本發(fā)明涉及在空氣分離設(shè)備中低溫分離空氣的方法和用于實(shí)施此類方法的空氣分離設(shè)備。

背景技術(shù)：

通過在空氣分離設(shè)備中低溫分離空氣生產(chǎn)液態(tài)或氣態(tài)的空氣產(chǎn)品是已知的，例如在h.-w.(hrsg.)，industrialgasesprocessing，wiley-vch，2006中尤其是第2.2.5節(jié)“cryogenicrectification(低溫精餾)”有描述。

對(duì)于一系列工業(yè)化利用氣態(tài)氧氣來(lái)說(shuō)需要使用具有所謂內(nèi)壓縮的空氣分離裝置。相應(yīng)的空氣分離裝置同樣在上述引文中闡述并且可以參考其附圖2.3a。在相應(yīng)的空氣分離設(shè)備中對(duì)超低溫液體、特別是處于超低溫下的液態(tài)氧施加壓力，相對(duì)導(dǎo)熱體蒸發(fā)，最后得到氣態(tài)產(chǎn)品。內(nèi)壓縮與對(duì)處于低壓的氣態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行額外壓縮相比具有能量轉(zhuǎn)換方面的優(yōu)勢(shì)。

上述的內(nèi)容相應(yīng)的對(duì)于其他的其他產(chǎn)品，例如氮?dú)饣驓鍤鈦?lái)說(shuō)同樣可以通過氣態(tài)下的內(nèi)壓縮得到并且事先作為低溫液體從蒸餾塔系統(tǒng)排出。若相應(yīng)的低溫液體受到超過臨界壓力的壓力，不會(huì)發(fā)生通常意義上的蒸發(fā)，而是轉(zhuǎn)換至超臨界狀態(tài)。這被稱為“偽蒸發(fā)”。

同樣是低溫液體產(chǎn)品的內(nèi)壓縮氧氣可以通過所謂的high-air-pressure(hap-)方法實(shí)現(xiàn)?！暗蜏匾后w產(chǎn)品”在這里可以理解為相應(yīng)的空氣分離設(shè)備只能提排出少量的液態(tài)產(chǎn)品，例如少于導(dǎo)入蒸餾系統(tǒng)的所有空氣量的2％。

hap法可以被理解為一種空氣分離方法，其中導(dǎo)入蒸餾系統(tǒng)的所有空氣(這里也被稱為“空氣原料”)首先在主空氣壓縮室內(nèi)被壓縮至一定的壓力，該壓力明顯大于蒸餾系統(tǒng)中的最大工作壓力。特別的在hap法中將空氣首先壓縮至一定壓力，該壓力比蒸餾系統(tǒng)內(nèi)的工作壓力高至少4至5巴，最多高20巴。傳統(tǒng)的具有高壓塔和低壓塔的雙塔系統(tǒng)中，蒸餾塔系統(tǒng)中的“最大工作壓力”是高壓塔的工作壓力。hap法的空氣分離設(shè)備的投資成本特別的低，因?yàn)閮H僅需要一個(gè)壓縮機(jī)。

為了在能量方面優(yōu)化hap法，可以使用所謂的節(jié)流流。如原則上已知的，此類節(jié)流流是壓縮的進(jìn)料空氣的支流，其可以繼續(xù)升壓，冷卻及經(jīng)由減壓裝置特別是節(jié)流閥減壓進(jìn)入蒸餾塔系統(tǒng)或其高壓塔中。

在所述hap法中，此類節(jié)流流可以由所有進(jìn)料空氣所施加的已經(jīng)是高的初始?jí)毫﹂_始，借助熱的和冷的增壓機(jī)繼續(xù)升壓。將空氣送入相應(yīng)的“熱的增壓機(jī)”，無(wú)需或者僅在比較低的冷卻隨后，例如在主空氣壓縮機(jī)下游的水冷器中。此類熱增壓機(jī)的送入端溫度因此明顯高于0℃?！袄湓鰤簷C(jī)”的送入溫度由于之前對(duì)導(dǎo)入冷增壓機(jī)的空氣進(jìn)行冷卻而顯著低于0℃。

