專利名稱：通過低溫蒸餾制造氣態(tài)和液態(tài)空氣氣體的具有高靈活性的方法和裝置的制作方法
通過低溫蒸餾制造氣態(tài)和液態(tài)空氣氣體的具有高靈活性的
方法和裝置
背景技術(shù)：
液態(tài)或者氣態(tài)空氣氣體的常規(guī)制造方法具有獨(dú)特的方法體系。因此，可以發(fā) 現(xiàn)·制造大氣壓力或者稍微高于大氣壓力的主要成份(02、的空氣分離 設(shè)備；·使用壓縮機(jī)壓縮產(chǎn)品的步驟；·獨(dú)立的氮液化循環(huán)，該循環(huán)允許成份中每一種的全部或者一些在需要時以液 態(tài)的形式被制造。這種構(gòu)造具有很大的使用靈活性，因?yàn)樗鶊?zhí)行的三種“功能”(分離、壓縮、液 化)中的每一種都可以在不影響其它兩種的操作的情況下獨(dú)立地進(jìn)行或者停止。但是，由于每一種功能需要一個設(shè)備，這種設(shè)計的成本十分高，因而這種構(gòu)造 明顯缺乏競爭力。最近制造空氣氣體的方法——我們稱之為集成方法——具有可以將這三種功能 結(jié)合到單個設(shè)備中的優(yōu)點(diǎn)。所謂的“打氣”設(shè)備(“pumped” apparatus)——包括使空 氣或者可能的氮?dú)馀蛎浀难h(huán)——使得可以使用同一個設(shè)備制造加壓的氣態(tài)形式和液態(tài) 形式的空氣的成份。在這些方法中，專利EP-A-0504029或者FR_A_2688052中描述的涉及分級氣化
以便在壓力下輸送產(chǎn)品的方法備受關(guān)注，因?yàn)樵摲椒ㄊ沟眠@些功能從單個高壓空氣壓縮 機(jī)結(jié)合起來。整個能效與傳統(tǒng)的方法相當(dāng)，投資卻大大降低。但是，制造的靈活性受“三合一”的功能組合影響，并且在不影響整體操作的 情況下執(zhí)行或者停止一個功能變得比較困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是能夠結(jié)合集成方法的經(jīng)濟(jì)性的優(yōu)點(diǎn)同時保留傳統(tǒng)方法的靈活 性。本發(fā)明的一個目的是使用低溫蒸餾在塔系統(tǒng)中制造至少一種空氣氣體的方法， 所述塔系統(tǒng)包括至少一個在中壓下操作的中壓塔和在低壓下操作的低壓塔，這些塔彼此 熱連接，在第一和第二操作模式中a)被壓縮的空氣流全部被增至高于中壓塔壓力至少5bar的高壓，并且在該高壓 下被凈化，該高壓被稱為主壓力；b)該主壓力可以根據(jù)產(chǎn)品需要而變化；c)在至少主壓力下的空氣流的第一部分在熱交換線路中被冷卻至中間溫度并在 至少第一渦輪中被膨脹；d)可能地空氣流的第二部分在至少第二渦輪中被膨脹，該第二渦輪的吸入和輸 送條件與第一渦輪相比在壓力和溫度方面相差最高5bar和最高15°C或者完全相同；
e)可能地第一或第三渦輪提供的功被至少部分用于增壓器所需的功；f)第一渦輪的吸入壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間壓力并且可能高于主壓力；g)第一渦輪的輸送壓力高于或者等于中間壓力，優(yōu)選基本上等于中間壓力；h)增壓器將空氣流的至少一部分壓縮至大于或者等于主壓力的高壓，在熱交換 線路中被冷卻至低溫(^lO(TC)，使被增壓的流返回至熱交換線路，并在其中在冷端至少 部分被液化，然后在膨脹后被送至塔系統(tǒng)中；i)來自塔系統(tǒng)的加壓液態(tài)產(chǎn)品在熱交換線路中被氣化；且在第一操作模式中j)輔助渦輪吸入空氣流的氣態(tài)部分，所述氣態(tài)部分之前已經(jīng)在第一渦輪和/或第 二渦輪中被膨脹，優(yōu)選地在已經(jīng)于主熱交換線路中被加熱后；k)輔助渦輪的吸入壓力與中間壓力相差少于2barabs，優(yōu)選基本上等于中間壓 力；1)輔助渦輪的輸送壓力大于或者基本上等于大氣壓力，優(yōu)選基本上等于低壓；m)在輔助渦輪中膨脹的空氣流至少部分在熱交換線路中被加熱并被排放到大氣 中；η)空氣的一些成份以液態(tài)最終產(chǎn)品的方式被制造出來；在第二操作模式中ο)與第一模式中在輔助渦輪中處理的流相比，在輔助渦輪中處理的空氣流的流 率被減少可能至零；ρ)與第一模式中液態(tài)最終產(chǎn)品的產(chǎn)量相比，液態(tài)最終產(chǎn)品的產(chǎn)量被減少可能至零。