專利名稱：用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于通過低溫蒸餾來分離空氣的方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
經(jīng)常希望有這樣一種空氣分離單元，所述空氣分離單元當電成本較高時在至少一 個周期期間至少主要生產(chǎn)氣體，而當電成本較低時，在至少一個周期期間至少主要生產(chǎn)液 體。本發(fā)明的空氣分離設(shè)備能在上述兩種工作模式中均以最佳能耗運行。

發(fā)明內(nèi)容
該設(shè)備包括一空氣分離塔系統(tǒng)，該空氣分離塔系統(tǒng)可以為任何已知類型，但尤其 可以是包括高壓塔和低壓塔的雙塔系統(tǒng)，其中，高壓塔和低壓塔經(jīng)由位于低壓塔底部處的 再沸冷凝器熱聯(lián)接，其中從高壓塔頂部出來的氮在該再沸冷凝器中冷凝。
本文所提到的所有壓力均指絕對壓力。 本發(fā)明的目的在于提供一種用于在第一工作模式和第二工作模式下通過低溫蒸 餾空氣來生產(chǎn)至少一種液態(tài)產(chǎn)品和至少一種氣態(tài)產(chǎn)品的方法，該方法在第二工作模式期間 所生產(chǎn)的作為最終產(chǎn)品的液體多于第一工作模式，其中，在所有的工作模式中，經(jīng)壓縮和凈 化的氣態(tài)空氣在熱交換管線中冷卻，并送至一塔系統(tǒng)的至少一個塔中，將富含一空氣成分 的液流從該塔系統(tǒng)的一塔中移出，并使其在熱交換管線中汽化，將增壓后的空氣送至熱交 換管線中進行冷凝，然后送至所述塔系統(tǒng)，進料空氣的一部分送至至少兩個膨脹機之一，并 從該膨脹機送至所述塔系統(tǒng)的一塔中，其中 i)根據(jù)第一工作模式，將進料空氣的至少一部分從熱交換管線的中間位置移出， 在一低溫壓縮機中在低溫下壓縮，并送至熱交換管線中以被進一步冷卻，然后送至塔系統(tǒng) 中，將進料空氣的一部分送至第一膨脹機；禾口 ii)根據(jù)第二工作模式，所有進料空氣都在一第二壓縮機中壓縮至高于所述塔系 統(tǒng)最高塔壓至少20巴的高壓，該高壓空氣在熱交換管線中被冷卻并部分地送至塔系統(tǒng)，該 高壓空氣的另一部分則被送至第二膨脹機中。
根據(jù)本發(fā)明的可選的方面-根據(jù)第一工作模式，將在低溫壓縮機出口壓力下的進料空氣的一部分冷卻并送 至第一膨脹機；-使低溫壓縮機與第一膨脹機相聯(lián)接；
-使第二壓縮機與第二膨脹機相聯(lián)接；-將在第二工作模式中在第二壓縮機中處理過的空氣和在第一工作模式中在低溫 壓縮機中處理過的空氣隨后送至位于塔系統(tǒng)上游的一共用的輸送裝置；-在第一工作模式中，該空氣經(jīng)由一管路從低溫壓縮機送至熱交換管線，而在第二 工作模式中，該空氣經(jīng)由同一管路從第二壓縮機送至第二膨脹機；-在第一工作模式中，該空氣經(jīng)由熱交換管線的一通道從低溫壓縮機送至熱交換管線的低溫端，及在第二工作模式中，該空氣經(jīng)由同一通道從第二壓縮機送至熱交換管線 的低溫端。
本發(fā)明的另一方面提供了 一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的設(shè)備，該設(shè)備包括
a)塔系統(tǒng)
b)熱交換管線
c)主壓縮機 d)與主壓縮機出口相連的低溫壓縮機
e)與主壓縮機出口相連的第二壓縮機
f)第一和第二膨脹機 g)用于將空氣從低溫壓縮機送至第一膨脹機的裝置
h)用于將空氣從第二壓縮機送至第二膨脹機的裝置
i)用于將空氣從第一和第二膨脹機送至塔系統(tǒng)的裝置 j)用于將空氣在不經(jīng)過第一和第二膨脹機之一的情況下經(jīng)由熱交換裝置從低溫
壓縮機和第二壓縮機送至塔系統(tǒng)的裝置。 根據(jù)其它可選的方面-所述用于將空氣從低溫壓縮機送至第一膨脹機的裝置和所述用于將空氣從第二 壓縮機送至第二膨脹機的裝置包括一共用的管路部段；-所述用于使空氣在不經(jīng)過第一和第二膨脹機之一的情況下經(jīng)由熱交換裝置從低 溫壓縮機和第二壓縮機送至塔系統(tǒng)的裝置包括位于熱交換裝置中的至少一個共用通道；
