采用联合增压压缩和多组分制冷压缩的低温空气分离系统技术方案

一种低温空气分离系统，其中通过具有一个或一个以上增压压缩机和多组分制冷剂流体回路的多组分制冷剂流体压缩机的桥机提供压能，桥机的所有压缩机均由单一齿轮箱所提供的动力来驱动。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

总体而言，本专利技术涉及低温空气分离，更具体地说，本专利技术涉及在低温空气分离系统操作中流体的压缩。因此，本专利技术的目标之一是提供一种具有改进的压缩布置的低温空气分离系统。本专利技术的另一个方面是通过进料空气的低温精馏生产至少一种产品的方法，它包括(A)将进料空气压缩至基础负荷的压力以得到基础负荷进料空气，并使至少一些基础负荷进料空气流过一个或一个以上增压压缩机；(B)将进料空气从增压压缩机送入具有至少一个塔的低温空气分离设备；(C)在多组分制冷剂流体压缩机中压缩多组分制冷剂流体并膨胀压缩后的多组分制冷剂流体以产生制冷作用；(D)将由多组分制冷剂流体的膨胀所产生的制冷作用送入低温空气分离设备；(E)通过单一齿轮箱为增压压缩机和多组分制冷剂流体压缩机的运转提供能量；和(F)在低温空气分离设备内通过低温精馏分离进料空气以生产至少一种产品。此处所用的术语“制冷作用”指的是从低温系统(如低温分离过程)的热排放至环境大气的能力。此处所用的术语“低温空气分离设备”指的是通过低温精馏对进料空气进行分馏的设施，包括一个或一个以上的塔及其附属的管道、阀门和热交换设备。此处所用的术语“进料空气”指的是主要包括氧气、氮气和氩气的混合物，如环境空气。此处所用的术语“膨胀”指的是实施压力的减少。此处所用的术语“产品氮”指的是氮的浓度至少为99％(摩尔)的流体。此处所用的术语“产品氧”指的是氧的浓度至少为70％(摩尔)的流体。此处所用的术语“产品氩”指的是氩的浓度至少为70％(摩尔)的流体。此处所用的术语“大气气体”指的是以下的一种氮(N2)、氩(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、氦(He)和一氧化二氮(N2O)。此处所用的术语“可变负荷的制冷剂”指的是两种或两种以上组分的制冷剂混合物，这些组分的比例使得其液相在混合物的泡点与露点之间经历一个连续和升高的温度变化。混合物的泡点是在给定的压力下的温度，其中混合物全部为液相，但加入热量后将引发形成与液相平衡的汽相。混合物的露点是在给定的压力下的温度，其中混合物全部为汽相，但提取出热量后将引发形成与汽相平衡的液相。因此混合物的泡点与露点之间的温度区域为液相与汽相平衡共存的区域。在本专利技术的实践中，可变负荷的制冷剂的泡点与露点之间的温度差至少为10℃、优选至少为20℃、最优选至少为50℃。此处所用的术语“塔”指的是蒸馏或分馏塔或区，也即接触塔或区，其中如通过使汽相与液相在一系列安装在塔内的垂直放置的塔盘或塔板和/或填充元件如结构填料或无规填料上进行接触，使液相与汽相逆流接触来实施流体混合物的分离。对于蒸馏塔进一步的讨论可参见Chemical Engineer’s Handbook，第5版，R.H Perry和C.H.Chilton编，McGraw-Hill Book Company，New York，第13节，连续蒸馏法。术语“双塔”用来指高压塔的上部与低压塔的下部具有热交换关系。关于双塔的进一步讨论可参见Ruheman的“气体分离”，OxfordUniversity Press，1949年，第VII章，工业气体分离。蒸汽与液体接触分离法取决于各组分不同的蒸汽压。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)的组分将倾向浓缩于汽相，而低蒸汽压(或不易挥发或高沸点)组分则倾向浓缩于液相。部分冷凝是可利用冷却蒸汽混合物来将易挥发组分浓缩于汽相因而不易挥发的组分浓缩于液相的分离方法。精馏(或连续蒸馏)是通过对汽相及液相进行逆流处理获得连续部分汽化和部分冷凝的分离方法。汽相与液相的逆流接触通常是绝热的，可以包括各相之间的积分(分阶段的)接触或微分(连续的)接触。利用精馏的原理分离混合物的分离工艺设备通常可互换地称为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种至少部分在不超过150°开尔文(K)的温度下进行的精馏方法。