用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設(shè)施的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的設(shè)施，包括：壓縮機(100)；交換線路(4)；塔系統(tǒng)(1)；用于驅(qū)動所述壓縮機的電動馬達(M)；用于從塔系統(tǒng)抽取液體的管路；用于對抽取的液體加壓的泵(6)；用于使由壓縮機壓縮的空氣與由泵加壓的液體(16)之間發(fā)生熱交換的裝置；以及用于根據(jù)為電動馬達供電的電力的頻率降低泵的輸出壓力的裝置。
【專利說明】用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法和設(shè)施

【背景技術(shù)】
[0001]在一些國家中，電網(wǎng)不夠“強”和不夠遍布而在高需求或炎熱天氣期間不能避免電網(wǎng)頻率的重大波動，而且高需求和炎熱天氣兩者也往往共存。
[0002]通常在這種網(wǎng)絡(luò)中的空氣分離單元(ASU)受到極大干擾。為了能在關(guān)于氧氣和氮氣兩者的流量、壓力、或甚至純度的方面按所需的規(guī)格繼續(xù)進行生產(chǎn)，有必要在其設(shè)計期間將這些頻率局限結(jié)合在對各種機器的選擇中，這對于壓縮機在標稱點上的輸出是非常不利的，也可能丟失數(shù)個產(chǎn)量點，這引起ASU所形成的產(chǎn)品的不良的比能量。
[0003]例如當客戶是鋼鐵工業(yè)時，本發(fā)明允許即使在發(fā)生顯著的頻率變化時也能繼續(xù)生產(chǎn)所需的氧氣和/或氮氣輸出，同時出廠產(chǎn)品具有良好的比能量。
[0004]本發(fā)明還對例如由于緩沖罐的介入存在而造成由分離單元生產(chǎn)的氣體壓力與由客戶使用的氣體壓力有所不同的情況特別感興趣。
[0005]US-A-5471843描述了一種空氣分離方法，其中，如果氧氣需求降低，液氧的氣化壓力被降低。同樣，待處理的空氣的流量減少而馬達由恒速馬達驅(qū)動。這樣，事件的邏輯順序與本發(fā)明的邏輯順序相反，不取決于對頻率下降的觀察。
[0006]EP-A-1845323描述了一種空氣分離方法，其中液氧的氣化壓力取決于容納氣化氧氣的貯存器中的壓力。對壓縮機的驅(qū)動和根據(jù)電力的頻率的調(diào)節(jié)兩者都未提及。
[0007]在本文中，“富氧”指的是流體含有至少70% mol的氧。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供了一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法，其中
[0009]i)空氣流在壓縮機中被壓縮，通過熱交換線路被冷卻并送至塔系統(tǒng)，在塔系統(tǒng)中分離以形成富氮流和富氧流，
[0010]ii)壓縮機由被供給具有第一頻率的電力的馬達驅(qū)動，
[0011]iii)液體流被從塔系統(tǒng)中抽出，通過泵在第一壓力下加壓，通過與來自壓縮機的空氣間接熱交換而氣化以生產(chǎn)大致處于第一壓力下的氣態(tài)產(chǎn)品，或者，在富氧液體流的情況下，在第一壓力下被送至輔助塔的頂部，該輔助塔在底部被供給來自壓縮機的空氣，在塔的頂部作為產(chǎn)品抽出氣態(tài)氧，將中間液體從輔助塔送至塔系統(tǒng)，
[0012]其特征在于
[0013]iv)如果電力的頻率低于第一頻率以下的給定閾值，則使液體流的增壓壓力降低至低于第一壓力的第二壓力。
[0014]根據(jù)可選的特征:
[0015]-壓縮機從大氣壓力壓縮空氣，
[0016]-壓縮機從高于2bar的壓力壓縮空氣，
[0017]-液體流在熱交換線路中氣化，
