[發(fā)明專利]在具有冷存儲單元的空氣分離設備中生產空氣產物

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201580049839.7
• 申請日: 2015-07-23
• 公開（公告）號: CN107076511A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發(fā)明（設計）人: A·阿列克謝耶夫
• 申請（專利權）人: 林德股份公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司72002
• 代理人: 于輝

本發(fā)明涉及根據(jù)獨立權利要求的用于在空氣分離設備中生產空氣產物的方法以及相應空氣分離設備。

現(xiàn)有技術

通過空氣分離設備中的空氣的低溫分離來生產液態(tài)或氣態(tài)的空氣產物是已知的，并例如記載在H.-W.(主編)的Industrial Gases Processing,Wiley-VCH 2006中，特別是第2.2.5節(jié)“Cryogenic Rectification”中。本發(fā)明特別適用于具有內部壓縮的空氣分離設備，如loc.cit.,第2.2.5.2節(jié)，“Internal Compression”中所解釋的。

空氣分離設備具有蒸餾塔系統(tǒng)，其可以被設計為例如雙塔系統(tǒng)，特別是傳統(tǒng)的林德(Linde)雙塔系統(tǒng)，但也可以被設計為三塔或多塔系統(tǒng)。除了用于產生液態(tài)和/或氣態(tài)的氮和/或氧(例如液氧，LOX，氣態(tài)氧，GOX，液氮，LIN和/或氣態(tài)氮，GAN)的蒸餾塔，即用于氮氧分離的蒸餾塔之外，也可以提供用于生產其他空氣組分的蒸餾塔，特別是惰性氣體氪、氙和/或氬。

例如，從DE 31 39 567 A1和EP 1 989 400 A1中已知，液態(tài)空氣或液氮可用于電網(wǎng)控制并在電力網(wǎng)中提供控制能力。在高電力供應時(以下是指當有剩余電力的時候)，在具有集成液化器的空氣分離設備中或在專用液化設備中產生液態(tài)空氣或液氮，并存儲在包括低溫罐的罐的系統(tǒng)中。在低電力供應時(以下是指電力不足的時侯)，將液態(tài)空氣或液氮從所述罐系統(tǒng)中移除，通過泵增加壓力，并將其加熱至約環(huán)境溫度或更高，從而轉變?yōu)闅鈶B(tài)或超臨界狀態(tài)。在能量存儲單元中，由此獲得的加壓流在膨脹渦輪機或具有中間加熱的多個膨脹渦輪機中膨脹至環(huán)境壓力。由此釋放的機械能在發(fā)電單元的一個或多個發(fā)電機中被轉換為電能，并被饋送到電網(wǎng)中。

本發(fā)明不是關于簡單的能量儲存，而是為了提供一種能量分離設備，在有剩余電力的時候和當電力不足的時候在其中提供空氣產物，特別是內部壓縮的加壓氮氣和/或加壓氧氣，有利地以相當?shù)牧刻峁?。然而，同時，要使用在有剩余電力時的較低電價，并避免在電力不足時的較高電價。

發(fā)明內容

該目的通過根據(jù)獨立權利要求前序部分的在空氣分離設備中生產空氣產物的方法和相應的空氣分離設備而實現(xiàn)。獨立專利權利要求和下述說明將對此細化。

在解釋本發(fā)明的特征和優(yōu)點之前，將解釋其所基于的原理和所使用的術語。所描述的設備也描述于相關的專業(yè)文獻中，例如loc.cit.,第2.2.5.6節(jié)，“Apparatus”。除非下面的定義使用不同的術語，否則本文中所用的術語應明確地參考所述專業(yè)文獻。

“熱交換器”用于在例如相互對流的至少兩個流之間進行間接熱傳遞，如壓縮空氣溫熱流和一個或多個冷流，或低溫液態(tài)空氣產物和一個或多個溫熱流。熱交換器可以由單個熱交換器區(qū)段或并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的多個熱交換器區(qū)段形成，例如，一個或多個板式熱交換器塊。其可以是例如板式熱交換器(板翅式熱交換器)。該熱交換器，例如還有空氣分離設備的“主熱交換器”，待冷卻或待加熱的流體的主要部分通過其被冷卻或加熱，具有“通道”，所述通道被設計為彼此分開并具有熱交換表面的流體通道，且分別通過其他的通道分別連接以形成“通道組”。

“冷存儲單元”用于以冷的形式存儲熱能，即提取的熱能。為了在本發(fā)明中使用，冷存儲單元的結構設計方式可以特別地類似于原則上從空氣分離設備領域已知的蓄熱器。例如F.G.Kerry,Industrial Gas Handbook,CRC Press,2006，特別是第2.7節(jié)“Kapitza Cycle”和第4.4.3節(jié)“Recovery of Krypton and Xenon”解釋了蓄熱器。蓄熱器包括適于儲存冷的材料，在最簡單的情況下，例如填充石料，其在第一時間段期間由冷流體，特別是低溫流體流過，從而被冷卻下來。在第二時間段期間，溫熱流體流過相應的蓄熱器，其由于存儲在蓄熱器中的冷而被冷卻，或者將其熱量傳遞到蓄熱器。蓄熱器也可以用于空氣分離設備中，用于清潔特別是二氧化碳和烴的空氣，所述空氣在冷卻的蓄熱器中冷凍或液化并在蓄熱器的加熱期間被汽化或升華。在典型的分離設備中，相應的蓄熱器通常以交替模式操作，在每種情況下，第一發(fā)生器或第一組發(fā)生器被再生，而第二蓄熱器或第二組蓄熱器處于待命模式以冷卻或純化進料空氣。

如上所述，雖然冷存儲單元可以以類似于蓄熱器的方式設計，但在化學工程的角度來講，這些處理單元之間的差異是巨大的。這些差異解釋如下：