專利名稱：用于提供氮的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于提供氮的方法和設備。通常通過氣體發生設備，例如低溫空
氣蒸餾設備，以及當低溫設備不工作和/或不能夠產生全部所需的流率時給用戶供應氣態氮的氮存儲裝置給用戶供應氮。 根據本發明，僅在使用氣體存儲裝置(以氣態或液態形式)供應給用戶更經濟時才開啟氣體發生設備。
背景技術：
如圖1所示，根據現有技術，特別用于在用戶場地上的單元的氣體發生器A通常聯
接于"散裝(vrac)"類型(具有蒸發器的液體或氣體)的緊急/應急供應裝置B。 該發生器總是處于經由管路C、 E供應給用戶的條件下。當用戶消耗超過額定量
(100% )時，緊急供應裝置啟動，并經由管路D、E傳輸氮。 同樣，當發生器不工作時，緊急供應裝置就接管(工作)。 在這種運行模式中，不論用戶的消耗是多少都啟動發生器。在和發生器的額定量相比較低的用戶消耗階段中，能量消耗及因此生產成本并非最佳。 圖3示出根據現有技術的這種運行方式。在時刻0處，用戶消耗的氮為20NmVh，此流量完全通過帶有簡單的液體注入塔的分離設備的空氣蒸餾來供應。當用戶的消耗增加時，該設備的產量增加到在10小時處的40NmVh并隨后增加到在20小時處的100Nm3/h。現在，當用戶的消耗量達到150NmVh時，分離設備以其最大流率100NmVh繼續生產，其余的流率通過存儲的氮的蒸發來提供，以產生50NmVh的流率。 當在50小時處消耗降低到80NmVh時，停止通過蒸發生產氮，且由蒸餾設備生產的氮減少到80NmVh。隨后，為了遵循用戶的消耗，設備的生產水平減少到40NmVh且然后減少到20NmVh。
發明內容
根據本發明的一個目的，提供了一種用于通過空氣分離生產氣態氮的設備和通過液態氮的蒸發供應氮的方法，其中 a)如果用戶對氣態氮的需求低于第一閾值，那么僅通過液態氮的蒸發向用戶供應氮， b)如果用戶對氣態氮的需求高于第二閾值，該第二閾值大于第一閾值，那么至少
部分地通過所述用于生產氮的設備向用戶供應氮。 根據本發明的其它目的-如果用戶對氮的需求超過第三閾值，該第三閾值大于第二閾值，那么部分地通過所述用于生產氮的設備、部分地通過液態氮的蒸發而供應用戶；-如果用戶的需求介于第二閾值和第三閾值之間，那么僅通過所述用于生產氮的設備供應用戶；
-如果用戶對氣態氮的需求大于第二閾值，那么僅通過所述用于生產氮的設備向用戶供應氮； _第一閾值、第二閾值、第三閾值中的至少一個根據電的價格和/或液態氮的價格和/或連接于蒸發裝置的存儲容器中的液態氮的量和/或所述存儲容器中的液態氮的量的變化率而改變；-如果用戶對氣態氮的需求大于第二閾值或大于第二閾值但小于第三閾值，則所述用于生產氮的設備以基本不變的流率生產氣態氮，且 a)如果用戶對氣態氮的需求低于該基本不變的流率，則將氣態氮的多余/超出部分排放到大氣中，并將剩余的氣態氮傳輸給用戶； b)如果用戶對氣態氮的需求大于或等于該基本不變的流率，則將全部氣態氮流量輸送給用戶；-所述用于生產氣態氮的設備是低溫空氣蒸餾設備，如有必要/在需要時可將液態氮傳輸到所述用于生產氣態氮的設備以便參與保持該設備較冷。 根據本發明的其它目的，提供了一種用于供應氣態氮的設備，該設備包括用于通過空氣分離生產氣態氮的設備、液態氮蒸發器、存儲容器、用于將來自存儲容器的液態氮供給到蒸發器的裝置、用于將氣態氮從生產設備傳輸到用戶的裝置、用于將氣態氮從蒸發器傳輸到用戶的裝置、以及用于根據電的價格和/或液態氮的價格和/或存儲容器中的液態氮的量和/或存儲容器中液態氮的量的變化率調節傳輸給用戶的氣態氮流中的至少一股的裝置。 在需要時，所述用于生產氣態氮的設備是低溫空氣蒸餾設備。
