CN108474616A - 用于向空气分离设备提供辅助制冷的方法和*** - Google Patents

用于向空气分离设备提供辅助制冷的方法和*** Download PDF

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Abstract

本发明公开提供了一种采用初级制冷回路和辅助制冷回路两者的低温空气分离的方法和***。所述辅助制冷回路的构造方式使其可以容易地接入或修改成现有的空气分离设备。

Description

用于向空气分离设备提供辅助制冷的方法和***
技术领域
本发明涉及一种用于低温空气分离的方法和***，其涉及通过使用包括初级制冷回路和辅助制冷回路的集成制冷***来制备液态产物。更具体地，本发明涉及一种辅助制冷回路，其可以容易地接入到现有的低温空气分离设备及其现有的制冷***中。
背景技术
氧气、氮气和氩气在空气分离设备中通过低温精馏与空气分离。通常，气态产物和/或液态产物是为现场客户或管道客户制备的，任何多余的产物往往会转换为附近客户的商品液态产物。对于一些低温空气分离设备，现场或管道客户对气态产物(诸如气态氧或气态氮)的需求可能会随着时间的推移而减少，无论是长期的还是临时或中期的。为了满足较低的气态产物需求，低温空气分离设备可以运行，以便排放一些经济上效率低的不需要的气态产物，因为此类排放最终浪费了用于制备排放的气态产物的功率/能量成本。另选地，空气分离设备可以在调节模式下运行，该模式制备了较少的气态产物，但是不足全部设备容量和分离效率。第三种选择是调节低温空气分离设备的产物构成，以制备更多的液态产物来代替降低的气态产物需求。
已经有多个现有技术的低温空气分离工艺被设计来解决制造另外的液态产物，以抵消气态产物降低需求的这个第三种选择。参见例如，美国专利6,125,656、美国专利6,666,048、美国专利6,945,076、和美国专利8397535；以及美国专利申请公开2010-0058805、美国专利申请公开2013-0192301、美国专利申请公开2007-0101763和欧洲专利公开EP1544559A1。如在这些现有技术参考文献中所示，必须提供制冷以抵消环境热泄漏、暖端换热损失并允许从一种或多种空气分离单位中提取或制备液态产物，包括液态氧、液态氮或液态氩。低温精馏设备的常规或主制冷源通常由基于涡轮机的制冷***供应，该***能够使部分进料空气流或废物流膨胀，以形成制冷流，然后将该制冷流引入主换热器或低温空气分离设备的蒸馏塔***中。制备另外的液态产物所需的补充制冷可以与另外的基于涡轮机的制冷源一起供应。此类另外的基于涡轮机的制冷***涉及另外的资金成本，并且往往没有优化或与低温空气分离设备的主制冷源完全集成一体。
所需要的是对这些现有技术的补充液体制造解决方案的改善，其使得另外的液体制造***能够被配置为空气分离设备的附加功能，该空气分离设备在初始设备构建之后可以容易地添加到低温空气分离设备/单元中。此类附加补充液体制造功能应该与低温空气分离设备的主制冷源集成一体，并且必须也具有高效性和操作灵活性这两者。换句话讲，补充或辅助制冷***应该能够并且允许该设备在高液体制造循环和原始高气态产物制造循环之间容易地切换。最后，附加补充或辅助制冷***应该是便携式的，并且优选地撬装的。
发明内容
本发明可以被表征为一种在空气分离单元中分离空气的方法。空气分离单元优选地包括主换热器和蒸馏塔***，主换热器被配置为将经压缩且纯化的进料空气流冷却到适用于精馏的温度，蒸馏塔***被配置为对经压缩、纯化且冷却的空气流进行精馏，以制备至少一个液态产物流。在此类空气分离单元中，本方法包括以下步骤：(a)对进料空气流进行压缩和纯化，以制备经压缩且纯化的进料空气流；(b)将经压缩且纯化的进料空气流的第一部分转移至被配置为制备第一冷却制冷流的第一制冷回路；(c)将经压缩且纯化的进料空气流的第二部分转移至主换热器，以冷却经压缩且纯化的进料空气流的第二部分，并且其中经压缩且纯化的进料空气流的冷却的第二部分随后被引导至蒸馏塔***的高压塔中；(d)将经压缩且纯化的进料空气流的第三部分转移至增压空气压缩回路，该增压空气压缩回路被配置为制备进一步经压缩的进料空气流，并且其中部分进一步经压缩的进料空气流被引导至主换热器，在主换热器，进一步经压缩的进料空气流被冷却，以制备被引导至蒸馏塔***的液态空气流；(e)将来自增压空气压缩回路的进一步经压缩的进料空气流的馏分转移至被配置为制备第二制冷流的辅助制冷回路，该辅助制冷回路包括第二涡轮膨胀机和辅助换热器；(f)将经压缩且纯化的进料空气流的第四部分转移至辅助换热器；(g)将部分第一制冷流从第一制冷回路转移至辅助换热器，并且经由与经压缩且纯化的进料空气流的转移的第四部分进行间接热交换来加热辅助换热器中的第一制冷流的转移部分；(h)将离开辅助换热器的经压缩且纯化的进料空气流的第四部分引导至蒸馏塔***；(i)将第一制冷流的其余部分引导至蒸馏塔***的低压塔，以赋予蒸馏塔***所需的制冷的第一部分；以及(j)将冷却的第二制冷流引导至蒸馏塔***的高压塔，以赋予蒸馏塔***所需的制冷的第二部分。