-所述設(shè)備包括一第三膨脹機和用于將空氣從塔系統(tǒng)送至該第三膨脹機并從該第 三膨脹機送至熱交換裝置的裝置。


下面將參考附圖更加詳細地說明本發(fā)明。 圖1、2和3示出根據(jù)本發(fā)明的空氣分離單元的空氣流程圖。虛線表示壓縮機和透 平之間的連接。
具體實施例方式
圖1所示的方法使用一雙塔系統(tǒng)(double column system)，在該雙塔系統(tǒng)中，高壓
塔65置于低壓塔67的下方，并經(jīng)由再沸冷凝器69與該低壓塔熱聯(lián)接。 在所有的工作模式中，經(jīng)冷卻、凈化和壓縮的氣態(tài)空氣被送至高壓塔65中。如本
領(lǐng)域中眾所周知的，將回流(未示出)從高壓塔送至低壓塔67。此外，在所有的工作模式
中，將氣態(tài)氮61從低壓塔67的頂部移出并在熱交換器19中加熱，同時將廢氮59從低壓塔
67的較低處移出并在其用于使凈化單元8再生之前在熱交換器19中加熱。 在圖1中，使所有的空氣在壓縮機1中壓縮到15. 5巴，然后在冷卻器4中冷卻以
形成流3。經(jīng)在冷卻器6中進一步冷卻后，該空氣在凈化單元8中被凈化。壓縮機l的出口
與壓縮機5的入口和熱交換器19相連。 當設(shè)備在氣體模式下運行時，所有來自壓縮機1的空氣都不作為流5送至壓縮機 11。所有的空氣都經(jīng)由打開的閥13作為流7送至熱交換管線19的高溫端。該空氣7冷卻
5到熱交換管線19的中間溫度，然后在低溫壓縮機(cold compressor) 37中壓縮至26巴。閥21打開，然后所有的壓縮空氣都經(jīng)由管路23送回至熱交換管線19，該壓縮空氣在管路43中進一步冷卻，并在低于低溫壓縮機37入口溫度的中間溫度下分成兩部分。 一部分作為流41在熱交換管線19中完全冷卻，而余下部分33經(jīng)由閥35送至與低溫壓縮機37聯(lián)接的透平39。然后，將經(jīng)膨脹的空氣送至所述塔系統(tǒng)的塔中。在該示例中，該(經(jīng)膨脹的)空氣作為流45送至高壓塔65，形成進入該高壓塔的唯一的氣態(tài)進料。 在這種工作模式中，液氧是從低壓塔57的底部移出，并作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化，以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HPG0X)。 當設(shè)備在液體模式下運行時，所有來自壓縮機1的空氣都作為流5送至壓縮機11、17中并壓縮到34巴，其中閥15打開和閥13關(guān)閉。然后，使該高壓空氣5在壓縮機17中進一步壓縮到47巴，然后送至熱交換管線19的高溫端。 一旦流5經(jīng)部分冷卻就被分成兩部分，其中一部分41在熱交換管線19中經(jīng)由管路43完全冷卻，而余下部分31經(jīng)由管路23和閥21送至透平29。將經(jīng)膨脹的空氣流45送至所述塔系統(tǒng)的塔——處為高壓塔65。壓縮機17與膨脹機49相聯(lián)接，該膨脹機49對從高壓塔中移出的空氣47進行膨脹。離開膨脹機49的空氣51在排入大氣之前被送入熱交換管線19中進行加熱。壓縮機12與膨脹機29相聯(lián)接。 在該液體模式期間，分別將液氧L0X 53和液氮LIN 69從低壓塔和高壓塔中移出。此外，將液氧從低壓塔57的底部移出并作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HP G0X)。 應(yīng)該理解，根據(jù)采用的模式，多個管路具有不同的用途。冷卻部段43在液體模式期間接收壓力為47巴的空氣并使其通過整個熱交換管線進行冷卻，而在氣體模式期間接收來自低溫壓縮機37的壓力為26巴的空氣。此外，在兩種工作模式之間部段23中的流動方向相反在液體模式中，空氣沿一個方向從熱交換管線19流向透平29，而在氣體模式中，空氣沿另一方向從低溫壓縮機37流向熱交換管線19。 應(yīng)該理解，在氣體模式期間可生產(chǎn)少量的液體，而在液體模式期間可生產(chǎn)氣體。
可選地，在圖1的所有工作模式中，氮61在壓縮機63中壓縮至較高的壓力。