大多數(shù)hap法在主熱量交換器中具有有利的q/t特征，當(dāng)通過內(nèi)壓縮產(chǎn)生的氧氣壓力大于25巴時(shí)，這意味著借助相應(yīng)的渦輪在超低溫和液態(tài)狀態(tài)下壓縮至一定的壓力水平。當(dāng)內(nèi)壓縮氧氣所需的壓力下降至明顯低于25巴時(shí)，對(duì)于hap法來(lái)說(shuō)q/t特性的能力轉(zhuǎn)換效率相對(duì)不利。當(dāng)壓力處于6至25巴時(shí)，具有主壓縮機(jī)和副壓縮機(jī)的傳統(tǒng)方法顯得更有利。

在被稱為mac/bac法(mainaircompressor/boosteraircompressor)的方法中，送入蒸餾系統(tǒng)的部分空氣僅僅被壓縮至蒸餾系統(tǒng)中的最大工作壓力或在任選更小，而另一部空氣借助副壓縮機(jī)壓縮至更高的壓力。此類方法在不產(chǎn)生或僅僅產(chǎn)生很少量的液態(tài)空氣產(chǎn)品，例如液態(tài)氧時(shí)特別的有利。若此外在此類情況下對(duì)于氣態(tài)的富含氮?dú)獾目諝猱a(chǎn)品的需求小，則特別是提出mac/bac法，其中使用所謂的進(jìn)吹渦輪機(jī)，即壓縮的空氣減壓送入蒸餾塔系統(tǒng)的低壓塔內(nèi)的渦輪機(jī)。

但是相應(yīng)的mac/bac法與hap法相反，由于壓縮裝置的成本更高，它的投資費(fèi)用更高。因此需要一種方法，它可以將hap法的低成本優(yōu)勢(shì)和特別具有進(jìn)吹渦輪機(jī)的mac/bac法的上述優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在此類背景下建議一種用于在空氣分離設(shè)備中低溫分離空氣的方法，以及實(shí)施此類方法的空氣分離設(shè)備。下面描述優(yōu)選的實(shí)施方案。

本申請(qǐng)使用術(shù)語(yǔ)“壓力水平”和“溫度水平”來(lái)表征壓力和溫度，由此表達(dá)在相應(yīng)的設(shè)備中不必以精確的壓力值或溫度值的形式使用壓力和溫度，以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方案。但是此類壓力和溫度通常在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，例如圍繞中值波動(dòng)±1％、5％、10％、20％或者甚至50％。在此，相應(yīng)的壓力水平和溫度水平可以在不連續(xù)的范圍內(nèi)或者在相互重疊的范圍內(nèi)。例如壓力水平尤其是包括不可避免的壓力損失或預(yù)期的壓力損失，其例如由于冷卻效應(yīng)或傳輸損失引起。相應(yīng)的也適用于溫度水平。在此以巴給出的壓力水平涉及絕對(duì)壓力。

在空氣分離設(shè)備中使用渦輪壓縮機(jī)用于壓縮空氣。例如“主空氣壓縮機(jī)”，其特征在于，通過它將導(dǎo)入蒸餾塔系統(tǒng)的所有空氣，即所有空氣原料進(jìn)行壓縮。相應(yīng)的也可以將“副壓縮機(jī)”設(shè)為渦輪壓縮機(jī)，在其中在mac/bac法中將導(dǎo)入主壓縮機(jī)中的部分空氣壓縮至更高的壓力。為了對(duì)部分空氣進(jìn)行壓縮通常設(shè)計(jì)其他的渦輪壓縮機(jī)，為了對(duì)部分空氣進(jìn)行壓縮通常設(shè)計(jì)其他的渦輪壓縮機(jī)，它們也被稱為增壓機(jī)，與主空氣壓縮機(jī)或副壓縮機(jī)相比，它僅僅在相對(duì)小的范圍內(nèi)進(jìn)行壓縮。

