專利名稱：空氣分離裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種空氣分離裝置。
空氣分離裝置除了一臺或多臺空氣壓縮機外通常還配置有產品壓縮機。在每天生產1000噸以上產品的大型空氣分離裝置中，分離通常是采用精餾法來進行的。
US-A-4382366涉及一種生產氧氣產品的空氣分離裝置。氧產品壓縮機是直接由汽輪機驅動的。從分離氧產品的精餾塔中抽取出含有足夠助燃氧氣的廢氮氣流且在不被進一步壓縮的情況下被引入到燃燒燃料氣的燃燒室內。煙氣在渦輪膨脹機內膨脹。通過與來自空氣分離裝置的煙氣的熱交換而產生被供給到蒸汽輪機的蒸汽，蒸汽輪機和渦輪壓縮機被相互耦合在一起。這樣的裝置不能大量地生產氮氣產品。
最大的空氣分離裝置每天生產的高壓氮產品至少為10000噸。因此，需要大型的氮產品壓縮機。通常，這樣的壓縮機是由電動機驅動的。這樣的電動機較為笨重，而且電動機起動時容易出問題。因此，一般要設置專用的起動電機。
本發明的目的在于提供一種空氣分離裝置，這種空氣分離裝置不需要用于空氣壓縮機或是產品氮壓縮機的電動機的。
根據本發明所提供的空氣分離裝置包括空氣壓縮機、被用來驅動空氣壓縮機的燃氣輪機、產品氮壓縮機和被用來驅動產品氮壓縮機的汽輪機，其中汽輪機成為回路的一部分，而在所述的回路中蒸汽是通過使水與燃氣輪機排出的熱廢氣進行熱交換而產生的。
本發明的空氣分離裝置具有很多優點第一，不需要驅動空氣壓縮機和產品壓縮機的大型電動機。第二，蒸汽循環操作比燃料燃燒直接產生蒸汽的操作效率更高。第三，如果所需要的產品壓力在生產周期內很可能發生變化的話，利用汽輪機來驅動產品氮壓縮機其調節產品壓力的靈活性要高于使用電動機的調壓靈活性。
被用來驅動空氣壓縮機的燃氣輪機最好是產生所述的熱煙氣的相同的燃氣輪機。
最好，空氣分離裝置另外還包括適于起動空氣壓縮機操作的另外的汽輪機。該另外的汽輪機優選被處于起動回路中，所述的起動回路包括被用來向另外的汽輪機供應高壓蒸汽的鍋爐和被用來冷凝從另外的汽輪機中排出的膨脹蒸汽的冷凝器。
該空氣分離裝置通常還包括從空氣中除去水蒸汽和二氧化碳的吸收裝置，將空氣溫度降至空氣能夠進行精餾分離的熱交換器，至少為一座的從空氣中分離出氮的精餾塔，和至少為一臺的用于制冷的渦輪膨脹機。最好，精餾塔是一座雙塔式精餾塔，該雙精餾塔包括由高壓級、低壓級和被熱連接到高壓級上部區和低壓級下部區的冷凝器-再沸器，其配置是這樣的以便使冷凝器在運行過程中向雙塔式精餾塔的兩級提供回流。如果需要的話，為了使從精餾塔抽取氮氣位置處的平均壓力達到最大，可以從低壓級和高壓級取出氮氣流。為了增加所產生的回流率，可對從低壓級取出的部分氮蒸汽進行冷凝并將其回供至低壓級。通過從低壓級底部抽取一股富氧液體來提供輔助冷凝所必須的冷卻，降低其壓力并從而降低其溫度，并且使降壓的富氧液態流與被冷凝的氮氣進行熱交換。
現在參照附圖和實施例對本發明的空氣分離裝置進行說明，該附圖是空氣分離裝置和相關發電裝置的示意性流程圖。
附圖未按照比例。
現參看附圖，其中所示的2是精餾分離空氣的空氣分離裝置。裝置2提供高壓氮產品。它包括主空氣壓縮機4(通常包括多級壓縮段)和氮產品壓縮機6(也包括多級壓縮段)。為了便于說明起見，空氣分離裝置的其余部分由在附圖中以標記8表示的矩形框來代替，此處無須作進一步的說明，因為它們屬于公知技術，并且本發明主要涉及的是壓縮機4和6的運行。
在正常運行中，空氣壓縮機4是由燃氣輪機10驅動的，優選是通過配置的齒輪12驅動的。在
圖1中沒有示出燃氣輪機10的各組件，但它通常包括單獨的空氣壓縮機，具有(來自空氣壓縮機的)空氣入口和燃料入口的燃燒室和使從燃燒室流出的燃燒產物膨脹的渦輪膨脹機。渦輪膨脹機和單獨的空氣壓縮機一般被安裝在同一根軸上。
