專利名稱：用于壓縮和冷卻空氣的方法和裝置的制作方法
用于壓縮和冷卻空氣的方法和裝置 本發(fā)明涉及一種用于通過間接換熱來壓縮和冷卻空氣的方法和裝置。在低溫分離裝置中，經(jīng)壓縮的空氣在進入凈化缸前必須被盡可能多地冷卻，以便減小其體積。已提出了簡化冷卻系統(tǒng)。利用從冷箱產(chǎn)生的氣態(tài)產(chǎn)品(優(yōu)選所有氣態(tài)產(chǎn)品)來在熱交換器中冷卻濕空氣。在所提出的系統(tǒng)中的冷卻空氣期間被冷凝的水以及從氣體的壓縮產(chǎn)生的水的一部分被噴射到從冷箱產(chǎn)生的氣體中。此系統(tǒng)使得可以免去與冷卻器問題相關的干燥器或制冷單元，以及可選的水/氮+
+R ο所述熱交換器可被集成在用于使空氣在蒸餾前被冷卻到低溫的主交換管路中。在空氣被壓縮并在壓縮機的最終冷卻器(其可由空氣/水塔的第一級代替)中被冷卻之后，可具有: 帶有產(chǎn)生冷水的水/氮塔的預冷卻系統(tǒng)、制冷單元、空氣/水塔或空氣/水熱交換器； 干燥器和/或直接空氣制冷單元； 無任何物:然后是稱為熱凈化單元的凈化單元，其由于待阻擋的水量而具有大尺寸，尤其是在夏季。如果希`望將缸置于海運集裝箱中，則這種大尺寸可能不方便。根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供了一種用于在低溫空氣分離設備的上游壓縮和冷卻空氣的方法，其中:〇在壓縮機中壓縮濕空氣；〇通過間接換熱在第一熱交換器中冷卻在所述壓縮機中壓縮的空氣；〇在未借助直接換熱的冷卻步驟冷卻所述第一熱交換器上游的空氣的情況下，在所述第一熱交換器中進行的冷卻的上游和/或下游回收所述空氣中包含的水；〇將在所述第一交換器中冷卻的空氣輸送到凈化單元，以便產(chǎn)生被凈化掉二氧化碳和/或水的空氣；〇將經(jīng)凈化的空氣輸送到所述低溫分離設備；〇回收源自所述低溫分離設備的至少一種、可選地經(jīng)加熱的氣體；〇將在步驟iii)中回收的水與源自所述設備的氣體混合，所產(chǎn)生的混合物的溫度高于所述混合物中的水的凝固點，例如，如果所述混合物的壓力接近大氣壓力，則高于0°c ；〇在所述第一熱交換器中加熱與所述氣體混合的水；以及〇如果在所述第一熱交換器上游回收所述空氣中包含的水，則通過間接換熱在水回收上游的預冷器中冷卻所述空氣。根據(jù)其它可選方面:-步驟i)的壓縮是等溫的；-所述第一熱交換器中的與所述氣體混合的水在所述第一熱交換器上游和/或在所述第一熱交換器的中間點處與氣體混合；-在所述第一熱交換器中進行的冷卻的下游和所述凈化單元的上游回收所述空氣中包含的水；-與所述氣體混合的水的量為:在所述第一熱交換器的與氣體混合的水的輸入點處和/或在所述第一熱交換器中進行所述混合的中間點處，氣體和水的混合物在水飽和點以上；-在所述第一熱交換器上游回收所述空氣中包含的水并且在預冷器中通過間接換熱冷卻所述空氣；-將所述氣體僅與通過所述空氣中包含的水的冷凝所產(chǎn)生的水混合；-與所述水混合的所述氣體是氮氣或氧氣；-在所述第一熱交換器中加熱未與水混合的至少一種其它氣體；-與所述水混合的所述氣體是氮氣并且在所述第一熱交換器中加熱氧流和/或另
一氮流。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供了一種空氣分離方法，所述方法包括如前述權(quán)利要求中任一項所述的用于壓縮和冷卻空氣的方法，其中，在第二熱交換器中冷卻所述經(jīng)凈化的空氣并且將其輸送至所述低溫分離設備的一個塔；從所述設備提取至少一種產(chǎn)品并在所述第二熱交換器中然后在所述第一熱交換器中加熱所述至少一種產(chǎn)品；以及從所述設備提取至少一種產(chǎn)品，在所述第二熱交換器中加熱、可選地蒸發(fā)所述至少一種產(chǎn)品然后在所述第一熱交換器中加熱、可選地蒸發(fā)呈氣體形式的該至少一種產(chǎn)品。