專利名稱：用于通過(guò)低溫分離空氣產(chǎn)生氣態(tài)氧加壓產(chǎn)品的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求I的前序部分的方法。
背景技術(shù)：
在該過(guò)程中，以液態(tài)置于壓力之下的氧產(chǎn)品流與熱載體相對(duì)地進(jìn)行蒸發(fā)，并最終作為氣態(tài)加壓產(chǎn)品獲得。該方法也稱作內(nèi)壓縮。其用于獲得加壓氧。對(duì)于超臨界壓力的情況，本身不會(huì)發(fā)生相變，然后產(chǎn)品流發(fā)生“偽蒸發(fā)”。與(偽)蒸發(fā)的產(chǎn)品流相對(duì)地，處于高壓下的熱載體發(fā)生液化(或者在其處于超臨界壓力下時(shí)發(fā)生偽液化)。熱載體通常通過(guò)一部分空氣形成，在壓縮的進(jìn)料空氣的“第二部分流”的情況下。內(nèi)壓縮法例如在 DE 830 805、DE 901 542 ( = US2, 712，738/US2, 784，572)、DE 952 908、DE I 103 363 ( = US3, 083，544)、DE I 112 997 ( = US3, 214，925)、DE I124 529、DE I 117 616( = US3, 280，574)、DE I 226 616 ( = US3, 216，206)、DE I 229561( = US3, 222,878), DE I 199 293、DE I 187 248( = US3, 371，496)、DE I 235 347、DE I 258 882( = US3, 426，543)、DE I 263 037 ( = US3, 401，531)、DE I 501 722( =US3, 416，323)、DE I 501 723( = US3, 500，651)、DE 253 132( = US4, 279，631)、DE 2 646690、EP 93 448 BI ( = US4, 555，256)、EP 384 483 BI ( = US5, 036，672)、EP 505 812B1( = US5，263，328)、EP 716 280 BI ( = US5, 644，934)、EP 842 385 BI ( = US5, 953，937)、EP 758 733 BI ( = US5, 845，517)、EP 895 045 BI ( = US6, 038，885)、DE 198 03 437 Al、EP 949 471 BI ( = US6, 185，960B1)、EP 955 509 Al ( = US6, 196，022B1)、EP I 031 804Al ( = US6, 314，755)、DE 199 09 744 Al、EP I 067 345 Al ( = US6, 336，345)、EP I 074805 Al( = US6, 332, 337), DE 199 54 593 Al、EP I 134 525 Al ( = US6, 477，860)、DE100 13 073 Al、EP I 139 046 Al、EP I 146 301 Al、EP I 150 082 Al、EP I 213 552Al、DE 101 15 258 Al、EP I 284 404 Al ( = US2003/051504 Al)、EP I 308 680 Al (=US6, 612，129B2)、DE 102 13 212 Al、DE 102 13 211 Al、EP I 357 342 Al 或 DE 102 38282 AUDE 103 02 389 AUDE 103 34 559 AUDE 103 34 560 AUDE 103 32 863 AUEPI 544 559 Al、EP I 585 926 Al、DE 10 2005 029 274 Al、EP I 666 824 Al, EP I 672301 Al、DE 10 2005 028 012 AU W02007/033838 AU W02007/104449 Al、EP I 845 324AUDE 10 2006 032 731 AUEP I 892 490 AUDE 10 2007 014 643 AUAUEP 2 015 012A2、EP 2 015 013 A2、EP 2 026 024 AUW02009/095188 A2 或 DE 10 2008 016 355 Al 中公開(kāi)。這些內(nèi)壓縮法具有許多優(yōu)點(diǎn)，但是需要提供處于特別高的壓力下的一部分進(jìn)料空氣作為熱載體。此外還必須消耗相應(yīng)的能量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供前述類型的方法和相應(yīng)的設(shè)備，其以在能量方面特別有益的方式工作。