專利名稱：液化氣體用的工藝和成套設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用致冷循環(huán)液化氣體用的工藝，該致冷循環(huán)包括一個(gè)所謂“熱”膨脹渦輪和一個(gè)的所謂“冷”膨脹渦輪，分別在第一溫度和低于第一溫度的第二溫度下送入氣體。
本發(fā)明的目的是提供一種具有特別高產(chǎn)率的此種類型的工藝。
為此目的，本發(fā)明的主題是上述類型的工藝，其特征在于，該工藝包括至少兩個(gè)用于壓縮循環(huán)氣體的級(jí)，而兩個(gè)渦輪是在同一吸氣壓力下吸入氣體的，該循環(huán)氣體在熱渦輪中膨脹而下降到第一排氣壓力，而且該循環(huán)氣體在冷渦輪中膨脹而下降到低于第一排氣壓力的第二排氣壓力。
該工藝可以包括下列的一個(gè)或多個(gè)特征至少一部分來(lái)自每個(gè)渦輪的氣體被返回到壓縮級(jí)的入口中;
一部分循環(huán)氣體構(gòu)成待液化的氣體，并且在經(jīng)過(guò)兩個(gè)壓縮級(jí)以及有可能在再經(jīng)過(guò)一次附加壓縮之后被液化;
待液化的氣體為空氣或一種源于空氣的氣體，并在液化和膨脹之后被送入空氣蒸餾設(shè)備;
該冷渦輪的排氣壓力是蒸餾設(shè)備的工作壓力，至少一部分來(lái)自該冷渦輪的氣體被送入蒸餾設(shè)備的相應(yīng)部分。
本發(fā)明的主題同時(shí)是一套液化氣體用的成套設(shè)備，該成套設(shè)備是用于實(shí)現(xiàn)上述工藝。此種成套設(shè)備包括一熱交換管線，一臺(tái)所謂“熱”膨脹渦輪，一臺(tái)所謂“冷”膨脹渦輪及循環(huán)壓縮機(jī)構(gòu)，其特征在于，該循環(huán)壓縮機(jī)構(gòu)包括至少兩個(gè)串聯(lián)的循環(huán)壓縮級(jí)，兩個(gè)渦輪的吸氣連接到同一循環(huán)壓縮級(jí)的出口上，熱渦輪的排氣連接到循環(huán)壓縮級(jí)的入口上，而冷渦輪的排氣連接到較低的循環(huán)壓縮極的入口上。
這樣限定的成套設(shè)備可以包括一或多個(gè)下列特征該第一循環(huán)壓縮級(jí)的入口同時(shí)連接到空氣蒸餾成套設(shè)備的主要空氣壓縮機(jī)的出口上，而冷渦輪的排氣同時(shí)連接在該成套設(shè)備的空氣蒸餾設(shè)備的一部分上，后者是在該冷渦輪的排氣壓力下操作的;
該第一循環(huán)壓縮級(jí)的入口同時(shí)連接在在其入口壓力下操作的空氣蒸餾設(shè)備的一部分上，而最終循環(huán)壓縮級(jí)的出口可以經(jīng)過(guò)附加壓縮機(jī)構(gòu)通過(guò)熱交換管線和膨脹件連接到上述空氣蒸餾設(shè)備的部分上;
該循環(huán)壓縮裝置由單一的多級(jí)壓縮機(jī)構(gòu)成，至少熱渦輪的排氣被連接到該壓縮機(jī)的一個(gè)中間級(jí)入口上;
該成套設(shè)備還包括一個(gè)致冷單元，用于預(yù)冷至少一股待輸入渦輪的氣體。
現(xiàn)在參照


本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中圖1用圖解表示本發(fā)明的一種空氣液化成套設(shè)備;
圖2以同樣方式表示本發(fā)明的一種氮?dú)庖夯O(shè)備。
圖1和圖2表示將本發(fā)明應(yīng)用于空氣蒸餾成套設(shè)備，后者包括一個(gè)雙空氣蒸餾柱1和一個(gè)間接逆流熱交換型的熱交換管線2。雙柱1本身包括一個(gè)安裝在低壓柱4上的中壓柱3，兩者之間用一個(gè)蒸發(fā)器-冷凝器5配接。但是，圖1和圖2僅僅表示本發(fā)明涉及的部分空氣蒸餾成套設(shè)備，特別是液化循環(huán)。但可以理解，該成套設(shè)備也包括用于通過(guò)蒸餾從空氣生產(chǎn)氣體所需的全部管線和全部常用設(shè)備。在圖1的情況下，被液化的氣體為待處理的空氣，而在圖2的情況下，被液化的氣體為氮?dú)狻?br> 在圖1的例子中，該成套設(shè)備包括一個(gè)主要的大氣空氣壓縮器6、一個(gè)通過(guò)吸附來(lái)凈化空氣中的水份和二氧化碳用的裝置7、一個(gè)具有兩個(gè)串聯(lián)的級(jí)9和10的循環(huán)壓縮器8、一個(gè)由交流發(fā)電機(jī)12制動(dòng)的熱渦輪11和一個(gè)由交流發(fā)電機(jī)14制動(dòng)的冷渦輪13。
