專利名稱：氣體分離技術(shù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣體分離技術(shù)，特別是涉及空氣分離裝置。
空氣分離裝置除了一臺(tái)或多臺(tái)空氣壓縮機(jī)外通常需配置產(chǎn)品壓縮機(jī)。在每天生產(chǎn)1000噸以上產(chǎn)品的大型裝置中，空氣分離通常是通過精餾法來進(jìn)行的。
US-A-4382366涉及一種生產(chǎn)氧氣產(chǎn)品的空氣分離裝置。氧產(chǎn)品壓縮機(jī)直接由汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)。從分離氧產(chǎn)品的精餾塔中抽取出含有足夠助燃氧氣的廢氮?dú)饬髑以诓贿M(jìn)一步壓縮的情況下被引入到燃燒燃料氣的燃燒室內(nèi)。煙氣在渦輪膨脹機(jī)內(nèi)膨脹。通過與來自渦輪膨脹機(jī)的煙氣的熱交換而產(chǎn)生被供給到蒸汽輪機(jī)中蒸汽。氧產(chǎn)品壓縮機(jī)、空氣分離裝置的空氣壓縮機(jī)、蒸汽輪機(jī)和渦輪壓縮機(jī)均相互被耦合在一起。這樣的裝置不能大量地生產(chǎn)氮?dú)猱a(chǎn)品。
最大的裝置每天生產(chǎn)的高壓的產(chǎn)品氮至少為10000噸。因此，需要大型產(chǎn)品氮壓縮機(jī)。通常，這樣的壓縮機(jī)是由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的。這樣的電動(dòng)機(jī)通常是笨重的，而且電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)容易出問題。因此，一般要設(shè)置另外的起動(dòng)電機(jī)。
本發(fā)明目的在于提供一種空氣分離裝置，這種空氣分離裝置不需要驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)的電動(dòng)機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明提供的空氣分離裝置包括產(chǎn)品氮壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)，其中的燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)與產(chǎn)品氮壓縮機(jī)同時(shí)操作以便驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)，其中汽輪機(jī)具有與蒸汽發(fā)生器相通的入口，所述的蒸汽發(fā)生器被用于從燃?xì)廨啓C(jī)中回收熱量。
本發(fā)明的空氣分離裝置通常具有很多優(yōu)點(diǎn)第一，不需要大型電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)所述的壓縮機(jī)。第二，能在比燃燒燃料直接產(chǎn)生蒸汽的循環(huán)更有效地操作的循環(huán)中產(chǎn)生蒸汽。第三，如果要求在生產(chǎn)期內(nèi)變化產(chǎn)品氮壓力的話，利用汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)要比使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)其調(diào)節(jié)產(chǎn)品壓力的靈活性為更高。
本發(fā)明還提供一種包括空氣壓縮機(jī)、第一燃?xì)廨啓C(jī)、第一汽輪機(jī)、產(chǎn)品氮壓縮機(jī)、第二燃?xì)廨啓C(jī)和第二汽輪機(jī)的空氣分離裝置，空氣壓縮機(jī)與第一燃?xì)廨啓C(jī)和第一汽輪機(jī)同步地操作，產(chǎn)品氮壓縮機(jī)與第二燃?xì)廨啓C(jī)和第二汽輪機(jī)同步地操作，其中第一和第二汽輪機(jī)的每一個(gè)都具有分別與第一蒸汽發(fā)生器和第二蒸汽發(fā)生器相通的入口，第一蒸汽發(fā)生器適于從第一燃?xì)廨啓C(jī)中回收熱，而第二蒸汽發(fā)生器適于從第二燃?xì)廨啓C(jī)中回收熱。
通過被燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)的組合驅(qū)動(dòng)的空氣壓縮機(jī)和產(chǎn)品氮壓縮機(jī)設(shè)置使有可能以從本發(fā)明的空氣分離裝置中去掉大型電動(dòng)機(jī)。