該目的是通過(guò)權(quán)利要求I的特征實(shí)現(xiàn)的。在此，不是以液態(tài)完全升壓至產(chǎn)品壓力(“第二升高的壓力”)，而是僅一部分升壓，即直至較低的“第一升高的壓力”。其余的升壓在(偽)蒸發(fā)之后在冷的但是氣體狀態(tài)下進(jìn)行。首先這看上去是自相矛盾的，因?yàn)閮?nèi)壓縮的主要優(yōu)點(diǎn)在于由以液態(tài)升壓代替氣態(tài)壓縮。此外，通過(guò)冷卻壓縮將熱量引入該過(guò)程中，該熱量無(wú)法如同熱壓縮的情況利用諸如冷卻水的低成本冷卻劑加以排出。但是，在本發(fā)明的范疇內(nèi)，顯示了該方法的優(yōu)點(diǎn)，克服了所預(yù)期的缺點(diǎn)。通過(guò)低于最終壓力的(偽)蒸發(fā)壓力，還可以相應(yīng)地將提供熱量的第二部分流的壓力選擇得更低。此夕卜，為了在該方法中驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)使用本身產(chǎn)生的機(jī)械能；為此，尤其是例如通過(guò)共同的軸或傳動(dòng)裝置將用于進(jìn)料空氣的第一部分流的減壓機(jī)以機(jī)械方式直接連接至冷卻壓縮機(jī)。但是，在經(jīng)冷卻壓縮的產(chǎn)品流再次進(jìn)入熱交換時(shí)，升高的溫度可能出現(xiàn)的缺點(diǎn)也顯示出優(yōu)點(diǎn)。由此可以繞開(kāi)在熱交換圖中的瓶頸，并且總體上在待冷卻的進(jìn)料空氣與待加熱的回流 之間實(shí)現(xiàn)特別有效的熱交換。在本發(fā)明的范疇內(nèi)，由此引起的進(jìn)一步的節(jié)能才實(shí)現(xiàn)出人意料的大幅減少能量消耗。冷卻壓縮機(jī)的入口溫度例如為超出在第一升高的壓力下的產(chǎn)品流的(偽)蒸發(fā)溫度2至50K，優(yōu)選5至10K。在氧產(chǎn)品壓力(“第二升高的壓力”)在20與40巴之間時(shí)，所述方法特別有利。冷卻壓縮機(jī)處的壓力比優(yōu)選為I. 4至2. 1，“第一升高的壓力”在10與30巴之間。所述方法基本上可以利用單一的減壓機(jī)實(shí)施。在此情況下，除了冷卻壓縮機(jī)以外還必須將消耗型制動(dòng)器、發(fā)生器或熱壓縮機(jī)與減壓機(jī)連接，以產(chǎn)生該方法所需的制冷。選擇性地，可以運(yùn)行具有合適工藝流的第二減壓機(jī)，該減壓機(jī)承擔(dān)制冷的任務(wù)。優(yōu)選在兩個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)地連接的減壓機(jī)中實(shí)施第一部分流的做功減壓。在此情況下例如可以將兩個(gè)減壓機(jī)之一與冷卻壓縮機(jī)連接，將另一個(gè)與熱壓縮機(jī)、發(fā)生器或消耗型制動(dòng)器連接。在減壓機(jī)串聯(lián)連接時(shí)，有利的是第一部分流在兩個(gè)減壓機(jī)之間進(jìn)行加熱(中間加熱)。在減壓機(jī)并聯(lián)連接時(shí)，有利的是兩個(gè)減壓機(jī)具有相同的入口溫度和/或相同的入口壓力或者相同的出口壓力和/或相同的出口溫度。在本發(fā)明的一個(gè)特別的實(shí)施方案中，將兩個(gè)減壓機(jī)的機(jī)械能用于驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)。因此兩個(gè)減壓機(jī)以機(jī)械方式與冷卻壓縮機(jī)連接(及任選額外與熱壓縮機(jī)、發(fā)生器或消耗型制動(dòng)器連接)。在此代替一個(gè)或兩個(gè)常用的增速渦輪機(jī)，使用兩個(gè)串聯(lián)連接的渦輪機(jī)，它們例如通過(guò)共同的軸或傳動(dòng)機(jī)以機(jī)械方式彼此連接。特別有利的是，在共同的外殼中具有兩個(gè)渦輪機(jī)輪的結(jié)構(gòu)，它們驅(qū)動(dòng)共同的軸，因此是一個(gè)單元。共同的軸驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)及任選驅(qū)動(dòng)另一個(gè)制動(dòng)裝置，例如消耗型制動(dòng)器、發(fā)生器或熱壓縮機(jī)。有利的是，進(jìn)料空氣的冷卻、第二部分流的液化或偽液化、產(chǎn)品流的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)以及產(chǎn)品流的加熱在主熱交換器中實(shí)施。