用于通过低温分离空气以可变液体产量和功率使用来产生空气气体的方法和设备技术

一种用于通过低温分离空气来产生空气气体的方法和设备，该方法可以包括以下步骤：在对于低温分离经净化且经压缩的空气流有效的条件下将该空气流输送至冷箱中以使用塔系统来形成空气气体产物，其中，该经净化且经压缩的空气流在进入该冷箱中时处于给送压力；抽出处于产物压力下的氧；以递送压力将氧递送至氧管道中，其中，该氧管道具有管道压力；并且监测该管道压力。该方法还可以包括控制器，该控制器被配置用于判定以功率节省模式还是以可变液体产量模式来操作。通过以动态方式来操作该方法，可以在管道压力偏离其最高值的情形下实现功率节省和/或额外的高价值低温液体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于通过低温分离空气以可变液体产量和功率使用来产生空气气体的方法和设备相关申请本申请要求于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，该申请的全部内容通过援引并入本文。
本专利技术总体上涉及一种用于有效地操作空气分离装置的方法和设备，该空气分离装置将其产物中的至少一种给送至外部管道。
技术介绍
空气分离装置将大气分离成其主要成分：氮气和氧气，偶尔还有氩气、氙气和氪气。这些气体有时被称为空气气体。典型的低温空气分离过程可以包括以下步骤：(1)将空气过滤以去除可能损坏主空气压缩机的大颗粒；(2)在主空气压缩机中压缩经预先过滤的空气、并且使用级间冷却来从经压缩空气中冷凝出一些水；(3)使经压缩空气流穿过前端净化单元以去除残余水和二氧化碳；(4)在热交换器中通过与来自低温蒸馏塔的工艺流的间接热交换来冷却经净化空气；(5)将冷空气的至少一部分膨胀以便为该系统提供制冷；(6)将该冷空气引入蒸馏塔中以在其中进行精馏；(7)从塔顶收集氮(典型地作为气体)并从塔底作为液体来收集氧。在某些情况下，空气分离单元(“ASU”)可以用于将其一种空气气体供应给附近的管道(例如，氧或氮管道)，以供应一个或多个不是紧邻ASU的客户。在供应本地管道的典型ASU中，通常使用利用了内部压缩(泵送)循环的过程配置，在氧管道的情况下，这意味着从低压塔产生的液态氧从低压泵送至比该管道的压力更高的压力并在热交换器内汽化、最常见的是相对于来自增压空气压缩机(“BAC”)或来自主空气压缩机(“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，该二级空气压缩机用于将主空气进料的一部分增压以用于将产物液态氧流有效汽化的目的。在正常条件下，向氧管道给送氧的ASU被设计用于在恒定压力下产生氧。这是因为ASU在稳态条件下运行效率最高。然而，管道并不在恒定压力下操作。例如，在一天内，氧管道在400和600psig之间(即，约200psig的压力变化)操作并不罕见。这可能由于变化的客户需求、对管道的变化的供应和/或变化的管道液压而发生。在迄今已知的现有技术中，通常做法是将ASU设计成在高于管道预期的最高压力的恒定压力下提供氧气。为了解决与管道压力变化相关的问题，通常做法是在将氧气引入管道之前降低控制阀上的气态氧压力以大致匹配该管道的压力。然而，只要管道压力低于ASU的设计压力，该方法就会出现效率低下的问题。因此，有利的是提供一种以更有效的方式运行的方法和设备。
技术实现思路
本专利技术是一种针对满足这些需求中的至少一个需求的方法和设备。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，氮和氧)的(多个)产生压力以符合管道的压力，由此在管道压力减小时减小功率消耗和/或增大液体产量的方法。在一个实施例中，可以通过将ASU中使用的设备(例如，主热交换器、液氧(“LOX”)泵、BAC、MAC等)设计成具有足够灵活性而能够在基于管道压力的不同压力水平下递送气态氧(“GOX”)，来将这种低效率问题最小化。在另一个实施例中，该方法和设备可以包括过程控制策略以自动地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，由于可以将GOX产物压力调节成与氧管道相匹配，因此可以将BAC的排放压力调节成与经加压的LOX的加热曲线相匹配。本领域技术人员还认识到，如果该单元不使用BAC，则可以用类似的方式来调节MAC的排放压力。在一个特定的实施例中，该设备可以包括被设定为100％打开的自动管道GOX给送阀，其中GOX流量是由流量指示器控制器(“FIC”)控制的，该控制器可操作来随着LOX泵速度而引起变化。BAC的排放压力可以基于实际ASUGOX压力、通过控制环路、优选前馈控制环路实现。随着管道压力减小，BAC、以及LOX泵的排放压力将减小，由此提供显著的功率节省。另外，由于这些动态过程条件，整个ASU过程的稳定性不会受到影响。