[发明专利]用于通过低温蒸馏分离空气的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及通过低温蒸馏分离空气的方法和设备。

背景技术

为了控制工程成本和通过重复实现采购节约，已经建立了空气分离设备的标准化范围，达到大约700 Mt/天(兆吨/天)、或甚至1000 Mt/天的吨数。这些标准化生产在输出和/或压力方面不总是准确地对应于客户的需求，但是这些小设备的成本是主要的优化因素，而标准化很好地适应这一关键准则。

除了这些性能以外，由于能量越来越重要，已经引入所谓的模块化单元，这次的定位在于标准化某些关键部件，但是尽可能遵循客户的要求，并且考虑能量和投资的并行约束。

EP-A-0504029描述了一种基于具有单一大型高压空气压缩机的单一机器的概念的泵循环。

与传统泵循环比较，该方法通过利用该单一空气机器引入所有需要的能量显著节省了投资，无论所需的产品的纯度和压力如何，其输出压力可介于大约12bara(绝对压力)和35bara之间。然而，当达到非常高的功率时，该单一机器难于实施并且利用电动机的复杂且昂贵的启动策略(称为调整器)起动。制造商的数量也极少，这虽然没有破坏但是限制了该方法的技术和经济优势。这些问题中的一部分在Wolentarski的“Turbomachinery Limitations for Large Air Separation Plants”，Cryogenic Processes and Equipment Conference，Century2--Emerging Technology Conferences，San Francisco，California(1980年8月19-21日)中进行了描述。

为了维护和可靠性的原因，采购所有这些关键设备关于压缩机和电动机的备用零件。完全可以接受的是，对于安装在同一地点或者甚至同一国家的一组相同机器准备单一一组备用零件。

取决于功率，电动机的技术不同：实际上，超过25MW，在市场上不存在同步以外的电动机，当前异步电动机的技术使得不可能超越该界限而不冒非常大的产业风险。

1979年7月CEP中的文章“Oxygen Plants:10years of development and operation”描述了同步电动机的使用，并且解释了储存有三种尺寸的同步电动机以便在停机的情况下替换Air Liquide集团的欧洲压缩机。

一般而言，具有利用单一高压空气压缩机的循环的空气分离单元的设备成本(除了储存和蒸发容器及高压设施外)分解成四个主要部分：

i)压缩功能(压缩，电动机，启动设备和相关电气装置)：45％至50％。

ii)冷箱功能和相关设备：30％至35％。

iii)用于空气的热部分在进入冷箱之前的净化功能：10％至15％。

iv)杂项：5％至10％。

因此清楚的是，减少成本和增加压缩机、电动机和启动设备的可靠性是重点所在。

利用如US-A-5475870中所述的使用由涡轮驱动的冷增压器的方法，或者如EP-A-0504029中所述的方法，所有动力通过高压空气压缩机引入。增压器是从高于大气压力的压力压缩空气的压缩机。还可以压缩所有处于高压的空气而不使用增压器或仅使用联接至空气和氮气涡轮的增压器，如EP-A-0504029中那样，从而所有动力通过单一高压空气压缩机引入。热交换管线的布置结构、联接至增压器的涡轮的数量和类型以及蒸馏塔使得生产与客户要求的纯度、压力和生产量相容。

发明内容

本发明源于这样的事实，即，对于要求处于给定生产量、给定纯度和给定压力的产品供应的客户，该供应必然对应于导致给定空气通过量和给定高空气压力的功率/动力。

为了保存尽可能接近客户需求的优点，但是标准化关键部件以提供该部件重复性的增益和通过供应商的体积效应的增益，而且尤其是工艺的、技术的或甚至经济阈值的这一面(其中存在相当大数量的潜在供应商)，高压压缩机的数量N介于3和10之间，以便将空气供应至满足客户需求的分离设备的冷箱。例如，可以使用并联的3、4、5、6、7、8、9或10个压缩机。

对于例如使用25MW最小压缩(功率)、具有单一相关净化单元的单一冷箱，传统上使用同步类型的单一大型压缩机。本发明提供使用能够通过异步电动机驱动的至少三个足够小的压缩机以便供应该单一冷箱。

根据本发明的一个主题，提供了一种通过低温蒸馏分离空气的方法，其中：

i)将大致处于环境压力下的N股空气流分别传送至N个空气压缩机中的一者内，