該“主熱交換器”可以由一個(gè)或多個(gè)并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的熱交換器區(qū)段構(gòu)成，例如由一個(gè)或多個(gè)平板熱交換器塊構(gòu)成。此外，本發(fā)明還涉及根據(jù)權(quán)利要求8至13通過(guò)低溫分離空氣產(chǎn)生氣態(tài)加壓產(chǎn)品的設(shè)備。下面借助在附圖中示出的實(shí)施例更詳細(xì)地闡述本發(fā)明以及本發(fā)明的其他細(xì)節(jié)。附圖僅包括該方法的主要部分和相應(yīng)的裝置，特別是沒(méi)有示出空氣壓縮機(jī)和蒸餾塔系統(tǒng)。后者優(yōu)選通過(guò)用于氮氧分離的常用雙塔系統(tǒng)構(gòu)成。



圖I所示為本發(fā)明的具有組合機(jī)器的第一實(shí)施方案，圖2至5所示為其他實(shí)施方案，其中各自僅有一個(gè)減壓機(jī)驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)。
具體實(shí)施例方式在所有附圖中相互對(duì)應(yīng)的部件或方法步驟具有相同的附圖標(biāo)記。在圖I中，空氣I從主空氣壓縮機(jī)和隨后的空氣凈化裝置(兩者均未示出)在非常高的壓力下流出，并分配成第一部分流2 (渦輪機(jī)流)和第二部分流3 (節(jié)流閥流)。將第一部分流2引入主熱交換器10的熱端。在一個(gè)中間溫度下將第一部分流通過(guò)管道4再次提取出并隨后在第一渦輪機(jī)5中做功減壓至中間壓力。中間加壓空氣6在主熱交換器10中再次加熱(中間加熱)，并通過(guò)管道7送至第二渦輪機(jī)8，并在此從中間壓力做功減壓至大約為蒸餾塔系統(tǒng)(未示出)的高壓塔的運(yùn)行壓力。將第二渦輪機(jī)8的廢氣9送至高壓塔作為基本上呈氣態(tài)的進(jìn)料空氣。將第二部分流3在非常高的壓力下引導(dǎo)通過(guò)主熱交換器10直至冷端，并在此提供用于在壓力下蒸發(fā)或偽蒸發(fā)的氧產(chǎn)品流的熱量，該氧產(chǎn)品流以液態(tài)(51-L0X)從蒸餾塔系統(tǒng)提取出，并在泵52中施加至19.5巴的“第一升高的壓力”。(通過(guò)主熱交換器的其余回流在此未示出。)冷的第二部分流在節(jié)流閥11中減壓至大約為高壓塔壓力，并以液態(tài)或作為雙相混合物引入蒸餾塔系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)塔。兩個(gè)渦輪機(jī)5，8通過(guò)驅(qū)動(dòng)這二者的共同的軸12以機(jī)械方式連接。此外，在該軸上設(shè)置有冷卻壓縮機(jī)13，該冷卻壓縮機(jī)是通過(guò)在渦輪機(jī)中產(chǎn)生并傳輸?shù)捷S12上的機(jī)械能驅(qū)動(dòng)的。此外，該軸還驅(qū)動(dòng)消耗型制動(dòng)器、發(fā)生器或熱壓縮機(jī)(未示出)。蒸發(fā)的產(chǎn)品流53在高于(偽)蒸發(fā)溫度大約5至IOK的中間溫度下從主熱交換器10提取出，并送至冷卻壓縮機(jī)13。在此將其由“第一升高的壓力”進(jìn)一步壓縮至33巴的“第二升高的壓力”。將其以高于入口溫度15至30K的溫度由冷卻壓縮機(jī)(通過(guò)管道54)排出，然后在合適的位置上再次送至主熱交換器10，并且在此加熱到大約為環(huán)境溫度。最后通過(guò)管道55由熱端提取出氣態(tài)加壓產(chǎn)品(PGOX)。在圖2中，兩個(gè)減壓機(jī)并聯(lián)設(shè)置。在此，第一部分流4在中間溫度下分配成兩個(gè)支流204，207，這兩個(gè)支流各自在僅一個(gè)渦輪機(jī)205，208中做功減壓。將這兩股經(jīng)減壓的空氣流再次合并，并如圖I所示繼續(xù)通過(guò)管道9引導(dǎo)。此外，兩個(gè)渦輪機(jī)以兩個(gè)分離的機(jī)器的方式構(gòu)成。第一渦輪機(jī)205通過(guò)第一共同的軸驅(qū)動(dòng)熱壓縮機(jī)223。該熱壓縮機(jī)以用于在未示出的空氣壓縮機(jī)中壓縮的進(jìn)料空氣I的后壓縮機(jī)的方式構(gòu)成。隨后設(shè)置后冷卻器，并將經(jīng)后期壓縮的空氣通過(guò)管道201送至主熱交換器10的熱端。第二渦輪機(jī)208通過(guò)第二共同的軸驅(qū)動(dòng)用于(偽)蒸發(fā)的產(chǎn)品流53的冷卻壓縮機(jī)13。
