膨脹和壓縮至少一種氣態物流的方法和裝置的製作方法
2023-09-16 10:18:30 4
專利名稱：膨脹和壓縮至少一種氣態物流的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於壓縮和膨脹至少一種氣態物流的方法和裝置，其方法包括—將氣態混合物的第一物流在至少有一級的壓縮機內進行壓縮；—在增壓器內對氣態混合物的第二物流進行增壓；—在膨脹機內膨脹氣態混合物的第三物流；和—用增壓器回收至少一部分由膨脹機產生的能量。
EP-A-0.557,935公開了一種這一類型的方法，其中第一物流是待蒸餾的空氣，第二物流是用增壓器110增壓至中等壓力的氮氣，而第三物流是在與增壓器相連的渦輪機113中經膨脹的剩餘氣體。DE-A-28,54,508公開了一種這一類型的方法，其中首先將一部分空氣在增壓器內增壓，然後在與增壓器相連的渦輪機中膨脹，再輸送到一個雙重柱的低壓柱中。
這些方法增加了渦輪機中的膨脹負荷，隨著產生了製冷而減小了膨脹工作氣流或由於恆定的膨脹氣流速率而增加了製冷，並且通常改進了設備的性能。
在某些情況下，沒有簡單的裝置來實施這類方法或簡單地用增壓器回收由渦輪機產生的機械能。例如，當渦輪機膨脹從空氣分離裝置的中等壓力柱中排出的氮氣時，沒有對氮氣預熱而是在現有的低溫下對其進行壓縮，然後冷卻，再送至渦輪機，這樣就增加了熱交換線的主要成本。
DE-A-25,57,453公開了一種解決這個問題的方法，即第二物流包括一部分是待蒸餾空氣的第一物流。第二物流的增壓器5與渦輪機6相連接，渦輪機6在中等壓力下用於膨脹氮氣(第三物流)。
在DE-A-28,54,508所涉及的情況下，要求所需的冷產品的工作膨脹流可小於或等於允許蒸餾的程度。在這種情況下，工作膨脹空氣流的降低未帶來節約，並且因為從效果上沒有降低工作膨脹氣流速率，而沒有增加渦輪機的輸入壓力。
於是，現有技術指出用發電機回收渦輪機的能量或用油閘消耗能量。
本發明的目的是提高能效或降低這些已知方法的總成本。
為此，本發明提供了下列類型的方法，其特徵在於—將至少一部分增壓的第二物流輸送到一級壓縮機的上流。
為達到其目的，本發明還提供了一種用於壓縮和膨脹至少一種氣態物流的裝置，包括—至少具有一級的一個壓縮機；—一個增壓器；—一個與增壓器相聯的膨脹機；—將氣態混合物的第一物流輸送到壓縮機的裝置；
—將氣態混合物的第二物流輸送到增壓器和將至少一部分經增壓的第二物流輸送到壓縮機的一級的上流的裝置；和—將氣態混合物的第三物流輸送到膨脹機入口的裝置。
本發明的其它特點和優點將參照附圖
，按圖示的方式(但不是限定性的方式)通過下文描述的一個具體實施方案而更加易於理解，其中—唯一的附圖示意性地示出了本發明的裝置。
將空氣流輸送到有幾級5A、5B、5C的壓縮機5中。在第一級5A中壓縮後，氣流被分為兩部分。在第二級5B中壓縮第一部分氣流。第二部分氣流在增壓器7中增至大約是級5B所處壓力的壓力，然後與第一部分氣流混和。所有重新合併的空氣流在級5C被壓縮後在熱交換管線11中冷卻，然後送到蒸餾柱13中，在那裡被分離。
分離產物之一是從壓力大約為6bar的中壓柱13的頂部排出的氮氣流。在熱交換器11中被部分再加熱之後，一部分31在渦輪機9中膨脹至接近大氣壓的壓力，然後輸送到熱交換管線的冷卻端再加熱，將其的冷傳遞給用於蒸餾的空氣流。渦輪機9與增壓器7相聯，因此一部分膨脹能用於使第二空氣流2增壓。
作為一種改變，可將一部分在壓力下從雙重柱的低壓柱排出的不純的或純的氮氣進行膨脹，在熱交換管線11中部分地再加熱後，這部分氮氣可被送到熱交換管線11的冷卻端。
作為另一種改變，至少一部分在簡單的HPN型柱中產生的氮氣或剩餘物在於這個柱的頂部冷凝器中汽化後，再進行膨脹。使氮氣或剩餘物在熱交換管線中部分地再加熱。
這裡，還可以設計成使用與渦輪機9或一個獨立的渦輪機相聯的第二增壓器。從級5A的上遊排出的空氣將供給該第二增壓器，至少一部分增壓了的空氣再循環到級5B的上遊和級5A的下遊。
