[发明专利]用于通过低温蒸馏来分离空气的方法和设备

说明书

一种用于通过低温蒸馏来分离空气的方法，气体流在入口温度低于‑100℃的单轮低温膨胀涡轮机中膨胀，该气体是空气或从该塔系统传送的气体；气体在入口温度高于‑50℃的第一单轮增压压缩机(B1)中压缩，该气体是空气或从该塔系统中传送的气体；空气在入口温度低于‑100℃的第二单轮增压压缩机(B2)中压缩；至少该第一增压压缩机中的压缩气体在该热交换器中冷却；由该膨胀涡轮机(T)产生的功用于该第一增压压缩机中的低温压缩步骤以及用于该第二增压压缩机中的压缩步骤；并且该第一增压压缩机的叶轮、该第二增压压缩机的叶轮和该涡轮机的叶轮安装在相同的转轴上。

技术领域

本发明涉及一种用于通过低温蒸馏来分离空气的方法和设备。

背景技术

空气分离单元(ASU)是已知的，该空气分离单元用于利用气体的低温压缩通过低温蒸馏来分离空气。一种已知的用于实施这种冷压缩的方式是利用低温膨胀涡轮机来驱动低温压缩轮。然而，由于没有从冷箱中提取任何功，因此这种装备不会产生操作空气分离单元所需的冷度。由于这个原因，总是将这样的系统联接到用于产生冷的附加装置。已知的装置是：

·油压制动器：通过在转轴与该轴周围的腔体中所包含的加压油膜之间的粘滞摩擦来提取功。这种摩擦导致油变热，该油在系统外部冷却以去除功。这种系统具有可实现性和效率的缺点。具体而言，所产生的功会丢失并且会降低整体效率。此外，该系统在提取功率(大约100kW)方面受到限制，因此不适合用于需要更高冷却功率的ASU。

·压缩机制动器和制冷剂：在此方法中，采用另一组件来补充联接至具有低温增压入口温度的具有低温出口温度的涡轮机组件，该另一个组件包括联接至压缩机的另一个涡轮机。因此，涡轮机联接至压缩机，该压缩机的进气温度为环境温度或略低于环境温度。对气体进行压缩会加热该气体，并且该气体在热交换器中(典型地针对水)冷却，以便从中提取热并因此提取功。这是ASU领域中最常用的方式。

·发电机：膨胀涡轮机还可以联接至发电机，该发电机通过产生被输送到电网的电能来提取功。这种发电机的转速最常见的是大大低于涡轮机的转速，从而需要两个元件之间的减速齿轮箱。这种部件昂贵并且产生摩擦损失。还发现了具有高转速的发电机。这种发电机则集成到涡轮机轴上，并且无需中间减速齿轮箱即可发电。则需要一种用于处理电信号(频率等)的系统，以便使其与随后可以将其输送到达的电网的规格兼容。这些系统非常昂贵，并且在产生功率(大约250kW)方面也受到限制，不能完全满足ASU的需求。

此外，还已知的做法是能够将压缩机和涡轮机的组合联接到同一个轴上。例如，在压缩机由燃气轮机驱动的情况下会见到驱动器，热燃气轮机驱动其空气压缩机和另一个产品压缩机。然而，这些布置无论其可能多么复杂，都不适用于以下的低温用途：不同类型的涡轮机，低于环境温度，关于热损失没有严格要求。

发明内容

根据本发明，在通过低温蒸馏来分离空气的空气分离单元中，产生了两个压缩流，其特征在于：

-每次压缩是在单级压缩级中实现的，

-两个压缩级由同一个低温膨胀涡轮机驱动，

-第一压缩步骤，从接近环境温度的温度，允许在冷箱外部产生功，并且这样产生了用于该空气分离方法的冷却功率，

-第二压缩步骤是低温压缩，其在第一温度下对气体进行压缩，该第一温度是低温温度，该气体从该主交换器的中间水平抽出、并且在高于该第一温度的温度下返回该主交换器。

在一个优选的实施方式中，这两个压缩步骤将连续地布置在相同的流上。优选地，这个流将是总气流的一部分，首先从环境温度、然后在冷时对其进行压缩。在已经被重新引入该主交换器之后，这个流将一直行进至该交换器的冷端，在这里将其(伪)液化。

根据本发明，该涡轮机叶轮和该增压压缩机的叶轮以相同的转速旋转。