圖3與圖2的區(qū)別在于，不是對(duì)全部空氣I實(shí)施后期壓縮，而是僅對(duì)第二部分流303，3實(shí)施后期壓縮。為此，在空氣壓縮機(jī)中壓縮的進(jìn)料空氣I在后壓縮機(jī)323之前已經(jīng)分配成第一部分流2和第二部分流303，并且僅將第二部分流303送至后壓縮機(jī)323。最后，將經(jīng)后期壓縮的第二部分流3如前所述送至主熱交換器10的熱端，并形成節(jié)流閥流。在圖4中顯示出圖2的另一個(gè)改變的方案。在此，經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣在后壓縮機(jī)223上游在主熱交換器10的一個(gè)額外的管道組410中預(yù)先冷卻，如DE 10 2007 042 462中更詳細(xì)所述。以類似的方式，圖5 的實(shí)施例與圖3的區(qū)別在于，主熱交換器的額外的管道組510。
權(quán)利要求
1.用于在蒸餾塔系統(tǒng)中通過(guò)低溫分離空氣產(chǎn)生氣態(tài)氧加壓產(chǎn)品的方法，該蒸餾塔系統(tǒng)具有至少一個(gè)分離塔，其中在該方法中， -將進(jìn)料空氣在空氣壓縮機(jī)中壓縮， -使經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣的第一部分流(2，4，6，7)做功減壓(5，8)， -將經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣(I)的第二部分流(3)冷卻和液化或偽液化，隨后引入蒸餾塔系統(tǒng)中， -將液態(tài)氧產(chǎn)品流(51)從蒸餾塔系統(tǒng)提取出，以液體狀態(tài)施加至第一升高的壓力(52)，在該第一升高的壓力下通過(guò)與經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣的第二部分流(3)的間接熱交換(10)進(jìn)行蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，加熱(10)至大約為環(huán)境溫度，并最終作為氣態(tài)產(chǎn)品流(55)提取出，其特征在于， -將經(jīng)蒸發(fā)或偽蒸發(fā)的氧產(chǎn)品流(53)在冷卻壓縮機(jī)(13)中進(jìn)一步施加至高于第一升高的壓力的第二升高的壓力，及 -將產(chǎn)品流(54)在該第二升高的壓力下加熱(10)至大約為環(huán)境溫度，其中 -將至少一部分在第一部分流(3)做功減壓(5，8)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能用于驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)(13)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I的方法，其特征在于，第一部分流(2，4，6，7)的做功減壓在兩個(gè)并聯(lián)或串聯(lián)連接的減壓機(jī)(5，8)中實(shí)施。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，第一部分流(6)在兩個(gè)串聯(lián)連接的減壓機(jī)之間進(jìn)行加熱(10)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于，兩個(gè)并聯(lián)連接的減壓機(jī)具有相同的入口溫度和/或相同的入口壓力。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，兩個(gè)并聯(lián)連接的減壓機(jī)具有相同的出口壓力和/或相同的出口溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3的方法，其特征在于，將兩個(gè)減壓機(jī)(5，8)的機(jī)械能用于驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)(13) ο
7.根據(jù)權(quán)利要求I至4之一的方法，其特征在于，進(jìn)料空氣的冷卻、第二部分流的液化或偽液化、產(chǎn)品流的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)以及產(chǎn)品流的加熱在主熱交換器中實(shí)施。
