[发明专利]用于空气压缩、冷却和净化的集成方法以及设备

说明书

技术领域

本发明涉及集成的空气压缩、冷却和净化的设备以及空气压缩、冷却和净化方法。具体地，本发明涉及使用所述空气压缩、冷却和净化的设备以及方法的低温空气分离设备和空气分离方法。

背景技术

某些市场——尤其是用于天然气转化的市场——需要大量的氧，因此，空气分离设备的尺寸日益增大。因此，有必要增加用于空气分离设备的空气压缩系统的尺寸。

通常使用具有中间冷却器的压缩机供给空气分离设备。对于大型设备，这些压缩机的成本非常高并且它们的尺寸使得安装起来相当昂贵。

为了解决这个问题，可以并行地使用多个压缩机，但是这并不经济。

由于电机的尺寸有限，通常这些大型压缩机通过燃气轮机或蒸汽轮机供给动力。蒸汽轮机使用天然气转化过程所产生的蒸汽。

还已知燃气轮机用以处理空气流的轴流式压缩机比用于空气分离的压缩机大得多。然而，这些压缩机是绝热的，并且由于压缩热不能再循环，其能量消耗令人失望甚至与空气分离不相容。

由美国专利4,461,154已知，在绝热压缩机中压缩的空气可用于预热锅炉的给水。

美国专利6,117,916说明了在发送来自压缩机的空气之前使用来自绝热压缩机的热量以使工作流体升温。空气随后被进一步冷却并送到空气分离设备。

发明内容

本发明的一个目的是有效地使用压缩空气中存在的热量以产生能量。

本发明提供了一种用于空气压缩、冷却和净化的集成方法，其中：

a)绝热压缩机压缩一空气流以产生压缩空气流；

b)所述压缩空气流用于加热第一压力下的第一加压流和第二压力下的第二加压流，并生成升温的第一加压流、升温的第二加压流和冷却的压缩空气流；

c)所述升温的第一加压流为气态并且在涡轮机中膨胀；

d)所述涡轮机所做功的至少一部分用于为绝热压缩机供给动力；

e)所述冷却的压缩空气流利用冷却装置通过与水进行热交换来进一步冷却，然后在使用TSA方法的净化装置中净化；以及

f)所述升温的第二加压流的至少一部分用于下述步骤中的至少一个步骤：冷却将要在冷却过程中使用的水，以及加热用于使净化装置再生的气体。

此外，本发明提供了一种用于空气压缩、冷却和净化的集成设备，该设备包括：

a)用于压缩一空气流以产生压缩空气流的绝热压缩机；

b)至少一个热交换器以及用于将该压缩空气流、第一压力下的第一加压流和第二压力下的第二加压流送入该至少一个热交换器以生成升温的第一加压流、升温的第二加压流和冷却的压缩空气流的管路；

c)涡轮机和用于将所述升温的第一加压流送入该涡轮机的管路；

d)用于将该涡轮机所做功的至少一部分传递给绝热压缩机的装置；

e)利用水进行热交换的冷却装置和用于将所述冷却的压缩空气流送到该冷却装置以生成进一步冷却的压缩空气流的管路；

f)使用TSA方法的净化装置和用于将所述进一步冷却的压缩空气流送到该净化装置中的管路；以及

g)用于将所述升温的第二加压流的至少一部分送入所述冷却装置和净化装置中的至少一个的管路。

对绝热压缩机所产生热量的有效利用使得蒸汽消耗相当于空气分离中通常使用的多级压缩机的蒸汽消耗。

附图说明

为了进一步理解本发明的实质和目的，参照下面结合附图给出的详细说明，其中附图中同样的元件用相同的或类似的标号表示，在附图中：

-图1示出本发明的第一实施例；以及

-图2示出本发明的第二实施例。

具体实施方式

本发明提供了一种用于空气压缩、冷却和净化的集成方法，其中：

a)绝热压缩机压缩一空气流以产生压缩空气流；

b)所述压缩空气流用于加热第一压力下的第一加压流和第二压力下的第二加压流，并生成升温的第一加压流、升温的第二加压流和冷却的压缩空气流；

c)所述升温的第一加压流为气态并且在涡轮机中膨胀；

d)所述涡轮机所做功的至少一部分用于为绝热压缩机供给动力；

e)所述冷却的压缩空气流利用冷却装置通过与水进行热交换来进一步冷却，然后在使用TSA方法的净化装置中净化；以及

f)所述升温的第二加压流的至少一部分用于下述步骤中的至少一个步骤：冷却将要在冷却过程中使用的水，以及加热用于使净化装置再生的气体。

本发明还可包括下列方面中的一个或多个：

a)冷却过程可以是一吸附过程；所述第一和第二加压流是水流；