用于向空气分离设备提供辅助制冷的方法和系统技术方案

本发明专利技术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系统。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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于向空气分离设备提供辅助制冷的方法和系统
本专利技术涉及一种用于低温空气分离的方法和系统，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系统来制备液态产物。更具体地，本专利技术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系统中。
技术介绍
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系统供应，该系统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系统中。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系统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系统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，补充或辅助制冷系统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系统应该是便携式的，并且优选地撬装的。
技术实现思路
本专利技术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系统，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，蒸馏塔系统被配置为对经压缩、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系统的高压塔中；(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系统的液态空气流；(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系统；(i)将第一制冷流的其余部分引导至蒸馏塔系统的低压塔，以赋予蒸馏塔系统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系统的高压塔，以赋予蒸馏塔系统所需的制冷的第二部分。本专利技术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)蒸馏塔系统，该蒸馏塔系统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，该蒸馏塔系统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系统的一些实施方案中，将进一步经压缩的进料空本文档来自技高网...

【技术保护点】
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系统，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，所述蒸馏塔系统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系统的所述高压塔；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系统的液态空气流；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系统；将所述第一制冷流的其余部分引导至所述蒸馏塔系统的低压塔，以赋予所述蒸馏塔系统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系统的所述高压塔以赋予所述蒸馏塔系统所需的所述制冷的第二部分。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.01.22 US 15/004,2101.一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系统，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，所述蒸馏塔系统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系统的所述高压塔；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系统的液态空气流；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系统；将所述第一制冷流的其余部分引导至所述蒸馏塔系统的低压塔，以赋予所述蒸馏塔系统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系统的所述高压塔以赋予所述蒸馏塔系统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系统的所述步骤还包括：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系统的所述高压塔。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系统所...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·徐，Y·罗，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US