在空氣分離設(shè)備的許多位置上此外可以對(duì)空氣進(jìn)行減壓，其中可以使用渦輪擴(kuò)張器形式的減壓機(jī)，其中也被稱為“渦輪”。渦輪擴(kuò)張器也可以與渦輪壓縮機(jī)或增壓機(jī)相連并對(duì)其進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。當(dāng)一個(gè)或多個(gè)渦輪壓縮機(jī)不借助外部能量，即僅僅通過一個(gè)或多個(gè)渦輪壓縮機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)時(shí)，此類布置也可以被稱為“渦輪增壓機(jī)”。在渦輪增壓機(jī)中渦輪擴(kuò)展器和渦輪壓縮機(jī)或者增壓機(jī)機(jī)械連接。

通常可以使旋轉(zhuǎn)單元，例如減壓機(jī)或減壓渦輪、壓縮機(jī)或壓縮級(jí)、升壓渦輪或增壓機(jī)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子或類似的裝置以合適的方式互相機(jī)械連接。“機(jī)械連接”在這里的語(yǔ)境中被理解為通過機(jī)械部件，例如齒輪、皮帶、變速器等類似裝置在這些旋轉(zhuǎn)部件之間實(shí)現(xiàn)固定的或機(jī)械可調(diào)的轉(zhuǎn)速關(guān)系。機(jī)械連接通常通過兩個(gè)或多個(gè)各自互相嚙合，例如以形狀嚙合或摩擦嚙合的部件，例如齒輪或皮帶輪利用皮帶或其他旋轉(zhuǎn)固連的方式實(shí)現(xiàn)。旋轉(zhuǎn)固定的連接特別的可以通過共同的軸實(shí)現(xiàn)，在其上各自旋轉(zhuǎn)固定的安裝旋轉(zhuǎn)單元。旋轉(zhuǎn)單元的轉(zhuǎn)速在此類情況下是相同的。

與之相反相應(yīng)的單元“機(jī)械分離”，指的是在相應(yīng)部件之間不存在固定或機(jī)械可調(diào)的轉(zhuǎn)速關(guān)系。當(dāng)然也可以例如在多個(gè)電動(dòng)機(jī)之間特別是通過合適的電子控制，或在多個(gè)渦輪之間特別是通過選擇合適的送入和終端壓力預(yù)設(shè)特定的轉(zhuǎn)速關(guān)系。但是這不是通過一個(gè)或多個(gè)各自互相嚙合，例如以形狀嚙合或摩擦嚙合的部件或通過旋轉(zhuǎn)固定的連接實(shí)現(xiàn)。

渦輪壓縮機(jī)和渦輪膨脹器的機(jī)械結(jié)構(gòu)為專業(yè)人士所熟知。在渦輪壓縮機(jī)內(nèi)借助轉(zhuǎn)子葉片實(shí)施空氣的壓縮，該葉片被布置在轉(zhuǎn)子或直接布置在軸上。渦輪壓縮機(jī)在這里形成結(jié)構(gòu)單元，但是它具有多個(gè)“壓縮級(jí)”。壓縮級(jí)通常包括轉(zhuǎn)子或相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片裝置。所有壓縮級(jí)可以由同一根軸驅(qū)動(dòng)。渦輪膨脹器實(shí)際上被設(shè)計(jì)成可參考的，但是這里的轉(zhuǎn)子葉片通過膨脹的空氣進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這里也涉及多個(gè)膨脹級(jí)。渦輪壓縮機(jī)和渦輪膨脹可以被設(shè)計(jì)成徑向或軸向機(jī)器。

在本申請(qǐng)的范疇內(nèi)討論的是獲得空氣產(chǎn)品，特別是氧氣或氮?dú)猱a(chǎn)品?！爱a(chǎn)品”離開所述的設(shè)備并且例如布置在油箱內(nèi)或在其中使用。因此這里不僅僅涉及設(shè)備內(nèi)部的循環(huán)，也可以在離開設(shè)備之前被使用，例如作為熱交換器中的冷卻劑?！爱a(chǎn)品”的術(shù)語(yǔ)因此不包括此類餾出物或流，它們本身被儲(chǔ)存在設(shè)備中并且僅僅在那里作為回流、冷卻劑或吹洗氣體使用。

發(fā)明優(yōu)點(diǎn)