8.用于通過(guò)低溫分離空氣產(chǎn)生氣態(tài)氧加壓產(chǎn)品的設(shè)備，其具有 -具有至少一個(gè)分離塔的蒸餾塔系統(tǒng)， -用于壓縮進(jìn)料空氣的空氣壓縮機(jī)， -用于使經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣的第一部分流(2，4，6，7)進(jìn)行做功減壓(5，8)的第一減壓機(jī)， -用于冷卻和液化或偽液化經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣(I)的第二部分流(3)的裝置， -用于將經(jīng)液化或偽液化的第一部分流引入蒸餾塔系統(tǒng)的裝置， -用于從蒸餾塔系統(tǒng)提取出液態(tài)氧產(chǎn)品流(51)，以液體狀態(tài)施加至第一升高的壓力(52)，在該第一升高的壓力下通過(guò)與經(jīng)壓縮的進(jìn)料空氣的第二部分流(3)的間接熱交換(10)蒸發(fā)或偽蒸發(fā)液，加熱(10)至大約為環(huán)境溫度，并最終作為氣態(tài)產(chǎn)品流(55)排出的裝置，其特征 在于， -用于通過(guò)以下裝置使蒸發(fā)或偽蒸發(fā)的氧產(chǎn)品流(53)進(jìn)一步升壓至高于第一升高的壓力的第二升高的壓力的冷卻壓縮機(jī)(13)， -用于將產(chǎn)品流(54)在該第二升高的壓力下加熱(10)至大約為環(huán)境溫度的裝置， -用于將至少一部分在第一部分流(3)做功減壓(5，8)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能傳輸?shù)嚼鋮s壓縮機(jī)(13)的裝置。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征在于用于第一部分流(2，4，6，7)做功減壓的第二減壓機(jī)(8)，該第二減壓機(jī)與第一減壓機(jī)(5)并聯(lián)或串聯(lián)連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于用于在兩個(gè)串聯(lián)連接的減壓機(jī)之間加熱(10)第一部分流(6)的裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10之一的設(shè)備，其特征在于，兩個(gè)并聯(lián)連接的減壓機(jī)具有相同的入口溫度、相同的入口壓力、相同的出口壓力和/或相同的出口溫度。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11之一的設(shè)備，其特征在于用于將兩個(gè)減壓機(jī)(5，8)的機(jī)械能傳輸?shù)嚼鋮s壓縮機(jī)(13)的裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12之一的設(shè)備，其特征在于，進(jìn)料空氣的冷卻、第二部分流的液化或偽液化、產(chǎn)品流的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)以及產(chǎn)品流的加熱在主熱交換器中實(shí)施。
全文摘要
該方法和設(shè)備用于在蒸餾塔系統(tǒng)中通過(guò)低溫分離空氣產(chǎn)生氣態(tài)氧加壓產(chǎn)品，該蒸餾塔系統(tǒng)具有至少一個(gè)分離塔。進(jìn)料空氣在空氣壓縮機(jī)中被壓縮。壓縮進(jìn)料空氣的第一部分流(2，4，6，7)被做功減壓(5，8)。壓縮進(jìn)料空氣(1)的第二部分流(3)被冷卻和液化或偽液化并且隨后被引入蒸餾塔系統(tǒng)。液態(tài)氧產(chǎn)品流(51)從蒸餾塔系統(tǒng)中提取，以液體狀態(tài)被置于第一升高的壓力下(52)，在該第一升高的壓力下通過(guò)間接熱交換(10)與壓縮進(jìn)料空氣的第二部分流(3)一起被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，被加熱到大約為環(huán)境溫度(10)并且最終被提取作為氣態(tài)產(chǎn)品流(55)。蒸發(fā)或偽蒸發(fā)的氧產(chǎn)品流(53)在冷卻壓縮機(jī)(13)中被繼續(xù)置于高于第一升高的壓力的第二升高的壓力下。產(chǎn)品流(54)在該第二升高的壓力下被加熱到大約為環(huán)境溫度(10)。至少一部分做功減壓(5，8)第一部分流(3)時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械能被用于驅(qū)動(dòng)冷卻壓縮機(jī)(13)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK102741636SQ201080035786
公開(kāi)日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2010年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月11日
發(fā)明者F·馬斯特森, T·拉斯伯恩 申請(qǐng)人:林德股份公司