專利名稱：用于分離由來自若干壓縮機的壓縮空氣所供給空氣的集成方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種集成方法及裝置，其中，一空氣分離單元與一燃氣渦輪機和一消耗富氧空氣的單元例如一鼓風爐/高爐集成為一體。
背景技術：
用以增加發(fā)送給鼓風爐的鼓風中的氧氣含量的標準方法是給一加壓空氣流添加較純凈的氧氣。該氧氣來自一空氣分離單元，如例如在US-A-6119482、US-A-5244489和EP-A-0531182中所描述的。在能量方面，利用混合塔產(chǎn)出1Nm3/h氧氣的能耗是0.32KWh/Nm3氧氣。
US-A-4962646、US-A-5295351、US-A-5268019和US-A-5317862描述了將來自一燃氣渦輪機的壓縮機的空氣輸送給一空氣分離單元的方法。由該空氣分離單元產(chǎn)出的氧氣被發(fā)送給一鼓風爐。
US-A-6089040描述了這樣一種方法，其中，一鼓風機把空氣供應給一鼓風爐和一空氣分離單元，該空氣分離單元繼而又給該鼓風爐提供氧氣。
空氣還經(jīng)由一專用壓縮機被發(fā)送給該空氣分離單元，并且來自該空氣分離單元的氮氣被發(fā)送給一燃氣渦輪機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在在具有一空氣分離單元、一燃氣渦輪機以及一鼓風爐(或類似的消耗富氧空氣的單元)的場所中提供能耗特別低的氧氣。采用本發(fā)明，氧氣的能耗值將降至0.2KWh/Nm3以下。
所提到的全部壓強都是絕對壓強，全部百分率都是摩爾百分率，以及富液富含所提到的空氣成分。
依照本發(fā)明的一個目的，提供一種用于給一消耗富氧空氣的單元供應氧氣的集成方法，包括以下步驟i)在一第一壓縮機內(nèi)壓縮空氣，并將該空氣分為第一和第二部分，ii)將該壓縮空氣的第一部分發(fā)送至一消耗富氧空氣的單元，iii)在一凈化單元中凈化該第二部分，并將其發(fā)送至一空氣分離單元，iv)該空氣分離單元產(chǎn)生至少一富氧氣流和至少一富氮氣流，v)將至少部分該富氧氣流從該空氣分離單元發(fā)送至該消耗富氧空氣的單元，其特征在于，在一燃氣渦輪機的壓縮機內(nèi)壓縮的空氣被分為第一份和第二份，將該第一份發(fā)送給該燃氣渦輪機的燃燒室，并將該第二份在一凈化單元內(nèi)進行凈化并發(fā)送給該空氣分離單元。
依照選擇性特征-在一專用壓縮機內(nèi)壓縮空氣，并將該空氣發(fā)送給該空氣分離單元。
-將至少一富氮氣流發(fā)送給燃氣渦輪機的位于該燃氣渦輪機的一燃燒氣體膨脹器上游的一個位置。
-將該壓縮空氣的第二部分和該壓縮空氣的第二份以及選擇性地來自該專用壓縮機的空氣相混合并共同在單個凈化單元內(nèi)進行凈化，以充分除去二氧化碳和水。
-在該第一壓縮機的下游和該凈化單元的上游將該壓縮空氣的第二部分壓縮至一較高壓。
-在該燃氣渦輪機的壓縮機的下游和該凈化單元的上游將該壓縮空氣的第二份壓縮至一較高壓。
-該消耗富氧空氣的單元是一金屬加工/處理爐。
-該空氣分離單元包括經(jīng)由一冷凝器-再沸器熱連接的至少一高壓塔和一低壓塔，該高壓塔在12至20絕對巴之間的壓強下進行操作。
依照本發(fā)明的另一方面，提供一種集成裝置，包括a)一空氣分離單元，b)至少一個凈化單元，
c)用于把壓縮空氣的第一部分從一第一壓縮機發(fā)送至一消耗富氧空氣的單元的管路裝置，和用于把壓縮空氣的第二部分從該第一壓縮機發(fā)送至該凈化單元并從該凈化單元發(fā)送至該空氣分離單元的管路裝置，d)用于把壓縮空氣的第一份從一燃氣渦輪機的一壓縮機發(fā)送至該燃氣渦輪機的一燃燒室的管路裝置，和用于把壓縮空氣的第二份從該燃氣渦輪機的該壓縮機發(fā)送至一凈化單元并從該凈化單元發(fā)送至該空氣分離單元的管路裝置，以及e)用于自該空氣分離單元取出一富氧流體的管路裝置，和用于自該空氣分離單元取出一富氮流體的管路裝置。