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供了一種裝置，所述裝置用于壓縮和冷卻用于低溫分離設備的空氣，所述裝置包括:壓縮機；利用間接換熱的第一熱交換器；凈化單元；一個或兩個分離器，所述壓縮機連接到所述第一熱交換器且所述第一熱交換器連接到所述凈化單元，所述裝置不包括通過在所述第一熱交換器上游通過直接換熱來冷卻空氣的機構(gòu)，所述凈化單元適合于向所述設備輸送經(jīng)凈化的空氣，所述分離器i)在適合于通過間接換熱來冷卻所述空氣的預冷器下游，連接在所述壓縮機與所述第一熱交換器之間；和/或ii)連接在所述第一熱交換器與所述凈化單元之間，(所述裝置包括)用于將源自所述設備的氣體傳輸至所述第一熱交換器的至少一第一管路，用于將水從所述分離器傳輸至所述第一管路和/或所述熱交換器以便使水與所述氣體混合的至少一第二管路?？蛇x地，所述裝置包括:-將所述第一熱交換器與所述分離器連接的泵；-用于將在所述第一熱交換器中加熱的干燥氣體輸送到所述凈化單元的管路；-用于將來自所述設備的至少一種其它氣體輸送到所述第一熱交換器以便在其中對其進行加熱的管路。根據(jù)本發(fā)明的另一主題，提供了 一種設備，所述設備用于通過蒸餾低溫分離空氣，其包括如權(quán)利要求11至14中任一項所述的裝置、具有至少一個塔的系統(tǒng)、第二熱交換器、用于將空氣從所述第二熱交換器輸送至所述系統(tǒng)的塔的管路以及用于將蒸餾產(chǎn)品傳輸至所述第二熱交換器的管路。本發(fā)明雖以氮發(fā)生器為例進行描述，但可擴展至其它類型的發(fā)生器。將空氣I輸送至壓縮機3。壓縮機3可為等溫壓縮機，但該示例示出了絕熱壓縮機。被壓縮至5bar至9bar絕對壓力并處于320°C下的空氣通過間接換熱在壓縮機冷卻器6中冷卻至27°C，然后在第一分離器7中分離冷凝水，該第一分離器7可集成在壓縮機的冷卻器中。將冷凝水11輸送至緩沖容器25。使空氣9通過與從冷箱33產(chǎn)生的所有氣態(tài)流體37、39、41相互作用而在利用間接換熱的第一熱交換器13、例如板翅式熱交換器中冷卻。所述氣態(tài)流體在第一熱交換器13中被加熱至21°C。將在第二分離器15中冷凝的水19輸送至緩沖容器25。這樣冷卻至10°C的空氣17然后進入塔頂凈化單元45。將氣體產(chǎn)品37、43輸送至逆流熱交換器。在該示例的情況下，流37是純氣態(tài)氮且流43是源自示意性地示出的用于產(chǎn)生氮的單塔47的塔頂冷凝器的充分蒸發(fā)的液體。易于理解，在具有雙塔的應用的情況下，流37可為氣態(tài)氧或氣態(tài)氮且流43將為較純的氣態(tài)氮。將處于10°C和大氣壓力(裝置下游的壓降除外)下的殘余流體43分為兩部分39、41:一部分41保持干燥，在于加熱器42中加熱之后用于凈化單元45的再生，另一部分39將通過噴射從冷凝物產(chǎn)生的水29、31而被潤濕和冷卻。氣體39中包含的所有水均源自第一熱交換器(13)的上游或下游的空氣中的水的冷凝。可完全在熱交換器之前(流29)或者部分在熱交換器之前(流29)執(zhí)行水的噴射直到氣體飽和，然后沿熱交換器可選地使用若干噴射點進行噴射(流31)。該噴射可以可選地利用泵23或者直接利用經(jīng)加壓的冷凝物來執(zhí)行。緩沖容器25可以是可選的?？梢岳缤ㄟ^集成在另一裝置中而免去分離器7或分離器15。以至多在離開熱交換器13時飽和的方式噴射的水的量將被限制為避免將水滴輸送到大氣中。該量可作為熱交換器的操作參數(shù)的函數(shù)通過計算評估。所選擇的在凈化之前在熱交換器13的出口處的空氣17的溫度為:使得在熱交換器流體入口處的水飽和(或過飽和)的流體的溫度保持為正，以避免結(jié)冰并因此堵塞的風險。所使用的水源自在冷凝物11、19中回收的環(huán)境空氣(濕氣)。不需要對這些冷凝物進行特別處理。