本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，使用串聯(lián)布置的增壓機(jī)，節(jié)流流的待壓縮的空氣在在其之間不進(jìn)行冷卻，可以使hap法具有普通mac/bac法的特別高效或至少能量轉(zhuǎn)換方面的優(yōu)點(diǎn)。安裝在根據(jù)本發(fā)明的空氣分離設(shè)備中的主熱交換器內(nèi)的熱交換效果與通常方法的熱交換效應(yīng)相比更有利，其中在通常的方法中在冷的增壓機(jī)之間實(shí)施中間冷卻。此外本發(fā)明基于以下認(rèn)識(shí)，在冷增壓機(jī)的上游使用熱增壓機(jī)特別有利?？偣踩齻€(gè)增壓機(jī)在這里可以多次壓縮節(jié)流流，但是不對(duì)其他流進(jìn)行壓縮。一方面在熱交換器之間，另一方面在串聯(lián)布置的增壓機(jī)之間以及在冷增壓機(jī)的下游特別的在主熱交換器中進(jìn)行冷卻。

本發(fā)明建議一種利用空氣分離設(shè)備用于低溫分離空氣的方法，它具有蒸餾塔系統(tǒng)，包括在高壓塔壓力水平工作的高壓塔和在低壓塔壓力水平工作的低壓塔。高壓塔壓力水平例如在4至7巴之間，即相應(yīng)的空氣分離設(shè)備中的通常水平。低壓塔壓力水平稍高于大氣壓力，特別是1.2至1.8巴，從而例如在不使用額外的泵的前提下保證很高的分離效率并導(dǎo)出進(jìn)入低壓塔的空氣產(chǎn)品。

根據(jù)本發(fā)明的hap法首先包括以下步驟，首先將所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣壓縮至比高壓塔壓力高至少4且最多20巴的初始?jí)毫λ?。特別的本發(fā)明范圍內(nèi)在所使用的主空氣壓縮機(jī)內(nèi)將所用空氣壓縮至10至23巴的壓力水平。也可以在該壓力水平借助分子濾網(wǎng)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行干燥和純化。

一部分被壓縮至初始?jí)毫λ讲⑶蚁鄳?yīng)經(jīng)過干燥和純化的空氣隨后在大于0℃的第一溫度水平實(shí)施第一升壓過程，隨后在低于第一溫度水平的溫度水平實(shí)施兩個(gè)其他的升壓過程。實(shí)施了第一升壓過程的空氣在此特別是可以在第一升壓過程后在相應(yīng)空氣分離設(shè)備的主熱交換器中進(jìn)行冷卻。因此相應(yīng)的空氣在相應(yīng)地更低的溫度水平實(shí)施其他的升壓過程。

實(shí)施了兩個(gè)其他的升壓過程的空氣隨后減壓進(jìn)入高壓塔內(nèi)。為了進(jìn)行減壓使用節(jié)流閥。因此實(shí)施了兩個(gè)其他的升壓過程及之前的第一升壓過程的空氣稱作所謂的“節(jié)流流”，該術(shù)語(yǔ)在空氣分離領(lǐng)域已經(jīng)廣為人知。

從低壓塔排出低溫的富氧液體，在低溫狀態(tài)實(shí)施升壓，隨后加熱和蒸發(fā)，從空氣分離設(shè)備作為空氣產(chǎn)品導(dǎo)出。因此根據(jù)本發(fā)明的方法是空氣分離方法，其中對(duì)氧氣或相應(yīng)的富氧空氣產(chǎn)品實(shí)施所謂的內(nèi)部壓縮。

根據(jù)本發(fā)明，將第一增壓機(jī)(即“熱的”增壓機(jī)，如上文多次提到)用于第一升壓過程，其中第一增壓機(jī)是利用第一減壓機(jī)驅(qū)動(dòng)的，在其中使另一部分被壓縮至初始?jí)毫λ降目諝鈴某跏級(jí)毫λ綔p壓至第二壓力水平，隨后送入低壓塔中。其他的部分特別的在之前進(jìn)行冷卻。第一減壓機(jī)根據(jù)其功能是所謂的“噴射渦輪”或者“拉赫曼渦輪”，它在空氣分離領(lǐng)域也同樣廣為人知。通過相應(yīng)的將空氣噴入低壓塔可以改善能量效率。具體細(xì)節(jié)可以參考專業(yè)文獻(xiàn)，例如f.g.kerry，industrialgashandbookgasseparationandpurification，crcpress，2006，特別是章節(jié)3.8.1，“thelachmannprinciple”。