根據(jù)其它可選的方面-通過空氣增壓器制動所有渦輪；-至少一個與渦輪之一連接的增壓器在環(huán)境溫度下吸入；_在全部的增壓器中，只有與第一渦輪機(jī)械連接的增壓器的吸入溫度低 于-100°c ；-第一渦輪的吸入溫度與氧的偽氣化溫度相差最多士15°C ；-在第二模式期間，減少引入的主空氣的流率，優(yōu)選地減少量至少等于在第二模 式中送至輔助渦輪的空氣流率的減少量；-主空氣流率的變化通過壓縮機(jī)的可變?nèi)~片實(shí)現(xiàn)；-主空氣流率的變化通過啟動和/或停止輔助空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)；-主空氣壓力在第一模式和第二模式之間變化；-空氣的第一部分被增壓至高于第一渦輪上游的主壓力的壓力，從而其基本上在 高于主壓力的壓力下進(jìn)入第一渦輪；-輔助渦輪的吸入溫度至少等于、甚至高于第一渦輪的吸入溫度。這里提出對上 述單一機(jī)器類型方法的制造靈活性的改進(jìn)-或者通過使用如EP-A-0504029中描述的方法提供減少或甚至取消液態(tài)產(chǎn)品的 制造的選擇；-或者通過使用例如FR-A-2688052中描述的方法提供有效地制造液態(tài)產(chǎn)品的選擇；-和通過提供進(jìn)行一種或可逆地進(jìn)行另一種的選擇，在兩種情況下都具有良好的
能量效率。該方法使用已知的蒸餾系統(tǒng)(彼此熱連接的中壓和低壓塔，可能的中壓塔和/或 混合塔和/或氬混合塔等)并且涉及至少兩個膨脹渦輪。兩種流率的壓力基本相等——如果它們的壓力僅僅由于壓降而不同。輔助渦輪吸入的空氣流的氣態(tài)部分在第一和/或第二渦輪中事先被膨脹，可能 被送至中壓塔和被從中壓塔中抽出，然后在主熱交換線路中被加熱后被送至輔助渦輪。在第一操作模式中，液態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)量——全部最終產(chǎn)品結(jié)合起來——占被送至 塔(或者當(dāng)只有中壓塔被供給空氣時則被送至中壓塔)的空氣氣流的或者2%或者 5%。


下面參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明，這些附圖示出能夠執(zhí)行本發(fā)明的方法 的空氣分離裝置。
具體實(shí)施例方式在圖1中，來自主壓縮機(jī)的被壓縮的空氣流1在增壓器3中被增壓至高于中壓塔 壓力至少5barabs的高壓，該高壓被稱為主壓力。該主壓力可以在例如10到25bar abs之 間。在該主壓力下，流5被凈化除去水和二氧化碳(未示出)。全部被增壓并被凈化的 空氣流5被送至熱交換線路7中，并被冷卻至溫度Tl。在該溫度，流5被分成兩股以便 形成流9和流11，流9被液化并被送至塔系統(tǒng)。流11在溫度Tl離開熱交換線路7并被 送至冷增壓器13，以便產(chǎn)生壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間壓力并且可能高于主壓力的流15。離開冷 增壓器時溫度為T2的流15在熱交換線路7中被冷卻至比Tl高的溫度T3。在該溫度T3 下，流15被分成兩股流17和19。流17在渦輪21中被膨脹使其溫度從T3到達(dá)接近加 壓氧33的偽氣化溫度。渦輪21的吸入壓力等于增壓器13的輸送壓力，從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間壓力(至少 高5bar)并且可能高于主壓力，輸送壓力大于或者等于中間壓力，優(yōu)選基本上等于中間壓 力。被膨脹至大于或者等于中間壓力、優(yōu)選基本上等于中間壓力的流被分成兩部分23和 25。流19在熱交換線路中繼續(xù)被冷卻并被以氣態(tài)形式送至塔系統(tǒng)。 冷增壓器13被渦輪21驅(qū)動。剩余氮流在熱交換線路中被加熱。在泵33中被加壓的液態(tài)氧流35在熱交換線路7中被氣化。可選地，來自塔系統(tǒng)的液體而不是液態(tài)氧被加壓、在熱交換線路7中被氣化， 然后以加壓產(chǎn)品的方式被使用。根據(jù)第一操作模式，部分23以氣態(tài)形式被送至系統(tǒng)的中壓塔，而部分25返回至 熱交換線路7的冷端。在低于-100°C而高于T2的溫度T4下，部分25被送至渦輪27， 并在其中被膨脹至溫度T5，形成空氣流29。然后該空氣流在熱交換線路7中被加熱之后 被排放到大氣中，從而不會影響蒸餾。
