用于在低温下分离的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于通过在低温下分离而分离空气的方法，其中：使用磁热效应的第一热泵(31)在低于环境温度下的冷源和低于环境温度下的热源之间交换热量，从而提供至少一些分离能；使用磁热效应的第二热泵(21)在低于环境温度下的冷源(15)和环境温度下的热源之间交换热量，从而提供至少一些维持该方法的制冷平衡所需的冷却，分离发生在单个塔(19)中，单个塔的压力低于2bara。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及用于在低温(cryogenictemperature)下分离的方法和装置。分离可为通过蒸馏和/或通过分凝和/或通过吸收分离。用于这种分离的设备将被称为“塔”。因此，塔可以是例如蒸馏塔和吸收塔。缩减到其最简单的表达，其可为相分离器。或者，塔也可以是在其中发生分凝的装置。磁制冷依赖于使用显示出磁热效应的磁性材料。可逆的，当这些材料经受施加外部磁场时，这种效应通过这些材料的温度变化表现出来。这些材料用于其内的最佳范围位于其居里温度(Tc)附近。这是因为在磁化上的变化越大，以及由此在磁熵上变化越大，在它们的温度上的变化就越大。当将材料放置在磁场中时材料的温度上升时，则认为磁热效应是直接的，当将材料放置在磁场中时材料冷却，则认为磁热效应是间接的。在说明书的其余部分将针对直接的情形给出，但对本领域技术人员而言，如何将其再应用到间接的情形是显而易见的。有许多热力循环基于该原理。常规的磁制冷循环包括ⅰ)磁化材料以增加它的温度，ⅱ)在恒定磁场冷却该材料来散热，ⅲ)将该材料去磁以将其冷却，和iv)在恒定的磁场(通常为零磁场)中加热材料以吸收热量。磁制冷装置采用由磁热材料制成的元件，当被磁化时其产生热量且当被去磁时其吸收热量。可以采用磁热材料再生器以放大“热源”和“冷源”之间的温度差：磁制冷从而被认为是使用活性磁再生的磁制冷。从EP-A-2551005可知如何使用磁热效应来为在低于环境温度下分离的方法提供冷却。>US-A-6502404描述了使用磁热效应(代替传统的使用膨胀涡轮)以向用于分离空气气体的低温方法提供冷却(需要来提供方法的制冷平衡)，通常通过加压空气供给的分离能允许操作双塔的蒸发器-冷凝器(在氮气发生器的情况下，能够将低压塔缩减为简单的蒸发器)。分离(蒸馏)部分地在压力下进行，通常在中压塔中5和6bara之间。本专利技术解决如何完全在非常低的压力下、待分离的流体不携带用于分离和用于保持过程冷却的能量(以压力的形式)下进行分离的问题。用于分离的能量和用于保持冷却的能量通过热泵提供，不取决于待分离的流体及其压力。人们早已知道如何使用同一个电路既为蒸馏塔的再沸器提供热又为该同一塔的冷凝器提供千卡/时(frigories)。US-A-2916888公开了烃的蒸馏的一个例子。热泵是热力学装置，其允许将一定量的热量从被认为是“发射器”并被称为“冷源”的介质(从其中取出热量)传送至被认为是“接收器”并被称为“热源”的介质(向其供给热量)，冷源处于比热源更冷的温度。对于这类应用，在现有技术中使用的常规循环为将制冷流体压缩-冷却(冷凝)-膨胀-再加热(蒸发)的热力学循环。标题为“TECHNIQUESDEL’INGENIEUR-Réfrigérationmagnétique[Engineeringtechniques-Magneticrefrigeration]2005”的文件的图12显示，与常规循环相比，用磁循环的制冷系统的性能系数提高了2倍。由于待分离的组分之间的更大的挥发性，在低压下或几乎在接近大气压下分离是更容易的。通过组合该效果和应用磁热效应的热泵的非常良好的性能，能够得到具有非常好的分离能的方法。此外，在低温下或甚至在接近大气压的压力下分离，使得在设计和分离装置的设备的机械完整性上简化，从而降低其成本。环境温度为所述方法所处于的环境空气的温度，或可选地，为与空气温度相连接的冷却水回路的温度。“低于环境温度”是指比环境温度低至少10℃。低温为低于-50℃。本专利技术的第一主题提供一种用于通过在低温下分离而分离空气的方法，其中：a.至少一个被称为分离热泵的第一热泵，在低温下的第一冷源和低温下的第一热源之间直接或间接地交换热量，从而提供至少一些分离能，和b.至少一个被称为制冷平衡热泵的第二热泵，在第一低温下的第二冷源和比第一温度更高的温度下(例如环境温度下)的第二热源之间直接或间接地交换热量，从而提供至少一些维持该方法的制冷平衡所需的冷却，分离发生在单个塔或塔组中，单个塔的压力或塔组塔的压力低于2bara，优选低于1.5bara，优选至少在与大气压的差别仅在于连接一个或多个塔与大气的元件的压头损失的压力下，第一冷源和第一热源直接或间接地热连接至单个塔或塔组中的一个塔，其特征在于，第一和第二热泵使用磁热效应，以及第二冷源由待在单个塔或塔组中分离的空气(7)或包括来自单个塔(19)或塔组塔的流体组成。