[0018]-將富氧液體流在第一壓力下送至輔助塔的頂部，該輔助塔在貯槽中被供給來自壓縮機的空氣，在塔的頂部作為產(chǎn)品抽出氣態(tài)氧，并且將至少一種液體從輔助塔送至塔系統(tǒng)，
[0019]-如果頻率等于第一頻率，液體流具有流率V，如果頻率小于比第一頻率低的給定閾值，液體流率至少等于0.9V,或者甚至至少等于0.95V,或甚至等于V，
[0020]-如果所測得的空氣流率低于關(guān)于達到第一增壓壓力下的液體流率的標稱值所需的空氣流率的閾值，則降低液體的增壓壓力，
[0021]-如果空氣壓力低于關(guān)于達到第一增壓壓力下的液體流率的標稱值所需的空氣壓力的閾值，則降低液體的增壓壓力，
[0022]-流體的增壓壓力僅通過修改增壓泵的操作而降低，
[0023]-泵的輸出壓力等于由泵加壓的液體的氣化壓力，
[0024]-氣化的液體作為氣化壓力下的產(chǎn)品，不經(jīng)受氣化的下游的任何壓力下降。
[0025]根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供了一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的設(shè)施，該設(shè)施包括:壓縮機；熱交換線路；塔系統(tǒng)；用于驅(qū)動壓縮機的電動馬達；用于從塔系統(tǒng)抽取液體的管路；用于對抽取的液體加壓的泵；和用于提供由壓縮機壓縮的空氣與加壓液體之間的直接或間接交換熱的裝置；可選地，如果加壓液體富含氧還用于提供質(zhì)量交換的裝置，其特征在于，該設(shè)施包括用于根據(jù)供給電動馬達的電力的頻率調(diào)節(jié)在泵中加壓的液體的壓力的
>J-U ρ?α裝直。
[0026]可選地，該設(shè)施包括:
[0027]-用于通過控制系統(tǒng)對泵的流率和/或輸出壓力的作用來調(diào)節(jié)加壓液體的壓力的裝置，
[0028]-用于測量供給電動馬達的頻率的裝置，如果該頻率低于閾值則能起動所述用于調(diào)節(jié)液體的增壓壓力的裝置，
[0029]-增壓器，用于將空氣從壓縮機送至增壓器和從增壓器送至熱交流線路的裝置，該增壓器通過被供給具有所述頻率的電力的所述馬達驅(qū)動或通過被供給具有一頻率的電力的一馬達驅(qū)動，
[0030]-熱交換線路，其中加壓液體與待分離空氣熱交換而氣化，
[0031]-被供給富氧的加壓液體和空氣的輔助塔。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]本發(fā)明將參考附圖詳細描述，附圖示意性示出根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備。

【具體實施方式】
[0033]分離設(shè)備包括壓縮機100、熱交換線路4、增壓器7、渦輪27、泵6和包含中壓塔2及低壓塔3的蒸餾雙塔1。應(yīng)理解的是，該雙塔可以由三塔替代并且可以增加其它塔如氬混合塔等。所示熱耦合裝置用于借助于來自中壓塔的氮氣加熱低壓塔的底部，但也可以設(shè)想其它熱耦合裝置。
[0034]所示增壓器是具有比熱交換線路4的熱端溫度低的輸入溫度的冷增壓器。本發(fā)明也適用于使用具有等于或大于熱交換線路4的熱端溫度的輸入溫度的增壓器的情況。
[0035]空氣在壓縮機100中壓縮,該壓縮機通過電動馬達驅(qū)動，電動馬達由具有標稱頻率如50Hz (在歐洲)或60Hz (在美國)的電源供電。被壓縮的空氣被冷卻和凈化以形成流19，并隨后送至熱交換線路4。
[0036]空氣在熱交換線路中冷卻并隨后被分成兩部分，一部分20繼續(xù)其冷卻直到交換器的冷端并以氣態(tài)形式被送至中壓塔2。被送至冷增壓器7的空氣的其余部分21被增壓至高的壓力，并隨后作為流22被送至熱交換線路。增壓空氣的一部分23在渦輪27中膨脹并被送至中壓塔，而增壓空氣的其余部分繼續(xù)其冷卻直到冷端，在閥28中膨脹并被送至中壓+?
