氣體壓縮機、裝有這種壓縮機的氣體混合物分離設備以及使用所述壓縮機的氣體混合物...的製作方法
2023-12-06 12:15:31 1
專利名稱：氣體壓縮機、裝有這種壓縮機的氣體混合物分離設備以及使用所述壓縮機的氣體混合物 ...的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種氣體壓縮機和一種安裝有這種壓縮機的用於分離氣體混合物的設備。
背景技術：
在傳統的多級壓縮機中，在一級中被壓縮的氣體在被送入下一級之前在一級間冷卻器或中間冷卻器中被冷卻，從而該氣體保持下一壓縮級可接受的溫度。在最後一級被壓縮的空氣也在該級下遊被冷卻。通過冷卻器冷卻的氣體發生壓降。根據現有技術，不管冷卻器所冷卻的壓縮氣體的壓力如何，各個冷卻器中壓縮氣體的壓降都相同。
術語「壓縮機」包括鼓風機、增壓機和帶有增壓機以形成單個機器的壓縮機。所討論的壓縮機可以是離心式壓縮機、軸流式壓縮機、徑流式壓縮機或往復式壓縮機，或者這些類型的壓縮機的組合。所述壓縮機可具有中間進口和/或出口。
空氣從上遊端到下遊端進入壓縮機。如果空氣在進入壓縮機的另一級之前進入一個級，則該級是該另一級的上遊。
所有壓力都是絕對壓力。
利用將氣體壓縮到最高壓力的級中的較高的氣體壓降，來替換具有每級中壓降都相同的中間冷卻器的壓縮機，則在與中壓或低壓相比相同壓降僅消耗很少能量的情況下，就有可能節省壓縮機的投資成本。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種具有串聯連接的n個級的氣體壓縮機，其中n至少等於3，每一級後面都帶有冷卻器，其特徵在於，至少兩個冷卻器中壓縮氣體的壓降不同，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
根據本發明的其它可選方面-壓縮機中最後一級的冷卻器的壓降比第一級的冷卻器的壓降高；-壓縮機具有至少四個級，其中壓縮機的最後的級的壓降比最前面的級的壓降高；-至少有兩個冷卻器的壓降相差至少30％，或者至少50％或甚至至少100％，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊；-至少有兩個冷卻器的壓降相差至少100％，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
本發明的另一方面提供了一種在氣體壓縮機中壓縮氣體的方法，該壓縮機具有串聯連接的n個級，其中n至少等於3，每一級後面都帶有冷卻器，其特徵在於，至少兩個冷卻器中壓縮氣體的壓降不同，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
本發明的另一方面提供了一種用於分離氣體混合物的設備，該設備包括至少一個如上所述的壓縮機以及用於將來自該設備和/或將要輸送給該設備的氣體送入該壓縮機的裝置。
優選地，提供一種如上所述的空氣分離設備，該設備包括包含至少一個蒸餾塔的低溫蒸餾設備、用於將壓縮空氣送入低溫蒸餾設備的塔中的裝置、用於從低溫蒸餾設備的塔中提取液體的裝置，用於利用壓縮氣體通過熱交換使液體氣化的裝置，其中該壓縮氣體已經由壓縮機的最後的級中的至少一級(或者由最後一級)壓縮，並且/或者該壓縮空氣已經在壓縮機中壓縮。
根據本發明的其它可選方面，空氣分離設備包括通過與來自壓縮機的最後的級中的一級(或者來自最後一級)的空氣進行熱交換而使液體氣化的裝置。
本發明的另一方面提供了一種在塔系統中通過低溫蒸餾來分離氣體混合物的方法，其中在上述壓縮機中壓縮將要輸送給塔系統的氣體或者來自塔系統的氣體，離開該壓縮機的最後一級的氣體的壓力超過5bar，優選地超過10bar。
另一個可選方面提供了一種方法，其中i)將空氣流壓縮至第一壓力；ii)將第一壓力下的空氣的一部分增壓至大於10bar的第二壓力；iii)將第一壓力下的空氣的一部分送入塔系統的一個塔內進行蒸餾；iv)從系統的一個塔中提取液體流；v)使該液體流通過與第二壓力下的空氣進行熱交換而氣化，其特徵在於vi)在至少一個上述壓縮機中壓縮第一壓力下的空氣流以及/或者使空氣的一部分增壓至第二壓力。
