專利名稱：用于冷卻壓縮空氣流的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于冷卻壓縮空氣流的方法和設備。
背景技術：
經常需要冷卻壓縮空氣流以去除壓縮熱，并且在有些情況下需要將空氣冷卻到低于環境溫度，例如在使用絕熱壓縮機壓縮將要在低溫蒸餾設備中分離的空氣的情況。
標準程序是將壓縮空氣送入冷卻塔，壓縮空氣在該冷卻塔中通過與來自制冷回路的水直接接觸而被冷卻。美國專利4,367,082和5,669,237說明了標準的低溫蒸餾空氣分離設備，其中通過與水間接熱交換冷卻空氣，然后凈化并送入塔中進行分離。
由美國專利4,461,154已知，在絕熱壓縮機中被壓縮的空氣可用于預熱鍋爐給水。
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使工作流體升溫。空氣隨后被進一步冷卻并送入空氣分離設備。
發明內容
本發明的一個目的是有效地利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在一設備中冷卻氣流的方法，該方法包括a)提供至少一個具有基本垂直的取向的細長容器，其中所述細長容器包括(i)第一端和第二端；
(ii)用于在氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換以產生冷卻的氣流的第一隔室；(iii)用于所述冷卻的氣流和液體流之間直接接觸以產生進一步冷卻的氣流的第二隔室；以及(iv)分隔開所述第一和第二隔室、允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板；b)靠近所述第一端將氣流引入所述第一隔室，并靠近所述第二端從所述第二隔室取出所述進一步冷卻的氣流；c)將至少一股冷卻流引入所述第一隔室，并從所述第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流；以及d)靠近所述第二端將液體流引入所述第二隔室，并靠近所述隔板從所述第二隔室取出升溫的所述液體流。
此外，本發明提供了一種用于冷卻壓縮氣流的設備，該設備包括至少一個具有基本垂直的軸線取向的細長容器，其中所述細長容器包括a)第一端和第二端；b)用于在壓縮氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換的第一隔室；c)用于冷卻的所述壓縮氣流和液體流之間直接接觸的第二隔室；d)分隔開所述第一和第二隔室并且在使用時允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板；e)用于靠近所述第一端將所述壓縮氣流引入所述第一隔室的管路；f)用于靠近所述第二端從所述第二隔室取出冷卻的所述壓縮氣流的管路；g)用于將所述至少一股冷卻流引入所述第一隔室的管路；h)用于從第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流的管路；i)用于靠近所述第二端將所述液體流引入所述第二隔室的管路；以及j)用于靠近所述隔板從所述第二隔室取出升溫的所述液體流的管路。
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。
具體實施例方式
本發明提供了一種用于在一設備中冷卻氣流的方法，該設備包括一具有在使用時基本垂直地定向的軸線的細長容器，所述細長容器包括第一端和第二端、用于在氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換以產生冷卻的氣流的第一隔室以及用于冷卻的氣流和液體流之間直接接觸以產生進一步冷卻的氣流的第二隔室，所述第一和第二隔室通過在使用時允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板分隔開，所述方法包括靠近第一端將氣流引入第一隔室；靠近第二端從第二隔室取出進一步冷卻的氣流；將所述至少一股冷卻流引入第一隔室；從第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流；靠近第二端將液體流引入第二隔室；以及靠近隔板從第二隔室取出升溫的液體流。
