Способ и устройство для низкотемпературного разделения воздуха с переменным потреблением энергии - заявка 2017103309 на патент на изобретение в РФ

1. Способ переменного получения продукта (72; 73) сжатого газа при помощи низкотемпературного разделения воздуха в системе дистилляционных колонн, которая имеет колонну (21) высокого давления и колонну (22) низкого давления, при котором
- весь используемый воздух сжимаются в основном воздушном компрессоре (2) до первого давления, которое по меньшей мере на 4 бар выше, чем рабочее давление колонны (21) высокого давления,
- первый частичный поток (8, 11, 14) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха (7) охлаждают в основном теплообменнике (13) до промежуточной температуры и, выполняя работу, разряжают в первой воздушной турбине (15),
- по меньшей мере одну первую часть разряженного во время выполнения работы первого частичного потока (16) вводят (40; 18, 19, 20) в систему дистилляционных колонн,
- второй частичный поток (12, 27, 29, 30) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха в первом дожимном компрессоре (9), который эксплуатируют в качестве горячего компрессора и приводят в действие первой турбиной (15), дополнительно сжимают до второго давления, которое выше чем первое давление, охлаждают в основном теплообменнике (13) и затем разряжают (31) и вводят в систему дистилляционных колонн,
- первый поток (69; 75) продукта извлекают в жидком виде из системы дистилляционных колонн и подвергают повышению (71; 76) давления до первого давления продукта,
- первый поток продукта под первым давлением продукта в основном теплообменнике (13) испаряют или псевдоиспаряют и подогревают,
- подогретый первый поток (72; 77) продукта получают в виде первого продукта (GOX IC; GAN IC) сжатого газа,
- первый рабочий поток, который содержит по меньшей мере 78 мол.% азота, сжимают в многоступенчатом компрессоре (2) с входного давления до конечного давления, причем
- многоступенчатый компрессор образуется основным воздушным компрессором (2), и
- первый рабочий поток образуется всем используемым воздухом,
- по меньшей мере, периодически второй рабочий поток (65), который содержит по меньшей мере 78 мол.% азота, смешивают ниже по потоку от первой ступени многоступенчатого компрессора (2) с первым рабочим потоком, причем второй рабочий поток образуется частью (65) разряженного во время выполнения работы первого частичного потока (16) используемого воздуха,
- в первом режиме работы получают первое количество первого продукта сжатого газа,
- во втором режиме работы получают второе количество первого продукта сжатого газа, которое меньше чем первое количество,
- в первом режиме работы первое количество второго рабочего потока (65), которое может также равняться нулю, сжимают в многоступенчатом компрессоре (2), и
- во втором режиме работы в многоступенчатом компрессоре (2) сжимают второе количество второго рабочего потока (65), которое больше чем первое количество второго рабочего потока.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
- третий рабочий поток сжимают в компрессоре продукта азота с входного давления до конечного давления, и
- по меньшей мере, периодически четвертый рабочий поток смешивают ниже по потоку от первой ступени компрессора продукта азота с третьим рабочим потоком, причем
- третий рабочий поток образуют первым потоком газообразного азота из колонны низкого давления, и
- четвертый рабочий поток образуют первым потоком газообразного азота из колонны высокого давления.
3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что второй рабочий поток или четвертый рабочий поток смешивают в промежуточной ступени многоступенчатого компрессора с первым рабочим потоком или со вторым рабочим потоком.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что во втором режиме работы поток (181) газообразного кислорода извлекают из нижней области колонны (22) низкого давления, смешивают с насыщенным азотом потоком (61) из верхней области колонны (22) низкого давления, и смесь подогревают в основном теплообменнике (13).
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- третий частичный поток (36, 37) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха (7) охлаждают в основном теплообменнике (13) до промежуточной температуры и, выполняя работу, разряжают во второй воздушной турбине (38), и
- по меньшей мере одну первую часть разряженного во время выполнения работы третьего частичного потока (39) вводят (40) в систему дистилляционных колонн,
- причем входное давление второй воздушной турбины в частности равно первому давлению.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что второй частичный поток (12, 27, 29, 30) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха (7) охлаждают ниже по потоку от первого дожимного компрессора (9) в основном теплообменнике (13) до промежуточной температуры, во втором дожимном компрессоре (28), который эксплуатируют в качестве холодного компрессора и приводят в действие второй турбиной (38), дополнительно сжимают до третьего давления, которое выше чем первое давление, снова охлаждают в основном теплообменнике (13) и затем разряжают (31) и вводят (32) в систему дистилляционных колонн.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что четвертый частичный поток (41, 42) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) воздуха (7) охлаждают под первым давлением в основном теплообменнике (13) и затем разряжают (43) и вводят в систему дистилляционных колонн.