这主要是由于ASU的动力学比管道更快，因为管道通常包含如此大体积的气体；压力变化相对而言慢。在其他实施例中，管道可以是被供以高压气态氮(“GAN”)的氮管道，该高压气态氮通过内部压缩过程而产生。该控制策略还可以使用可以允许GOX和/或GAN压力自动遵循管道的任何替代性控制方案来实施。例如，可以通过控制到管道的产物控制阀上的压力差来调节ASU产物压力以遵循管道。在一个实施例中，产物控制阀上的压力差小于5psi。在另一个实施例中，ASU产物压力在管道压力的5psi内，由此允许产物控制阀保持完全打开，从而将产物控制阀上的压力损失最小化。在另一个实施例中，该方法可以通过基于管道压力的变化来改变液体产量水平而进一步克服低效率。在本专利技术的某些实施例中，通过将包括主交换器、LOX泵、MAC以及BAC等在内的设备设计成具有足够灵活性而能够根据管道压力来递送不同压力水平的GOX、并且通过实施过程控制策略来自动且连续地调节GOX产物压力以符合管道压力，消除了这种低效率。在该特定实现方式中，自动管道GOX给送阀可以设定为100％打开，并且GOX流量可以通过操纵LOX泵速度的流量指示器控制器(“FIC”)来控制。递送点处的GOX管道越低，来自冷箱的GOX压力就越低。通过降低来自冷箱的GOX产物压力可以实现的一个效率增益是，在不改变MAC或BAC的操作条件设定点的情况下，增加液态产物(液态氧(“LOX”)和/或液态氮(“LIN”))的产量。通过减少制冷损失实现了额外的液体产量。例如，通过在减压下运行LOX泵，LOX泵将对该过程产生较少的热量输入。另外，LOX的降低的压力产生自由压缩的较少制冷损失。第三，穿过热交换器的较低压力LOX在热交换器内产生较小的暖端温差损失，这实现了额外冷度回收的增益。所有这三个因素都有助于提供额外的可用制冷，从而允许实现增加的液体产量(例如，液态氮和/或液态氧)。值得注意的是，这种增加的制冷不需要任何额外的压缩或膨胀步骤，并且因此，在功率使用方面没有典型增加的情况下实现了额外的液体产量。例如，当来自液氧泵的氧产物降低至450psig时，产生600psigGOX的1500st/dO2ASU可以产生约4150scfh的额外液态氮。ASU过程的整体稳定性不会受到这种压力变化的影响，因为ASU过程的动力学通常比管道更快，并且管道通常本质上包含大的缓冲器并且压力变化只能缓慢地发生。虽然仅针对被送到氧管道的GOX产物描述了本专利技术的某些实施方案，但是该概念可以容易地应用于通过内部压缩过程产生的任何产物，例如高压气态氮(GAN)。该控制策略可以使用可以允许GOX和/或GAN压力自动遵循管道的任何替代性控制方案来容易地实施。例如，可以通过控制到管道的产物控制阀上的压力差来调节ASU产物压力以遵循管道。例如，代替直接测量来自冷箱的气态产物的压力，使用者可以测量产物控制阀上的压降，并且使用控制装置来通过调节从该冷箱出来的气体的压力而获得控制阀上的压降的希望设定点(例如，如果GOX是产物流，则可以调节液氧泵直至产物控制阀上的压降处于或低于希望阈值)。在一个实施例中，产物控制阀上的压力差小于5psi、更优选地小于3psi、更优选地小于1psi。在另一个实施例中，ASU产物压力在管道压力的5psi本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于通过低温分离空气来产生空气气体的方法，该方法包括以下步骤：a)将空气(2)压缩(10)到适合于对空气进行低温精馏的压力以产生经压缩的湿润空气流(12)，该经压缩的湿润空气流具有第一压力Po；b)在前端净化系统(20)内从该经压缩的湿润空气流中净化出水和二氧化碳，以产生与该经压缩的湿润空气流(12)相比具有减少量的水和二氧化碳的干燥空气流(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)在对于分离空气有效的条件下，将该干燥空气流的第二部分(26)和该增压空气流(32)引入冷箱(40)中以形成空气气体产物(42)，其中，该空气气体产物选自由以下各项组成的组：氧、氮、及其组合；e)从该冷箱中抽出该空气气体产物，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(60)中，其中，该管道被配置用于将该空气气体产物输送至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，该空气气体产物在第一递送压力PD1下被引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力PPL(PI3)；h)确定使用步骤g)的管道压力PPL进行操作的操作模式，其中，该操作模式选自由以下各项组成的组：可变功率使用、可变液体产量、及其组合，其中，在该操作模式是可变功率使用的时间段期间，该方法进一步包括以下步骤：i)基于该管道压力PPL来调节该冷箱内的一个或多个压力设定点，其中，在该操作模式是可变液体产量的时间段期间，该方法进一步包括以下步骤：j)基于该管道压力PPL来调节该冷箱的一个或多个压力设定点；并且k)基于在步骤j)中调节的该一个或多个压力设定点来调节该冷箱的液体产量。