根據本發明的另一實施例，該方法包括a)將至少兩股冷卻流引入第一隔室，所述至少兩股冷卻流具有不同壓力和不同溫度中的至少一個；b)通過在第一隔室中氣流和至少一股冷卻流之間間接接觸而進行熱交換，并且通過在第二隔室中冷卻的氣流和液體流之間直接接觸而進行熱交換；c)當所述至少一股冷卻流是液體時，在第一隔室中通過與氣流進行熱交換而使所述冷卻流蒸發，并且從第一隔室中取出蒸汽狀態下的所述至少一股冷卻流；以及
d)在第二隔室的中間位置將另外的液體流引入第二隔室中。
本發明的另一實施例提供了一種分離空氣的方法，在該方法中，空氣被壓縮，然后按照上述方法冷卻到一中間溫度，隨后通過另外的冷卻方法冷卻到深冷溫度，然后被送到低溫蒸餾設備的蒸餾塔中。
此外，本發明提供了一種用于冷卻壓縮氣流的設備，該設備包括一具有基本垂直的軸線取向的細長容器，其中所述細長容器包括a)第一端和第二端；b)用于在壓縮氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換的第一隔室；c)用于冷卻的壓縮氣流和液體流之間直接接觸的第二隔室，所述第一和第二隔室通過在使用時允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板分隔開；d)用于靠近第一端將壓縮氣流引入第一隔室的管路；e)用于靠近第二端從第二隔室取出冷卻的壓縮氣流的管路；f)用于將所述至少一股冷卻流引入第一隔室的管路；g)用于從第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流的管路；h)用于靠近第二端將液體流引入第二隔室的管路；以及i)用于靠近隔板從第二隔室取出升溫的液體流的管路。該設備的另外的實施例可包括a)用于將至少兩股冷卻流引入第一隔室的裝置；b)用于允許在第一隔室中壓縮氣流和冷卻流之間間接接觸的裝置；c)用于允許在第二隔室中壓縮氣流和液體流之間直接接觸的裝置；以及d)用于在第二隔室的中間位置將另外的第二股液體流引入第二隔室的裝置。
本發明還提供了一種用于冷卻壓縮氣流的設備，該設備包括具有在使用時基本垂直地定向的軸線的第一和第二細長容器，每個所述容器包括第一端和第二端；第一容器包括用于在壓縮氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換以產生冷卻的壓縮氣流的隔室；第二容器具有用于冷卻的壓縮氣流和液體流之間直接接觸的隔室；用于靠近第一隔室的第一端將壓縮氣流引入第一隔室的管路；用于靠近第二端從第一隔室取出冷卻的壓縮氣流的管路；用于靠近第二容器的第一端將冷卻的壓縮氣流引入第二容器的管路；用于靠近第二容器的第二端從第二容器取出進一步冷卻的壓縮氣流的管路；用于將所述至少一股冷卻流引入第一容器的管路；用于從第一容器取出升溫的所述至少一股冷卻流的管路；用于靠近第二端將所述液體流引入第二容器的管路；以及用于靠近第二容器的第一端從第二容器取出升溫的液體流的管路。
本發明的另一方面提供了一種空氣分離設備，包括壓縮機；用于將空氣送到壓縮機的管路；如上文所述的冷卻設備；用于將空氣從壓縮機送到冷卻設備的管路；用于將空氣從所述冷卻設備送到另一冷卻設備的管路；包含至少一個蒸餾塔的塔系統；用于將空氣從所述另一冷卻設備送到塔系統的塔中的管路；以及用于從塔系統的塔中取出產品的管路。
另一實施例提供了一種空氣分離設備，包括壓縮機；用于將空氣送到壓縮機的管路；如上文所述的冷卻設備；用于將空氣從壓縮機送到冷卻設備的管路；用于將空氣從所述冷卻設備送到另一冷卻設備的管路；包含至少一個蒸餾塔的塔系統；用于將空氣從所述另一冷卻設備送到塔系統的塔中的管路；以及用于從塔系統的塔中取出產品的管路。