下面將參照附圖詳細說明本發明，其中圖1至圖3簡化地示出安裝有至少一個根據本發明的壓縮機的分離設備。
具體實施例方式
在圖1中，將處於大氣壓力的空氣流3送入壓縮機1。
該壓縮機由級C1、C2、C3、C4、C5及其各自的冷卻器組成。空氣經歷下列過程-在第一級C1被壓縮，通過中間冷卻器R1被冷卻；-在第二級C2被壓縮，通過中間冷卻器R2被冷卻；-在第三級C3被壓縮，通過中間冷卻器R3被冷卻；-在第四級C4被壓縮，通過中間冷卻器R4被冷卻；並且-在第五級C5被壓縮，通過最後的冷卻器R5被冷卻，然後以20-40bar的壓力離開。
對於中間冷卻器R1、R2和R3，壓縮空氣的壓降基本上相等。中間冷卻器R4的壓降比前面的冷卻器R1、R2、R3的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。最後的冷卻器R5的壓降比冷卻器R4的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。
作為一種變型，冷卻器R4可具有與冷卻器R1、R2和R3相同的壓降。
同樣，作為一種變型，冷卻器R3的壓降可以比冷卻器R1和R2的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高100％；冷卻器R4的壓降可以與R3的壓降基本相等或者比R3的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。
在冷卻器R5中被冷卻的空氣進入淨化站5，然後進入利用低溫蒸餾或其它技術工作的空氣分離設備7中，以便生產可以是氧氣和/或氮氣和/或氬氣的產品9。
在圖2中，將處於大氣壓力的空氣流3送入壓縮機1。
該壓縮機由級C1、C2、C3、C4、C5及其各自的冷卻器組成。空氣經歷下列過程-在第一級C1被壓縮，通過中間冷卻器R1被冷卻；-在第二級C2被壓縮，通過中間冷卻器R2被冷卻；-在第三級C3被壓縮，通過中間冷卻器R3被冷卻，然後進入淨化站。淨化的空氣流6離開淨化站然後進入空氣分離設備7或者其它地方。淨化的空氣的其它部分8經歷下列過程-在第四級C4被壓縮，通過中間冷卻器R4被冷卻；並且-在第五級C5被壓縮，通過最後的冷卻器R5被冷卻，然後以20-40bar的壓力離開。該氣體然後可用於在空氣分離設備7的交換器中使處於壓力下的泵入液體氣化。
對於中間冷卻器R1、R2和R3，空氣的壓降基本上相等。中間冷卻器R4的壓降比前面的冷卻器R1、R2、R3的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高100％。最後的冷卻器R5的壓降比冷卻器R4的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。
作為一種變型，冷卻器R4可具有與冷卻器R1、R2和R3相同的壓降。
同樣，作為一種變型，冷卻器R3的壓降可以比冷卻器R1和R2的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高100％；冷卻器R4的壓降可以與R3的壓降基本相等或者比R3的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。
在本示例中，級C1、C2和C3將所有的空氣壓縮到一中間壓力，在形成為增壓機的級C4、C5中只有一部分空氣被壓縮至最大壓力。所有級C1、C2、C3、C4和C5都位於同一軸上並形成為壓縮機1的一部分。
在最後的冷卻器R5中冷卻的空氣8被送入空氣分離設備。
在圖3中，在壓縮機1中壓縮空氣3-該壓縮機1可以是圖1或圖2中所述的壓縮機1，並且將壓縮空氣淨化後送入空氣分離設備7。將從設備7中提取出的氣態氮9送入包括三個級CA1、CA2和CA3的壓縮機11。氮氣的壓力大於大氣壓力，優選在1.5bar至10bar之間。
