[发明专利]空气压缩系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于空气分离装备(plant)的空气压缩系统及方法，在该空气分离装备中，变温吸附单元(temperature swing adsorption unit)位于一系列压缩级的中间位置上，使得吸附在400psia到600psia之间的范围内的压力下进行，以降低否则将在此范围外的压力下招致(incur)的成本。

背景技术

在低温空气分离装备中，空气被压缩、净化去掉较高沸点的污染物(诸如水蒸气和二氧化碳)并且然后冷却到适合于空气的低温蒸馏的温度。空气然后典型地在双塔空气分离单元内精馏，该双塔空气分离单元具有较高压力塔(column)，以产生富氮蒸气塔顶产物(overhead)和粗液氧塔底产物(bottoms)(也已知为釜液)。粗液氧塔底产物在较低压力塔中进一步精炼，以产生富氧液体塔底产物和另一富氮塔顶产物。使用较低压力塔的富氧液体塔底产物来冷凝在较高压力塔中产生的富氮蒸气，并且一般地，使用所得的富氮液体来回流两个塔。富氧液体塔底产物由于富氮蒸气的冷凝而部分地气化，以提供较低压力塔中的沸腾(boilup)。来自此装备的产物可为氮和氧的蒸气和液体产物。此外，如果氩产物是期望的，则氩塔可附接到较低压力塔上，以精炼氩产物。

如上文所述，在将空气冷却至适合于进行蒸馏的低温温度之前，空气必须净化去掉较高沸点的污染物，例如，水蒸气和二氧化碳。这些组分中的任一者均可在空气的冷却期间凝固，并且累积在出于此类目的而使用的主热交换器的热交换通路内。水蒸气和二氧化碳因此由吸附过程和系统来除去，吸附过程和系统利用了在异相循环中操作的吸附剂的床来吸附此类污染物。当一个吸附剂床正在吸附杂质时，另一个床再生(regenerate)。在空气分离装备中，吸附单元提供为根据变温吸附周期来操作。在变温吸附循环中，吸附剂床通过使用热的气体(典型地，由空气分离装备产生的废氮)来再生。

US5,846,295中描述了变温吸附周期的示例，其在净化空气分离装备中的空气中是有用的。在该专利中，空气在主空气压缩机6中压缩至可为从28psia到250psia中的任一处的压力。空气在热交换器8和10中冷却。空气的冷却将使空气的水蒸气含量中的一些冷凝。然后，压缩空气供应至入口歧管12，取决于哪个容器(vessel)联线(on line)以及哪个正在再生，该压缩空气从该入口歧管12处给送至两个吸附剂容器2或4中的一个。净化空气从出口供应至容纳了蒸馏塔的空气分离装备的冷箱。吸附剂容器2和4包含将吸附水蒸气和二氧化碳的氧化铝吸附剂。一旦吸附剂容器装满此类杂质，则允许累积在吸附剂床内的高压气体在减压或放空(blow down)步骤中排出，并且来自冷箱的干的富氮废气随后被引入热交换器66中，在该热交换器66中，干的富氮废气被加温并供应至待再生的吸附剂床。由于热的干的富氮废气对吸附剂进行加热，杂质将从吸附剂脱附(desorb)。一旦床已再生，则其以由主空气压缩机6产生的压缩气体的一部分再加压，并且带回到联线中。联线的吸附剂床然后如上文所述那样再生。

如可领会的那样，在空气分离装备的制造和操作中，期望的是使可在装备的寿命内资本化的制造成本和通过电功率使用招致的进行中(ongoing)运行成本两者均降低。诸如上文已描述的那样，通过在常规压力下操作变温吸附单元，制造和操作成本至少在一定程度上比在较高压力下操作变温吸附单元降低。在此方面，一种成本来自于制成容纳吸附剂的容器的材料。与吸附在较高压力下进行的情况相比，较低的操作压力将允许吸附剂容器具有较薄的侧壁。因此，至此程度，在设计来在较低压力下操作时，吸附剂床的制造成本降低。如上文所述，成本还由通过电功率消耗招致的进行中操作成本引起。因为吸附剂床的减压代表了高压力空气的损失，而该高压力空气具有与排出的空气的压缩相关的特定动力成本，故在吸附剂床再生期间进行的减压或放空步骤也代表了成本。在较低压力下在对空气进行压缩而招致的动力成本小于在将空气压缩至较高压力中涉及的成本。因此，通过在较低压力下操作变温吸附过程，使在吸对附剂床进行减压中涉及的成本小于否则在较高压力下将招致的成本。

如将进一步论述的那样，在其它优点之中，本发明提供了一种用于空气分离装备的压缩系统，该空气分离装备具有位于压缩系统的位置内的变温吸附单元，以允许吸附在高于由现有技术构想的压力(即，在400psia到600psia之间)下进行，并且带来了制造成本和进行中操作成本两者上的降低，优于其中变温吸附单元在较低压力下操作的压缩系统。

发明内容