本发明也可以被表征为空气分离单元，该空气分离单元被配置为制备至少一个液态产物流。其特征在于，空气分离单元包括：(i)进入空气压缩和纯化机组，该进入空气压缩和纯化机组被配置为制备经压缩且纯化的进料空气流；(ii)初级制冷回路，该初级制冷回路具有第一涡轮膨胀机，该初级制冷回路可操作地联接至进入空气压缩和纯化机组，并且被配置为接收经压缩且纯化的进料空气流的第一部分，并且使第一涡轮膨胀机中的经压缩且纯化的进料空气流的第一部分膨胀，以制备第一冷却的制冷流；(iii)主换热器，该主换热器可操作地联接至进入空气压缩和纯化机组，并且被配置为接收经压缩且纯化的进料空气流的第二部分，以及将经压缩且纯化的进料流的第二部分冷却至适用于经压缩且纯化的进料空气流的精馏的温度；(iv)增压空气压缩回路，该增压空气压缩回路可操作地联接至进入空气压缩和纯化机组以及主换热器，该增压空气压缩回路被配置为接收经压缩且纯化的进料空气流的第三部分，进一步压缩第三部分，并且将进一步经压缩的第三部分引导至主换热器，以制备液态空气流；(v)第二涡轮膨胀机，该第二涡轮膨胀机被配置为接收进一步经压缩的第三部分的馏分，并且使进一步经压缩的第三部分的馏分膨胀，以制备第二制冷流；(vi)辅助换热器，该辅助换热器可操作地联接至进入空气压缩和纯化机组、增压空气压缩回路和初级致冷回路，辅助换热器被配置为接收经压缩且纯化的进料空气流的第四部分，并且经由与第二制冷流和第一制冷流的转移部分进行间接热交换来冷却经压缩且纯化的进料空气流的第四部分；以及(vii)蒸馏塔***，该蒸馏塔***可操作地联接至初级制冷回路、增压空气压缩回路和辅助换热器，该蒸馏塔***被配置为通过低温精馏过程对第一制冷流、第二制冷流、液态空气流和经压缩且纯化的进料空气流的冷却的第二部分中的一些或全部进行精馏，以制备至少一个液态产物流。
在一些实施方案中，第一制冷回路可包括压缩机，以用于进一步压缩经压缩且纯化的进料空气流的第一部分；冷却装置，诸如后冷却器和/或主换热器，该冷却装置被配置为冷却经压缩且纯化的进料空气流的进一步经压缩的第一部分；以及第一涡轮膨胀机，该第一涡轮膨胀机置于第一制冷回路内，并且被配置为使经压缩且纯化的进料空气流的进一步经压缩的第一部分膨胀，以制备第一制冷流。类似地，辅助制冷回路也可包括辅助压缩机和冷却装置。
其他实施方案设想将第二制冷流部分冷却的部分从辅助制冷回路转移至第一制冷回路，并且将转移部分与第一制冷回路中的经压缩且纯化的进料空气流的第一部分混合。
最后，在增压空气压缩回路内采用多级压缩***的一些实施方案中，将进一步经压缩的进料空气流的馏分转移至辅助制冷回路优选地还包括，将经压缩且纯化的进料空气流的第三部分的一个或多个馏分从多个压缩级的一个或多个级间位置转移至辅助制冷回路。一个或多个流量控制阀被置于辅助制冷回路中的增压空气压缩回路与第二涡轮膨胀机之间，以在辅助制冷回路中控制转移的一个或多个馏分的流量和进入第二涡轮膨胀机的入口压力。
附图说明
虽然本发明的结论是申请人视为他们的发明内容且清楚地指出发明主题的权利要求，但相信本发明在结合附图考虑时将得到更好的理解，其中：
图1为根据本发明与附加补充或辅助制冷回路集成一体的低温空气分离设备的示意性工艺流程图；并且
图2为也根据本发明与附加补充或辅助制冷回路的另选实施方案集成一体的低温空气分离设备的示意性工艺流程图。
具体实施方式
参照图1至图2，空气分离单元10通常包括进入空气压缩和纯化机组或回路(未示出)；初级制冷回路20；增压空气压缩机组或回路30；主换热器40；和蒸馏塔***50。
在进入空气纯化和压缩机组或电路中，将进料空气在多级中间冷却的主空气压缩机布置中压缩到可介于约5巴(a)与约15巴(a)之间的压力。该主空气压缩机布置可为整体齿轮式压缩机或直接驱动压缩机布置。然后将经压缩的空气进料在预纯化单元中纯化以从进料空气中去除高沸点污染物。如本领域所熟知，预纯化单元通常包含根据变温和/或变压吸附循环操作的氧化铝和/或分子筛的床，在该吸附循环中水分及其他杂质(诸如二氧化碳、水蒸汽和烃类)被吸附。
如下文所详述，经压缩且纯化的进料空气流12被分成多个部分，这些部分被进一步压缩和/或冷却。然后经压缩且纯化的空气流的不同部分在包括蒸馏塔***50的多个蒸馏塔中被分离成富氧、富氮和富氩馏分。优选地，蒸馏塔***50可包括热链接的高压塔54和低压塔56，以及任选的氩精馏塔58。
然而，在此蒸馏之前，经压缩和纯化的进料空气流12的一部分可以在增压空气压缩机组或回路30中被进一步压缩和/或冷却到适用于在初级或主换热器40内进行精馏的温度。通常通过使用由空气分离单元10制备的各种氧气、氮气和/或氩气流的制冷以及由一个或多个制冷回路形成的制冷来实现冷却，这往往是由于本领域技术人员已知的上塔涡轮机(UCT)布置、下塔涡轮机(LCT)布置和/或热循环涡轮机(WRT)布置中的各种空气流的涡轮膨胀所致。
带有初级制冷回路和辅助制冷回路的空气分离单元
现在转到图1，其图示了本发明的一个实施方案，该实施方案包括经压缩且纯化的进料空气流的多个被分开的部分。由进入的进料空气的压缩和预纯化所得的经压缩且纯化的进料空气流的第一部分13被转移至第一或初级制冷回路20，该第一或初级制冷回路被示出为上塔涡轮机(UCT)布置，该上塔涡轮机布置被配置为制备第一冷却的制冷流22。优选地，在第一或初级制冷回路20内，经压缩且纯化的进料空气流的第一部分13在压缩机24中被进一步压缩，并且在后冷却器25和/或主换热器40中冷却。然后经压缩和冷却(或部分地冷却)的流在第一涡轮膨胀机26中膨胀，以制备第一制冷流22。如下文所详述，第一制冷流的一部分被引导至低压塔，而第一制冷流的第二部分被转移至辅助或第二制冷回路60。