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.30 US 62/356,955;2017.06.28 US 15/635,9191.一种用于通过低温分离空气来产生空气气体的方法，该方法包括以下步骤：a)将空气(2)压缩(10)到适合于对空气进行低温精馏的压力以产生经压缩的湿润空气流(12)，该经压缩的湿润空气流具有第一压力Po；b)在前端净化系统(20)内从该经压缩的湿润空气流中净化出水和二氧化碳，以产生与该经压缩的湿润空气流(12)相比具有减少量的水和二氧化碳的干燥空气流(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)在对于分离空气有效的条件下，将该干燥空气流的第二部分(26)和该增压空气流(32)引入冷箱(40)中以形成空气气体产物(42)，其中，该空气气体产物选自由以下各项组成的组：氧、氮、及其组合；e)从该冷箱中抽出该空气气体产物，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(60)中，其中，该管道被配置用于将该空气气体产物输送至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，该空气气体产物在第一递送压力PD1下被引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力PPL(PI3)；h)确定使用步骤g)的管道压力PPL进行操作的操作模式，其中，该操作模式选自由以下各项组成的组：可变功率使用、可变液体产量、及其组合，其中，在该操作模式是可变功率使用的时间段期间，该方法进一步包括以下步骤：i)基于该管道压力PPL来调节该冷箱内的一个或多个压力设定点，其中，在该操作模式是可变液体产量的时间段期间，该方法进一步包括以下步骤：j)基于该管道压力PPL来调节该冷箱的一个或多个压力设定点；并且k)基于在步骤j)中调节的该一个或多个压力设定点来调节该冷箱的液体产量。2.如权利要求1所述的方法，其中，该确定该操作模式的步骤进一步包括：提供过程控制器(55)，该过程控制器被配置用于访问选自下组的过程条件，该组由实时电价数据、本地液体库存、及其组合组成。3.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤i)和j)的该一个或多个压力设定点是第一产物压力PP1。4.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在该操作模式是可变液体产量的时间段期间，在步骤j)和k)期间，该第一增压压力PB1保持基本上恒定。5.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，在该操作模式是可变功率使用的时间段期间，将该第一增压压力PB1调节成使得该第一递送压力PD1与该管道压力PPL之差低于给定阈值，其中，该给定阈值优选地小于5psi、更优选地小于3psi。6.如以上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)；具有由低压塔(140)和高压塔(120)构成的双塔(110)的塔系统；被布置在该低压塔的底部分处的冷凝器(150)；以及液氧泵(160)。7.如权利要求6所述的方法，其中，该空气气体产物是氧，并且该管道是氧管道，并且其中，该液氧泵将来自该低压塔的液氧加压至该第一产物压力PP1。8.如以上权利要求中任一项所述的方法，其中，基于所监测到的管道压力PPL来调节该第一产物压力PP1。9.如权利要求8所述的方法，其中，基于该第一产物压力PP1来调节该第一增压压力PB1。10.一种用于通过低温分离空气来产生空气气体的方法，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：在对于低温分离经净化且经压缩的空气流(26，32)有效的条件下将该空气流输送至冷箱(40)中以使用塔系统(110)来形成空气气体产物(42)，其中，该经净化且经压缩的空气流在进入该冷箱中时处于给送压力PF，其中，该空气气体产物选自由以下各项组成的组：氧、氮、及其组...

【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