8. Способ по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что
- третий частичный поток (37, 339) разряжают во второй воздушной турбине (38) до давления, которое по меньшей мере на 1 бар выше, чем рабочее давление колонны (21) высокого давления, и
- разряженный во время выполнения работы третий частичный поток (339) снова охлаждают в основном теплообменнике (13) и затем разряжают (341) и вводят в систему дистилляционных колонн.
9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что
- в первом режиме работы первое количество используемого воздуха сжимают в основном воздушном компрессоре (2), и
- во втором режиме работы второе количество используемого воздуха сжимают в основном воздушном компрессоре (2), причем
- отношение второго количества использованного воздуха к первому количеству использованного воздуха больше, в частности более чем на 3%, чем отношение второго количества первого продукта сжатого газа к первому количеству первого продукта сжатого газа.
10. Устройство для переменного получения продукта (72; 73) сжатого газа при помощи низкотемпературного разделения воздуха, включающее в себя
- систему дистилляционных колонн, которая имеет колонну (21) высокого давления и колонну (22) низкого давления,
- основной воздушный компрессор (2) для сжатия всего используемого воздуха до первого давления, которое по меньшей мере на 4 бар выше, чем рабочее давление колонны (21) высокого давления,
- средства для охлаждения первого частичного потока (8, 11, 14) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха (7) в основном теплообменнике (13) до промежуточной температуры,
- первую воздушную турбину (15) для производящего работу разряжения охлажденного первого частичного потока,
- средства для ввода (40; 18, 19, 20) разряженного во время выполнения работы первого частичного потока (16) в систему дистилляционных колонн,
- первый дожимной компрессор (9) для дополнительного сжатия второго частичного потока (12, 27, 29, 30) сжатого в основном воздушном компрессоре (2) используемого воздуха до второго давления, которое выше чем первое давление, причем дожимной компрессор (9) может эксплуатироваться в качестве горячего компрессора и приводится в действие в частности первой турбиной (15),
- средства для охлаждения дополнительно сжатого второго частичного потока в основном теплообменнике (13),
- средства для разряжения (31) и ввода в систему дистилляционных колонн охлажденного второго частичного потока,
- средства для извлечения в жидком виде первого потока (69; 75) продукта из системы дистилляционных колонн и для повышения (71; 76) давления жидкого первого потока продукта до первого давления продукта,
- средства для испарения или псевдоиспарения и подогрева первого потока продукта под первым давлением продукта в основном теплообменнике (13),
- средства для получения подогретого первого потока (72; 77) продукта в виде первого продукта (GOX IC; GAN IC) сжатого газа,
- многоступенчатый компрессор (2) для сжатия первого рабочего потока, который содержит по меньшей мере 78 мол.% азота, с входного давления до конечного давления, причем
- многоступенчатый компрессор образован посредством основного воздушного компрессора (2), и
- первый рабочий поток образован посредством всего используемого воздуха,
- средства для смешивания второго рабочего потока (65), который содержит по меньшей мере 78 мол.% азота, с первым рабочим потоком ниже по потоку от первой ступени многоступенчатого компрессора (2; 57/59), причем второй рабочий поток (180) образован посредством части (65) разряженного во время выполнения работы первого частичного потока (16) используемого воздуха,
- средства для переключения между первым и вторым режимом работы, причем
- в первом режиме работы получается первое количество первого продукта сжатого газа,
- во втором режиме работы получается второе количество первого продукта сжатого газа, которое меньше чем первое количество, и
- средства для переключения между первым и вторым режимом работы выполнены таким образом, что
- в первом режиме работы первое количество второго рабочего потока (65), которое может также равняться нулю, сжимается в многоступенчатом компрессоре (2) с входного давления до конечного давления, и
- во втором режиме работы в многоступенчатом компрессоре (2; 57/59) сжимается второе количество второго рабочего потока (65; 180), которое больше чем первое количество второго рабочего потока.
Наверх