在圖2中，使所有空氣在壓縮機1中壓縮到15. 5巴，在冷卻器4中冷卻以形成流3。經(jīng)在冷卻器6中進一步冷卻后，該空氣在凈化單元8中進行凈化。壓縮機l的出口與壓縮機5的入口和熱交換器19相連。 當設(shè)備在氣體模式下運行時，所有來自壓縮機1的空氣都不作為流5送至壓縮機11。所有空氣都經(jīng)由打開的閥13作為流7送至熱交換管線19的高溫端。閥15關(guān)閉。該空氣7冷卻到熱交換管線19的中間溫度，然后在低溫壓縮機37中壓縮至26巴。閥21打開，然后所有的壓縮空氣都經(jīng)由管路23送回至熱交換管線19中，該壓縮空氣在管路43中進一步冷卻，然后在低于低溫壓縮機37入口溫度的中間溫度下分成兩部分。其中一部分作為流41在熱交換管線19中完全冷卻，而余下部分33經(jīng)由閥35送至與低溫壓縮機37相聯(lián)接的透平39。然后，將經(jīng)膨脹的空氣送至所述塔系統(tǒng)的塔中。在該示例中，該(經(jīng)膨脹的)空氣作為流45送至高壓塔65，形成進入該高壓塔的唯一的氣態(tài)進料。 在該模式中，將液氧從低壓塔57的底部移出，并作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化，以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HP G0X)。
當設(shè)備在液體模式下運行時，所有來自壓縮機1的氣體都作為流5被送至壓縮機11、17中并壓縮到34巴，其中閥15打開和閥13關(guān)閉。然后，將該高壓空氣5送至熱交換管線19的高溫端。 一旦氣流5經(jīng)部分冷卻，就分成兩部分，其中一部分41在熱交換管線19中經(jīng)由管路43完全冷卻，而余下部分31經(jīng)由管路23和閥21送至透平29。將經(jīng)膨脹的空氣流45送至塔系統(tǒng)的塔——此處為高壓塔65。壓縮機17與膨脹機29相聯(lián)接。
在該液體模式期間，分別使液氧L0X 53和液氮LIN 69從低壓塔和高壓塔中移出。此外，將液氧從低壓塔57的底部移出，并作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化，以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HP G0X)。 應(yīng)該理解，根據(jù)所使用的模式，多個管路具有不同的用途。在液體模式期間，冷卻部段43接收空氣并使其通過整個熱交換管線進行冷卻，而在氣體模式期間，該冷卻部段43接收來自低溫壓縮機37的壓力為26巴的空氣。此外，在兩種工作模式之間部段23中的流動方向相反在液體模式中，氣體沿一個方向從熱交換管線19流向透平29，而在氣體模式中，氣體沿另一方向從低溫壓縮機37流向熱交換管線19。 應(yīng)該理解，在氣體模式期間可生產(chǎn)少量的液體，而在液體模式期間可生產(chǎn)氣體。
可選地，在圖2的所有工作模式中，氮61在壓縮機63中壓縮到較高的壓力。
在對圖1進行簡化后的示例中，如圖3所示，只使用兩個空氣透平。
圖3所示的方法可使用圖1中示出并進行說明的雙塔系統(tǒng)，在該雙塔系統(tǒng)中，高壓塔65置于低壓塔67的下方，并經(jīng)由再沸冷凝器69與該低壓塔67熱聯(lián)接。
在所有的運行模式中，如同圖1的情況那樣，將經(jīng)冷卻、凈化和壓縮的氣態(tài)空氣送至高壓塔65。如本領(lǐng)域中眾所周知，將回流(未示出)從高壓塔送至低壓塔67。此外，在所有的工作模式中，將氣態(tài)氮61從低壓塔67的頂部移出并在熱交換器19中加熱，而將廢氮59從低壓塔67的較低處移出并在其用于使凈化單元8再生之前在熱交換器19中加熱。