此外根據(jù)本發(fā)明，將第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)(即兩個(gè)“冷的”增壓機(jī))用于兩個(gè)其他的升壓過程，相繼地引導(dǎo)空氣通過其中以實(shí)施兩個(gè)其他的升壓過程，其中空氣以離開第二增壓機(jī)時(shí)的溫度水平送入第三增壓機(jī)。換句話說(shuō)在本發(fā)明的范疇內(nèi)在冷增壓機(jī)之間不進(jìn)行中間冷卻，如根據(jù)本發(fā)明可知的，與通常的方法相比可以在所使用的熱交換器中實(shí)現(xiàn)更好的熱交換效應(yīng)。

各自總計(jì)引導(dǎo)通過第一增壓機(jī)、第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)以及任選通過節(jié)流閥的空氣量根據(jù)本發(fā)明彼此相差不超過10％。特別是這些空氣量相差不超過5％或者基本或完全相同。換句話說(shuō)，各自經(jīng)歷第一和兩個(gè)額外升壓過程的空氣量和可選的在節(jié)流閥中減壓的空氣量在所提及范圍內(nèi)相似或相同。

這意味著，第一增壓機(jī)、第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)以及任選使用的減壓閥僅僅用于提供節(jié)流流，而不用于提供其他的空氣部分或者送入蒸餾塔系統(tǒng)中的流。若從低壓塔排出的低溫富氧液體以低溫狀態(tài)升壓到6至25巴，則本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)尤其是顯著。根據(jù)本發(fā)明因此設(shè)計(jì)了相應(yīng)的壓力升高過程。如開頭所述，通常在內(nèi)壓縮的氧氣產(chǎn)品的壓力范圍內(nèi)，傳統(tǒng)的mac/bac法的轉(zhuǎn)換效率比較有利。但是本發(fā)明通過所述的使用串聯(lián)的不進(jìn)行中間冷卻的增壓機(jī)也可以在hap法中實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)。

如上所述，若液體生產(chǎn)量小，即基于所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣量，從空氣分離設(shè)備以液態(tài)導(dǎo)出比例為最多1％或0％的空氣產(chǎn)品，則本發(fā)明特別有利。因此根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行了上述設(shè)計(jì)。此外產(chǎn)生相對(duì)少量的富氮空氣產(chǎn)品。富氮空氣產(chǎn)品是在蒸餾塔系統(tǒng)的高壓塔靠近頂部或頂部排出并且不再回流至高壓塔或低壓塔。因此，特別是在本發(fā)明的范疇內(nèi)，基于所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣量，將比例為最多2％的富氮空氣產(chǎn)品從高壓塔排出并從空氣分離設(shè)備以氣態(tài)導(dǎo)出。

在本發(fā)明的范疇內(nèi)有利地各自借助減壓機(jī)驅(qū)動(dòng)第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)，在其中使預(yù)先冷卻且隨后即在所述減壓機(jī)內(nèi)減壓后送入蒸餾塔系統(tǒng)中的另一部分被壓縮至初始?jí)毫λ降目諝膺M(jìn)行減壓。為了驅(qū)動(dòng)第二增壓機(jī)這里使用第二減壓機(jī)，為了驅(qū)動(dòng)第三增壓機(jī)使用第三減壓機(jī)。與為兩個(gè)其他的升壓過程設(shè)計(jì)的串聯(lián)工作的增壓機(jī)不同，相應(yīng)的減壓機(jī)并聯(lián)(平行地)布置，這意味著用于驅(qū)動(dòng)減壓機(jī)的空氣事先分為兩個(gè)支流。以此方式可以使減壓的空氣量各自適應(yīng)于所需的在與減壓機(jī)相連的相應(yīng)冷增壓機(jī)中的壓力升高過程或反過來(lái)。