液態(tài)產(chǎn)品以最終產(chǎn)品32的方式被從塔系統(tǒng)中抽出。在該例中，設(shè)備的唯一的液 態(tài)產(chǎn)品是液態(tài)氧，但是顯然也可以制造其它產(chǎn)品。根據(jù)第二操作模式，在輔助渦輪27中處理的空氣流25的流率可能被減少至零， 引進(jìn)的主空氣流1的流率被減少的量至少等于被送至輔助渦輪27的空氣流的流率減少 量，液體32的產(chǎn)量可能被減少為零。作為優(yōu)選，渦輪21被增壓器13驅(qū)動，增壓器3驅(qū)動輔助渦輪27。在圖2中，來自主壓縮機(jī)的壓縮空氣1在兩個并聯(lián)的相同的增壓器3A和3B中 在高于中壓塔壓力至少5barabs的高壓下被增壓，該高壓被稱為主壓力。該主壓力可以 在例如10到25bar abs之間。來自兩個增壓器的流被結(jié)合形成單股流，然后該流被凈化 除去水和二氧化碳(未示出)。來自兩個增壓器的結(jié)合的被增壓和凈化的流5被送至熱 交換線路7，并在其中被冷卻至溫度Tl。在該溫度，流5被分成兩股從而形成流9和流 11，該流9被液化并被送至塔系統(tǒng)。流11以溫度Tl離開熱交換線路7并被送至冷增壓 器13，從而產(chǎn)生壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間壓力并且可能高于主壓力的流15，所述溫度Tl與加壓 氧氣33的氣化溫度相差最多士5°C。離開冷增壓器的溫度為T2的流15在熱交換線路7 中被冷卻至高于溫度Tl的溫度T3。在該溫度T3，流15被分成兩股流17和19。流17 再次被分成兩股，每一股流都在吸入溫度為T3的并聯(lián)的兩個渦輪21A和21B之一中從冷 增壓器13的排出壓力被膨脹至接近加壓氧33的偽氣化溫度。流19在熱交換線路中繼續(xù)被冷卻并且以氣態(tài)形式被送至塔系統(tǒng)。廢氮流在熱交換線路中被加熱。在泵33中被加壓的液態(tài)氧流35在熱交換線路7中氣化。根據(jù)第一實(shí)施方式，來自兩個渦輪的膨脹流結(jié)合并然后被分成兩部分23和25。 部分23以氣態(tài)形式被送至系統(tǒng)的中壓塔，而部分25返回至熱交換線路7的冷端。在低 于-100°C而高于T2的溫度T4下，部分25被送至渦輪27，并在其中被膨脹至溫度T5， 形成空氣流29。然后該空氣流29在熱交換線路7中被加熱，之后被排放至大氣中，從而 蒸餾不會受到影響。液態(tài)產(chǎn)品作為最終產(chǎn)品32被從塔系統(tǒng)中抽出。在該例中，來自設(shè)備的唯一液態(tài) 產(chǎn)品是液態(tài)氧，當(dāng)然，也可以制造其它產(chǎn)品。根據(jù)第二實(shí)施方式，在輔助渦輪27中處理的空氣流25的流率可能被減少至零， 引入的主空氣流1的流率被減少的量至少等于被送至輔助渦輪27的空氣流率的減少量， 并且液體32的產(chǎn)量可能被減少至零?？蛇x地，來自塔系統(tǒng)的液體例如液態(tài)氧被加壓、在熱交換線路7中被氣化，然 后被用做加壓產(chǎn)品。在兩個例子中，可以在將空氣增至主壓力的熱增壓和冷增壓之間設(shè)置壓縮步 驟，從而冷增壓在高于主壓力的壓力下發(fā)生。在兩個實(shí)施例之間空氣流1的流率的變化通過壓縮機(jī)的可變?nèi)~片和/或通過啟動 和/或停止輔助空氣壓縮機(jī)來實(shí)現(xiàn)。這兩個操作模式可以構(gòu)成設(shè)備的唯一操作模式，或者作為替換，也可以有其它 的操作模式。優(yōu)選地，渦輪21A由增壓器13驅(qū)動，增壓器3A驅(qū)動輔助渦輪27，增壓器3B驅(qū)動渦輪21B。也可以構(gòu)想其它的組合。
權(quán)利要求
1.一種使用低溫蒸餾在塔系統(tǒng)中制造至少一種空氣氣體的方法，所述塔系統(tǒng)包括至 少一個在中壓下操作的中壓塔和在低壓下操作的低壓塔，這些塔彼此熱連接，在第一和 第二操作模式中a)被壓縮的空氣流(1)全部被增至高于中壓塔的壓力至少5bar的高壓，并且在該高 壓下被凈化，該高壓被稱為主壓力；b)該主壓力可以根據(jù)所需產(chǎn)品而變化；c)在至少主壓力下的空氣流的第一部分在熱交換線路中被冷卻至中間溫度，并且在 至少第一渦輪(21)中被膨脹；d)可能地空氣流的第二部分在至少第二渦輪(21B)中被膨脹，該第二渦輪的吸入和 輸送條件與第一渦輪相比在壓力和溫度方面相差最高5bar和最高15°C或者完全相同；e)可能地第一或第三渦輪提供的功被至少部分地用于增壓器(13)所需的功；f)第一渦輪(21)的吸入壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于中間壓力并且可能高于主壓力；g)第一渦輪的輸送壓力高于或者等于中間壓力，優(yōu)選基本上等于中間壓力；h)增壓器將空氣流的至少一部分壓縮至大于或者等于主壓力的高壓，在熱交換線路 (7)中被冷卻至低溫(^lO(TC)，使被增壓的流返回至熱交換線路，并在其中在冷端至少 部分被液化，然后在膨脹后被送至塔系統(tǒng)中；i)來自塔系統(tǒng)的加壓液態(tài)產(chǎn)品在熱交換線路中被氣化； 且在第一操作模式中j)輔助渦輪(27)吸入空氣流的一氣態(tài)部分，所述氣態(tài)部分之前已經(jīng)在第一渦輪和/ 或第二渦輪中被膨脹，優(yōu)選地在已經(jīng)于主熱交換線路中被加熱后；k)輔助渦輪的吸入壓力與中間壓力相差少于2barabs，優(yōu)選基本上等于中間壓力； 1)輔助渦輪的輸送壓力大于或者基本上等于大氣壓力，優(yōu)選基本上等于低壓； m)在輔助渦輪中膨脹的空氣流率至少部分在熱交換線路中被加熱并且被排放到大氣中；η)空氣的一些成份以液態(tài)最終產(chǎn)品(32)的方式被制造出來； 且在第二操作模式中ο)與第一模式中在輔助渦輪中處理的流相比，在輔助渦輪中處理的空氣流的流率被 減少可能至零；P)與第一模式中作為最終產(chǎn)品的液體的產(chǎn)量相比，作為最終產(chǎn)品的液體的產(chǎn)量被減 少可能至零。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于，全部渦輪均由空氣增壓器(3，13)制動。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，至少一個與渦輪之一連接 的增壓器(3)在環(huán)境溫度下吸入。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在全部增壓器中，只有與 第一渦輪機(jī)械連接的增壓器(13)的吸入溫度低于-100°C。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一渦輪(21)的吸入溫度 與氧的偽氣化溫度相差最多15°C。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在第二模式期間，減少引入的主空氣的流率，優(yōu)選地減少的流率至少等于在第二模式中被送至輔助渦輪(27)的空 氣流率的減少量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于，主空氣流率(1)的變化通過壓縮機(jī)的 可變?nèi)~片實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的方法，其特征在于，主空氣流率(1)的變化通過啟動和/ 或停止輔助空氣壓縮機(jī)實(shí)現(xiàn)。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，主空氣壓力在第一模式和 第二模式之間變化。
10.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，空氣的第一部分被增壓至 高于第一渦輪(21)上游的主壓力的壓力，從而其基本上在高于主壓力的壓力下進(jìn)入第一 渦輪。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過低溫蒸餾在塔系統(tǒng)中制造至少一種空氣氣體的方法，其中在第一操作模式中，輔助渦輪(27)吸入事先在第一渦輪中被膨脹的空氣流的氣態(tài)部分，輔助渦輪的吸入壓力與平均壓力相差少于2bar，輔助渦輪的釋放壓力高于或者基本上等于大氣壓力，其中在輔助渦輪中被膨脹的空氣流的至少一部分在熱交換線路(7)中被加熱并且被釋放到大氣中，空氣組分的一部分(32)作為液態(tài)形式的最終產(chǎn)品被制造出來；在第二操作模式中，在輔助渦輪中處理的空氣流被減少，且作為最終產(chǎn)品的液體的產(chǎn)量被減少。
文檔編號F25J3/04GK102016468SQ200880008076
公開日2011年4月13日 申請日期2008年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月13日
發(fā)明者A·吉亞爾, P·勒博, 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