通过空气的深冷分离生产空气气体的方法技术

一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法和设备，该方法可以包括以下步骤：在有效使用柱系统将空气流深冷分离成氧产物和氮气的条件下将净化且压缩的空气流送至冷箱，其中该净化且压缩的空气流在进入该柱系统时处于进料压力；在产物压力下抽取出该氧产物；在递送压力下将该氧产物递送到氧气管道，其中该氧气管道具有管道压力；其中在第二操作模式期间，该方法可以包括监测管道压力；以及减小管道压力与递送压力之间的差值。通过以动态方式操作，在其中管道压力偏离其最高值的情况下可以实现节能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】通过空气的深冷分离生产空气气体的方法PCT专利申请相关申请本申请要求在2016年6月30日提交的美国临时申请序列号62/356,962的优先权，该美国临时申请通过引用以其全文结合于此。
本专利技术总体上涉及一种用于有效操作空气分离设备的方法和设备，该设备将其产物中的至少一种进料到管道中。
技术介绍
空气分离设备将大气空气分离成其主要成分：氮气和氧气，以及偶尔氩气、氙气和氪气。这些气体有时被称为空气气体。典型的深冷空气分离过程可以包括以下步骤：(1)过滤空气，以便除去可能损坏主空气压缩机的大微粒；(2)在主空气压缩机中压缩预过滤的空气并且使用级间冷却以从压缩空气冷凝出一些水；(3)使压缩空气流通过前端净化单元以除去残留的水和二氧化碳；(4)在热交换器中通过与来自深冷蒸馏柱的工艺流的间接热交换来冷却净化的空气；(5)使至少一部分冷空气膨胀，以为系统提供制冷；(6)将冷空气引入蒸馏柱用于其中的精馏；(7)从柱的顶部收集氮(通常呈气体)并且从柱的底部收集呈液体的氧。在某些情况下，空气分离单元(“ASU”)可用于将其空气气体之一供应到附近的管道(例如，氧气或氮气管道)，以便供应一个或多个没有位于紧邻ASU附近的客户。在供应本地管道的典型ASU中，常见的是使用利用内部压缩(泵送)循环的工艺配置，在氧气管道的情况下，这意指将从较低压力柱产生的液氧从低压泵送至高于该管道压力的压力并在热交换器内蒸发，最常见的是针对来自增压空气压缩机(“BAC”)或主空气压缩机(“MAC”)的高压空气流。如在此使用的，增压空气压缩机是位于净化单元下游的二级空气压缩机，出于有效地蒸发产物液氧流的目的被用于使一部分主空气进料增压。在正常条件下，向氧气管道进料氧气的ASU被设计用于在恒定压力下产生氧气。这是因为ASU在稳态条件下最有效率地操作。但是，管道不能在恒定压力下操作。例如，氧气管道在一天内在400与600psig之间(即，约200psig的压力变化)操作并不罕见。这可由于可变的客户需求和/或对管道的可变供应而发生。在迄今为止已知的现有技术中，通常设计ASU以提供在高于对于管道预期的最高压力的恒定压力下的氧气。为了解决与管道压力变化相关的问题，通常就在将氧气引入管道之前跨过控制阀降低气态氧的压力以与管道的压力大致匹配。然而，在管道压力低于ASU的设计压力的任何时候，此方法遭受低效率。因此，将有利的是提供以更有效的方式操作的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术是针对满足这些需求中的至少一项的方法和设备。在一个实施例中，本专利技术可以包括一种用于调节空气气体(例如，氮气和氧气)的一个或多个生产压力以符合管道压力、从而当管道压力降低时减少功率消耗的方法。在一个实施例中，此种低效率可以通过以下方式被最小化：设计ASU中使用的设备(例如，主热交换器、液氧(“LOX”)泵、BAC、MAC等)，以具有足够的灵活性以能够在基于管道压力的不同压力水平下递送气态氧(“GOX”)。在另一个实施例中，该方法和设备可以包括工艺控制策略，以自动且连续地调节从主热交换器出来的GOX产物压力以符合管道压力。在另一个实施例中，由于可以调节GOX产物压力以匹配氧气管道，因此可以调节BAC的排出压力以匹配加压的LOX的加热曲线。本领域技术人员还将认识到，如果该单元不使用BAC，则可以以类似的方式调节MAC的排出压力。在一个具体的实施例中，该设备可以包括设置为100％打开的自动管道GOX进料阀，其中GOX流由流量指示器控制器(“FIC”)控制，该流量指示器控制器可操作以实现随LOX泵速度的改变。BAC的排出压力可以基于通过控制回路、优选前馈控制回路的实际ASUGOX压力。随着管道压力降低，BAC以及LOX泵的排出压力将减小，从而提供显著的节能。此外，整个ASU工艺的稳定性不会受到由于这些动态工艺条件的影响。这主要是由于ASU具有比管道更快的动力学，因为管道经常含有如此大量的气体；相对而言，压力变化慢。在其他实施例中，管道可以是氮气管道，该氮气管道由通过内部压缩过程产生的高压气态氮(“GAN”)进料。控制策略也可以使用任何可以允许GOX和/或GAN压力自动符合管道的替代控制方案来实施。例如，通过控制跨过产物控制阀到管道的压差，可以调节ASU产物压力以符合管道。在一个实施例中，跨过产物控制阀的压差小于5psi。在另一个实施例中，ASU产物压力在管道压力的5psi内，从而允许产物控制阀保持完全打开，导致跨过产物控制阀的压力损失最小。在一个实施例中，用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法可以包括以下步骤：a)将空气压缩到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流，该压缩的湿空气流具有第一压力Po；b)在前端净化系统内将该压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流；c)在增压压缩机中压缩该干燥空气流的第一部分以形成增压空气流，该增压空气流具有第一增压压力PB1；d)在有效分离空气以形成空气气体产物的条件下将该干燥空气流的第二部分和该增压空气流引入冷箱中，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；e)从该冷箱中抽取出该空气气体产物，该空气气体产物具有第一产物压力PP1；f)将该空气气体产物引入管道中，其中该管道被配置成将该空气气体产物输送到位于该管道下游的位置，其中该管道在管道压力PPL下操作，其中将该空气气体产物在第一递送压力PD1下引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力PPL；以及h)基于该管道压力PPL调节该冷箱内的一个或多个压力设定点。