特別的借助各個(gè)減壓機(jī)通過合適的機(jī)械連接驅(qū)動(dòng)冷增壓機(jī)。相應(yīng)的機(jī)械連接可以參考上文內(nèi)容。實(shí)際上相應(yīng)的增壓機(jī)也可以由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，但是從投資成本和傳到至相應(yīng)設(shè)備中的熱量角度出發(fā)通過相應(yīng)的減壓機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)特別有利。

有利地使空氣在驅(qū)動(dòng)第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)的減壓機(jī)中減壓至高壓塔壓力水平。通過相應(yīng)的減壓可以實(shí)現(xiàn)空氣的部分液化。氣態(tài)部分在此可以直接送入高壓塔中，而液化的部分減壓進(jìn)入低壓塔中。液化的部分可以以此方式回流至低壓塔并且在那里改善分離效率，例如在kerry的文獻(xiàn)章節(jié)2.6，“theoreticalanalysisoftheclaudecycle”中提及的。

本發(fā)明允許進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。特別是可以對(duì)一部分被壓縮至初始?jí)毫λ降目諝膺M(jìn)行冷卻，并從初始?jí)毫λ介_始，即在不通過增壓機(jī)或類似裝置進(jìn)行額外升壓的情況下，減壓進(jìn)入高壓塔中。這特別的可以通過其他的減壓閥實(shí)現(xiàn)。

送入第二增壓機(jī)中的空氣特別是可以預(yù)先在主熱交換器中冷卻到130至200k的溫度水平。在驅(qū)動(dòng)第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)的減壓機(jī)中減壓的空氣特別是預(yù)先冷卻到120至190k的溫度水平。在驅(qū)動(dòng)第一增壓機(jī)的第一減壓機(jī)中減壓的空氣特別是預(yù)先冷卻到150至230k的溫度水平。在第三增壓機(jī)中進(jìn)行升壓的空氣有利地在于此進(jìn)行升壓之后并且在其減壓進(jìn)入高壓塔內(nèi)之前冷卻到97至105k的溫度水平，即最低溫度水平，這可以借助相應(yīng)的主熱交換器實(shí)現(xiàn)。借助第二增壓機(jī)有利地使壓力升高10至25巴，借助第三增壓機(jī)有利地使壓力升高5至20巴。

本發(fā)明還涉及用于低溫分離空氣的具有蒸餾塔系統(tǒng)的空氣分離設(shè)備，該蒸餾塔系統(tǒng)包括在高壓塔壓力水平工作的高壓塔和在低壓塔壓力水平工作的低壓塔。

所述空氣分離設(shè)備在此包括被設(shè)計(jì)用于以下目的的裝置，首先將所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣壓縮至比高壓塔壓力水平高至少4且最多20巴的初始?jí)毫λ剑灰徊糠直粔嚎s至初始?jí)毫λ降目諝庠诖笥?℃的第一溫度水平實(shí)施第一升壓過程，隨后在低于第一溫度水平的溫度水平實(shí)施兩個(gè)其他的升壓過程，隨后利用節(jié)流閥減壓送入高壓塔中；從低壓塔排出低溫的富氧液體，其在低溫狀態(tài)實(shí)施升壓，隨后加熱和蒸發(fā)，從空氣分離設(shè)備導(dǎo)出。根據(jù)本發(fā)明針對(duì)第一升溫過程提供第一增壓機(jī)，其與第一減壓機(jī)機(jī)械相連，其中設(shè)置有用于以下目的的裝置，使另一部分被壓縮至初始?jí)毫λ降目諝庠诘谝粶p壓機(jī)中從初始?jí)毫λ綔p壓至低壓塔壓力水平，隨后送入低壓塔中。根據(jù)本發(fā)明針對(duì)兩個(gè)其他的升壓過程提供第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)，并且設(shè)置有用于以下目的的裝置，針對(duì)兩個(gè)其他的升壓過程相繼地引導(dǎo)空氣通過第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)，在此空氣以離開第二增壓機(jī)時(shí)的溫度水平送入第三增壓機(jī)。設(shè)置有用于以下目的的裝置，各自總計(jì)引導(dǎo)通過第一增壓機(jī)、第二增壓機(jī)和第三增壓機(jī)的空氣量彼此相差不超過10％。此外設(shè)置有用于以下目的的裝置，從低壓塔排出的低溫的富氧液體在低溫狀態(tài)實(shí)施的升壓過程以升壓到6至25巴的形式設(shè)定。