经压缩且纯化的进料空气流的第二部分15被引导或转移至主换热器40，以冷却经压缩且纯化的进料空气流的这一部分。然后将经压缩且纯化的进料空气流的所得冷却的第二部分42引导至蒸馏塔***50的高压塔54，这是本领域公知的并且在许多低温空气分离单元中实施。
另外，经压缩且纯化的进料空气流的第三部分17被转移至增压空气压缩回路30，该增压空气压缩回路被配置为制备进一步经压缩的高压进料空气流32。如图所示，增压空气压缩回路30采用增压空气压缩机布置33，该增压空气压缩机布置具有多个压缩级，其具有中间冷却器和后冷却器31，并形成供给到主换热器40的高压空气流32。高压空气流在主换热器中冷却后，如果其压力超出临界压力，则形成液相或致密流体。然后该液态空气流34分流成两部分35、36，其中第一部分35被引导通过膨胀阀37并进入蒸馏塔***50的高压塔54中，并且第二部分36通过另一个膨胀阀38膨胀并且被引入蒸馏塔***50的低压塔56中。
如图1所示，经压缩且纯化的进料空气流的第三部分17的馏分62A、62B被进一步从增压空气压缩回路30转移至辅助制冷回路60，该辅助制冷回路被配置为制备第二制冷流66。辅助制冷回路60优选地包括辅助压缩机63、第二涡轮膨胀机64和辅助换热器65。来自增压空气压缩回路30的进一步经压缩的进料空气流的该馏分62A、62B经由一个或多个流量控制阀67A、67B被转移至辅助压缩机63，在此转移的馏分流被进一步压缩(作为流61)，任选地冷却或部分地冷却，然后在涡轮膨胀机64中膨胀。在涡轮膨胀机64中膨胀之后，转移的馏分流随后在辅助换热器65中经由与一个或多个冷却流，优选第一制冷流28的转移部分进行间接热交换而被冷却，以制备离开辅助换热器65和加热流29的冷却的第二制冷流66。然后将冷却的第二制冷流66与经压缩且纯化的进料空气流的冷却的第二部分34混合，然后将所得的混合流68引导至高压塔54，以赋予蒸馏塔***50所需的制冷的另一个或第二部分。如上文简要讨论的，部分第一制冷流22优选地作为冷却流28被转移至辅助换热器65，在此它冷却了辅助制冷回路60中进一步经压缩的进料空气流的转移馏分62A、62B。第一制冷流22的其余部分被引导至低压塔56中，以赋予蒸馏塔***50所需的制冷的一部分。在该布置中，通过第一或初级制冷回路20中的经压缩且纯化的空气流的第一部分13的膨胀而生成的补充制冷因此部分地赋予到低压塔56，并且部分地赋予到辅助换热器65，由此减轻主换热器40的一些冷却负荷。
本实施方案也示出了经压缩且纯化的进料空气流的第四部分19，该第四部分也可以作为载体流体从进入空气纯化和压缩回路(未示出)转移至辅助换热器65，在此被冷却，并且随后被引导至蒸馏塔***50的高压塔54中，以捕获辅助制冷。如图所示，经压缩且纯化的进料空气流的冷却的第四部分69可以与离开主换热器40的经压缩和纯化的进料空气流的加热的第二制冷流66和/或冷却的第二部分42混合，所得的混合流68然后被引导至高压塔54。
在一个优选的实施方案中，被引导至初级制冷回路的经压缩且纯化的进料空气流的第一部分表示进入的进料空气流的大约8％至20％。在该第一部分中，进入的进料空气流的0％至12％作为第二部分被转移至辅助换热器，以平衡辅助换热器中的温度。改变从第一制冷回路到辅助制冷回路的转移空气的量使得空气分离单元能够在高气态产物制造循环和高液态产物制造循环之间容易地切换。
经压缩且纯化的进料空气流的第三部分表示进入的进料空气流的大约25％至32％，其中大约5％至10％的进入的进料空气流被转移至辅助制冷回路。
混合的经压缩且纯化的进料空气流的第二部分和第四部分表示进入的进料空气流的剩余部分，其为进入的进料空气流的大约48％至67％。经压缩且纯化的进料空气流的第二部分和第四部分之间的精确分割取决于主换热器和辅助换热器中的热交换负荷。
主换热器40和辅助换热器65优选地为钎焊铝制板翅式换热器。此类换热器是有利的，因为它们具有紧凑设计、高传热速率，而且它们能够处理多个流。它们被制造为完全钎焊和焊接的压力容器。钎焊操作涉及堆叠波纹状翅片、分离片材和端杆以形成芯基体。将基体置于真空钎焊炉中，在此将基体在清洁真空环境中加热并保持在钎焊温度下。对于小型设备而言，具有单个芯的换热器可能已足够。对于较高流量而言，换热器可由可并联或串联连接的若干芯构造而成。
涡轮膨胀机26和64优选地分别直接或通过适当的传动装置与增压空气压缩机24和63链接。虽然未示出，但是涡轮膨胀机也可以连接或可操作地联接至发电机。此类发电机负载的涡轮膨胀机布置允许涡轮膨胀机的速度即使在非常高或低的负载下也保持恒定。这种布置在某些应用中是可取的，因为涡轮膨胀机的速度在整个运行范围内将保持大致恒定的理想效率。在此类布置中，发电机负载可以使用高速发电机连接至涡轮膨胀机。另选地，发电机负载可以利用连接至内部或外部齿轮箱的高速联轴器和从齿轮箱至发电机的低速联轴器连接至涡轮膨胀机。