如果本發(fā)明的空氣分離裝置所處的現(xiàn)埸具有充分的電供應(yīng)的話，這樣的電供應(yīng)可用來向空氣分離裝置中的任何部件供電，例如，向被用來增壓并向蒸汽發(fā)生器供水的水泵供電，在蒸汽發(fā)生器中產(chǎn)生在汽輪機(jī)內(nèi)中膨脹的蒸汽。如果不能獲得這樣的充分電供應(yīng)的話，則可在現(xiàn)埸建設(shè)一座合適的電站。如果想望的話，所需的發(fā)電機(jī)可由至少一臺(tái)的另外的燃?xì)廨啓C(jī)來驅(qū)動(dòng)。另一種辦法是，使用至少一臺(tái)的汽輪機(jī)。如果想望的話，本發(fā)明的空氣分離裝置可以與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的汽輪機(jī)一起共用產(chǎn)汽設(shè)備。如果采用這樣的布置的話，產(chǎn)汽設(shè)備優(yōu)選包括初始產(chǎn)汽的起動(dòng)鍋爐。一旦當(dāng)從與壓縮機(jī)相連的燃?xì)廨啓C(jī)的熱煙氣中回收熱量的蒸汽發(fā)生器達(dá)到正常運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)鍋爐就可停止運(yùn)行。
本發(fā)明的空氣分離裝置通常另外還包括從壓縮空氣中除去水蒸汽和二氧化碳的吸收裝置、將空氣溫度降至空氣能夠被精餾分離的熱交換器、至少為一座的從空氣中分離氮的精餾塔、和至少為一臺(tái)的制冷用的渦輪膨脹機(jī)。最好，精餾塔是雙塔型精餾塔，這種雙精餾塔包括高壓級、低壓級和熱連接高壓級上部區(qū)和低壓級下部區(qū)的冷凝器-再沸器，由于這樣的配置以便在運(yùn)行過程中使冷凝器向雙精餾塔的兩級提供回流。如果想望的話，為了使從精餾塔抽取氮?dú)馕恢锰幍钠骄鶋毫_(dá)到最大，可以從低壓級和高壓級取出氮?dú)饬?。為了增加所產(chǎn)生的回流率，可對從低壓級取出的部分氮蒸汽進(jìn)行冷凝并回供至低壓級。通過從低壓級底部抽取一股富氧液體來提供輔助冷凝所必須的冷卻，降低其壓力并從而降低其溫度，并且使降壓的富氧液態(tài)流與被冷凝的氮?dú)膺M(jìn)行熱交換。
現(xiàn)在通過實(shí)施例并參照附圖對本發(fā)明的空氣分離裝置進(jìn)行說明，其中

圖1是第一空氣分離裝置和相關(guān)發(fā)電裝置的示意性流程圖。
圖2是第二空氣分離裝置和相關(guān)發(fā)電裝置的示意性流程圖。
附圖未按比例。
圖中類似部件用相同的標(biāo)號表示。
現(xiàn)參看附圖1，該圖顯示用于精餾分離空氣的空氣分離裝置2。裝置2被用來提供高壓的氮產(chǎn)品。它包括主空氣壓縮機(jī)4(通常包括許多壓縮段)和氮產(chǎn)品壓縮機(jī)6(也包括許多壓縮段)。空氣分離裝置2的其余部件由附圖中的標(biāo)記8表示。為便于圖示，其余部件用矩形框來代替，在此處不進(jìn)一步說明，因?yàn)樗鼈兙鶎儆诠夹g(shù)，且本發(fā)明主要涉及壓縮機(jī)4和6的操作。
在正常操作的圖1所示的裝置中，空氣壓縮機(jī)4是由第一燃?xì)廨啓C(jī)10和第一汽輪機(jī)12通過配置的齒輪機(jī)構(gòu)14驅(qū)動(dòng)的。在圖1中沒有示出燃?xì)廨啓C(jī)10的各組件，但它通常包括獨(dú)立的空氣壓縮機(jī)、具有(來自空氣壓縮機(jī)的)空氣入口和燃?xì)馊肟诘娜紵液褪箯娜紵伊鞒龅娜紵a(chǎn)物膨脹的渦輪膨脹機(jī)。一般說，構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)10一部分的獨(dú)立的空氣壓縮機(jī)、構(gòu)成燃?xì)廨啓C(jī)10一部分的渦輪膨脹機(jī)、和汽輪機(jī)都安裝在同一根軸上。然而，還可作出另外的配置。例如，將燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)安裝在不同的軸上和兩者可通過配置的齒輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)4。
在正常運(yùn)行過程中，產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6由第二燃?xì)廨啓C(jī)16和第二汽輪機(jī)18驅(qū)動(dòng)。如圖1中所示，第二燃?xì)廨啓C(jī)16可通過配置的齒輪機(jī)構(gòu)20輸出其驅(qū)動(dòng)力，而第二汽輪機(jī)可被直接連接到產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6。然而，還可作出另外的配置。例如，可通過配置的齒輪機(jī)構(gòu)將它們兩者連接到產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6。