根據(jù)另外的選擇性特征，該裝置可包括-用于把該富氧流體從該空氣分離單元發(fā)送至該消耗富氧空氣的單元的管路裝置。
-用于把該富氮流體從該空氣分離單元發(fā)送至該燃氣渦輪機的管路裝置。
-至少一個用于在該凈化單元的上游增大至少該壓縮空氣的第二部分與該壓縮空氣的第二份之一的壓強的壓縮機。
依照本發(fā)明的又一方面，提供一種在所定義的高壓下生產(chǎn)氮氣的方法，包括壓縮空氣并冷卻該空氣至基本在其露點，在一在高壓下進行操作的主蒸餾塔的底部處引入該空氣的至少一部分；在該塔的底部處接收一富液并將該富液膨脹至該高壓與大氣壓之間的一中壓，然后在一在該中壓下進行操作的輔助蒸餾塔的中間位置處引入該富液；利用輔助塔底部的該液體冷卻該主塔的一塔頂冷凝器；將一部分最后所述液體膨脹至一低壓以冷卻該輔助塔的一塔頂冷凝器(6)；自該輔助塔的頂部取出液體，用泵將該取出液體加壓至高壓并在主塔的頂部處注入該加壓液體；以及自該主塔的頂部處取出產(chǎn)物氮氣，其中，該主蒸餾塔在15至20絕對巴之間的壓強下進行操作。


現(xiàn)在將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。
圖1表示一用以操作依照本發(fā)明方法的集成裝置，以及圖2表示一適于用在該集成方法中的空氣分離單元。
具體實施例方式
在圖1中，一集成裝置包括一空氣分離單元A、一鼓風爐B和一燃氣渦輪機C。
燃氣渦輪機C包括一壓縮機K、一燃燒室CC和一膨脹器E。
將來自壓縮機K的空氣的第一份I發(fā)送給具有燃料F的燃燒室并產(chǎn)生燃燒氣體，該燃燒氣體隨后在膨脹器E內(nèi)膨脹。
該空氣分離單元是一種低溫蒸餾單元，其可由任何適當?shù)恼麴s塔系統(tǒng)組成，包括單塔、雙塔或三塔。該蒸餾塔系統(tǒng)可包括一氬塔和/或一混合塔和/或一側(cè)塔。優(yōu)選地，所采用的系統(tǒng)將如圖2所述。
空氣在第一壓縮機S內(nèi)被壓縮，該空氣的第一部分1發(fā)送給鼓風爐HF。該空氣的第二部分2在一增壓壓縮機B1內(nèi)被進一步地壓縮至17巴(bar)，然后發(fā)送給凈化單元P。
將來自燃氣渦輪機的壓縮機的空氣的第二份II也發(fā)送給一增壓壓縮機B2，在那里該空氣被壓縮至相同的壓強(17巴)并與來自增壓壓縮機B1的空氣混合，然后發(fā)送給同一凈化單元P。
如果壓縮機S，K的出口壓相同，那么就可采用單個增壓壓縮機來對壓縮空氣的第二部分2和壓縮空氣的第二份II進行壓縮。
將經(jīng)凈化的混合空氣流發(fā)送給空氣分離單元A，并從此處取出產(chǎn)物流O，N。將富氧氣流O發(fā)送給鼓風爐B，而富氮氣流N發(fā)送給燃氣渦輪機C。當然還產(chǎn)生其它產(chǎn)物并將其發(fā)送到其它地方。
如虛線所示，還將來自一專用壓縮機D的空氣供給該空氣分離單元。這有助于在燃氣渦輪機和/或鼓風爐未運轉(zhuǎn)時啟動或運行該系統(tǒng)。
增壓壓縮機B1，B2和/或該專用壓縮機可與現(xiàn)場存在的蒸汽渦輪機連接或者與該燃氣渦輪的膨脹器E連接。
圖2表示一稱為‘Azotonne’TM的空氣分離單元，其類似于在US-A-4717410中描述的那種空氣分離單元，但與其略有不同，特別是圖2所示空氣分離單元在相當高的壓強下進行工作。
圖2中示意性表示的用于產(chǎn)生純氮的裝置是一具有單個膨脹渦輪機的裝置。其包括一熱交換管路1和一雙蒸餾塔2。后者由一在數(shù)量級為10至20巴絕對壓強的高壓即生產(chǎn)壓力下進行操作的下部主塔3和一在數(shù)量級為10至15巴絕對壓強的中壓下進行操作的上部輔助塔4形成。這些塔中的每個塔都分別具有一塔頂冷凝器5，6。