在通过空气的深冷分离生产空气气体的方法的任选实施例中：·步骤h)的该一个或多个压力设定点是第一产物压力PP1；·调节第一增压压力PB1，使得第一递送压力PD1与管道压力PPL之间的差值低于给定阈值；·该阈值小于5psi、优选小于3psi；·冷箱包括主热交换器、具有由较低压力柱和较高压力柱构成的双柱的柱系统、布置在较低压力柱的底部的冷凝器、以及液氧泵；·该空气气体产物是氧气并且该管道是氧气管道；·液氧泵将来自较低压力柱的液氧加压至第一产物压力PP1；·基于监测的管道压力PPL调节第一产物压力PP1；·基于第一产物压力PP1调节第一增压压力PB1；和/或·该空气气体产物是氮气并且该管道是氮气管道。在本专利技术的另一个方面，一种通过空气的深冷分离生产空气气体的方法可以包括第一操作模式和第二操作模式，其中在第一操作模式和第二操作模式期间，该方法包括以下步骤：在有效使用柱系统深冷分离该空气流以形成空气气体产物的条件下将净化且压缩的空气流送至冷箱，其中该净化且压缩的空气流在进入该冷箱时处于进料压力PF下，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；在产物压力PPO下抽取出该空气气体产物；在递送压力PDO下将该空气气体产物递送到空气气体管道，其中该空气气体管道具有管道压力PPL；其中在该第二操作模式期间，该方法进一步包括以下步骤：监测管道压力PPL；以及减小管道压力PPL与递送压力PDO之间的差值。在通过空气的深冷分离生产空气气体的方法的任选实施例中：·减小管道压力PPL与递送压力PDO之间的差值的步骤进一步包括调节产物压力PPO；·减小管道压力PPL与递送压力PDO之间的差值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法，该方法包括以下步骤：a)将空气(2)压缩(10)到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流(12)，该压缩的湿空气流具有第一压力Po；b)在前端净化系统(20)内将该压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流(12)相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流(22)；c)在增压压缩机(30)中压缩该干燥空气流的第一部分(24)以形成增压空气流(32)，该增压空气流具有第一增压压力PB1；d)在有效分离空气以形成空气气体产物(42)的条件下将该干燥空气流的第二部分(26)和该增压空气流引入冷箱(40)中，该空气气体产物具有第一产物压力PP1，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；e)从该冷箱中抽取出该空气气体产物；f)将该空气气体产物引入管道(60)中，其中该管道被配置成将该空气气体产物输送到位于该管道下游的位置，其中该管道在管道压力PPL下操作，其中将该空气气体产物在第一递送压力PD1下引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力PPL(PI3)；以及h)基于该管道压力PPL调节该冷箱内的一个或多个压力设定点。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 62/356,962;2016.12.19 US 15/382,902;1.一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法，该方法包括以下步骤：a)将空气(2)压缩(10)到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流(12)，该压缩的湿空气流具有第一压力Po；b)在前端净化系统(20)内将该压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流(12)相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流(22)；c)在增压压缩机(30)中压缩该干燥空气流的第一部分(24)以形成增压空气流(32)，该增压空气流具有第一增压压力PB1；d)在有效分离空气以形成空气气体产物(42)的条件下将该干燥空气流的第二部分(26)和该增压空气流引入冷箱(40)中，该空气气体产物具有第一产物压力PP1，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；e)从该冷箱中抽取出该空气气体产物；f)将该空气气体产物引入管道(60)中，其中该管道被配置成将该空气气体产物输送到位于该管道下游的位置，其中该管道在管道压力PPL下操作，其中将该空气气体产物在第一递送压力PD1下引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力PPL(PI3)；以及h)基于该管道压力PPL调节该冷箱内的一个或多个压力设定点。2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤h)的该一个或多个压力设定点是该第一产物压力PP1。3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，调节该第一增压压力PB1，使得该第一递送压力PD1与该管道压力PPL之间的差值低于给定阈值，其中该给定阈值优选小于5psi、更优选小于3psi。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该冷箱包括主热交换器(80)、具有由较低压力柱(140)和较高压力柱(120)构成的双柱的柱系统(110)、布置在该较低压力柱的底部的冷凝器(150)、以及液氧泵(160)。5.如权利要求4所述的方法，其中，该空气气体产物是氧气并且该管道是氧气管道，并且其中，该液氧泵将来自该较低压力柱的液氧加压到该第一产物压力PP1。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于该监测的管道压力PPL调节该第一产物压力PP1。7.如权利要求6所述的方法，其中，基于该第一产物压力PP1调节该第一增压压力PB1。8.如权利要求4所述的方法，其中，该空气气体产物是氮气并且该管道是氮气管道。9.一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法，该方法包括第一操作模式和第二操作模式，其中，在该第一操作模式和该第二操作模式期间，该方法包括以下步骤：在有效使用柱系统(110)深冷分离该空气流以形成空气气体产物(42)的条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：保罗·孔，范惠明，温迪·伊普，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国,FR