被供入到第一汽輪機(jī)12的蒸汽在包括盛水的容器22的回路中流動(dòng)，容器22具有一個(gè)通過泵(圖中未示出)而與熱回收型蒸汽發(fā)生器24相通的出口。在運(yùn)行過程中，過熱的高壓蒸汽流到汽輪機(jī)12并在其中膨脹。膨脹后的蒸汽流到水冷凝器26并在其中被冷凝，冷凝器向容器22供應(yīng)冷凝的蒸汽。在蒸汽發(fā)生器24中通過在來自燃?xì)廨啓C(jī)12的渦輪機(jī)膨脹機(jī)的熱煙氣與高壓水之間進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生過熱蒸汽。來自渦輪機(jī)的熱煙氣通過蒸汽發(fā)生器24而在其路徑的下游經(jīng)煙囪28排入到大氣。使用燃?xì)廨啓C(jī)10和汽輪機(jī)12來驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)4的優(yōu)點(diǎn)在于能夠縮小燃?xì)廨啓C(jī)的尺寸。
第二汽輪機(jī)18在一個(gè)與汽輪機(jī)14成為其一部分的回路相類似的回路中運(yùn)行。水泵將容器22中的水在一定壓力下泵送到熱回收型第二蒸汽發(fā)生器32。在蒸汽發(fā)生器32中產(chǎn)生過熱蒸汽并將其供入到汽輪機(jī)18的入口。膨脹的蒸汽從第二汽輪機(jī)18流出并在冷凝器34內(nèi)冷凝。所得到的冷凝液被返回到容器22。在第二蒸汽發(fā)生器32內(nèi)通過高壓水與來自第二燃?xì)廨啓C(jī)16的渦輪機(jī)膨脹機(jī)的熱煙氣進(jìn)行熱交換而產(chǎn)生蒸汽。熱煙氣在蒸汽發(fā)生器32的下游經(jīng)煙囪36被排入到大氣中。
盡管上述的機(jī)器并不需要任何的電力供應(yīng)來驅(qū)動(dòng)，但需要對水泵和其它輔助設(shè)備供電。圖1中所示的裝置可能需要在沒有充分電力供應(yīng)的現(xiàn)埸運(yùn)行。為了產(chǎn)生所需的電力，可以操作一臺(tái)或多臺(tái)另外的燃?xì)廨啓C(jī)。如圖1中所示，設(shè)有二臺(tái)另外的燃?xì)廨啓C(jī)40。每臺(tái)燃?xì)廨啓C(jī)40通過配置的齒輪機(jī)構(gòu)44驅(qū)動(dòng)一臺(tái)發(fā)電機(jī)42。發(fā)電機(jī)42向電氣系統(tǒng)46供應(yīng)電力。電氣系統(tǒng)46向水泵(圖中未示出)和其它與圖1中示出的裝置相關(guān)的輔助系統(tǒng)供電以及用于其它用途。特別是，在為提高油品回收率而需要生產(chǎn)出大量氮?dú)鈺r(shí)，可能需要開動(dòng)多臺(tái)如圖中所示的相同裝置。燃?xì)廨啓C(jī)40可被用來向這些其它裝置的水泵和其它輔助部件提供電力。
對附圖1中所示的裝置可作出各種變化和改進(jìn)。例如，在提高油氣回收率的過程中通常期望有壓力超過100巴的可用的氮源。具體地說，為了提供這樣的壓力而使用與產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6串聯(lián)的另外的多級氮壓縮機(jī)(圖中未示出)。所述的另外的多級氮壓縮機(jī)可由第二燃?xì)廨啓C(jī)16和第二汽輪機(jī)18經(jīng)單獨(dú)配置的齒輪機(jī)構(gòu)(圖中未示出)來驅(qū)動(dòng)。另一種方式是，為此目的可提供另外的汽輪機(jī)(圖中未示出)和另外的燃?xì)廨啓C(jī)(圖中未示出)的組合并可提供高壓過熱蒸汽。
一般說，從空氣分離裝置2向產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6提供增壓至3～6巴的氮?dú)狻Ｈ绻枰脑?，可以從氣體分離裝置2向壓縮機(jī)6的中級提供壓力超過10巴的另一股氮?dú)饬鳌?br> 現(xiàn)參看附圖2，該圖示出了改進(jìn)的圖1裝置。在此改型裝置中，用汽輪機(jī)52代替圖1的燃?xì)廨啓C(jī)42。每臺(tái)汽輪機(jī)52均有與其相連的水冷凝器54。從蒸汽發(fā)生器24和32向汽輪機(jī)52供入高壓過熱蒸汽。來自汽輪機(jī)52的膨脹蒸汽在冷凝器54內(nèi)被冷凝并返回到水箱22。為了便于起動(dòng)該裝置，而設(shè)置一臺(tái)起動(dòng)鍋爐56。一般說，起動(dòng)鍋爐56接收來自水箱22內(nèi)的水并產(chǎn)生被供入到汽輪機(jī)52的蒸汽。這樣就能發(fā)電并將電輸送給主產(chǎn)汽回路中的水泵(圖中未示出)。然后開始燃?xì)廨啓C(jī)10和16的操作。從這些燃?xì)廨啓C(jī)排出的熱氣中回收熱量，利用這些熱量來產(chǎn)生足夠的蒸汽以驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)12和18。一旦當(dāng)汽輪機(jī)12和18達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，起動(dòng)鍋爐即可關(guān)閉。