蒸馏塔***50优选包括热链接的高压塔54和低压塔56，以及任选的氩精馏塔58。在塔内，蒸汽和液体逆流接触，以影响基于气体/液体传质的相应进料流的分离。此类塔将优选地采用规整填料或塔盘或其组合。高压塔54通常在约20巴(a)至约60巴(a)之间的范围内操作，而低压塔56通常在约1.1巴(a)至约1.5巴(a)之间的压力下操作。
如上所示，高压塔54和低压塔56以热传递关系链接，使得从高压塔的顶部提取为流71的富氮蒸汽塔顶在位于低压塔56的基部的主冷凝器-再沸器55中冷凝，而不是使富氧液体塔底72沸腾。富氧液体塔底72的沸腾的引发是在低压塔56内形成上升蒸汽相。冷凝制备含液态氮的流73，其被分成流74和75，这些流分别使高压塔54和低压塔56回流，以在此类塔中引发形成下降的液相。如果需要液态氮产物，则流76也可以被回收。
通过使多个传质接触元件内的此类混合物的上升蒸汽相与由回流流74引发的下降液相接触，将流34,66和69与膨胀的液态空气流39一起引入高压塔54，以进行精馏。这制备了粗液态氧塔底77(也称为釜液体)和富氮塔顶78。表示富氮塔顶部78的一部分的流79可被引导至主换热器40，以向进料空气流提供制冷。另外，粗液态氧塔底77的流101可以被引导至氩塔58作为回流，以帮助回收氩产物93。另选地，虽然未示出，粗液态氧塔底的流可在膨胀阀中膨胀到处于或接近低压塔的压力，并且将其引入到低压塔中以便进一步精馏。
低压塔56还设置有多个传质接触元件，它们可为塔盘或规整填料或散堆填料或低温空气分离领域中的其他已知元件。如前所述，该分离制备了富氧液体80和富氮蒸汽塔顶82，该富氮蒸汽塔顶被提取为氮产物流84。另外，还提取了废物流85以控制氮产物流84的纯度。氮产物流84和废物流85这两者均穿过被设计为使回流流75过冷的过冷单元90。回流流的一部分可任选地被看作液态产物流76，并且其余部分(被示出为流75B)可在穿过膨胀阀99之后被引入到低压塔56中。
在穿过过冷单元90之后，氮蒸汽产物流84和废物流85在主换热器40内被完全加热，以制备加热的氮产物流94和加热的废物流95。虽然未示出，但是加热的废物流95可以用于再生预纯化单元内的吸附剂。另外，从低压塔56底部附近的富氧液体塔底部72中提取富氧液体流80。富氧液体流80可以由泵83泵送，以形成泵送的液态氧流86所示的泵送产物流。部分泵送的液态氧流86可任选地直接作为液态氧产物流88取出，剩余部分即流87被引导至主换热器40中，在此被加热并且汽化，以制备加压氧产物流97。虽然仅示出了一个此类流，但可存在被进给到主换热器40中的多个此类流。可将经泵送的液态氧流86加压到高于或低于临界压力，使得氧产物流97在从主换热器40排放时将为超临界流体。另选地，经泵送的液态氧流86的加压可较低，以制备蒸汽形式的氧产物流97。
现在转到图2图示的实施方案，其示出了附加补充或辅助制冷回路60的另选实施方案。图2与图1的不同之处在于，辅助制冷回路60中的部分加热的膨胀的工作流体27的全部或一部分在第一涡轮膨胀机26的上游位置处被循环回到第一制冷回路20。以这种方式，工作流体27以串联布置经历两级膨胀。换句话讲，辅助制冷回路60的涡轮膨胀机64与第一制冷回路20的涡轮膨胀机26串联布置，所得到的膨胀的工作流体被引导至低压塔56和/或辅助换热器65中。
图2所示实施方案与图1所示实施方案之间的另一个区别在于辅助制冷回路60中。在图2的实施方案中，转移馏分流的全部或一部分可任选地绕开辅助压缩机63，并且直接进入第二涡轮膨胀机64并延续到辅助换热器65。当流量控制阀67C打开且流量控制阀67D关闭时，混合流62A和62B在辅助压缩机63中被进一步压缩，然后在第二涡轮膨胀机64中膨胀，并且在辅助换热器65中加热。相反，当流量控制阀67C关闭且流量控制阀67D打开时，混合的工作流体流62A和62B绕过辅助压缩机63并且被引导至第二涡轮膨胀机64，然后在辅助换热器65中加热。这种布置允许调节辅助制冷回路60中的工作流体的压力。
将辅助制冷回路与空气分离单元集成一体
如上所示，空气分离单元10能够制备液态产物，即富氮液体流76和液氧产物流88。为了增加此类液态产物的产量，由附加或辅助制冷回路提供附加制冷。在当前所公开的空气分离单元或空气分离设备中，附加制冷回路是辅助制冷回路60，该辅助制冷回路优选地被配置为在初始设备构建之后添加到或用螺栓连接在低温空气分离单元10上。因此，辅助制冷回路60的设计被定制用于此类后期附加或改造应用，并且最大程度减少了低温空气分离单元10的接入点。
在所示实施方案中，低温空气分离单元1与辅助或第二制冷回路60之间存在四个或五个关键接入点。第一接入点110优选地发生在主空气压缩机组或主回路的下游，在此经压缩且纯化的进料空气流12的第四部分19被转移至辅助或第二制冷回路，并且更具体地至辅助换热器65。该第一接入点110被配置为提供来自辅助制冷回路60的辅助制冷所提供的载体流体(即经压缩且纯化的空气)。
第二接入点120处于增压空气压缩回路30内，并且被配置为将经压缩且纯化的流的进一步经压缩的第三部分的馏分作为压缩流62A、62B而转移至辅助制冷回路60。该第二接入点110提供了工作流体(即增压的压缩空气)，该工作流体将被膨胀以提供来自辅助制冷回路60的辅助制冷的一部分。
第三接入点130位于蒸馏塔***50内，并且被配置为将冷却的载体流体69(即经压缩且纯化的空气)以及加热的工作流体66(即完全加温、膨胀的工作流体)返回到高压塔54。