所述空氣分離設(shè)備被設(shè)計(jì)用于以液態(tài)提供比例為基于所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣量最多1％的空氣產(chǎn)品，有利地從高壓塔排出及以氣態(tài)提供比例為基于所有送入蒸餾塔系統(tǒng)中的空氣量最多2％的富氮空氣產(chǎn)品。

此類空氣分離設(shè)備特別的被設(shè)計(jì)用于實(shí)施上述方法。因此可以參考相應(yīng)的特征和優(yōu)點(diǎn)。

下文將參考所附的圖示進(jìn)一步闡述本發(fā)明，并將通過發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式說(shuō)明具體細(xì)節(jié)。

附圖說(shuō)明

圖1以流程示意圖示出根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式的空氣分離設(shè)備。

圖2示出使用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式的熱交換器的q/t圖表。

圖3示出使用根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)形式的熱交換器的q/t圖表。

具體實(shí)施方式

圖1以流程示意圖展示根據(jù)本發(fā)明的一種特別有利的結(jié)構(gòu)形式的空氣分離設(shè)備并以100表示。

空氣分離設(shè)備100借助空氣壓縮和純化單元1送入壓縮空氣流a，包括主空氣壓縮機(jī)和合適的純化系統(tǒng)，其中僅僅粗略示意。圖1所示的空氣分離設(shè)備被設(shè)計(jì)用于所謂的hap法。這意味著，壓縮空氣流a被壓縮至至少比蒸餾塔系統(tǒng)10的高壓塔11的壓力水平高4至20巴的壓力水平，壓縮空氣流包括送入空氣分離設(shè)備100的蒸餾塔系統(tǒng)10的所有空氣。

流a的壓力水平在這里被成為“初始?jí)毫λ健保邏核?1的壓力水平被稱為“高壓塔壓力水平”。在初始?jí)毫λ綇膲嚎s空氣流a一共產(chǎn)生4個(gè)支流，其中以b、c、d和e表示。

支流b的空氣在這里首先在增壓機(jī)2內(nèi)進(jìn)行升壓。增壓機(jī)2內(nèi)的升壓在這里被稱為“第一升壓過程”，它在0℃以上的溫度進(jìn)行，因此增壓機(jī)2通常也被稱為“熱增壓機(jī)”。

支流b的空氣在經(jīng)過增壓機(jī)2中的升壓后在后冷卻器3中冷卻，隨后在熱側(cè)送入空氣分離設(shè)備100的主熱交換器4。支流b的空氣從主熱交換器4(參見連接a)以明顯低于0℃的中間溫度水平排出。支流b的相應(yīng)地經(jīng)冷卻的空氣隨后兩個(gè)其他的升壓過程。為此支流b的空氣首先通過增壓機(jī)5，隨后通過增壓機(jī)6。增壓機(jī)5在這里被稱為“第二”，而增壓機(jī)6也被稱為“第三”增壓機(jī)。兩個(gè)增壓機(jī)5、6在明顯低于0℃的溫度水平，特別是在低于增壓機(jī)2的第一溫度水平的溫度水平工作。因此它們也被稱為“冷增壓機(jī)”。

支流b的空氣以其離開第二增壓機(jī)5時(shí)的溫度水平送入第三增壓機(jī)6。在第二增壓機(jī)5和第三增壓機(jī)6之間不進(jìn)行中間冷卻。在增壓機(jī)6中的升壓之后，支流b的空氣以其離開第三增壓機(jī)6時(shí)的溫度水平重新送入到主熱交換器4中并在冷側(cè)排出。

增壓機(jī)5和6由減壓機(jī)7和8驅(qū)動(dòng)，在其中利用支流c的空氣，其為此分為支流f和g。支流c的空氣在此首先送入主熱交換器的熱側(cè)并且在中間溫度水平進(jìn)行排出，在這之前它分為所提及的支流f和g并且送入減壓機(jī)7、8中。

支流d的空氣送入主熱交換器4的熱側(cè)并且在冷側(cè)被排出，支流e的空氣送入主熱交換器4的熱側(cè)，在中間溫度水平被排出并在減壓機(jī)9中用于驅(qū)動(dòng)增壓機(jī)2。