不需要一直有水從外部進入系統(tǒng)，而只是在很干燥的時期才需要。也可設想儲存雨水，該雨水在于很干燥的時期被噴射到系統(tǒng)中之前僅進行過濾。第一空氣冷卻式交換器13可集成在冷箱的主交換管路35 (第二熱交換器)中，在主交換管路35中，源自凈化單元45的經(jīng)凈化的空氣17在蒸餾塔的上游被冷卻并且殘余氮43被加熱。然后在集成的熱交換器(13和35)的中間位置處提取壓縮空氣，然后在壓縮空氣返回交換管路之前將其輸送至凈化單元，并且沿熱交換器的頂部將水注入待被飽和的流體中?？筛鶕?jù)常規(guī)技術(shù)來執(zhí)行液體的引導，以便將液體注入通常例如用于兩相引導的板式熱交換器中的氣體中。在集成兩個熱交換器13、35的情況下，可設想一種熱交換器，其對應于熱交換器13的一部分從冷箱的壁伸出，而該熱交換器的其余部分位于冷箱內(nèi)部。注意到，在根據(jù)本發(fā)明的方法中，不存在通過昂貴和龐大的直接熱交換器進行冷卻。同樣，注意到，與水混合的氣體未被用于水冷卻塔中，而是僅給送空氣中包含的水被回收。
權(quán)利要求
1.一種用于在低溫空氣分離設備的上游壓縮和冷卻空氣的方法，其中: i)在壓縮機(3)中壓縮濕空氣； ii)在利用間接換熱的第一熱交換器(13)中冷卻在所述壓縮機中壓縮的空氣； iii)在未借助直接換熱的冷卻步驟冷卻所述第一熱交換器上游的空氣的情況下，在所述第一熱交換器中進行的冷卻的上游和/或下游回收所述空氣中包含的水(11，19)； iv)將在所述第一熱交換器中冷卻的空氣輸送到凈化單元(45)，以便產(chǎn)生被凈化掉二氧化碳和/或水的空氣； V)將所述經(jīng)凈化的空氣輸送到所述低溫分離設備； vi)回收源自所述低溫分離設備的至少一種、可選地經(jīng)加熱的氣體； vii)將在步驟iii)中回收的水與源自所述設備的氣體混合，所產(chǎn)生的混合物的溫度高于所述混合物中的水的凝固點，例如，如果所述混合物的壓力接近大氣壓力，則所產(chǎn)生的混合物的溫度高于0°C ； viii)在所述第一熱交換器中加熱與所述氣體混合的水；以及 ix)如果在所述第一熱交換器的上游回收所述空氣中包含的水，則在位于通過間接換熱進行的水回收的上游的預冷器(6 )中冷卻所述空氣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟i)中的所述壓縮是等溫的。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一熱交換器中的與所述氣體混合的水(29，31)在所述第一熱交換器(13)的上游和/或在所述第一熱交換器的中間點處與氣體混合。
4.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述第一熱交換器(13)中進行的冷卻的下游和所述凈化單元(45)的上游回收所述空氣中包含的水。
5.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，與所述氣體混合的水的量為:在所述第一熱交換器(13)的與氣體混合的水的輸入點處和/或在所述第一熱交換器的進行所述混合的中間點處，氣體和水的混合物高于水飽和點。
6.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述第一熱交換器的上游回收所述空氣中包含的水，并且在預冷器(6)中通過間接換熱冷卻所述空氣。
7.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述氣體僅與通過所述空氣中包含的水的冷凝所產(chǎn)生的水混合。
8.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，與水混合的氣體為氮氣或氧氣。