在操作中，待處理的大氣空氣在6處被壓縮而升到中等壓力P1，該壓力為柱3的操作壓力，通常位于絕對(duì)值5到6巴之間，而后在7處凈化，并在9處再一次被壓縮到中間壓力P2，然后在10處升到高的循環(huán)壓力P3，通常為30至100巴數(shù)量級(jí)的絕對(duì)值。
在此高的循環(huán)壓力P3下第一空氣餾份在熱交換管線2的熱的部分被冷卻到中溫T1，而后從熱交換管線2輸出并注入熱渦輪11中。它從后者引出，在壓縮機(jī)8的中間壓力P2下在熱交換管線的溫暖部分被熱至環(huán)境溫度，并返回到同一壓縮機(jī)8的第二級(jí)10的輸入端。
在這個(gè)高的循環(huán)壓力P3下，空氣的其余部分在2處被冷卻到低于T1的第二中間溫度T2。在這一溫度下，一部分空氣從熱交換管線輸出并注入冷渦輪13，從該處在中壓P1和熱交換管線冷端的溫度下引出。該渦輪空氣一部分在從熱交換管線的冷端到溫端的15處加熱并返回壓縮機(jī)8的第一級(jí)9的入口，而一部分被送入柱3的容器。被冷卻到溫度T2的高壓空氣的其余部分在16處繼續(xù)冷卻到熱交換管線2的冷端，由此液化，然后在膨脹閥17中膨脹到中壓力P1并被送入柱3的容器。
如圖1中虛線所示，有可能使用致冷裝置18以預(yù)冷卻來(lái)自壓縮機(jī)8的兩股高壓空氣流中的至少一股。
由交流發(fā)電機(jī)12和14中的兩個(gè)渦輪產(chǎn)生的電能可用于驅(qū)動(dòng)循環(huán)壓縮機(jī)8。
在圖2的實(shí)施例中，致冷循環(huán)用于液化在中壓柱3頭部處流出的氮?dú)?。循環(huán)壓縮機(jī)8是一個(gè)有三級(jí)的氮壓縮機(jī)，其最先兩級(jí)9和10對(duì)應(yīng)于圖1的兩級(jí)9和10并串聯(lián)后續(xù)一個(gè)附加級(jí)19，傳送氮?dú)庠谝粋€(gè)高于循環(huán)最高壓力P3的高液化壓力P4之下進(jìn)行液化。
如前所述，來(lái)自第二級(jí)10的氣體被導(dǎo)入熱渦輪11和冷渦輪13，而來(lái)自渦輪11的氣體被返回該第二級(jí)10的入口。但是，在此種情況下，所有來(lái)自冷渦輪13的氣體通過(guò)管子20與從柱子3的頭部流出的氮重新匯合，在2處加溫上升到環(huán)境溫度并返回第一級(jí)9的入口。此處，來(lái)自級(jí)10的尚未送入渦輪的氮?dú)庠?9處再一次受壓縮，而后從熱交換管線的溫端到冷端受冷卻，由此而液化。其次，該高壓液氮在膨脹閥21中膨脹至中等壓力，并回流注入柱子3的頭部中。
在上面的每個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)渦輪的供應(yīng)為編移的溫度T1和T2但壓力相同，而它們的排氣處于不同的壓力P1和P2處，其較低的壓力用于冷渦輪，導(dǎo)到液化循環(huán)的高產(chǎn)率。此處，多級(jí)循環(huán)壓縮機(jī)8的使用簡(jiǎn)化了成套設(shè)備，因而從投資觀點(diǎn)看提供了顯著的優(yōu)點(diǎn)。
權(quán)利要求
1.利用致冷循環(huán)液化氣體的工藝，該致冷循環(huán)包括一個(gè)所謂“熱”膨脹渦輪(11)和一個(gè)所謂“冷”膨脹渦輪(13)，分別在第一溫度(T1)和低于第一溫度的第二溫度(T2)下送入氣體，該工藝的特征在于，它包括至少兩個(gè)用于壓縮循環(huán)氣體的級(jí)(9，10)，兩個(gè)渦輪(11，13)是在同一吸氣壓力(P3)下吸入氣體的，該循環(huán)氣體在熱渦輪(11)中膨脹而下降到第一排氣壓力(P2)，而且該循環(huán)氣體在冷渦輪(13)中膨脹而下降到低于第一排氣壓力(P2)的第二排氣壓力(P1)。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，至少一部分來(lái)自每個(gè)渦輪(11，13)的氣體被返回到壓縮級(jí)(10，9)的入口中。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，一部分循環(huán)氣體構(gòu)成待液化的氣體，并且在經(jīng)過(guò)兩個(gè)壓縮級(jí)以及有可能再經(jīng)過(guò)一次附加壓縮(在19處)之后被液化。