第四接入点140位于第一制冷回路20内，并且被配置为将第一制冷流22的一部分28转移至辅助制冷回路60，在此它经由辅助换热器65中的间接热交换向载体流19提供进一步的冷却或制冷。
在图2所示的实施方案中还需要第五接入点150。该第五接入点150也位于第一制冷回路20内，并且被配置为将部分加热、膨胀的工作流体27的一部分返回至第一涡轮膨胀机26上游的第一制冷回路20。
优选地，补充或辅助制冷***被配置和构建为便携式、撬装式制冷***，其可以在初始设备构建之后以最小化冷箱进入的方式容易地添加到低温空气分离设备/单元。优选的撬装式补充或辅助制冷***将包括：(i)一个或多个辅助压缩机63；(ii)加热的第二涡轮膨胀机64；(iii)辅助换热器65；(iv)相关管道，以便于上述四至五个接入点；以及(v)一个或多个控制阀67A、67B、67C和67D，这些控制阀如上参照图1和2所述被配置为控制空气流流向一个或多个辅助压缩机63、第二涡轮膨胀机64和辅助换热器65。在一些实施方案中，被配置为控制空气流流向一个或多个辅助压缩机63、第二涡轮膨胀机64和辅助换热器65的流量控制阀67A、67B、67C和67D中的一些可以被配置为部分低温空气分离设备，并且在此撬装式补充或辅助制冷***被接入在此类控制阀的下游。
通过经由一个或多个流量控制阀控制流向补充或辅助制冷回路的流量，当前公开的***可以在高气态产物循环(当流量控制阀关闭时)和高液态制造循环之间容易地切换，以制备更多的制冷量和相关的液态产物制造量。
用于向低温空气分离设备提供辅助制冷的本***和方法的优点是能够以成本有效的方式增加制冷量和相关的液态产物制造量。通过改变补充或辅助制冷回路中的加热涡轮机入口的压力和流量来调节所制备的制冷量和液体制造量。通过选择性地打开和/或关闭一个或多个流量控制阀67A、67B、67C和67D来实现对加热涡轮机入口的压力和流量的调节。来自加热的第二涡轮膨胀机的排出流体穿过辅助换热器，然后与离开辅助换热器的经压缩且纯化的进料空气流的主空气和第四部分一起被引导至高压塔(即经压缩且纯化的进料空气流的冷却的第二部分)。
本***和方法提供的另一个优点是，通过将第一制冷流的一部分从初级制冷回路转移至辅助制冷回路并因此绕过低压塔分离，由蒸馏塔***制备的气态氧产物减少，但是蒸馏塔***内的氩回收可以保持或可能增强。
而且，优选地控制第一制冷流的一部分转移至辅助制冷回路以平衡辅助换热器中的温度并且保持辅助增压-涡轮机布置中的回收。初级制冷回路内的流量和压力比最大化。以这种方式，上塔涡轮机布置更多地用作热泵，以改善低温空气分离设备的制液能力。
虽然已通过参照优选实施方案讨论了本发明，但是本领域的技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求书描述的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行多种改变和省略。

Claims (18)

1.一种在空气分离单元中分离空气的方法，所述空气分离单元包括主换热器和蒸馏塔***，所述主换热器被配置为将经压缩且纯化的进料空气流冷却到适用于精馏的温度，所述蒸馏塔***被配置为对所述经压缩、纯化且冷却的空气流进行精馏以制备至少一个液态产物流，所述方法包括以下步骤：
对进料空气流进行压缩和纯化以制备所述经压缩且纯化的进料空气流；
将所述经压缩且纯化的进料空气流的第一部分转移至被配置为制备第一冷却制冷流的第一制冷回路；
将所述经压缩且纯化的进料空气流的第二部分转移至所述主换热器以冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第二部分，并且其中所述经压缩且纯化的进料空气流的所述冷却的第二部分随后被引导至所述蒸馏塔***的所述高压塔；
将所述经压缩且纯化的进料空气流的第三部分转移至增压空气压缩回路，所述增压空气压缩回路被配置为制备进一步经压缩的进料空气流，并且其中部分所述进一步经压缩的进料空气流被引导至所述主换热器，在所述主换热器，所述进一步经压缩的进料空气流被冷却以制备被引导至所述蒸馏塔***的液态空气流；
将来自所述增压空气压缩回路的所述进一步经压缩的进料空气流的馏分转移至被配置为制备第二制冷流的辅助制冷回路，所述辅助制冷回路包括第二涡轮膨胀机和辅助换热器；
将所述经压缩且纯化的进料空气流的第四部分转移至所述辅助换热器；
将部分所述第一制冷流从所述第一制冷回路转移至所述辅助换热器，并且经由与所述经压缩且纯化的进料空气流的转移的第四部分进行间接热交换来加热所述辅助换热器中的所述第一制冷流的所述转移部分；
将离开所述辅助换热器的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第四部分引导至所述蒸馏塔***；
将所述第一制冷流的其余部分引导至所述蒸馏塔***的低压塔，以赋予所述蒸馏塔***所需的所述制冷的第一部分；以及
将所述冷却的第二制冷流引导至所述蒸馏塔***的所述高压塔以赋予所述蒸馏塔***所需的所述制冷的第二部分。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
进一步压缩所述第一制冷回路内的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分；
冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分；以及
在置于所述第一制冷回路内的第一涡轮膨胀机中使所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分膨胀以制备所述第一制冷流。
3.根据权利要求2所述的方法，其中冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分的所述步骤还包括：在后冷却器中冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分。
4.根据权利要求2所述的方法，其中冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分的所述步骤还包括：在所述主换热器中部分地冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的第一部分。
5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述冷却的第四部分引导至所述蒸馏塔***的所述步骤还包括：将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述冷却的第四部分引导至所述蒸馏塔***的所述高压塔。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：
将所述第二制冷流的一部分从所述辅助制冷回路转移至所述第一制冷回路；以及
将所述第二制冷流的所述转移部分与所述第一制冷回路中的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分混合。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤：
将来自所述辅助制冷回路中的所述辅助换热器部分地冷却的所述第二制冷流的一部分转移至所述第一制冷回路；以及
将所述第二制冷流的所述转移部分与所述涡轮膨胀机上游的所述第一制冷回路中的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分混合。
8.根据权利要求1所述的方法，其中将来自所述增压空气压缩回路的所述进一步经压缩的进料空气流的馏分转移至所述辅助制冷回路的步骤还包括：
在多个压缩级中进一步压缩所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分；以及
将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分的第一馏分从所述多个压缩级的级间位置转移至所述辅助制冷回路。
9.根据权利要求1所述的方法，其中将来自所述增压空气压缩回路的所述进一步经压缩的进料空气流的馏分转移至所述辅助制冷回路的步骤还包括：
在多个压缩级中进一步压缩所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分；以及
将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分的一个或多个馏分从所述多个压缩级的一个或多个级间位置转移至所述辅助制冷回路；
利用置于所述辅助制冷回路中的所述增压空气压缩回路和所述第二涡轮膨胀机之间的一个或多个流量控制阀来控制所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分的所述转移的一个或多个馏分的流动；
其中所述辅助制冷回路中的所述第二涡轮膨胀机的所述入口压力通过调节所述一个或多个流量控制阀来控制，所述一个或多个流量控制阀继而控制所述蒸馏塔***所需的所述制冷的所述第二部分。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述辅助制冷回路还包括辅助压缩机、所述第二涡轮膨胀机和所述辅助换热器，并且其中所述方法还包括以下步骤：
将所述进一步经压缩的进料空气流的所述馏分从所述增压空气压缩回路转移至所述辅助压缩机；
进一步压缩来自所述增压空气压缩回路的所述经压缩进料空气流的所述转移部分；
经由与所述第一制冷流的所述转移部分进行间接热交换来部分地冷却所述辅助换热器中的所述进一步经压缩的转移馏分；
在所述第二涡轮膨胀机中使所述部分地冷却的进一步经压缩的转移馏分膨胀；
经由与所述第一制冷流的所述转移部分进行间接热交换来进一步冷却所述辅助换热器中的所述膨胀的转移馏分以制备所述冷却的第二制冷流；以及
将所述冷却的第二制冷流引导至所述蒸馏塔***的所述高压塔，以赋予所述蒸馏塔***所需的所述制冷的所述第二部分。
11.一种被配置为制备至少一个液态产物流的空气分离单元，所述空气分离单元包括：
进入空气压缩和纯化机组，所述进入空气压缩和纯化机组被配置为制备经压缩且纯化的进料空气流；
初级制冷回路，所述初级制冷回路具有第一涡轮膨胀机，所述初级制冷回路可操作地联接至所述进入空气压缩和纯化机组，并且被配置为接收所述经压缩且纯化的进料空气流的第一部分，并且使所述第一涡轮膨胀机中的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分膨胀，以制备第一冷却的制冷流；