此处所用的术语“间接热交换”指的是各种流体之间在没有任何物理接触或相互混合的情况下使两种流体具有热交换关系。此处所用的术语“汽轮膨胀”和“汽轮骤冷器”分别意指高压气体流经轴向或径向汽轮机以降低该气体的压力和温度籍此产生制冷作用的方法与装置。此处所用的术语“压缩机”指的是用于增加气体压力的设备。此处所用的术语“增压压缩机”指的是将进料空气的压力增加至其压力大于基础负荷的压力的压缩机。此处所用的术语“产品锅炉”指的是热交换器，其中通过与进料空气进行间接热交换将来自低温空气分离设备的液体(通常压力增加)汽化。产品锅炉可以是独立应用的单元，也可以与冷却进料空气所用的热交换器结合使用。此处所用的术语“汽轮增压压缩机”指的是通常用来提高气体(通常为一部分进料空气)压力、用来增进过程制冷作用的旋转叶轮单元的压缩机。使气体汽轮膨胀以产生制冷作用。此处所用的术语“产品锅炉增压压缩机”指的是通常用来提高气体(通常为一部分进料空气)压力、用来汽化液体以提供气体产品的旋转叶轮单元的压缩机。一般对液体实施加压以便得到压力增加的汽化气体。此处所用的术语“齿轮箱”指的是在能量供应者(即电动马达、蒸汽涡轮和气体骤冷器)与能量使用者(即气体压缩机、发电机)之间传送轴能(shaft energy)的设备。齿轮箱是一个对每个能量单元提供最佳轴速度的各个齿轮和及齿轮相关轴的整体组合。图2是可用于本专利技术实践的压缩系统及其组合成低温空气分离系统的一个实施方案的更详尽的描述。附图中对于共同元件的编号都是相同的。桥机以有效的方式向低温空气分离设备提供一定的压能，使得能够回收一种或一种以上超过标称的高压气态产品，同时也能得到超过标称数量的液体。此外，桥机还使得可以改变设备所设定的这种特制产品(custom product)而不会影响效率。参照图2我们将详细描述桥机的布置。现参照图2，将基础负荷压力的进料空气53分成汽轮增压流体流或部分2，和产品锅炉增压流体流或部分11。如需要，可将一种或一种以上其他部分的基础负荷压力的进料空气送入低温空气分离设备(进行或不进行进一步的压缩)。如对这种其他部分进行进一步的压缩，则优选通过齿轮箱60为压缩机输送能量。汽轮增压流体通过吸入节流或入口导流叶片3并作为流4进入汽轮增压压缩机55。在汽轮增压压缩机55内通常将汽轮增压流体的压力压缩至250-350psia的范围。冷却所得汽轮增压流体5的压缩热(例如经冷却器6)，然后通过阀7以流8进入主换热器56。如需要，部分或全部汽轮增压流体2可以流9绕过汽轮增压器55通过阀57。冷却流8的汽轮增压流体然后将其送入低温空气分离设备。在本专利技术附图所示的实施方案中，将流8分成流20和22。流20通过主换热器56得到冷却，而流22通过制冷换热器156得以冷却。重新汇合所得冷却流21和23。在本专利技术图2所示的实施方案中，各种流在汽轮骤冷器58的上流汇合形成流24，其在通过汽轮骤冷器58时被汽轮膨胀，所得汽轮膨胀后的汽轮增压流体25进入低温空气分离设备。在示于附图说明图1的本专利技术实施方案中，各种流在汽轮骤冷器58的下游汇合形成流25进入低温空气分离设备。汽轮骤冷器58有与桥机54的齿轮箱60啮合的轴59，提供驱动桥机所需的至少部分能量。流11的产品锅炉增压流体通过吸入节流或入口导流叶片12，并以流13进入第一产品锅炉增压压缩机61，在其中进行压缩本文档来自技高网...

【技术保护点】
通过进料空气的低温精馏生产至少一种产品的装置，它包括：（Ａ）具有至少一个塔的低温空气分离设备；（Ｂ）基础负荷空气压缩机，和将进料空气送至基础负荷空气压缩机的装置；（Ｃ）至少一个增压压缩机，和将进料空气从基础负荷空气压缩机送至所述 增压压缩机的装置，以及将进料空气从增压压缩机送至低温空气分离设备的装置；（Ｄ）包括多组分制冷剂流体压缩机和膨胀设备的多组分制冷剂流体回路，和将由多组分制冷剂流体回路所产生的制冷作用送至低温空气分离设备的装置；（Ｅ）齿轮箱，将增压压缩 机驱动偶合至齿轮箱的装置，和将多组分制冷剂流体压缩机驱动偶合至齿轮箱的装置；和（Ｆ）从低温空气分离设备中回收至少一种产品的装置。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：KW马霍尼，DP博纳奎斯特，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]