4.如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的工藝，其特征在于，待液化的氣體為空氣或一種源自空氣的氣體，并在液化和膨脹(在17;21處)之后被送入空氣蒸餾設(shè)備(1)。
5.如權(quán)利要求3和4一起所述的工藝，其特征在于，該冷渦輪(13)的排氣壓力是蒸餾設(shè)備(1)的工作壓力，至少一部分來(lái)自該冷渦輪的氣體被送入蒸餾設(shè)備的相應(yīng)部分(3)。
6.液化氣體用的成套設(shè)備，此種成套設(shè)備包括一條熱交換管線(2)，一臺(tái)所謂“熱”膨脹渦輪(11)，一臺(tái)所謂“冷”膨脹渦輪(13)及循環(huán)壓縮機(jī)構(gòu)，其特征在于，該循環(huán)壓縮機(jī)構(gòu)包括至少兩個(gè)串聯(lián)的循環(huán)壓縮級(jí)(9，10)，兩個(gè)渦輪(11，13)的吸氣連接到同一循環(huán)壓縮級(jí)(10)的出口上，熱渦輪(11)的排氣連接到循環(huán)壓縮級(jí)(10)的入口上，而冷渦輪(13)的排氣連接到較低循環(huán)壓縮壓(9)的入口上。
7.權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，該第一循環(huán)壓縮級(jí)(9)的入口同時(shí)連接到空氣蒸餾成套設(shè)備的主要空氣壓縮機(jī)(6)的出口上，冷渦輪(13)的排氣同時(shí)連接在該成套設(shè)備的空氣蒸餾設(shè)備(1)的一部分(3)上，后者是在該冷渦輪的排氣壓力下操作的。
8.權(quán)利要求6所述的設(shè)備，其特征在于，該第一循環(huán)壓縮級(jí)(9)的入口同時(shí)連接在在其入口壓力下操作的空氣蒸餾設(shè)備(1)的一部分(3)上，而最終循環(huán)壓縮級(jí)(10)的出口可以經(jīng)過(guò)附加壓縮機(jī)構(gòu)(19)通過(guò)熱交換管線(2)和膨脹件(21)連接到上述空氣蒸餾設(shè)備的一部分(3)上。
9.如權(quán)利要求6至8中任何一項(xiàng)所述的成套設(shè)備，其特征在于，該循環(huán)壓縮機(jī)構(gòu)(9，10)由單個(gè)多級(jí)壓縮機(jī)構(gòu)成，至少熱渦輪(11)的排氣被連接到該壓縮機(jī)的一個(gè)中間級(jí)入口上。
10.如權(quán)利要求6至9任一項(xiàng)的成套設(shè)備，其特征在于，它進(jìn)一步包括一致冷單元(18)，用于預(yù)冷至少一股待輸入渦輪的氣體。
全文摘要
該工藝有兩個(gè)渦輪(11，13)和至少兩個(gè)用于壓縮循環(huán)氣體的級(jí)(9，10)，氣體在同一吸入壓力下送入兩渦輪(11，13)，循環(huán)氣體在熱渦輪(11)中膨脹而下降到第一排氣壓力，而且循環(huán)氣體在冷渦輪(13)中膨脹而下降到低于該第一排氣壓力的第二排氣壓力。本發(fā)明還涉及該工藝在空氣蒸餾成套設(shè)備中的應(yīng)用。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1107571SQ9410763
公開日1995年8月30日 申請(qǐng)日期1994年12月27日 優(yōu)先權(quán)日1993年12月31日
發(fā)明者B·達(dá)雷德耶, P·弗拉耶瑟, C·伽羅特 申請(qǐng)人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司