少60% (摩爾)的在裝料流12中存在的氦氣。第一分離球60在底部產(chǎn)生一底部液態(tài)氮物流110。該底部物流110被分成生產(chǎn)的液態(tài)氮的一少數(shù)部分112和回流的氮物流的一多數(shù)部分114。少數(shù)部分112具有小于底部物流110的質(zhì)量流的10%，和特別是在0%到10%之間的一質(zhì)量流。少數(shù)部分112在第六減壓閥116中被膨脹，以形成生產(chǎn)的液態(tài)氮物流18。 生產(chǎn)的氮物流具有大于99%的氮氣摩爾濃度。多數(shù)部分114經(jīng)過第七減壓閥118被膨脹到分餾塔的壓力，用于形成第一回流物流，繼而被引入至分餾塔50的一頂部層級N3，頂部層級位于該分餾塔頂部下方和中間層級 Nl的上方。氮氣在多數(shù)部分114中的摩爾餾分大于99%。在圖1上示出的示例中，制冷循環(huán)30是反向的布雷頓制冷循環(huán)類型的一封閉循環(huán)，其使用惟一地氣態(tài)的一制冷氣流。在該示例中，制冷氣流通過基本純凈的氮氣形成，其氮氣摩爾濃度大于99 %。給送到上游交換器觀的制冷氣流130具有小于-150°C的一溫度，并且特別是等于-165°C，和大于5巴的一壓力和特別是基本等于9. 7巴。制冷氣流130經(jīng)過循環(huán)熱交換器32流動，在循環(huán)熱交換器中制冷氣流通過與第一主引入物流72的熱交換被加熱。因此，在上游交換器觀的出口的加熱的制冷氣流132的溫度小于-150°C和特別是等于-153°C。在依次地被引入進(jìn)上游分級壓縮裝置34的壓縮機(jī)38A、38B和制冷器40A、40B前， 加熱的物流132在循環(huán)熱交換器32中經(jīng)歷新的一次加熱。在上游裝置34的出口，其形成壓縮的制冷氣流134，該氣流通過在循環(huán)熱交換器 32中與來自上游交換器觀的加熱的制冷氣流132進(jìn)行熱交換被冷卻。冷卻的壓縮物流136因而具有大于15巴的一壓力，和特別是基本等于20巴以及小于-130°C的一溫度和特別是基本等于-141°C。冷卻的壓縮物流136繼而被引入進(jìn)動態(tài)膨脹透平36中。該物流在膨脹透平36中經(jīng)歷動態(tài)膨脹，以提供在上文中描述的溫度和壓力下的制冷氣流130。在一有利變型中，上游和下游壓縮裝置34和58被集成在多主體的同一機(jī)器中，其具有單一馬達(dá)，用于驅(qū)動壓縮機(jī)38A、38B和壓縮機(jī)62A到62C。在圖1的方法中說明的不同物流的溫度、壓力和質(zhì)量流示例在下面的表格中進(jìn)行總結(jié)
權(quán)利要求
1.從包含碳?xì)浠衔?、氦氣和氮氣的裝料流開始生產(chǎn)液態(tài)氮物流(18)、氣態(tài)氮物流 (16)、富氦氣流00)和脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?14)的生產(chǎn)方法，所述方法包括以下步驟-膨脹所述裝料流(12)，用于形成一膨脹的裝料流(70)； -將所述膨脹的裝料流(70)分成第一引入物流(7 和第二引入物流(74)； -所述第一引入物流在一上游熱交換器08)內(nèi)通過與一制冷氣流(130)的熱交換進(jìn)行冷卻，該制冷氣流通過在一制冷循環(huán)(30)中動態(tài)膨脹地獲得，用于獲得被冷卻的第一引入物流(76)；-所述第二引入物流(74)經(jīng)過第一下游熱交換器(5 進(jìn)行冷卻，用于形成被冷卻的第二引入物流(80)；-將所述被冷卻的第一引入物流(76)和所述被冷卻的第二引入物流(80)引入進(jìn)一分餾塔(50)中，所述分餾塔包括多個理論分餾級；-提取至少一個重沸物流(84)和使所述重沸物流(84)在所述第一下游熱交換器(52) 中流通，用于冷卻所述第二引入物流(74)；-在所述分餾塔(50)底部提取一底部物流(86)，用于形成所述脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?(14)；-在所述分餾塔(50)頂部提取一富氮的頂部物流(90)；-經(jīng)過至少一個第二下游熱交換器( ，56)對所述富氮的頂部物流(90)進(jìn)行加熱，用于形成一被加熱的富氮物流(92)；-提取和膨脹所述被加熱的富氮物流(9 的第一部分(94)，用于形成氣態(tài)氮物流 (16)；-壓縮所述被加熱的富氮物流(9 的第二部分(96)，用于形成一壓縮的再循環(huán)的氮物流(100)，并且，所述壓縮的再循環(huán)的氮物流(100)按經(jīng)過所述第一下游交換器(5 和經(jīng)過所述的或每個的第二下游交換器( ，56)流動的方式進(jìn)行冷卻；-液化和局部膨脹所述再循環(huán)的氮物流(100)，用于形成一膨脹的富氮物流(106)； -在第一分離球(60)中引入來自所述膨脹的富氮物流(106)的至少一部分(106; 