在圖1中，絕熱壓縮機1用于壓縮空氣流2。如果壓縮到大約7 bar abs，則空氣溫度大約是350℃。然后，將空氣送到一熱交換器3，在該熱交換器3中所述空氣用于加熱兩股在該熱交換器3中處于兩種不同壓力下的水流37、39，以形成處于兩種不同壓力下的蒸汽流7、9。應該理解，根據所要產生的蒸汽流的數量，可用多個熱交換器代替交換器3。典型地，交換器3可被認為是一具有第一端和第二端的隔室，在該隔室中在至少一股水流和壓縮空氣之間發生間接熱交換以產生冷卻的壓縮空氣流。
在交換器3中冷卻的空氣4被送入冷卻塔5的底部并在該冷卻塔中通過與在兩個分離的位置引入的水15、17直接接觸而進行熱交換。
在冷卻塔5中冷卻的空氣17然后在凈化裝置8中凈化。
根據圖2所示的另一實施例，不需要交換器3并且水流37、39和直接來自壓縮機1的空氣之間的熱交換發生在冷卻塔5的底部。冷卻塔5被分成兩個隔室第一隔室5A和第二隔室5B，其中在第一隔室中發生熱空氣4和水流37、39之間的間接接觸，在第二隔室中發生已在第一隔室中冷卻的空氣和引入第二隔室的至少一股水流15、17之間的直接接觸。隔板21阻止向下通過第二隔室5B的水滲入第一隔室5A，但是允許空氣從第一隔室向上進入第二隔室5B。
在第一隔室5A中，處于較高壓力下的水流37在隔室底部的溫度最高的盤管137中循環，處于較低壓力下的水流39在盤管137上方的溫度較低的另一盤管139中循環。應該理解，可以使用任何數量的水流和/或盤管。
第二隔室5B包含塔板、規整填料、散裝填料或任何其它允許空氣和水之間的傳質和傳熱的填料。在塔頂部引入在吸收式冷卻裝置31中冷卻后的水流15，并在第二隔室5B的中間位置引入水流17。空氣從第一隔室上升到第二隔室5B中，并在其中通過與水直接熱傳遞而被冷卻。在第二隔室的底部取出升溫的水41，然后以現有技術所熟知的方式再循環到冷卻塔。
凈化在塔頂部取出的冷卻空氣，在低溫熱交換器中進一步冷卻并送到蒸餾塔系統的塔中以將其分離成氣態和/或液態產品。可將至少一種產品送到需要蒸汽的設備，通過與壓縮空氣流相互作用蒸發而產生該蒸汽，如圖1和2所示。
應該理解，盡管在上文中僅示出并說明了本發明的一個實施例，但是本領域的技術人員可在不脫離本發明的精神和范圍的情況下進行多種修改。
權利要求
1.一種用于在一設備中冷卻氣流的方法，包括a)提供至少一個具有基本垂直的取向的細長容器，其中所述細長容器包括(i)第一端和第二端；(ii)用于在氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換以產生冷卻的氣流的第一隔室；(iii)用于所述冷卻的氣流和液體流之間直接接觸以產生進一步冷卻的氣流的第二隔室；以及(iv)分隔開所述第一和第二隔室并且在使用時允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板；b)靠近所述第一端將氣流引入所述第一隔室，靠近所述第二端從所述第二隔室取出所述進一步冷卻的氣流；c)將至少一股冷卻流引入所述第一隔室，從所述第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流；以及d)靠近所述第二端將液體流引入所述第二隔室，并靠近所述隔板從所述第二隔室取出升溫的所述液體流。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括將至少兩股冷卻流引入所述第一隔室，其中所述冷卻流具有不同的壓力或不同的溫度。
3.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括通過在所述第一隔室中所述氣流和所述至少一股冷卻流之間間接接觸而進行熱交換，以及通過在所述第二隔室中所述冷卻的氣流和所述液體流之間直接接觸而進行熱交換。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于，所述至少一股冷卻流是液體，所述方法包括在所述第一隔室中通過與所述氣流進行熱交換使所述冷卻流蒸發，以及從所述第一隔室取出蒸汽狀態下的所述至少一股冷卻流。
5.根據權利要求1的方法，其特征在于，所述方法包括將另外的液體流引入所述第二隔室的中間位置。
