[发明专利]在具有冷存储单元的空气分离设备中生产空气产物

说明书

本发明涉及根据独立权利要求的用于在空气分离设备中生产空气产物的方法以及相应空气分离设备。

现有技术

通过空气分离设备中的空气的低温分离来生产液态或气态的空气产物是已知的，并例如记载在H.-W.(主编)的Industrial Gases Processing,Wiley-VCH 2006中，特别是第2.2.5节“Cryogenic Rectification”中。本发明特别适用于具有内部压缩的空气分离设备，如loc.cit.,第2.2.5.2节，“Internal Compression”中所解释的。

空气分离设备具有蒸馏塔系统，其可以被设计为例如双塔系统，特别是传统的林德(Linde)双塔系统，但也可以被设计为三塔或多塔系统。除了用于产生液态和/或气态的氮和/或氧(例如液氧，LOX，气态氧，GOX，液氮，LIN和/或气态氮，GAN)的蒸馏塔，即用于氮氧分离的蒸馏塔之外，也可以提供用于生产其他空气组分的蒸馏塔，特别是惰性气体氪、氙和/或氩。

例如，从DE 31 39 567 A1和EP 1 989 400 A1中已知，液态空气或液氮可用于电网控制并在电力网中提供控制能力。在高电力供应时(以下是指当有剩余电力的时候)，在具有集成液化器的空气分离设备中或在专用液化设备中产生液态空气或液氮，并存储在包括低温罐的罐的系统中。在低电力供应时(以下是指电力不足的时侯)，将液态空气或液氮从所述罐系统中移除，通过泵增加压力，并将其加热至约环境温度或更高，从而转变为气态或超临界状态。在能量存储单元中，由此获得的加压流在膨胀涡轮机或具有中间加热的多个膨胀涡轮机中膨胀至环境压力。由此释放的机械能在发电单元的一个或多个发电机中被转换为电能，并被馈送到电网中。

本发明不是关于简单的能量储存，而是为了提供一种能量分离设备，在有剩余电力的时候和当电力不足的时候在其中提供空气产物，特别是内部压缩的加压氮气和/或加压氧气，有利地以相当的量提供。然而，同时，要使用在有剩余电力时的较低电价，并避免在电力不足时的较高电价。

发明内容

该目的通过根据独立权利要求前序部分的在空气分离设备中生产空气产物的方法和相应的空气分离设备而实现。独立专利权利要求和下述说明将对此细化。

在解释本发明的特征和优点之前，将解释其所基于的原理和所使用的术语。所描述的设备也描述于相关的专业文献中，例如loc.cit.,第2.2.5.6节，“Apparatus”。除非下面的定义使用不同的术语，否则本文中所用的术语应明确地参考所述专业文献。

“热交换器”用于在例如相互对流的至少两个流之间进行间接热传递，如压缩空气温热流和一个或多个冷流，或低温液态空气产物和一个或多个温热流。热交换器可以由单个热交换器区段或并联和/或串联连接的多个热交换器区段形成，例如，一个或多个板式热交换器块。其可以是例如板式热交换器(板翅式热交换器)。该热交换器，例如还有空气分离设备的“主热交换器”，待冷却或待加热的流体的主要部分通过其被冷却或加热，具有“通道”，所述通道被设计为彼此分开并具有热交换表面的流体通道，且分别通过其他的通道分别连接以形成“通道组”。

“冷存储单元”用于以冷的形式存储热能，即提取的热能。为了在本发明中使用，冷存储单元的结构设计方式可以特别地类似于原则上从空气分离设备领域已知的蓄热器。例如F.G.Kerry,Industrial Gas Handbook,CRC Press,2006，特别是第2.7节“Kapitza Cycle”和第4.4.3节“Recovery of Krypton and Xenon”解释了蓄热器。蓄热器包括适于储存冷的材料，在最简单的情况下，例如填充石料，其在第一时间段期间由冷流体，特别是低温流体流过，从而被冷却下来。在第二时间段期间，温热流体流过相应的蓄热器，其由于存储在蓄热器中的冷而被冷却，或者将其热量传递到蓄热器。蓄热器也可以用于空气分离设备中，用于清洁特别是二氧化碳和烃的空气，所述空气在冷却的蓄热器中冷冻或液化并在蓄热器的加热期间被汽化或升华。在典型的分离设备中，相应的蓄热器通常以交替模式操作，在每种情况下，第一发生器或第一组发生器被再生，而第二蓄热器或第二组蓄热器处于待命模式以冷却或纯化进料空气。

如上所述，虽然冷存储单元可以以类似于蓄热器的方式设计，但在化学工程的角度来讲，这些处理单元之间的差异是巨大的。这些差异解释如下：