9.如前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，在所述第一熱交換器(13)中加熱未與水混合的至少一種其它氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，與水混合的氣體是氮氣，并且在所述第一熱交換器中加熱氧流和/或另一氮流。
11.一種空氣分離方法，所述方法包括如前述權(quán)利要求中任一項所述的用于壓縮和冷卻空氣的方法，其中，在第二熱交換器(35)中冷卻所述經(jīng)凈化的空氣并且將所述經(jīng)凈化的空氣輸送至所述低溫分離設備的塔(47);從所述設備提取至少一種產(chǎn)品并在所述第二熱交換器中然后在所述第一熱交換器中加熱所述至少一種產(chǎn)品；以及從所述設備提取至少一種產(chǎn)品，在所述第二熱交換器中加熱、可選地蒸發(fā)所述至少一種產(chǎn)品然后在所述第一熱交換器(13)中加熱呈氣體形式的該至少一種產(chǎn)品。
12.—種壓縮和 冷卻用于低溫分離設備的空氣的裝置，所述裝置包括:壓縮機(3);利用間接換熱的第一熱交換器(13);凈化單元(45);—個或兩個分離器(7，15)，所述壓縮機連接到所述第一熱交換器且所述第一熱交換器連接到所述凈化單元，所述裝置不包括通過在所述第一熱交換器上游的直接換熱來冷卻空氣的機構(gòu)，所述凈化單元適合于向所述設備輸送經(jīng)凈化的空氣，所述分離器 i)在適合于通過間接換熱而冷卻空氣的預冷器(6)下游，連接在所述壓縮機與所述第一熱交換器之間；和/或 ii)連接在所述第一熱交換器與所述凈化單元之間， 所述裝置還包括用于將源自所述設備的氣體傳輸至所述第一熱交換器的至少一第一管路，用于將水從所述分離器傳輸至所述第一管路和/或所述熱交換器以便使水與所述氣體混合的至少一第二管路。
13.如權(quán)利要求11所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括連接所述第一熱交換器與所述分離器的泵(23)。
14.如權(quán)利要求11或12所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于將在所述第一熱交換器(13)中加熱的干燥氣體輸送到所述凈化單元(45)的管路。
15.如權(quán)利要求11、12或13所述的裝置，其特征在于，所述裝置包括用于將至少一種其它氣體(37，41)從所述設備輸送至所述第一熱交換器以便在所述第一熱交換中對其進行加熱的管路。
16.一種用于通過蒸餾而低溫分離空氣的設備，包括如權(quán)利要求11至14中任一項所述的裝置、具有至少一個塔(47)的系統(tǒng)、第二熱交換器(35)、用于將空氣從所述第二熱交換器輸送至所述系統(tǒng)的塔的管路以及用于將蒸餾產(chǎn)品傳輸至所述第二熱交換器的管路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在空氣低溫分離設備的上游壓縮和冷卻空氣的方法，其中不具有直接換熱機構(gòu)，在壓縮機(3)中壓縮濕空氣，在具有間接換熱的第一交換器(13)中冷卻在壓縮機中壓縮的空氣，從在第一交換器中進行的冷卻的上游和/或下游的空氣回收水(11，19)，將在第一交換器中冷卻的空氣輸送至凈化單元(45)，以便產(chǎn)生凈化掉二氧化碳和/或水的空氣，將經(jīng)凈化的空氣輸送到低溫分離設備，從該低溫分離設備回收至少一種氣體，使所回收的水與來自該設備的氣體混合，所產(chǎn)生的混合物的溫度高于該混合物中的水的凝固點，并且在所述第一交換器中重新加熱與氣體混合的水。
文檔編號F25J3/04GK103109145SQ201080052934
公開日2013年5月15日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月23日
發(fā)明者B·達維迪安 申請人:喬治洛德方法研究和開發(fā)液化空氣有限公司