主换热器，所述主换热器可操作地联接至所述进入空气压缩和纯化机组，并且被配置为接收所述经压缩且纯化的进料空气流的第二部分，以及将所述经压缩且纯化的进料流的所述第二部分冷却至适用于所述经压缩且纯化的进料空气流的所述精馏的温度；
增压空气压缩回路，所述增压空气压缩回路可操作地联接至所述进入空气压缩和纯化机组以及所述主换热器，所述增压空气压缩回路被配置为接收所述经压缩且纯化的进料空气流的第三部分，进一步压缩所述第三部分，并且将所述进一步经压缩的第三部分引导至所述主换热器以制备液态空气流；
第二涡轮膨胀机，所述第二涡轮膨胀机被配置为接收所述进一步经压缩的第三部分的馏分，并且使所述进一步经压缩的第三部分的所述馏分膨胀以制备第二制冷流；和
辅助换热器，所述辅助换热器可操作地联接至所述进入空气压缩和纯化机组、所述增压空气压缩回路和所述初级致冷回路，所述辅助换热器被配置为接收所述经压缩且纯化的进料空气流的第四部分，并且经由与所述第二制冷流和所述第一制冷流的转移部分进行间接热交换来冷却所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第四部分；
蒸馏塔***，所述蒸馏塔***可操作地联接至所述初级制冷回路、所述增压空气压缩回路和所述辅助换热器，所述蒸馏塔***被配置为通过低温精馏过程对所述第一制冷流、所述第二制冷流、所述液态空气流和所述经压缩且纯化的进料空气流的所述冷却的第二部分中的一些或全部进行精馏，以制备所述至少一个液态产物流。
12.根据权利要求11所述的空气分离单元，其中所述初级制冷回路还包括压缩机，所述压缩机被配置用于进一步压缩所述初级制冷回路内的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分；并且其中所述压缩机可操作地联接至所述主换热器，使得在所述主换热器中的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述进一步经压缩的所述第一部分被部分地冷却。
13.根据权利要求11所述的空气分离单元，其中离开所述辅助换热器的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述冷却的第四部分被引导至所述蒸馏塔***的高压塔。
14.根据权利要求11所述的空气分离单元，还包括将所述辅助换热器与所述初级制冷回路连接的再循环回路，其中所述第二制冷流的一部分被再循环至所述第一制冷回路。
15.根据权利要求14所述的空气分离单元，其中所述第二制冷流的所述部分被再循环至所述第一制冷回路，在所述辅助换热器内被部分地冷却，并且被再循环至所述第一涡轮膨胀机上游的所述第一制冷回路中的位置。
16.根据权利要求11所述的空气分离单元，还包括辅助制冷回路，所述辅助制冷回路包括辅助压缩机、所述第二涡轮膨胀机和所述辅助换热器，所述辅助压缩机被配置为接收从所述增压空气压缩回路转移的所述进一步经压缩的进料空气流的所述部分，所述第二涡轮膨胀机被配置为接收来自所述辅助压缩机的经压缩空气流并且使所述经压缩的空气流膨胀，所述辅助换热器被配置为接收来自所述第二涡轮膨胀机的所述膨胀的空气流。
17.根据权利要求11所述的空气分离单元，其中所述增压空气压缩回路还包括多个压缩级和转移回路，以用于将所述进一步经压缩的进料空气流的一个或多个馏分从所述多个压缩级的一个或多个级间位置转移至所述辅助制冷回路。
18.根据权利要求11所述的空气分离单元，还包括一个或多个流量控制阀，所述一个或多个流量控制阀置于所述辅助制冷回路中的所述增压空气压缩回路与所述第二涡轮膨胀机之间，并且被配置为控制所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分的所述转移的一个或多个馏分的流量。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113623941A (zh) * 2021-08-11 2021-11-09 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3216502A1 (de) * 1982-05-03 1983-11-03 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff unter erhoehtem druck
CN101324395A (zh) * 2007-06-15 2008-12-17 普莱克斯技术有限公司 空气分离方法和装置
JP2009052807A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Shinko Air Water Cryoplant Ltd 深冷空気液化分離装置およびその運転方法
FR2928446A1 (fr) * 2008-03-10 2009-09-11 Air Liquide Procede de modification d'un appareil de separation d'air par distillation cryogenique
