專利名稱：通過低溫蒸餾進(jìn)行空氣分離的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過低溫蒸餾進(jìn)行空氣分離的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
在包括一個(gè)或多個(gè)系列的空氣壓縮機(jī)和一個(gè)或多個(gè)冷箱的空氣分離設(shè)備中，空氣壓縮機(jī)具有固定的功能，該固定的功能不會(huì)根據(jù)設(shè)備的操作模式的改變而發(fā)生改變。特別是，空氣壓縮機(jī)將空氣從大氣壓壓縮至高達(dá)一輸送壓力，該輸送壓力大致與具有最高壓力的蒸餾塔的輸送壓力相同。增壓壓縮機(jī)將空氣從空氣壓縮機(jī)的此輸送壓力壓縮至由用于氧和/或液氮的蒸發(fā)的壓力和待生產(chǎn)的液態(tài)產(chǎn)品的量的組合所限定的輸送壓力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服已知方法的缺陷。特別是，利用根據(jù)本發(fā)明的方法，可以:減少機(jī)器的數(shù)量:雖然主壓縮機(jī)的數(shù)量保持相同，但是不再需要空氣增壓壓縮機(jī)；通過在最高可能的壓力下凈化空氣來減小凈化單元的尺寸；使壓縮熱量的回收最大化(通常情況下，增壓壓縮機(jī)的低溫?zé)崃坎荒鼙换厥?。FR-A-2895068說明了一種空氣分離設(shè)備，該空氣分離設(shè)備包括:兩個(gè)空氣壓縮機(jī)，其接收大致處于大氣壓力下的空氣；兩個(gè)空氣凈化單元；兩個(gè)冷箱。各個(gè)壓縮機(jī)被連接到各個(gè)凈化單元，從而將壓縮空氣輸送至各個(gè)凈化單元，所述凈化單元被分別連接至兩個(gè)冷箱。所述壓縮機(jī)中的第一 個(gè)壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第一壓力下的空氣，并且將處于第一壓力下的空氣傳送至第一凈化單元，所述第一凈化單元被連接至第一冷箱的高壓空氣管線。第二壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于比第一壓力低的第二壓力下的空氣，并且將處于第二壓力下的空氣傳送至第二凈化單元，所述第二凈化單元被連接至第二冷箱的中壓空氣管線。借助于這種方法，當(dāng)正常操作期間供給高壓空氣的唯一的壓縮機(jī)和/或在正常操作期間供給凈化的高壓空氣的唯一的凈化單元所生產(chǎn)的空氣比期望的量少或者出現(xiàn)故障時(shí)，被供給有凈化的高壓空氣的空氣分離設(shè)備不可能繼續(xù)進(jìn)行操作。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)目的，設(shè)想了一種空氣分離設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個(gè)接收大致處于大氣壓力下的空氣的空氣壓縮機(jī)、至少兩個(gè)空氣凈化單元和一個(gè)或多個(gè)冷箱，至少一個(gè)壓縮機(jī)連接到各個(gè)凈化單元，從而將壓縮空氣輸送至所述各個(gè)凈化單元，所述凈化單元連接至所述冷箱或多個(gè)冷箱，第一壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第一壓力下的空氣并且將所有的處于第一壓力下的空氣傳送至第一凈化單元，第一凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)高壓空氣管線，第二壓縮機(jī)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第二壓力下的空氣并且將所有的處于第二壓力下的空氣傳送至第二凈化單元，第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)中壓空氣管線，其特征在于，所述空氣分離設(shè)備包括如下機(jī)構(gòu):所述機(jī)構(gòu)用于改變第二壓縮機(jī)的操作，以便使所生產(chǎn)的空氣的壓力增加到高于第二壓力、優(yōu)選與第一壓力相等的壓力，第二壓力比第一壓力低，并且第二壓縮機(jī)的輸送側(cè)經(jīng)由第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的高壓空氣管線，以便將處于比第二壓力高的壓力下的空氣傳送至所述高壓空氣管線中?？