下面結合附圖詳細描述本發明。 圖2是根據本發明的用于供應氮的設備。圖4是利用根據本發明的方法的這種設備的運行模式的示意圖。
具體實施例方式
根據此發明，提出顛倒現有的基本原理。基本通過"散裝"緊急供應裝置來供給用戶。當用戶的需求超過特定值時，發生器取代"散裝"供應。此特定值限定成使得發生器的生產成本比"散裝"供應更加經濟。這取決于能量的成本和散裝供應的成本。
超過發生器的生產能力時，"散裝"供應補充發生器的生產以供應給用戶。
這樣，從圖4中可看出，在時刻0處，用戶消耗的氮為20NmVh，此流量完全通過使來自存儲容器的氮蒸發(或者可由來自管網/網絡(r6seau)的氣態氮的流入)來提供。然后，用戶的消耗在10小時處增加至40NmVh，氮蒸發完全停止，蒸餾設備的生產以40NmVh開始，并在20小時后達到100Nm3/h。現在，當用戶的消耗達到150Nm3/h時，分離設備繼續生產其100NmVh的最大流量。其余由儲存的氮的蒸發來提供以產生50NmVh的流率。
當在50小時的時刻消耗降至80NmVh時，停止通過蒸發生產氮，通過蒸餾設備的氮的生產減少至80NmVh。隨后，為了遵循用戶的消耗，該設備的生產水平減小至40NmVh。超過這個值，空氣蒸餾停止，并且為了以20NmVh提供用戶的基本消耗，重新啟動液態氮的
4蒸發。 根據本發明，對于40NmVh和100NmVh之間的值，空氣分離設備可根據本發明準確 生產需要的消耗。如圖2所示，完整的組件6包括液態氮存儲容器1和低溫發生器的至少 一個冷箱9。 氣體發生器包括冷箱9內部的簡單的空氣分離塔，在該塔的頂部處產生氣態氮 11。 置于液體管路3上的膨脹閥7減小用于蒸發器5的液體的壓力。 將液態氮8可選地連接到低溫發生器的冷箱9至少部分地確保發生器通過液體注
入而保持較冷。 存儲容器還通過管路3連接于蒸發器5。
該蒸發器通過管路18連接于用戶。 在圖4中0小時和10小時之間，液體3被從存儲容器1提取出，在膨脹閥7中膨 脹，然后在蒸發系統5中蒸發(并再加熱至環境溫度)。冷箱9不運行。
在10小時和30小時之間，來自冷箱9的氣體通過管路11傳輸到用戶管網。沒有 來自存儲容器的液態流在蒸發器5中蒸發。 在30小時和40小時之間，通過來自存儲容器的氮的蒸發和通過蒸餾同時產生氮， 這兩股流在蒸發器5的下游混合(或也可如2007年1月9日提交的專利申請FR 0752579 中描述的在上游混合)。 在40小時和60小時之間，來自冷箱9的氣體通過管路11傳輸到用戶管網。沒有 來自存儲容器的液體流在蒸發器5中蒸發。 在圖4中的60小時和70小時之間，液體3再次被從存儲容器1提取出，該液體的 壓力在膨脹閥7中減小，然后在蒸發系統5中蒸發(并再加熱到環境溫度)。冷箱9不工 作。 根據本發明的變型，空氣分離設備產生名義壓力為8. 3barg(最大為8. 6barg)的 固定流量。不是以減少的速率運行，且空氣蒸餾設備的空氣壓縮機處于固定的速度。
如果用戶并未用掉該設備所生產的所有的氮，則一部分氮通過排出閥或調節閥 FV而排到大氣中。這使得能夠將該塔的壓力(管網壓力N2)限制到一極限值(PSH，約 7. 9barg)，而不必對壓縮機進行排放。 如果用戶具有峰值消耗，過剩的流量經由液體減壓器7 (在約7. 4barg時開啟)來 自存儲容器l，這使得能夠保持用戶管網中的壓力。
啟動給用戶供給液體。