氮氣經歷下列過程-在第一級CA1被壓縮，通過中間冷卻器RA1被冷卻；-在第二級CA2被壓縮，通過中間冷卻器RA2被冷卻；並且-在第三級CA3被壓縮，並通過最後的冷卻器RA3被冷卻。
最後的冷卻器RA3中氮氣的壓降比冷卻器RA2和冷卻器RA1中的壓降高至少30％，優選地高至少50％或者甚至高至少100％。
本發明尤其適用於通過低溫蒸餾進行的分離，但是也可應用於在高溫下工作的分離設備。本示例中所述的待分離的氣體混合物是空氣，但是該氣體混合物可例如由一氧化碳和/或氫氣和/或甲烷和/或氮氣和/或氦氣作為主要成分組成。
所述壓縮機可以是用於空氣、氮氣、氧氣、氬氣、合成氣體、氫氣、一氧化碳、氦氣、甲烷或任何其它氣體的壓縮機。
權利要求
1.一種具有串聯連接的n個級(C1、C2、C3、C4、C5、CA1、CA2、CA3)的氣體壓縮機(1、11)，其中n至少等於3，每一級後面都帶有冷卻器(R1、R2、R3、R4、R5、RA1、RA2、RA3)，其特徵在於，至少兩個冷卻器具有不同的壓縮氣體壓降，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
2.如權利要求1所述的壓縮機，其特徵在於，壓縮機的最後一級的冷卻器(R5、RA3)的壓降比第一級的冷卻器的壓降高。
3.如權利要求2所述的壓縮機，其特徵在於，該壓縮機具有至少四級，其中該壓縮機的最後的級的壓降比最前面的級的壓降高。
4.如上述權利要求中任一項所述的壓縮機，其特徵在於，至少有兩個冷卻器的壓降相差至少30％，或者至少50％或甚至至少100％，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
5.如權利要求4所述的壓縮機，其特徵在於，至少有兩個冷卻器的壓降相差至少100％，壓降較小的冷卻器位於壓降較大的冷卻器的上遊。
6.一種用於分離氣體混合物的設備，包括至少一個如權利要求1-5中任一項所述的壓縮機(1、11)以及用於將來自該設備和/或將要輸送給該設備的氣體(3、9)送入該壓縮機的裝置。
7.如權利要求6所述的分離設備，其特徵在於，該分離設備包括包含至少一個蒸餾塔的低溫蒸餾設備、用於將壓縮空氣送入該低溫蒸餾設備的塔中的裝置、用於從低溫蒸餾設備的塔中提取液體的裝置、用於通過與壓縮氣體熱交換而使液體氣化的裝置，其中該壓縮氣體已經由壓縮機的最後的級中的至少一級或者由最後一級(R4、R5)壓縮，並且/或者壓縮空氣已經在壓縮機(1)中壓縮。
8.如權利要求7所述的分離設備，其特徵在於，該分離設備包括通過與來自壓縮機的最後的級中的一級或者來自最後一級(R4、R5)的空氣進行熱交換而使液體氣化的裝置。
9.在塔系統中通過低溫蒸餾來分離氣體混合物的方法，其中在如權利要求1至5之一所述的壓縮機(1、11)中壓縮將要輸送給塔系統的氣體或者來自塔系統的氣體，離開該壓縮機的最後一級(R5)的氣體的壓力在5bar以上，優選在10bar以上。
10.如權利要求9所述的方法，其特徵在於，i)將空氣流壓縮至第一壓力；ii)將第一壓力下的空氣的一部分增壓至大於10bar的第二壓力；iii)將第一壓力下的空氣的一部分送入塔系統的一個塔內進行蒸餾；iv)從塔系統的一個塔中提取液體流；v)使該液體流通過與第二壓力下的空氣進行熱交換而氣化，vi)在至少一個如權利要求1-5之一所述的壓縮機中壓縮第一壓力下的空氣流以及/或者使空氣的一部分增壓至第二壓力。
全文摘要
本發明的氣體壓縮機(1)包括n個串聯連接的級(C1、C2、C3、C4、C5)，其中n等於或大於3，每一級後面帶有冷卻器(R1、R2、R3、R4、R5)，至少兩個冷卻器具有不同的壓縮氣體壓降，壓降較小的冷卻器安裝在壓降較大的冷卻器的上遊。
文檔編號F04D29/58GK1890524SQ200480036078
公開日2007年1月3日 申請日期2004年11月24日 優先權日2003年12月5日
發明者A·吉亞爾, F-X·勒曼 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監督和管理委員會的有限公司