[發明專利]用于空氣壓縮、冷卻和凈化的集成方法以及設備

有效

• 申請號: 200580044943.3
• 申請日: 2005-12-23
• 公開（公告）號: CN101091097A
• 公開（公告）日: 2007-12-19
• 發明（設計）人: P·勒博
• 申請（專利權）人: 喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04;F01K27/02;F04D29/58
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所
• 代理人: 吳鵬;馬江立

技術領域

本發明涉及集成的空氣壓縮、冷卻和凈化的設備以及空氣壓縮、冷卻和凈化方法。具體地，本發明涉及使用所述空氣壓縮、冷卻和凈化的設備以及方法的低溫空氣分離設備和空氣分離方法。

背景技術

某些市場——尤其是用于天然氣轉化的市場——需要大量的氧，因此，空氣分離設備的尺寸日益增大。因此，有必要增加用于空氣分離設備的空氣壓縮系統的尺寸。

通常使用具有中間冷卻器的壓縮機供給空氣分離設備。對于大型設備，這些壓縮機的成本非常高并且它們的尺寸使得安裝起來相當昂貴。

為了解決這個問題，可以并行地使用多個壓縮機，但是這并不經濟。

由于電機的尺寸有限，通常這些大型壓縮機通過燃氣輪機或蒸汽輪機供給動力。蒸汽輪機使用天然氣轉化過程所產生的蒸汽。

還已知燃氣輪機用以處理空氣流的軸流式壓縮機比用于空氣分離的壓縮機大得多。然而，這些壓縮機是絕熱的，并且由于壓縮熱不能再循環，其能量消耗令人失望甚至與空氣分離不相容。

由美國專利4,461,154已知，在絕熱壓縮機中壓縮的空氣可用于預熱鍋爐的給水。

美國專利6,117,916說明了在發送來自壓縮機的空氣之前使用來自絕熱壓縮機的熱量以使工作流體升溫。空氣隨后被進一步冷卻并送到空氣分離設備。

發明內容

本發明的一個目的是有效地使用壓縮空氣中存在的熱量以產生能量。

本發明提供了一種用于空氣壓縮、冷卻和凈化的集成方法，其中：

a)絕熱壓縮機壓縮一空氣流以產生壓縮空氣流；

b)所述壓縮空氣流用于加熱第一壓力下的第一加壓流和第二壓力下的第二加壓流，并生成升溫的第一加壓流、升溫的第二加壓流和冷卻的壓縮空氣流；

c)所述升溫的第一加壓流為氣態并且在渦輪機中膨脹；

d)所述渦輪機所做功的至少一部分用于為絕熱壓縮機供給動力；

e)所述冷卻的壓縮空氣流利用冷卻裝置通過與水進行熱交換來進一步冷卻，然后在使用TSA方法的凈化裝置中凈化；以及

f)所述升溫的第二加壓流的至少一部分用于下述步驟中的至少一個步驟：冷卻將要在冷卻過程中使用的水，以及加熱用于使凈化裝置再生的氣體。

此外，本發明提供了一種用于空氣壓縮、冷卻和凈化的集成設備，該設備包括：

a)用于壓縮一空氣流以產生壓縮空氣流的絕熱壓縮機；

b)至少一個熱交換器以及用于將該壓縮空氣流、第一壓力下的第一加壓流和第二壓力下的第二加壓流送入該至少一個熱交換器以生成升溫的第一加壓流、升溫的第二加壓流和冷卻的壓縮空氣流的管路；

c)渦輪機和用于將所述升溫的第一加壓流送入該渦輪機的管路；

d)用于將該渦輪機所做功的至少一部分傳遞給絕熱壓縮機的裝置；

e)利用水進行熱交換的冷卻裝置和用于將所述冷卻的壓縮空氣流送到該冷卻裝置以生成進一步冷卻的壓縮空氣流的管路；

f)使用TSA方法的凈化裝置和用于將所述進一步冷卻的壓縮空氣流送到該凈化裝置中的管路；以及

g)用于將所述升溫的第二加壓流的至少一部分送入所述冷卻裝置和凈化裝置中的至少一個的管路。

對絕熱壓縮機所產生熱量的有效利用使得蒸汽消耗相當于空氣分離中通常使用的多級壓縮機的蒸汽消耗。

附圖說明

為了進一步理解本發明的實質和目的，參照下面結合附圖給出的詳細說明，其中附圖中同樣的元件用相同的或類似的標號表示，在附圖中：

-圖1示出本發明的第一實施例；以及

-圖2示出本發明的第二實施例。

具體實施方式

本發明提供了一種用于空氣壓縮、冷卻和凈化的集成方法，其中：

a)絕熱壓縮機壓縮一空氣流以產生壓縮空氣流；

b)所述壓縮空氣流用于加熱第一壓力下的第一加壓流和第二壓力下的第二加壓流，并生成升溫的第一加壓流、升溫的第二加壓流和冷卻的壓縮空氣流；

c)所述升溫的第一加壓流為氣態并且在渦輪機中膨脹；

d)所述渦輪機所做功的至少一部分用于為絕熱壓縮機供給動力；

e)所述冷卻的壓縮空氣流利用冷卻裝置通過與水進行熱交換來進一步冷卻，然后在使用TSA方法的凈化裝置中凈化；以及

f)所述升溫的第二加壓流的至少一部分用于下述步驟中的至少一個步驟：冷卻將要在冷卻過程中使用的水，以及加熱用于使凈化裝置再生的氣體。

本發明還可包括下列方面中的一個或多個：

a)冷卻過程可以是一吸附過程；所述第一和第二加壓流是水流；