通過改變增壓器7和壓縮機5的級的壓縮負載，可使增壓了的氣流再循環到級5C的出口而不是級5B的出口。
在一個更簡單的方法中，本發明可以在一套包括有唯一一級的壓縮機，一個增壓器和與增壓機配合的一個渦輪機的裝置中實施。氣態混合物的第一氣流可在壓縮機中被壓縮，而氣態混合物的第二氣流在增壓器中增壓，然後將氣態混合物的這兩部分壓縮了的氣流混合在一起。
應注意的是，氣態混合物可以是基本上純淨的氣體並且被壓縮機和增壓器壓縮的氣態混合物不必有相同的組成。
權利要求
1.用於壓縮和膨脹至少一種氣態物流的方法，其中a)將氣態混合物的第一物流在具有至少一個壓縮級(5A、5B、5C)的壓縮機裡壓縮；b)將氣態混合物的第二物流在增壓器(7)中增壓；c)將氣態混合物的第三物流在膨脹機(9)中膨脹；d)將至少一種由膨脹機產生的能量用增壓器(7)回收；和e)將至少一部分增壓的第二物流輸送到壓縮機的一級(5B)的上遊。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在把第二物流輸送到增壓器之前，將第一和第二物流在壓縮機的至少一級(5A)中壓縮。
3.根據權利要求2的方法，其特徵在於，所述的壓縮機的級是第一級(5A)。
4.根據權利要求2或3的方法，其特徵在於，來自壓縮機的一級的上遊的第二物流和至少一部分所述增壓了的第二物流返回這一級的下遊。
5.根據權利要求4的方法，其特徵在於，由至少一個壓縮級將第二物流的原始點和該物流的返回點分開。
6.根據上述權利要求之一的方法，其特徵在於，將第一和第二物流在壓縮後於一個蒸餾裝置中蒸餾，第二物流是從該裝置中取出的氣態產品。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，第一和第二物流是空氣流。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，第三物流是從裝置的中等壓力柱中取出的氮氣，或是在壓力下從一個雙重柱的低壓柱取出的不純的氮氣。
9.用於壓縮和膨脹至少一種氣態物流的裝置，包括—一個至少有一級(5A，5B，5C)的壓縮機(5)；—一個增壓器(7)；—一個與增壓器(7)配合的膨脹機(9)；—將氣態混合物的第一物流(1)輸送到壓縮機的裝置，—將氣態混合物的第二物流(2)輸送到增壓器和將至少一部分增壓了的第二物流輸送到壓縮機的一級(5B)上遊的裝置；和—將第三物流輸送到膨脹機的入口的裝置。
10.根據權利要求9的裝置，其特徵在於，第一和第二物流是準備在一個空氣蒸餾裝置中蒸餾的空氣流，第三物流是蒸餾的產品。
11.根據權利要求9和10之一的裝置，包括用於壓縮第一和第二物流的壓縮機的第一級(5A)、將來自第一級的第二物流輸送到增壓器(7)的裝置和將第一物流輸送到第二級(5B)和第三級(5C)並將至少一部分增壓了的第二物流輸送到第三級的裝置。
12.用於由低溫蒸餾分離氣態混合物的裝置，包括—一個至少有一級的壓縮機(5)；—一個增壓器(7)；—一個與增壓器(7)配合的膨脹機(9)；—將氣態混合物的第一物流(1)輸送到壓縮機的裝置；—將氣態混合物的第二物流(2)輸送到增壓器和將至少一部分增壓了的第二物流(2)輸送到壓縮機的一級(5B)的下遊的裝置；和—將氣態混合物的第三物流輸送到膨脹機的入口的裝置。
全文摘要
在一種用於壓縮和膨脹至少一種氣態物流的方法中，一部分由渦輪機(9)產生的能量被與壓縮機(5)的至少一級(5A、5B、5C)平行連接的增壓器(7)回收。優選地用渦輪機膨脹來自空氣蒸餾裝置的氮氣。空氣在指定的壓縮機和增壓器中壓縮。
文檔編號F25J3/04GK1133392SQ9512050
公開日1996年10月16日 申請日期1995年10月24日 優先權日1994年10月25日
發明者赫威·比翰 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發空氣股份有限公司