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[0037]富液11從中壓塔的底部經(jīng)由閥12和過冷器5Α，5Β被送出，液氮13經(jīng)由閥14被送至低壓塔3的頂部。低壓氮氣15在過冷器5Α，5Β和熱交換線路4中加溫。
[0038]液氧16從低壓塔3的底部排出，由泵6加壓和在第一高壓下在熱交換線路4中氣化。
[0039]增壓器7還通過由電流供電的電動馬達Μ驅(qū)動。
[0040]如果供給驅(qū)動壓縮機或增壓器的兩個馬達之一的電力的頻率(降低)，則壓縮空氣的流率和/或壓力可能不足以使氧在第一高壓下氣化。
[0041]在這種情況下，根據(jù)本發(fā)明，泵6的加壓壓力降低以在較低壓力下使氧氣化?？梢酝ㄟ^測量供給馬達的電力的頻率和/或通過測量壓縮空氣19、22的流量和/或壓縮空氣流19,22的壓力來觸發(fā)這種壓力降低。這樣，如果頻率和/或流率和/或壓力低于給定閾值，則可以降低氧的壓力，同時保持生產(chǎn)流率“接近”標稱流率。
[0042]這樣，雖然頻率降低，但是該設(shè)備能以在較低壓力下生產(chǎn)氣化氧氣的成本一直運行。
[0043]本發(fā)明也適用于液氮的氣化。
[0044]如圖2所示，還能實現(xiàn)空氣與在稱為“混合塔”的輔助塔中加壓的氧之間的熱質(zhì)交換。這里，來自泵6的液氧16被送至塔33的頂部。輔助塔33在底部被供給處于中壓塔的壓力下的空氣流31。
[0045]然而，也可以使用其它更高或更低的操作壓力。氣態(tài)氧流37在塔33的頂部被抽出并在熱交換器4中加熱。富氧液體37從塔33的底部抽出，在閥43中膨脹并被送至低壓塔3。也有必要在輔助塔33的中間位置抽出液體39，使其在閥41中膨脹并將其送至塔系統(tǒng)。
[0046]在這種情況下，在頻率降低的事件中，混合塔33在降低的壓力下操作以補償空氣流31的壓力降低。
[0047]對于本發(fā)明的所有應(yīng)用情況，頻率的降低可持續(xù)數(shù)分鐘、數(shù)小時甚至數(shù)天。不言而喻，將根據(jù)客戶的需求作出降低增壓壓力的決定，并且，如果因頻率降低而造成的產(chǎn)品減少可以接受，則沒有必要必須使用本發(fā)明的方法。
[0048]一旦恢復(fù)正常的頻率，增壓壓力再次通過倒轉(zhuǎn)在頻率降低事件中為降低壓力所采取的動作而增加。
[0049]理想地，加壓液體流將保持恒定，無論頻率如何，但正常頻率下的流率的高達5 %或甚至高達10%的下降有時是可以容忍的。
[0050]在頻率下降事件中，增壓壓力的降低可通過檢測待分離的空氣流量下降來觸發(fā)。經(jīng)常地，關(guān)于標稱流量的下降可以通過調(diào)節(jié)壓縮機來至少部分地補償。
[0051]另一方面，在低于標稱速率的給定閾值下，將有必要根據(jù)本發(fā)明進行，因為壓縮機的調(diào)節(jié)不再足以補償流量的下降。
[0052]同樣，與下面的方法結(jié)合或單獨地，在頻率下降事件中增壓壓力的降低可通過檢測待分離的空氣流的壓力下降而觸發(fā)。
[0053]通常，關(guān)于標稱壓力的降低可至少部分地通過調(diào)節(jié)壓縮機來補償。另一方面，在低于標稱壓力的給定閾值上，將有必要根據(jù)本發(fā)明進行，因為壓縮機的調(diào)節(jié)不再足以補償壓力下降。
【權(quán)利要求】
1.一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的方法，其中 i)空氣流在壓縮機(7，100)中被壓縮，通過熱交換線路(4)被冷卻并送至塔系統(tǒng)(1)，在塔系統(tǒng)中分離以形成富氮流和富氧流， ?)