支流f和g的減壓空氣在分離器13中進(jìn)行轉(zhuǎn)化，其中分離出液相。液相(參見連接b)以流h的形式減壓進(jìn)入低壓塔12中。流f和g的仍保持氣態(tài)的部分的空氣以流i的形式送入高壓塔11中。支流b和d的空氣通過閥門14和15減壓進(jìn)入高壓塔11中。在流b和d的送入口的正下方可以通過減壓從高壓塔11得到流q形式的液態(tài)部分，引導(dǎo)通過過冷逆流器16，并與流h一起減壓進(jìn)入低壓塔12中。

在高壓塔11中利用流b、d和i的空氣形成氧富集的液態(tài)塔底產(chǎn)物和氮富集的氣態(tài)塔頂產(chǎn)物。氧富集的液態(tài)塔底產(chǎn)物在低壓塔11至少部分以流k的形式被排出，引導(dǎo)通過過冷逆流器16，并減壓進(jìn)入低壓塔12中。氮富集的氣態(tài)塔頂產(chǎn)物至少一部分以流1的形式排出。其中一部分可以以流m的形式在主熱交換器4中進(jìn)行加熱并且作為富氮的壓力產(chǎn)品從空氣分離設(shè)備100中輸出，或者例如在空氣壓縮和純化單元1的主空氣壓縮機(jī)中用作致密氣體(密封氣體dichtgas)。

流1的另一部分可以與高壓塔和低壓塔熱交換相連的主冷凝器17中至少部分液化。相應(yīng)的部分液化產(chǎn)品可以回流至高壓塔11，另一部分以流n的形式引導(dǎo)通過過冷逆流器16，并減壓進(jìn)入低壓塔12中。

在低壓塔12中形成富氧的液態(tài)塔底產(chǎn)物和氣態(tài)的塔頂產(chǎn)物。低壓塔12的富氧的液態(tài)塔底產(chǎn)物可以至少部分地以流o的形式從高壓塔12獲得并借助泵18升高壓力轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)，在主熱交換器4中加熱和蒸發(fā)并作為內(nèi)壓縮的富氧產(chǎn)品從空氣分離設(shè)備100中輸出。

低壓塔12的氣態(tài)塔頂產(chǎn)物可以至少部分地以流p的形式作為所謂的不純氮排出，引導(dǎo)通過過冷逆流器16，在主熱交換器4中加熱，例如在空氣壓縮和純化單元1中用作吸附器的再生氣體。

通過圖1展示的空氣分離設(shè)備100的工作流程可以在主熱交換器4中實(shí)現(xiàn)特別有利的熱交換，前提是滿足上述的其他條件。這將借助圖2和3所示的q/t圖表說(shuō)明。

在圖2中展示相應(yīng)的q/t圖表，流o的富氧空氣在空氣分離設(shè)備100的泵18中被壓縮至大約為15.0巴的壓力水平，在圖3中展示壓力約為10.0巴的相應(yīng)q/t圖表。這里的橫坐標(biāo)表示以k為單位的溫度，縱坐標(biāo)表示以mw為單位的熱交換器的焓(總量)。201表示熱量的狀態(tài)變化曲線或者總曲線，202表示冷卻劑的狀態(tài)變化曲線或總曲線，其中是待加熱的流o的富氧空氣。從圖2和3可以看出，狀態(tài)變化曲線或者總曲線201和202由于使用根據(jù)本發(fā)明的相應(yīng)空氣分離設(shè)備曲線非常接近。

主熱交換器中的熱和冷總曲線越接近，由于熱傳遞造成的能量轉(zhuǎn)換損失越少，因?yàn)橛蔁醾鬟f造成的能量轉(zhuǎn)換損失與1/t²成比例，從能量轉(zhuǎn)換的角度出發(fā)“低溫”下的溫度差特別不利。t在上文中表示局部熱傳遞的溫度水平。

因此如圖所示，當(dāng)熱和冷總曲線在200至100k的范圍內(nèi)，則主熱交換器中的工作過程在所述意義上非常有利或者可以在此類情況下改善整個(gè)系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率。