146)；-回收來自所述第一分離球(60)的頂部氣流，用于形成富氦物流00)； -回收來自所述第一分離球(60)底部的液流(110)，并將該液流(110)分成一液態(tài)氮物流(18)和第一回流物流(114)；-在所述分餾塔(50)頂部中按回流方式引入所述第一回流物流(114)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，全部的所述膨脹的富氮物流(106)在膨脹后直接地被引入進(jìn)所述第一分離球(60)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述膨脹的富氮物流(106)被引入進(jìn)布置在所述第一分離球(60)上游的第二分離球(142)中，來自所述第二分離球(142)的頂部物流(144)被引入進(jìn)所述第一分離球(60)中，所述第二分離球(14 的至少一部分底部物流 (148)按回流方式被引入進(jìn)所述分餾塔(50)的頂部中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述第二分離球的底部物流(148)被分成引入進(jìn)所述分餾塔(50)中的第二回流物流(150)和一冷卻補(bǔ)給物流(152)，冷卻補(bǔ)給物流 (152)在經(jīng)過所述第二下游熱交換器(54)前與所述富氮的頂部物流(90)相混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述分餾塔(50)的操作壓力小于5巴，有利地小于3巴。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述制冷循環(huán)(30)是反向的布雷頓制冷循環(huán)類型的一封閉循環(huán)，所述方法包括以下步驟-在一循環(huán)熱交換器(3 中加熱所述制冷氣流(130)，直到基本等于周圍環(huán)境溫度的一溫度；-壓縮所述被加熱的制冷氣流(132)，用于形成一壓縮的制冷氣流(134)，并在所述循環(huán)熱交換器(3 中按與來自所述第一上游熱交換器08)的被加熱的制冷氣流(13 熱交換的方式進(jìn)行冷卻，用于形成一被冷卻的壓縮制冷氣流(136)；-動態(tài)膨脹所述被冷卻的壓縮制冷氣流(136)，用于形成所述制冷氣流(130)，并將所述制冷氣流(130)引入進(jìn)所述第一上游熱交換器08)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述循環(huán)熱交換器(3 通過下游交換器 (52,54,56)之一(56)形成，所述壓縮的制冷氣流(134)在所述下游交換器(56)中按與來自所述分餾塔(50)頂部的富氮頂部物流(90)熱交換的方式至少部分地被冷卻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項所述的方法，其特征在于，所述制冷循環(huán)(30)是半開放循環(huán)，所述方法包括以下步驟-提取至少一餾分的所述壓縮的循環(huán)的富氮物流(100)，所述壓縮的循環(huán)的富氮物流 (100)被壓縮到第一壓力(Pl)，用于形成一富氮的提取物流(192)；-在一循環(huán)熱交換器(3 中冷卻富氮的提取物流(192)，用于形成一被冷卻的提取物流；-動態(tài)膨脹來自所述循環(huán)熱交換器(3 的所述被冷卻的提取物流的，用于形成所述制冷氣流(130)，并將所述制冷氣流(130)引入進(jìn)所述上游熱交換器08)中；-在一壓縮機(jī)中壓縮來自所述上游熱交換器的制冷氣流(13 ，并將該物流再引入進(jìn)所述壓縮的再循環(huán)的氮物流(100)中，該氮物流被壓縮到小于所述第一壓力(Pl)的第二壓力(P2)。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述裝料流(1 是一氣流， 所述方法包括以下步驟-液化所述裝料流(12)，以按經(jīng)過一液化熱交換器(164)的方式來形成一液態(tài)裝料流 (68)；-在所述液化熱交換器(164)中按與來自所述裝料流(1 的一氣流(166)進(jìn)行熱交換的方式，對來自所述分餾塔(50)底部的脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?14)進(jìn)行蒸發(fā)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，通過脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?14)的蒸發(fā)提供的制冷相當(dāng)于大于90%、有利地大于98%的裝料流(121)的液化所需的制冷。
