[发明专利]用于通过低温分离空气以可变液体产量和功率使用来产生空气气体的方法和设备

说明书

一种用于通过低温分离空气来产生空气气体的方法和设备，该方法可以包括以下步骤：在对于低温分离经净化且经压缩的空气流有效的条件下将该空气流输送至冷箱中以使用塔系统来形成空气气体产物，其中，该经净化且经压缩的空气流在进入该冷箱中时处于给送压力；抽出处于产物压力下的氧；以递送压力将氧递送至氧管道中，其中，该氧管道具有管道压力；并且监测该管道压力。该方法还可以包括控制器，该控制器被配置用于判定以功率节省模式还是以可变液体产量模式来操作。通过以动态方式来操作该方法，可以在管道压力偏离其最高值的情形下实现功率节省和/或额外的高价值低温液体。

相关申请

本申请要求于2016年6月30日提交的美国临时申请序列号62/356,962的优先权，该申请的全部内容通过援引并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于有效地操作空气分离装置的方法和设备，该空气分离装置将其产物中的至少一种给送至外部管道。

背景技术

空气分离装置将大气分离成其主要成分：氮气和氧气，偶尔还有氩气、氙气和氪气。这些气体有时被称为空气气体。

典型的低温空气分离过程可以包括以下步骤：(1)将空气过滤以去除可能损坏主空气压缩机的大颗粒；(2)在主空气压缩机中压缩经预先过滤的空气、并且使用级间冷却来从经压缩空气中冷凝出一些水；(3)使经压缩空气流穿过前端净化单元以去除残余水和二氧化碳；(4)在热交换器中通过与来自低温蒸馏塔的工艺流的间接热交换来冷却经净化空气；(5)将冷空气的至少一部分膨胀以便为该系统提供制冷；(6)将该冷空气引入蒸馏塔中以在其中进行精馏；(7)从塔顶收集氮(典型地作为气体)并从塔底作为液体来收集氧。

在某些情况下，空气分离单元(“ASU”)可以用于将其一种空气气体供应给附近的管道(例如，氧或氮管道)，以供应一个或多个不是紧邻ASU的客户。在供应本地管道的典型ASU中，通常使用利用了内部压缩(泵送)循环的过程配置，在氧管道的情况下，这意味着从低压塔产生的液态氧从低压泵送至比该管道的压力更高的压力并在热交换器内汽化、最常见的是相对于来自增压空气压缩机(“BAC”)或来自主空气压缩机(“MAC”)的高压空气流。如在此使用的，增压空气压缩机是位于净化单元下游的二级空气压缩机，该二级空气压缩机用于将主空气进料的一部分增压以用于将产物液态氧流有效汽化的目的。

在正常条件下，向氧管道给送氧的ASU被设计用于在恒定压力下产生氧。这是因为ASU在稳态条件下运行效率最高。然而，管道并不在恒定压力下操作。例如，在一天内，氧管道在400和600psig之间(即，约200psig的压力变化)操作并不罕见。这可能由于变化的客户需求、对管道的变化的供应和/或变化的管道液压而发生。

在迄今已知的现有技术中，通常做法是将ASU设计成在高于管道预期的最高压力的恒定压力下提供氧气。为了解决与管道压力变化相关的问题，通常做法是在将氧气引入管道之前降低控制阀上的气态氧压力以大致匹配该管道的压力。然而，只要管道压力低于ASU的设计压力，该方法就会出现效率低下的问题。因此，有利的是提供一种以更有效的方式运行的方法和设备。

发明内容

本发明是一种针对满足这些需求中的至少一个需求的方法和设备。

在一个实施例中，本发明可以包括一种用于调节空气气体(例如，氮和氧)的(多个)产生压力以符合管道的压力，由此在管道压力减小时减小功率消耗和/或增大液体产量的方法。

在一个实施例中，可以通过将ASU中使用的设备(例如，主热交换器、液氧(“LOX”)泵、BAC、MAC等)设计成具有足够灵活性而能够在基于管道压力的不同压力水平下递送气态氧(“GOX”)，来将这种低效率问题最小化。在另一个实施例中，该方法和设备可以包括过程控制策略以自动地且连续地调节从主热交换器出来的GOX产物压力以符合管道压力。