如果存儲容器LT中的液位以大于根據液態氮和電能的成本判定為經濟的等 效生產速率(例如名義速率的20%)的速率下降時發生器起動。此啟動閾值參數可由IHM 建立。可在一個到數個小時期間建立滑動平均以便估計/估算平均消耗速率，從而獲得液 位下降的清晰且可靠的讀數。
如果用戶的消耗急劇降低，在由發生器提供給用戶的流量小于根據液態氮和 電能的成本判定為不經濟的流量閾值(例如名義速率的20% )時發生器將會停止。此停止 閾值參數可通過IHM而建立。 排放到大氣的流量通過這樣的事實來估計該流量取決于閥的Cv值和閥的開度、壓力PT以及氣體溫度。然后，實際由發生器提供給用戶的流量通過來自發生器的額定生產 流量和排放到大氣中的流量之差而推知。 即使在低消耗的情況下，當存儲容器僅容納很少的液體(例如最大液位的10% ) 時，也需要啟動發生器，以便(經由發生器)增加用戶供應的持續時間。那么，液態氮的消 耗局限于液體注入(如果有的話)。
權利要求
一種用于通過空氣分離生產氣態氮的設備(9)和液態氮的蒸發供應氮的方法，其中a)如果用戶對氣態氮的需求低于第一閾值，那么僅通過液態氮的蒸發向用戶供應氮，b)如果用戶對氣態氮的需求高于第二閾值--該第二閾值大于所述第一閾值，那么至少部分地通過所述用于生產氮的設備向用戶供應氮。
2. 根據權利要求1所述的供應氮的方法，其特征在于，如果用戶對氮的需求超過第三 閾值，該第三閾值大于所述第二閾值，那么部分地通過所述用于生產氮的設備(9)、部分地 通過液態氮的蒸發而供應用戶。
3. 根據權利要求2所述的方法，其特征在于，用戶的需求介于所述第二閾值和第三閾 值之間，并且僅通過所述用于生產氮的設備(9)供應用戶。
4. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，如果用戶對氣態氮的需求大于所述第二 閾值，那么僅通過所述用于生產氮的設備(9)向用戶供應氮。
5. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一閾值、第二閾值、第三閾 值中的至少一個根據電的價格和/或液態氮的價格和/或連接于蒸發裝置 (5)的存儲容器 (1)中的液態氮的量和/或所述存儲容器中的液態氮的量的變化率而改變。
6. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，如果用戶對氣態氮的需求大于所 述第二閾值且在需要時小于所述第三閾值，則所述用于生產氮的設備以基本不變的流率生 產氣態氮，且a) 如果用戶對氣態氮的需求低于該基本不變的流率，則將氣態氮的多余部分排放到大 氣中，且將剩余的氣態氮傳輸給用戶；b) 如果用戶對氣態氮的需求大于或等于該基本不變的流率，則將全部氣態氮流量輸送 給用戶。
7. 根據前述權利要求之一所述的方法，其特征在于，所述用于生產氣態氮的設備是低 溫空氣蒸餾設備(9)，且在需要時可將液態氮傳輸到所述用于生產氣態氮的設備以便保持 該設備較冷。
全文摘要
本發明涉及一種使用通過空氣分離生產氣態氮的設備(9)和使存儲容器(1)中的液態氮蒸發來提供氮的方法，其中，如果用戶對氣態氮的需求低于第一閾值，那么僅通過液態氮的蒸發向用戶供應氮，如果用戶對氣態氮的需求高于第二閾值——該第二閾值大于第一閾值，那么至少部分地通過氮生產設備向用戶供應氮。
文檔編號F25J3/04GK101711336SQ200880006178
公開日2010年5月19日 申請日期2008年2月18日 優先權日2007年2月28日
發明者B·達維迪安, E·馬斯連, P·博德林 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司