11.從包含碳?xì)浠衔铩⒌獨夂秃獾难b料流(1 開始生產(chǎn)液態(tài)氮物流(18)、氣態(tài)氮物流(16)、富氦氣流00)和脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?14)的生產(chǎn)設(shè)備(10 ； 140 ； 160 ；180 ； 190 ；200)，所述設(shè)備包括-膨脹裝料流(1 的膨脹部件(26)，用于形成一膨脹的裝料流70)； -分開所述膨脹裝料流(70)的分開部件，其將所述膨脹裝料流分成第一引入物流(72) 和第二引入物流(74)；-冷卻第一引入物流(7 的冷卻部件08 ；30)，其包括一上游熱交換器08)和一制冷循環(huán)(30)，用于通過與在所述制冷循環(huán)(30)中的動態(tài)膨脹獲得的一制冷氣流(130)進(jìn)行熱交換的方式來獲得冷卻的第一引入物流(76)；-冷卻第二引入物流(74)的冷卻部件，其包括第一下游熱交換器(52)，用于形成冷卻的第二引入物流(80)；-一分餾塔(50)，其包括多個理論分餾級；-將所述冷卻的第一引入物流(76)和所述冷卻的第二引入物流(80)引入進(jìn)所述分餾塔(50)中的引入部件；-提取至少一個重沸物流(84)的提取部件和所述重沸物流(84)在第一下游熱交換器 (52)中流通的流通部件，用于冷卻所述第二引入物流(74)；-在所述分餾塔(50)的底部提取用于形成脫氮的碳?xì)浠衔镂锪?14)的一底部物流 (86)的提取部件；-在分餾塔(50)頂部提取一富氮的頂部物流(90)的提取部件； -加熱富氮的頂部物流(90)的加熱部件，其包括至少一個第二下游熱交換器(54，56)， 用于形成一被加熱的富氮物流(92)；-提取和膨脹部件，其提取和膨脹所述加熱的富氮物流(9 的第一部分(94)，用于形成氣態(tài)氮物流(16)；-壓縮部件(58)，其壓縮所述加熱的富氮物流(9 的第二部分(96)，用于形成一再循環(huán)的氮物流(100)，和冷卻部件，其按經(jīng)過第一下游交換器(5 和經(jīng)過所述的或每個的第二下游交換器( ，56)流動的方式冷卻所述壓縮的再循環(huán)的氮物流(100)；-局部液化和膨脹部件(104)，其局部液化和膨脹所述再循環(huán)的氮物流(100)的，用于形成一膨脹的富氮物流(106)； -第一分離球(60)；-在所述第一分離球(60)中引入來自所述膨脹的富氮物流(106)的至少一部分的引入部件；-回收部件，其回收來自所述第一分離球(60)的頂部氣流，用于形成富氦物流00)； -回收來自第一分離球(60)的底部的液流(110)的回收部件和將該液流分成一液態(tài)氮物流(112)和第一回流物流(114)的分開部件；-將所述第一回流物流(114)按回流方式引入進(jìn)所述分餾塔(50)頂部中的引入部件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備(10；160)，其特征在于，所述設(shè)備包括將全部的所述膨脹的富氮物流(106)引入進(jìn)所述第一分離球(60)中的引入部件。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備(140； 180; 190 ;200)，其特征在于，所述設(shè)備包括布置在所述第一分離球(60)上游的第二分離球(142)，和將膨脹的富氮物流(106)引入進(jìn)第二分離球(14 中的引入部件，所述設(shè)備包括將來自第二分離球(14 的頂部物流(144) 引入進(jìn)第一分離球(60)中的引入部件，和將第二分離球(142)的至少一部分底部物流 (148)回流進(jìn)分餾塔(50)頂部中的引入部件。
全文摘要
該方法包括一引入物流(72)在一上游熱交換器(28)中的冷卻。其包括將冷卻的引入物流(76)引入進(jìn)一分餾塔(50)中和在分餾塔(50)底部提取脫氮的碳?xì)浠衔镂锪鳌Ｋ龇椒ò▽碜苑逐s塔(50)頂部的一富氮物流(106)引入進(jìn)一分離球(60)中，和回收來自分離球(60)的頂部氣流，用于形成富氦物流(20)。來自第一分離球(60)底部的液流(110)被分為一液態(tài)氮物流(18)和回流式地被引入進(jìn)分餾塔(50)頂部的第一回流物流(114)。
文檔編號F25J3/02GK102216711SQ200980146016
公開日2011年10月12日 申請日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者H·帕拉多夫斯基, S·沃瓦爾 申請人:泰克尼普法國公司