根据其他任选的特征：-被称为分离热泵的第一热泵直接或间接地将热量从塔的顶部，优选通过将塔的气体冷凝，传递至塔的底部，优选通过蒸发单个塔的液体；-被称为分离热泵的第一热泵直接或间接地在塔组塔中将热量，优选通过将塔组塔中的气体冷凝，传递至塔组塔，优选通过在塔组塔中蒸发；-第一和第二热泵经由单个塔彼此热连接；-其中在将空气引入单个塔或塔组塔中之前，第二热泵至少部分直接或间接地冷凝空气；-在将空气的完全冷凝的部分引入单个塔或塔组塔中之前，第二热泵直接或间接地完全冷凝部分空气，优选在其余部分的空气的供给之上；-通过最终产物的方式，所述方法生产至少一种富含混合物的某个组分的气体；-通过最终产物的方式，所述方法生产至少一种富含混合物的某个组分的液体；-被称为制冷平衡热泵的第二热泵在热交换器中，通过与第二热泵的传热流体之间的热交换，直接或间接地冷却或冷凝来自单个塔或塔组塔的流体；-第一热泵和第二热泵没有共同的热交换器-至少使得待分离的流体和/或来自单个塔或塔组塔的分离的流体与第一和第二热泵之一的磁热材料直接接触；-热交换至少部分地在待分离的流体和/或来自所述塔或塔组塔的分离的流体与传热流体之间通过交换器进行，所述传热流体已与第一和第二热泵之一的磁热材料接触；-热交换至少部分地在待分离的流体和/或来自所述塔或塔组塔的分离的流体与传热流体之间通过中间传热回路进行，所述传热流体已与第一和第二热泵的磁热材料接触。本专利技术的另一主题提供一种用于使用在低于环境温度下或甚至在低温下分离的方法分离混合物(例如空气气体)的装置，所述装置包括在其中发生低于环境温度或甚至低温分离的单个塔或塔组，用于将混合物(例如空气气体)输送至所述塔或塔组塔的设施，用于从所述塔或塔组的一个塔中取出至少一种富含混合物的某个组分的流体的设施，至少被称为分离热泵的使用磁热效应的第一热泵，所述第一热泵用于在低于环境温度下或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过在低温下分离而分离空气的方法，其中：a)至少一个被称为分离热泵的使用磁热效应的第一热泵(31)在低温下的第一冷源(39，41A)和低温下的第一热源(37，29A，55)之间直接或间接地交换热量，从而提供至少一些分离能，和b)被称为制冷平衡热泵的使用磁热效应的至少第二热泵(21)在第一低温下的第二冷源(15，23，53)和比第一温度更高的温度下例如环境温度下的第二热源(51)之间直接或间接地交换热量，从而提供至少一些维持该方法的制冷平衡所需的冷却，分离发生在单个塔(19)或塔组中，单个塔的压力或塔组塔的压力低于2bara，优选低于1.5bara，优选至少在与大气压的差别仅在于连接一个或多个塔与大气的元件的压头损失的压力下，第一冷源和第一热源直接或间接地热连接至该单个塔或塔组中的一个塔，其特征在于，第一和第二热泵使用磁热效应，以及第二冷源由待在该单个塔或塔组中分离的空气组成、或由来自该单个塔(19)或来自塔组塔的流体组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.10 FR 1358666;2013.09.10 FR 1358667;2013.01.一种用于通过在低温下分离而分离空气的方法，其中：
a)至少一个被称为分离热泵的使用磁热效应的第一热泵(31)在
低温下的第一冷源(39，41A)和低温下的第一热源(37，29A，55)之间
直接或间接地交换热量，从而提供至少一些分离能，和
b)被称为制冷平衡热泵的使用磁热效应的至少第二热泵(21)在第
一低温下的第二冷源(15，23，53)和比第一温度更高的温度下例如环境
温度下的第二热源(51)之间直接或间接地交换热量，从而提供至少一些
维持该方法的制冷平衡所需的冷却，分离发生在单个塔(19)或塔组中，
单个塔的压力或塔组塔的压力低于2bara，优选低于1.5bara，优选至少在
与大气压的差别仅在于连接一个或多个塔与大气的元件的压头损失的压
力下，第一冷源和第一热源直接或间接地热连接至该单个塔或塔组中的一
个塔，其特征在于，第一和第二热泵使用磁热效应，以及第二冷源由待在
该单个塔或塔组中分离的空气组成、或由来自该单个塔(19)或来自塔组
塔的流体组成。
2.根据权利要求1所述的方法，其中被称为分离热泵的第一热泵(31)
直接或间接地将热量从单个塔(19)或塔组塔的顶部，优选通过将该塔或
塔组塔的气体冷凝，传送至该塔或塔组塔的底部，优选通过蒸发该单个塔
或塔组塔的液体。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第一和第二热泵经由
该单个塔彼此热连接。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在将空气引入单个
塔(19)或塔组塔中之前，第二热泵(21)直接或间接地至少部分冷凝空
气。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中在将空气的完全冷
凝的部分引入单个塔(19)或塔组塔中之前，优选在其余部分的空气的供
给之上，第二热泵(21)直接或间接地完全冷凝部分空气。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中被称为制冷平衡热泵

\t的第二热泵(21)在热交换器(17)中直接或间接地冷却或冷凝来自单个
塔(19)或来自塔组塔的流体，允许在流体和第二热泵的传热流体之间的<...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·卡登，A·科雷亚阿纳克莱托，B·达维迪安，C·历克斯，B·索尼耶，
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