蛇x地:-所述壓縮機(jī)中的至少一個(gè)具有兩個(gè)軸流式壓縮級(jí)；-用于改變第二壓縮機(jī)的操作的機(jī)構(gòu)由設(shè)計(jì)為具有可變轉(zhuǎn)速的聯(lián)接至第二壓縮機(jī)的裝置組成；-所述裝置是蒸汽渦輪機(jī)或高速電機(jī)；-所述設(shè)備不包括任何由蒸汽渦輪機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的并且進(jìn)氣壓力明顯高于大氣壓力的空氣壓縮機(jī)；-壓縮機(jī)的數(shù)量是3的倍數(shù)和/或凈化單元的數(shù)量是3的倍數(shù)和/或冷箱的數(shù)量是2的倍數(shù)；-所述設(shè)備在第一壓縮機(jī)的下游和所述冷箱或第一冷箱的上游不包括壓縮機(jī)構(gòu)，和/或在第二壓縮機(jī)的下游和所述冷箱或第一冷箱的上游不包括壓縮機(jī)構(gòu)；-第一壓縮機(jī)的輸送側(cè)僅連接至第一凈化單元的入口；-第二壓縮機(jī)的輸送側(cè)僅連接至第二凈化單元的入口。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)目的，設(shè)想了一種空氣分離方法，所述方法使用至少兩個(gè)被供給處于大氣壓力下的空氣的空氣壓縮機(jī)、至少兩個(gè)空氣凈化單元以及至少一個(gè)空氣分離冷箱，其中，根據(jù)第一操作模式，將高壓空氣從第一壓縮機(jī)輸送到第一凈化單元并且經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)高壓管線從第一凈化 單元輸送到所述冷箱或第一冷箱，將中壓空氣從第二壓縮機(jī)輸送到第二凈化單元并且從第二凈化單元輸送到所述冷箱或第一冷箱，其特征在于，根據(jù)第二操作模式，改變第二壓縮機(jī)(的操作)從而第二壓縮機(jī)生產(chǎn)高壓空氣而不是生產(chǎn)中壓空氣，所述高壓比中壓高，第二壓縮機(jī)的高壓空氣在第二凈化單元中被凈化，然后經(jīng)由所述高壓管線或多個(gè)高壓管線被輸送至所述冷箱或第一冷箱，并且可選地第一壓縮機(jī)停機(jī)和/或第一凈化單元停機(jī)?？蛇x地:-第一空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于3.5bar和IObar之間、優(yōu)選絕對(duì)壓力介于
3.5bar和5bar之間、或者絕對(duì)壓力介于4bar和5bar之間的空氣，第二壓縮機(jī)在第一操作模式期間生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于2.5bar和5bar之間、優(yōu)選介于3bar和4bar之間的空氣，并且在第二操作模式期間生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于3.5bar和IObar之間、優(yōu)選絕對(duì)壓力介于3.5bar和5bar之間、或者絕對(duì)壓力介于4bar和5bar之間的空氣；-第一操作模式是額定模式，第二操作模式是緊急操作模式；-第一操作模式是通過空氣分離生產(chǎn)的額定操作模式，第二操作模式是通過空氣分離生產(chǎn)的降低產(chǎn)量/降級(jí)的操作模式；-根據(jù)第二操作模式，第二壓縮機(jī)的高壓空氣在高壓下被輸送到第二凈化單元；-在兩種操作模式下，第一壓縮機(jī)的所有空氣被輸送至第一凈化單元，并且第二壓縮機(jī)的所有空氣被輸送至第二凈化單元。


下面將參考附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更加詳細(xì)的說明，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備，圖2示出了典型的冷箱，其能夠被包含在作為空氣分離設(shè)備的設(shè)備中。
具體實(shí)施例方式從圖1中可以看出，存在空氣壓縮機(jī)I和兩個(gè)空氣壓縮機(jī)3B，3C，它們都接收處于大氣壓力下的空氣。應(yīng)當(dāng)注意，不存在接收處于比大氣壓力高的壓力下的空氣的空氣增壓壓縮機(jī)。壓縮機(jī)I被連接到空氣凈化單元5A，壓縮機(jī)3B，3C被連接至凈化單元5B，5C，以便向這些凈化單元供給空氣。冷箱25，27各自包含空氣分離設(shè)備的交換器和塔。該設(shè)備各自通過高壓空氣管線和中壓空氣管線供料。術(shù)語“高壓”和“中壓”僅僅意味著高壓比中壓高，因此兩者之間的差異可能相對(duì)較小。第一空氣壓縮機(jī)I生產(chǎn)介于3.5bar和IObar (絕對(duì)壓力)之間、優(yōu)選地在3.5bar和5bar (絕對(duì)壓力)之間、或者在4bar和5bar (絕對(duì)壓力)之間的空氣，第二壓縮機(jī)生產(chǎn)處于可變壓力下的空氣，在第一操作模式下處于2.5bar和5bar(絕對(duì)壓力)之間的中壓下，優(yōu)選地介于3bar和4bar之間。