6.一種分離空氣的方法，包括a)壓縮空氣；b)按照權利要求1的方法將空氣冷卻到一中間溫度；c)通過另外的冷卻方法將空氣冷卻到深冷溫度；以及d)將空氣送到低溫蒸餾設備的蒸餾塔中。
7.一種用于冷卻壓縮氣流的設備，包括a)具有在使用時基本垂直地定向的軸線的細長容器，該細長容器包括(i)第一端和第二端；(ii)用于在壓縮氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換的第一隔室；(iii)用于冷卻的壓縮氣流和液體流之間直接接觸的第二隔室；(iv)分隔開所述第一和第二隔室并且在使用時允許氣體向上通過但阻止液體向下通過的隔板；b)用于靠近所述第一端將壓縮氣流引入第一隔室的管路；c)用于靠近所述第二端從第二隔室取出冷卻的壓縮氣流的管路；d)用于將所述至少一股冷卻流引入第一隔室的管路；e)用于從第一隔室取出升溫的所述至少一股冷卻流的管路；f)用于靠近所述第二端將液體流引入第二隔室的管路；以及g)用于靠近隔板從第二隔室取出升溫的所述液體流的管路。
8.根據權利要求7的設備，其特征在于，所述設備包括用于將至少兩股冷卻流引入所述第一隔室的管路。
9.根據權利要求7的設備，其特征在于，所述設備包括允許在所述第一隔室中所述壓縮氣流和所述冷卻流之間間接接觸的裝置，以及允許在所述第二隔室中所述壓縮氣流和液體流之間直接接觸的裝置。
10.根據權利要求7的設備，其特征在于，所述設備包括用于將另外的液體流引入所述第二隔室的中間位置的管路。
11.一種用于冷卻壓縮氣流的設備，包括a)具有在使用時基本垂直地定向的軸線的第一和第二細長容器，其中每個所述容器都包括第一端和第二端；b)所述第一容器包括用于在壓縮氣流和至少一股冷卻流之間進行間接熱交換以產生冷卻的壓縮氣流的隔室；c)所述第二容器具有用于所述冷卻的壓縮氣流和液體流之間直接接觸的隔室；d)用于靠近第一隔室的第一端將所述壓縮氣流引入該第一隔室的管路；e)用于靠近第二端從所述第一隔室取出所述冷卻的壓縮氣流的管路；f)用于靠近所述第二容器的第一端將所述冷卻的壓縮氣流引入所述第二容器的管路；g)用于靠近所述第二容器的第二端從所述第二容器取出進一步冷卻的壓縮氣流的管路；h)用于將所述至少一股冷卻流引入所述第一容器的管路；i)用于從所述第一容器取出升溫的所述至少一股冷卻流的管路；j)用于靠近第二端將所述液體流引入所述第二容器的管路；以及k)用于靠近所述第二容器的第一端從所述第二容器取出升溫的所述液體流的管路。
12.一種空氣分離設備，包括a)壓縮機；b)用于將空氣送到壓縮機的管路；c)根據權利要求7的冷卻設備；d)用于將空氣從所述壓縮機送到所述冷卻設備的管路；e)用于將空氣從所述冷卻設備送到另一冷卻設備的管路；f)包含至少一個蒸餾塔的塔系統；g)用于將空氣從所述另一冷卻設備送到所述塔系統的塔中的管路；以及h)用于從所述塔系統的塔中取出產品的管路。
13.一種空氣分離設備，包括a)壓縮機；b)用于將空氣送到所述壓縮機的管路；c)根據權利要求11的冷卻設備；d)用于將空氣從所述壓縮機送到所述冷卻設備的管路；e)用于將空氣從所述冷卻設備送到另一冷卻設備的管路；f)包含至少一個蒸餾塔的塔系統；g)用于將空氣從所述另一冷卻設備送到所述塔系統的塔中的管路；以及h)用于從所述塔系統的塔中取出產品的管路。
全文摘要
本發明公開了利用一個或多個具有基本垂直的取向的細長容器(5)的用于冷卻壓縮氣流的方法和設備。每個容器具有一個用于在壓縮氣流(4’)和冷卻流(37、39)之間進行間接熱交換的隔室(5A)以及用于壓縮氣流和液體流(15、17)之間直接接觸的第二隔室(5B)。所述兩個隔室通過一允許空氣向上通過但阻止液體向下通過的隔板分隔開。該設計允許有效地利用壓縮空氣中存在的熱量。
文檔編號F28C3/06GK101091096SQ200580044942
公開日2007年12月19日 申請日期2005年12月14日 優先權日2004年12月27日
發明者P·勒博 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司