壓縮至其壓強略高于所述高壓的凈化空氣被分為兩部分。第一部分17在熱交換管路1內(nèi)進行冷卻，然后以氣體形式發(fā)送至高壓塔3的底部。第二部分15在增壓壓縮機16內(nèi)被壓縮至20和25巴之間的一壓強，然后在熱交換管路1內(nèi)進行冷卻并在渦輪機14內(nèi)膨脹。對在塔3底部獲得的與空氣均衡的富液進行過(再)冷卻、在一膨脹閥7中膨脹至所述中壓、并在塔4的一中間位置引入該塔。在塔4中，下行液體富含氧氣，并冷卻位于該塔底部處的主冷凝器5以確保塔3內(nèi)的回流。利用來自高壓塔頂部的富含氮的氣體使主冷凝器5升溫，經(jīng)冷凝的氮氣作為回流自冷凝器5返回到該高壓塔的頂部。對位于中壓塔4底部處的一部分液體進行過冷卻(未示出)，然后在一膨脹閥8中將其膨脹至一略高于大氣壓的壓強，接著利用其冷卻輔助冷凝器6并通過冷凝該中壓塔的塔頂氣體來確保塔4內(nèi)的回流。蒸發(fā)后的膨脹液體利用一導管9以逆流方式被發(fā)送通過交換管路1，從而構成該裝置的殘余氣體。
在塔4中上升的蒸氣將逐漸地富含氮氣，且其是用上冷凝器6冷凝的純氮。冷凝流的一小部分被接收到一排液管10內(nèi)、自塔4中取出、經(jīng)由一泵11使其恢復至高壓、并在塔3的頂部處再注入該塔3內(nèi)。在塔3的頂部處取出氣態(tài)氮，并利用一管道12以逆流方式通過交換管路1發(fā)送以便利用。
選擇性地或者額外地，可利用自一外部源13額外供應的高壓液態(tài)氮冷卻該裝置，此液態(tài)氮從塔3的頂部處引入。包含在高壓富液中的能量不僅如傳統(tǒng)那樣用于實現(xiàn)塔3中的蒸餾，而且還用于提取塔4中的液體，從而通過增大在塔4頂部處取出的量來提高氮產(chǎn)量。
在所供給空氣是17巴的情況下，該高壓塔在17巴下進行操作，該低壓塔在11巴下進行操作，塔頂冷凝器6處于5.6巴下。6％的空氣在渦輪機14中膨脹。富液包含32摩爾％的氧氣，產(chǎn)物是處于16.5巴下的氮氣12和處于5.4巴下且包含44-46摩爾％氧氣的氣體9，該氮氣12代表54％的空氣，在一略微壓縮步驟之后將該氮氣12發(fā)送到燃氣渦輪機的燃燒室或膨脹器，而該氣體9可發(fā)送給金屬加工單元(例如鼓風爐)。
優(yōu)選地，該塔內(nèi)部是交叉波狀構造的充填物。
權利要求
1.用于給一消耗富氧空氣的單元(HF)供應氧氣的集成方法，包括以下步驟i)在一第一壓縮機(S)內(nèi)壓縮空氣，并將所述空氣分為第一和第二部分(1，2)，ii)將所述壓縮空氣的第一部分(1)發(fā)送至一消耗富氧空氣的單元(HF)，iii)在一凈化單元(P)中凈化所述第二部分(2)，并將其發(fā)送至一空氣分離單元(A)，iv)所述空氣分離單元產(chǎn)生至少一富氧氣流(O)和至少一富氮氣流(N)，v)至少部分所述富氧氣流(O)從所述空氣分離單元發(fā)送至所述消耗富氧空氣的單元，其中，在一燃氣渦輪機(C)的壓縮機(K)內(nèi)壓縮的空氣被分為第一份(I)和第二份(II)，將所述第一份發(fā)送給所述燃氣渦輪機的燃燒室(CC)，并將所述第二份在一凈化單元(P)內(nèi)進行凈化并發(fā)送給所述空氣分離單元(A)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，在一專用壓縮機(D)內(nèi)壓縮空氣，并將所述空氣發(fā)送給所述空氣分離單元(A)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，將所述至少一富氮氣流(N)發(fā)送給所述燃氣渦輪機(C)的位于所述燃氣渦輪機的一燃燒氣體膨脹器(E)上游的一個位置。
4.根據(jù)權利要求1、2或3所述的方法，其特征在于，將所述壓縮空氣的第二部分(2)和所述壓縮空氣的第二份(II)以及選擇性地來自所述專用壓縮機(D)的空氣相混合并共同在單個凈化單元(P)內(nèi)進行凈化，以充分除去二氧化碳和水。