因此，中壓管線 17和高壓管線21供給冷箱25，中壓管線19和高壓管線23供給冷箱27。在高壓管線中的空氣必須還執(zhí)行使空氣分離設(shè)備的處于壓力下的液氧蒸發(fā)的功能。根據(jù)本發(fā)明的第一操作模式，其例如與額定操作模式相對(duì)應(yīng)，來自于凈化單元5A的空氣9A在連接至高壓管線21和高壓管線23的管線內(nèi)部循環(huán)，從而向冷箱25，27供給高壓空氣。閥13A關(guān)閉，閥IlA打開。壓縮機(jī)3B，3C生產(chǎn)中壓空氣，所述中壓空氣在凈化單元5B，5C中被凈化。在管線9B中的凈化的中壓空氣經(jīng)由打開的閥13B被傳送至中壓管線17，19。在管線9C中的凈化空氣經(jīng)由打開的閥13C被傳送到中壓管線17，19，因此冷箱25，27被供給中壓空氣，閥11B、IlC關(guān)閉。根據(jù)設(shè)備的第二操作模式，如果壓縮機(jī)I不工作，為了繼續(xù)生產(chǎn)高壓空氣，改變壓縮機(jī)3B的操作使得壓縮機(jī)3B生產(chǎn)高壓空氣而不是生產(chǎn)中壓空氣。這可通過改變蒸汽渦輪機(jī)或驅(qū)動(dòng)蒸汽渦輪機(jī)的電機(jī)28的轉(zhuǎn)速執(zhí)行。生產(chǎn)的高壓空氣在可以承受這種壓力的工藝的凈化單元5B中被凈化。由于閥13B關(guān)閉而閥IlB打開，來自管線9B的空氣進(jìn)入高壓管線17，19從而向冷箱25，27供給高壓空氣?？蛇x地，高壓空氣的一部分可以在降低的壓力下返回中壓空氣管線17，19 (如果存在多余的高壓空氣的話)。壓縮機(jī)3C繼續(xù)生產(chǎn)中壓空氣，并且將此空氣傳送至凈化單元5C。管線9C中的被凈化的空氣經(jīng)由打開的閥13C被傳送至中壓管線17，19，因此冷箱25，27被供給中壓空氣，閩11C關(guān)閉。盡管圖中沒有示出需要的連接，在壓縮機(jī)I出現(xiàn)故障的情況下，也可以將高壓空氣從壓縮機(jī)3B輸送至凈化單元5A，然后經(jīng)由閥13A輸送至管線17，19，閥IlA關(guān)閉。在此情況下，凈化單元要求較低的壓力變化容限。圖1示出的布置結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是在凈化單元5A出現(xiàn)故障的時(shí)候，可以繞過該凈化單元5A。壓縮機(jī)1，3B，3C可具有軸流式壓縮級(jí)。設(shè)備可以包括用于在壓縮機(jī)1，3B，3C中的至少一個(gè)的下游回收熱量的機(jī)構(gòu)。在產(chǎn)量輸出下降或者壓縮機(jī)3B，3C其中之一出現(xiàn)故障的情況下，來自壓縮機(jī)I的空氣可經(jīng)由閥13A偏離/偏轉(zhuǎn)方向，其中閥13A將空氣的壓力從高壓降低至中壓，從而將中壓空氣傳送至管線21、23。設(shè)備的第二操作模式可以與如下的情況相對(duì)應(yīng):與壓縮機(jī)I相關(guān)聯(lián)的凈化單元5A的停機(jī)、由壓縮機(jī)I或凈化單元5A生產(chǎn)的流量降低、或者必須由冷箱25，27生產(chǎn)的產(chǎn)品的量降低。例如，在將要與高壓空氣作用以蒸發(fā)的加壓氧的流量降低的情況下，有利地使用壓縮機(jī)3B而不使用壓縮機(jī)1，以便生產(chǎn)所需的最小量的氧。簡化至其最簡單的構(gòu)型，圖1將僅包括壓縮機(jī)I和3A、凈化單元5A和5B以及冷箱25，而冷箱27和壓縮機(jī)3B已被消除。根據(jù)第一操作模式，壓縮機(jī)I生產(chǎn)將在凈化單元5A中凈化的高壓空氣，壓縮機(jī)3B生產(chǎn)將在凈化單元5B中凈化的中壓空氣。根據(jù)第二操作模式，壓縮機(jī)I將停機(jī)，壓縮機(jī)3B生產(chǎn)高壓空氣，高壓空氣的一部分的壓力經(jīng)由閥13B降低至返回中壓。因此，壓縮機(jī)3B生產(chǎn)冷箱25所需的兩種壓力的空氣。圖2示出了一種空氣分離設(shè)備，諸如可以安裝在冷箱25，27中的至少一者中的空氣分離設(shè)備。當(dāng)從一個(gè)壓縮機(jī)中供給高壓空氣21和中壓空氣17時(shí)，設(shè)備生產(chǎn)用于富氧燃燒單元的低壓氧39。通過泵35在介于1.2bar絕對(duì)壓力和2bar絕對(duì)壓力之間的壓力下泵送的氧在專門的蒸發(fā)器37中蒸發(fā)。該設(shè)備包括雙塔41，其中中壓塔借助于兩個(gè)再沸器43，45熱連接至低壓塔。塔釜再沸器43由來自中壓管線17的空氣加熱，而中間再沸器45由來自中壓塔的氮加熱。空氣17的另一部分直接供給到中壓塔。設(shè)備也生產(chǎn)由中壓塔供給的氣態(tài)氮。