所述壓縮機(7，100)由馬達(M)驅(qū)動，該馬達被供給具有第一頻率的電力， iii)液體流(16)被從所述塔系統(tǒng)抽出，通過泵(6)在第一壓力下加壓，通過與來自壓縮機的空氣間接熱交換而氣化以生產(chǎn)大致處于第一壓力下的氣態(tài)產(chǎn)品，或者，在富氧液體流的情況下，在第一壓力下被送至輔助塔(33)的頂部，該輔助塔在底部被供給來自壓縮機的空氣，在塔的頂部作為產(chǎn)品抽出氣態(tài)氧(37)，將中間液體(39)從輔助塔送至塔系統(tǒng)， 其特征在于 iv)如果電力的頻率低于第一頻率以下的給定閾值，則使液體流的增壓壓力降低至低于第一壓力的第二壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮機(100)從大氣壓力壓縮空氣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述壓縮機(7)從高于2bar的壓力壓縮空氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，所述液體流(16)在熱交換線路(4)中氣化。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其中，將所述富氧液體流在第一壓力下送至輔助塔的頂部，該輔助塔在底部被供給來自壓縮機的空氣，在塔的頂部作為產(chǎn)品抽出氣態(tài)氧，并且將至少一種液體從輔助塔送至塔系統(tǒng)。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，如果頻率等于所述第一頻率，液體流具有流率V，并且如果頻率低于所述第一頻率，液體流率至少等于0.9V,或甚至至少等于0.95V，或甚至等于V。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，如果所測得的空氣流率低于關(guān)于達到第一增壓壓力下的液體流率(16)的標稱值所需的空氣流率的閾值，則降低液體的增壓壓力。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，如果所測得的空氣壓力低于關(guān)于達到第一增壓壓力下的液體流率(16)的標稱值所需的空氣壓力的閾值，則降低液體的增壓壓力。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，僅通過改變增壓泵￠)的操作降低液體的增壓壓力。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，所述泵￠)的輸出壓力等于由所述泵加壓的液體的氣化壓力。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中，氣化的液體作為氣化壓力下的產(chǎn)品，不經(jīng)受氣化的下游的任何壓力下降。
12.一種用于通過低溫蒸餾分離空氣的設(shè)施，包括:壓縮機(7，100);熱交換線路(4)；塔系統(tǒng)(I);用于驅(qū)動壓縮機的電動馬達(M);用于從塔系統(tǒng)抽取液體的管路；用于對抽取的液體加壓的泵出)；和用于提供由壓縮機壓縮的空氣與加壓液體之間的直接或間接熱交換的裝置(4，33);可選地還包括當加壓液體富含氧時用于提供質(zhì)量交換的裝置，其特征在于，該設(shè)施包括根據(jù)供給所述電動馬達的電力的頻率調(diào)節(jié)在所述泵中加壓的液體(16)的壓力的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)施，包括用于通過控制系統(tǒng)對泵(6)的流率和/或輸出壓力的作用來調(diào)節(jié)加壓液體(16)的壓力的裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的設(shè)施，包括用于測量供給所述電動馬達(M)的頻率的裝置，如果所述頻率低于閾值則能起動所述用于調(diào)節(jié)液體的增壓壓力的裝置。
15.根據(jù)權(quán)利要求12至14中任一項所述的設(shè)施，包括增壓器(7)和用于將空氣從所述壓縮機(100)送至增壓器和從增壓器送至熱交換線路(4)的裝置，該增壓器通過被供給具有所述頻率的電力的所述馬達驅(qū)動或通過被供給具有一頻率的電力的一馬達驅(qū)動。
【文檔編號】F25J3/04GK104321602SQ201280057392
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月25日
【發(fā)明者】F·伯恩, N·富瓦里安, A·吉亞爾 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司