產品氮壓縮機6是由汽輪機14驅動的，最好是通過配置的齒輪16驅動的。蒸汽在一個其中汽輪機成為其一部分的回路內流動。首先從汽輪機的蒸汽出口說起，該回路包括水冷凝器18，貯水箱20，熱回收蒸汽發生器22和通向汽輪機14的入口。在運行過程中，從渦輪機14流出的蒸汽在冷凝器18內冷凝并流到水箱20。水被泵(圖中未示出)增壓并泵送至蒸汽發生器22而在其中被過熱，由于增壓水和來自燃氣輪機10的熱煙氣進行間接的熱交換而產生高壓蒸汽。來自渦輪機10的熱煙氣在蒸汽發生器22的下游經煙囪24被排入到大氣中。
空氣分離裝置從起動至穩定的運行狀態一般需要幾個小時。因此氮壓縮機6通常是在啟動空氣壓縮機4之后起動的。因此，如果使用燃氣輪機10來起動空氣壓縮機4的話，則需要配置另外的蒸汽發生器22來冷卻從燃氣輪機10流出的熱煙氣。如圖中所示，空氣壓縮機4還與汽輪機26同步地操作。在空氣分離裝置2的起動期內操作汽輪機26，而或如圖中所示直接地或通過配置的齒輪(圖中未示出)驅動空氣壓縮機4。為了產生汽輪機26所需的蒸汽而設置一臺起動鍋爐28，在其中通過燃燒合適的燃料(例如天然氣)直接將蒸汽加熱到所需的溫度和壓力。此外，汽輪機26還有一個與其相連的起動冷凝器30以冷凝從汽輪機26流出的蒸汽。該配置是使鍋爐28接受來自水箱20的水并在其中產生蒸汽。蒸汽在渦輪機26內膨脹而膨脹后的蒸汽在冷凝器30內被冷凝并返回到水箱20。一般說，要使用一臺輔助水泵(圖中未示出)將水以一定壓力從水箱20泵送至鍋爐28。
盡管上述的機器并不需要任何電源來向它們提供驅動電力，但需要電源向水泵(圖中未示出)供電和控制鍋爐28的運行。圖中所示的裝置可能需要在沒有電力供應的現埸運行。為了產生所需的電力，因此可能需運行另外一臺或幾臺的燃氣輪機。如圖所示，設有二臺燃氣輪機32。每臺燃氣輪機通過配置的齒輪34驅動一臺發電機36。發電機36向電氣系統38供給電力，該電氣系統38向水泵(圖中未示出)和其它與圖中示出的裝置相關的輔助系統供電并可作其它用途。特別是，在為提高油品回收率需要生產出大量氮氣的需要運行如圖示的許多同類裝置時。可以使用燃氣輪機32向這些其它裝置的水泵和其它輔助部件提供電力。
對附圖中所示的裝置可作各種變化和改進。例如，在提高油氣回收率的過程中，通常期望有壓力超過100巴的可用氮氣源。具體地說，為了提供這樣的壓力而使用一臺與產品氮壓縮機6相串聯的另外的多級氮壓縮機(圖中未示出)。該另外的多級氮壓縮機可由汽輪機14經分開配置的齒輪(圖中未示出)來驅動。另一種方式是，為此目的而提供另外汽輪機(圖中未示出)，并可由蒸汽發生器20提供高壓過熱蒸汽，且可將從汽輪機中排出的蒸汽返回到水冷凝器18。
具體地說，從空氣分離裝置2向產品氮壓縮機6提供增壓至3～6巴的氮氣。如果需要的話，可以從空氣分離裝置2向壓縮機6的中級段提供壓力超過10巴的另一股氮氣流。
權利要求
1．一種包括空氣壓縮機和氮產品壓縮機的空氣分離裝置，其特征在于它另外還包括用于驅動空氣壓縮機的燃氣輪機和用于驅動氮產品壓縮機的汽輪機，其中汽輪機形成為在其中通過水與來自燃氣輪機的熱煙氣進行熱交換而能夠產生蒸汽的回路的一部分。
2．根據權利要求1所述的空氣分離裝置，其中用于驅動氮產品壓縮機的所述的燃汽輪機是與排出熱煙氣的燃氣輪機相同的燃氣輪機。
3．根據權利要求1或2所述的空氣分離裝置，另外還包括適于起動空氣壓縮機的另一臺汽輪機。
4．根據權利要求3所述的空氣分離裝置，其中所述的另一臺汽輪機被處于包括鍋爐和冷凝器的起動回路中，所述的鍋爐向該另一臺汽輪機提供高壓蒸汽，而所述的冷凝器用于冷凝從所述的另一臺汽輪機排出的膨脹蒸汽。
全文摘要
一種空氣分離裝置2包括空氣壓縮機4、用于驅動空氣壓縮機4的燃氣輪機10、氮產品壓縮機6、和用于驅動氮產品壓縮機6的汽輪機14。所述的汽輪機形成為包括蒸汽發生器22的回路的一部分,在所述的回路中能通過水與從燃氣輪機10或從另外的燃氣輪機中排出的熱煙氣進行熱交換而產生蒸汽。
文檔編號F25J3/04GK1208846SQ9811835
公開日1999年2月24日 申請日期1998年8月14日 優先權日1997年8月15日
發明者B·A·克南 申請人:英國氧氣集團有限公司