顯而易見地， 其他類型的空氣分離設(shè)備可以代替該設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種空氣分離設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個(gè)接收大致處于大氣壓力下的空氣的空氣壓縮機(jī)(1，3A，3B)、至少兩個(gè)空氣凈化單元(5A，5B, 5C)和一個(gè)或多個(gè)冷箱(25，27)，至少一個(gè)壓縮機(jī)連接到各個(gè)凈化單元，從而將壓縮空氣輸送至所述各個(gè)凈化單元，所述凈化單元連接至所述冷箱或多個(gè)冷箱，第一壓縮機(jī)(I)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第一壓力下的空氣并且將所有的處于第一壓力下的空氣傳送至第一凈化單元(5A)，所述第一凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)高壓空氣管線(21，23)，第二壓縮機(jī)(3B，3C)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第二壓力下的空氣并且將所有的處于第二壓力下的空氣傳送至第二凈化單元(5B，5C)，所述第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)中壓空氣管線(17，19)，其特征在于，所述空氣分離設(shè)備包括如下機(jī)構(gòu)(28):所述機(jī)構(gòu)用于改變所述第二壓縮機(jī)的操作，以便使所生產(chǎn)的空氣的壓力增加到高于所述第二壓力、優(yōu)選與所述第一壓力相等的壓力，所述第二壓力比所述第一壓力低，并且所述第二壓縮機(jī)的輸送側(cè)經(jīng)由所述第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的高壓空氣管線，以便將處于比所述第二壓力高的壓力下的空氣傳送至所述高壓空氣管線中。
2.如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述壓縮機(jī)(I，3B，3C)中的至少一者具有兩個(gè)軸流式壓縮級(jí)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的設(shè)備，其特征在于，用于改變所述第二壓縮機(jī)(3B，3C)的操作的機(jī)構(gòu)由設(shè)計(jì)為具有可變轉(zhuǎn)速的聯(lián)接至所述第二壓縮機(jī)的裝置組成。
4.如權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，所述裝置是蒸汽渦輪機(jī)或高速電機(jī)。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備不包括由蒸汽渦輪機(jī)或電機(jī)驅(qū)動(dòng)的并且進(jìn)氣壓力明顯高于大氣壓力的任何空氣壓縮機(jī)。
6.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，壓縮機(jī)(1，3A，3B)的數(shù)量是3的倍數(shù)和/或凈化單元(5A，5B，5C)的數(shù)量是3的倍數(shù)和/或冷箱(25，27)的數(shù)量是2的倍數(shù)。
7.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備在所述第一壓縮機(jī)的下游和所述冷箱或第一冷箱的上游不包括壓縮機(jī)構(gòu)，和/或在所述第二壓縮機(jī)的下游和所述冷箱或第一冷箱的上游不包括壓縮機(jī)構(gòu)。
8.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一壓縮機(jī)(I)的輸送側(cè)僅連接至所述第一凈化單元(5A)的入口。
9.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，所述第一壓縮機(jī)(3B，3C)的輸送側(cè)僅連接至所述第二凈化單元(5B)的入口。