在圖3中，使所有的空氣在壓縮機1中壓縮到15. 5巴，形成流3。經(jīng)進一步冷卻(未示出)后，該空氣在凈化單元(未示出)中進行凈化。壓縮機1的出口與壓縮機5的入口和熱交換器19相連。 當設(shè)備在氣體模式下運行時，所有來自壓縮機1的空氣都不作為流5送至壓縮機11。所有的空氣都作為流7經(jīng)由打開的閥13送至熱交換管線19的高溫端。該空氣7被冷卻到熱交換管線19的中間溫度，然后在低溫壓縮機37中被壓縮到26巴。閥21打開，然后將所有的壓縮空氣經(jīng)由管路23送回到熱交換管線19，該壓縮空氣在管路43中進一步冷卻，并在高于壓縮機37入口溫度的中間溫度下分成兩部分。其中一部分作為流41在熱交換管線19中完全冷卻，而余下部分33經(jīng)由閥35送至與低溫壓縮機37相聯(lián)接的透平39。然后，將經(jīng)膨脹的空氣送至所述塔系統(tǒng)的塔中。在該示例中，該(經(jīng)膨脹的)空氣被作為流45送至高壓塔65，形成進入高壓塔的唯一的氣態(tài)進料。 在該模式中，液氧從低壓塔57的底部移出，作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HP G0X)。 當設(shè)備在液體模式下運行時，所有來自壓縮機1的空氣都作為流5送至壓縮機11中壓縮到34巴，此時，閥15打開而閥13關(guān)閉。然后使高壓空氣5在壓縮機17中進一步壓縮到47巴，然后將其送至熱交換管線19的高溫端。 一旦氣流5經(jīng)部分冷卻，就分成兩部分，其中一部分41在熱交換管線19中經(jīng)由管路43完全冷卻，而余下部分31經(jīng)由管路23送至透平29。將經(jīng)膨脹的氣流45送至所述塔系統(tǒng)的塔——此處為高壓塔65。壓縮機17與膨脹機29相聯(lián)接。在該模式期間，分別使液氧L0X 53和液氮LIN69從低壓塔和高壓塔移出。此外，液氧從低壓塔57的底部移出，然后作為流55在泵57中加壓，隨后在熱交換器19中汽化，以形成產(chǎn)品高壓氣態(tài)氧(HP G0X)。 應(yīng)該理解，根據(jù)所使用的模式，多個管路具有不同的用途。在液體模式期間，冷卻部段43接收壓力為47巴的空氣并使其通過整個熱交換管線進行冷卻，而在氣體模式期間，該冷卻部段43接收來自低溫壓縮機37的壓力為26巴的空氣。此外，在兩種模式之間部段23中的流動方向相反在液體模式中，空氣沿一個方向從熱交換管線19流向透平29，而在氣體模式中，空氣沿另一方向從低溫壓縮機37流向熱交換管線19。 對于所有的實施例，除上述氣體模式和液體模式之外，還可存在其它的工作模式。
權(quán)利要求
用于在第一工作模式和第二工作模式下通過低溫蒸餾空氣來生產(chǎn)至少一種液態(tài)產(chǎn)品(53)和至少一種氣態(tài)產(chǎn)品(55，61)的方法，該方法在第二工作模式期間所生產(chǎn)的作為最終產(chǎn)品的液體多于第一工作模式，其中，在所有工作模式中，將經(jīng)壓縮和凈化的氣態(tài)空氣在一熱交換管線(19)中冷卻，并送至一塔系統(tǒng)(65，67)的至少一個塔中，將富含一空氣成分的液流(55)從所述塔系統(tǒng)的一塔中移出，并使其在所述熱交換管線中汽化，將經(jīng)增壓的空氣(3)送至所述熱交換管線中，經(jīng)冷凝后送至所述塔系統(tǒng)，以及將一部分進料空氣送至至少兩個膨脹機(29，39)之一，并從該膨脹機送至所述塔系統(tǒng)的一塔中，其中a)根據(jù)第一工作模式，將進料空氣的至少一部分(7)從所述熱交換管線的中間位置移出，并在一低溫壓縮機(37)中在低溫下壓縮，并送至所述熱交換管線中以進一步冷卻，然后送至所述塔系統(tǒng)，進料空氣中的一部分被送至所述第一膨脹機(39)中；和b)根據(jù)第二工作模式，所有進料空氣(5)都在一第二壓縮機(11，12，17)中壓縮至高于所述塔系統(tǒng)最高塔壓至少20巴的高壓，在所述熱交換管線中冷卻，且部分地送至所述塔系統(tǒng)，而另一部分高壓空氣則送至所述第二膨脹機(29)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，根據(jù)第一工作模式，將所述低溫壓縮機出 口壓力下的進料空氣中的一部分冷卻，并送至所述第一膨脹機(39)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述低溫壓縮機(37)與所述第一膨 脹機(39)相聯(lián)接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，所述第二壓縮機(11， 12， 17)與所 述第二膨脹機(29)相聯(lián)接。