5.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述第一壓縮機(S)的下游和所述凈化單元(P)的上游將所述壓縮空氣的第二部分(2)壓縮至一較高壓。
6.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述燃氣渦輪機的壓縮機(K)的下游和所述凈化單元(P)的上游將所述壓縮空氣的第二份(II)壓縮至一較高壓。
7.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述消耗富氧空氣的單元(HF)是一金屬加工爐。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述空氣分離單元(A)包括經(jīng)由一冷凝器-再沸器(5)熱連接的至少一高壓塔(3)和一低壓塔(4)，所述高壓塔在12至20絕對巴之間的壓強下進行操作，且選擇性地包括以下步驟壓縮空氣并冷卻所述空氣至基本在其露點，在一在所述高壓下進行操作的主蒸餾塔(3)的底部處引入所述空氣的至少一部分；在所述塔的底部處接收一富液并將所述富液膨脹至所述高壓與大氣壓之間的一中壓，然后在一在所述中壓下進行操作的輔助蒸餾塔(4)的中間位置處引入所述富液；利用所述輔助塔底部的所述液體冷卻所述主塔的一塔頂冷凝器(5)；將一部分所述液體膨脹至一低壓以冷卻所述輔助塔的一塔頂冷凝器(6)；自所述輔助塔的頂部取出液體，用泵將所述取出液體加壓至所述高壓并在所述主塔的頂部處注入所述加壓液體；以及自所述主塔的頂部處取出產(chǎn)物氮氣，其中，所述主蒸餾塔在15至20絕對巴之間的壓強下進行操作。
9.一種集成裝置，包括a)一空氣分離單元(A)，b)至少一個凈化單元(P)，c)用于把壓縮空氣的第一部分(1)從一第一壓縮機(S)發(fā)送至一消耗富氧空氣的單元(HF)的管路裝置，和用于把壓縮空氣的第二部分(2)從所述第一壓縮機發(fā)送至所述凈化單元并從所述凈化單元發(fā)送至所述空氣分離單元的管路裝置，d)用于把壓縮空氣的第一份(I)從一燃氣渦輪機(C)的一壓縮機(K)發(fā)送至所述燃氣渦輪機的一燃燒室(CC)的管路裝置，和用于把壓縮空氣的第二份(II)從所述燃氣渦輪機的所述壓縮機(K)發(fā)送至一凈化單元(P)并從所述凈化單元(P)發(fā)送至所述空氣分離單元的管路裝置，以及e)用于自所述空氣分離單元取出一富氧流體(O)的管路裝置，和用于自所述空氣分離單元取出一富氮流體(N)的管路裝置。
10.根據(jù)權利要求9所述的集成裝置，其特征在于，包括用于把所述富氧流體(O)從所述空氣分離單元(A)發(fā)送至所述消耗富氧空氣的單元(HF)的管路裝置。
11.根據(jù)權利要求9或10所述的集成裝置，其特征在于，包括用于把所述富氮流體(N)從所述空氣分離單元(A)發(fā)送至所述燃氣渦輪機(C)的管路裝置。
12.根據(jù)權利要求9、10或11所述的集成裝置，其特征在于，包括至少一個用于在所述凈化單元的上游增大至少所述壓縮空氣的第二部分(2)與所述壓縮空氣的第二份(II)之一的壓強的壓縮機(B1，B2)。
全文摘要
在一集成方法中，一空氣分離單元(A)接收來自一鼓風爐(HF)的壓縮機(S)的壓縮空氣和來自一燃氣渦輪機(C)的壓縮機(K)的壓縮空氣。富含氮的空氣(N)從該空氣分離單元發(fā)送給該燃氣渦輪機，而富含氧的空氣(O)從該空氣分離單元發(fā)送給該鼓風爐。
文檔編號F02C3/30GK1620587SQ03802428
公開日2005年5月25日 申請日期2003年1月2日 優(yōu)先權日2002年1月18日
發(fā)明者J-R·布呂熱羅勒, B·哈 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司