通常使用一臺(tái)輔助電動(dòng)水泵將水箱22內(nèi)的水供入到起動(dòng)鍋爐5。由于不能立即從發(fā)電機(jī)42獲取電力，因此優(yōu)選的起動(dòng)過程應(yīng)包括使用一臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)(圖中未示出)以操作起動(dòng)蒸汽回路中需要電力的輔助電動(dòng)水泵和其它任何裝置。柴油發(fā)電機(jī)基本上隨著起動(dòng)鍋爐56的關(guān)閉而同步地停止運(yùn)行。
權(quán)利要求
1．一種包括產(chǎn)品氮壓縮機(jī)的空氣分離裝置，其特征在于它另外還包括燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)與產(chǎn)品氮壓縮機(jī)的運(yùn)行相關(guān)以便能夠驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)，其中，汽輪機(jī)具有與蒸汽發(fā)生器相通的入口，所述的蒸汽發(fā)生器適于從燃?xì)廨啓C(jī)的熱煙氣中回收熱量。
2．一種包括空氣壓縮機(jī)和產(chǎn)品氮壓縮機(jī)的空氣分離裝置，其特征在于它另外還包括第一燃?xì)廨啓C(jī)、第一汽輪機(jī)、第二燃?xì)廨啓C(jī)和第二汽輪機(jī)、可與第一燃?xì)廨啓C(jī)和第一汽輪機(jī)同步地操作的空氣壓縮機(jī)、可與第二燃?xì)廨啓C(jī)和第二汽輪機(jī)同步地操作的產(chǎn)品氮壓縮機(jī)，其中第一和第二汽輪機(jī)的每一個(gè)都具有一個(gè)分別與第一蒸汽發(fā)生器和第二蒸汽發(fā)生器相通的入口，第一蒸汽發(fā)生器被用來從第一燃?xì)廨啓C(jī)中回收熱量，而第二蒸汽發(fā)生器被用來從第二燃?xì)廨啓C(jī)中回收熱量。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的空氣分離裝置，另外還包括至少為一臺(tái)的另外的燃?xì)廨啓C(jī)，所述的另外的燃?xì)廨啓C(jī)可與至少為一臺(tái)的向所述的氣體分離裝置供電的發(fā)電機(jī)的運(yùn)行相關(guān)。
4．根據(jù)利要求2所述的空氣分離裝置，另外還包括至少為一臺(tái)的另外的汽輪機(jī)，所述的另外的汽輪機(jī)可與至少為一臺(tái)的向所述的氣體分離裝置供電的發(fā)電機(jī)的運(yùn)行相關(guān)。
5．根據(jù)利要求4所述的空氣分離裝置，其中配置第一和第二蒸汽發(fā)生器以便能向所述的另外的汽輪機(jī)供應(yīng)蒸汽。
6．根據(jù)利要求5所述的空氣分離裝置，另外還包括產(chǎn)生蒸汽而使所述的另外的汽輪機(jī)開始運(yùn)行的起動(dòng)鍋爐。
全文摘要
一種空氣分離裝置2包括產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6、燃?xì)廨啓C(jī)16和汽輪機(jī)18,燃?xì)廨啓C(jī)16和汽輪機(jī)與產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6同步地操作以便能驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品氮壓縮機(jī)6。汽輪機(jī)18具有與蒸汽發(fā)生器32相通的入口,蒸汽發(fā)生器32被用來從燃?xì)廨啓C(jī)16中回收熱量。該空氣分離裝置還包括空氣壓縮機(jī)4,空氣壓縮機(jī)4通常與燃?xì)廨啓C(jī)10和汽輪機(jī)12同步地操作。汽輪機(jī)12具有與蒸汽發(fā)生器24相通的入口,蒸汽發(fā)生器24被用來從燃?xì)廨啓C(jī)10中回收熱量。
文檔編號F25J3/04GK1208844SQ9811835
公開日1999年2月24日 申請日期1998年8月14日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月15日
發(fā)明者B·A·克南 申請人:英國氧氣集團(tuán)有限公司