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，將在第二工作模式中在所述 第二壓縮機(11， 12， 17)中處理過的空氣和在第一工作模式中在所述低溫壓縮機(37)中處 理過的空氣隨后送至位于所述塔系統(tǒng)上游的一共用的輸送裝置(23)中。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在第一工作模式中，將所述空氣經(jīng)由一管 路(23)從所述低溫壓縮機(37)送至所述熱交換管線(19)，而在第二工作模式中，將所述空 氣經(jīng)由同一管路從所述第二壓縮機(11， 12， 17)送至所述第二膨脹機(29)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在第一工作模式中，將所述空氣經(jīng)由所述 熱交換管線(19)的一通道從所述低溫壓縮機(37)送至該熱交換管線(19)的低溫端，而在 第二工作模式中，將空氣經(jīng)由同一通道從所述第二壓縮機(11， 12， 17)送至所述熱交換管 線(19)的低溫端。
8. 用于通過低溫蒸餾分離空氣的設(shè)備，包括a) 塔系統(tǒng)(65,67);b) 熱交換管線(19);c) 主壓縮機(1);d) 低溫壓縮機(37)，該低溫壓縮機與所述主壓縮機的出口相連；e) 第二壓縮機(11，12，17)，該第二壓縮機與所述主壓縮機的出口相連；f) 第一和第二膨脹機(29， 39);g) 用于將空氣從低溫壓縮機送至第一膨脹機的裝置(21，23，43，33，35);h) 用于將空氣從第二壓縮機送至第二膨脹機的裝置(21， 22， 23， 31);i) 用于將空氣從第一和第二膨脹機送至塔系統(tǒng)的裝置(45,51);j)用于將空氣在不經(jīng)過第一和第二膨脹機之一的情況下經(jīng)由熱交換裝置從低溫壓縮 機和第二壓縮機送至塔系統(tǒng)的裝置(41)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將空氣從低溫壓縮機(37)送至 第一膨脹機的裝置和所述用于將空氣從第二壓縮機(11， 12)送至第二膨脹機(29)的裝置 包括一共用的管路部段(23)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其特征在于，所述用于將空氣在不經(jīng)過第一和第二膨 脹機(29， 39)之一的情況下經(jīng)由熱交換裝置(19)從低溫壓縮機(37)和第二壓縮機(11、 12)送至塔系統(tǒng)的裝置包括位于所述熱交換裝置中的至少一個共用通道(23)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8至10中任一項所述的設(shè)備，其特征在于，該設(shè)備包括第三膨脹機 (49)和用于將空氣(47)從塔系統(tǒng)送至該第三膨脹機并從該第三膨脹機送至熱交換裝置 (19)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于通過低溫蒸餾生產(chǎn)至少一種液態(tài)產(chǎn)品(53，71)和至少一種氣態(tài)產(chǎn)品(55，61)的方法，其中，根據(jù)第一工作模式，將進料空氣的至少一部分從熱交換管線(19)的中間位置移出，并在低溫壓縮機(37)中在低溫下壓縮，并送至熱交換管線(19)中以進一步冷卻，然后送至塔系統(tǒng)(65，67)中，將一部分進給空氣送至第一膨脹機(39)；根據(jù)第二工作模式，將全部進料空氣都在第二壓縮機(11，17)中壓縮至高于塔系統(tǒng)(65，67)最高塔壓至少20巴的高壓，該高壓空氣在熱交換管線(19)中冷卻，并且部分地被送至塔系統(tǒng)(65，67)，該高壓空氣的另一部分則被送至第二膨脹機(29)。
文檔編號F25J3/04GK101779092SQ200780100211
公開日2010年7月14日 申請日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月10日
發(fā)明者A·吉亞爾, L·若瓦尼, X·龐頓 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司