10.一種空氣分離方法,所述方法使用至少兩個(gè)被供給處于大氣壓力下的空氣的空氣壓縮機(jī)(1，3A，3B)、至少兩個(gè)空氣凈化單元(5A，5B, 5C)以及至少一個(gè)空氣分離冷箱(25，27)，其中，根據(jù)第一操作模式，將高壓空氣從第一壓縮機(jī)(I)輸送到第一凈化單元(5A)并且經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)高壓管線從所述第一凈化單元輸送到所述冷箱或第一冷箱，將中壓空氣從第二壓縮機(jī)(3B，3C)輸送到第二凈化單元(5B，5C)并且從所述第二凈化單元輸送到所述冷箱或第一冷箱，其特征在于，根據(jù)第二操作模式，改變所述第二壓縮機(jī)的操作從而所述第二壓縮機(jī)生產(chǎn)高壓空氣而不是生產(chǎn)中壓空氣，所述高壓比中壓高，所述第二壓縮機(jī)的高壓空氣在所述第二凈化單元中被凈化，然后經(jīng)由所述高壓管線或多個(gè)高壓管線被輸送至所述冷箱或第一冷箱，并且可選地所述第一壓縮機(jī)停機(jī)和/或所述第一凈化單元停機(jī)。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一空氣壓縮機(jī)生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于3.5bar和IObar之間、優(yōu)選絕對(duì)壓力介于3.5bar和5bar之間、或者絕對(duì)壓力介于4bar和5bar之間的空氣,所述第二壓縮機(jī)在第一操作模式期間生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于2.5bar和5bar之間、優(yōu)選介于3bar和4bar之間的空氣，并且在第二操作模式期間生產(chǎn)絕對(duì)壓力介于3.5bar和IObar之間、優(yōu)選絕對(duì)壓力介于3.5bar和5bar之間、或者絕對(duì)壓力介于4bar和5bar之間的空氣。
12.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一操作模式是額定模式，所述第二操作模式是緊急操作模式。
13.如權(quán)利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述第一操作模式是通過空氣分離生產(chǎn)的額定操作模式，所述第二操作模式是通過空氣分離生產(chǎn)的降低產(chǎn)量的操作模式。
14.如權(quán)利要求10至13中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，根據(jù)第二操作模式，所述第二壓縮機(jī)的高壓空氣在高壓下被輸送到所述第二凈化單元。
15.如權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在所述兩種操作模式下，所述第一壓縮機(jī)的所 有空氣被輸送至所述第一凈化單元，并且所述第二壓縮機(jī)的所有空氣被輸送至所述第二凈化單元。
全文摘要
一種空氣分離設(shè)備，所述設(shè)備包括至少兩個(gè)空氣壓縮機(jī)(1，3A，3B)，其接收大致處于大氣壓力下的空氣；至少兩個(gè)空氣凈化單元(5A，5B，5C)；和一個(gè)或多個(gè)冷箱(25，27)，至少一個(gè)壓縮機(jī)連接到各個(gè)凈化單元，從而將壓縮空氣輸送至所述各個(gè)凈化單元，所述凈化單元連接至所述冷箱或多個(gè)冷箱，第一壓縮機(jī)(1)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第一壓力下的空氣并且將處于第一壓力下的空氣傳送至第一凈化單元(5A)，所述第一凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)高壓空氣管線(21，23)，第二壓縮機(jī)(3B，3C)被設(shè)計(jì)成生產(chǎn)處于第二壓力下的空氣并且將所有的處于第二壓力下的空氣傳送至第二凈化單元(5B，5C)，所述第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的一個(gè)或多個(gè)中壓空氣管線(17，19)，所述設(shè)備還包括機(jī)構(gòu)(28)，所述機(jī)構(gòu)(28)用于改變所述第二壓縮機(jī)的操作，以便將生產(chǎn)的空氣的壓力增加到高于所述第二壓力的壓力，所述第二壓力比所述第一壓力低，并且所述第二壓縮機(jī)的輸送側(cè)經(jīng)由所述第二凈化單元連接至所述冷箱或第一冷箱的高壓空氣管線，以便將處于比所述第二壓力高的壓力下的空氣傳送至所述高壓空氣管線中。
文檔編號(hào)F25J3/04GK103250019SQ201180030075
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2011年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者R·杜貝蒂爾-格勒尼耶, A·吉亞爾 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司