CN101553702A (zh) * 2006-12-06 2009-10-07 普莱克斯技术有限公司 分离方法及装置

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4715873A (en) * 1986-04-24 1987-12-29 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefied gases using an air recycle liquefier
US6666048B1 (en) 1999-04-05 2003-12-23 L'air Liquide - Societe Anonyme A Directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Variable capacity fluid mixture separation apparatus and process
US6125656A (en) 1999-11-03 2000-10-03 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification method for producing nitrogen gas and liquid nitrogen
FR2844344B1 (fr) 2002-09-11 2005-04-08 Air Liquide Installation de production de grandes quantites d'oxygene et/ou d'azote
FR2853407B1 (fr) 2003-04-02 2012-12-14 Air Liquide Procede et installation de fourniture de gaz sous pression
EP1544559A1 (de) 2003-12-20 2005-06-22 Linde AG Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperaturzerlegung von Luft
US20090241595A1 (en) * 2008-03-27 2009-10-01 Praxair Technology, Inc. Distillation method and apparatus
US9714789B2 (en) 2008-09-10 2017-07-25 Praxair Technology, Inc. Air separation refrigeration supply method
US8397535B2 (en) 2009-06-16 2013-03-19 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for pressurized product production
US9291388B2 (en) 2009-06-16 2016-03-22 Praxair Technology, Inc. Method and system for air separation using a supplemental refrigeration cycle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3216502A1 (de) * 1982-05-03 1983-11-03 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur gewinnung von gasfoermigem sauerstoff unter erhoehtem druck
CN101553702A (zh) * 2006-12-06 2009-10-07 普莱克斯技术有限公司 分离方法及装置
CN101324395A (zh) * 2007-06-15 2008-12-17 普莱克斯技术有限公司 空气分离方法和装置
JP2009052807A (ja) * 2007-08-27 2009-03-12 Shinko Air Water Cryoplant Ltd 深冷空気液化分離装置およびその運転方法
FR2928446A1 (fr) * 2008-03-10 2009-09-11 Air Liquide Procede de modification d'un appareil de separation d'air par distillation cryogenique

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113623941A (zh) * 2021-08-11 2021-11-09 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种适于改装的空气分离装置及改装该空气分离装置的方法

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