[发明专利]用于压缩低温空气分离设备中的进料空气流的方法

说明书

本发明提供了一种用于使用串联控制的至少两个变速压缩机驱动组件来进行进料空气流压缩的方法。第一变速驱动器组件驱动被驱动的低压压缩机单元中的至少一个压缩级，而第二变速驱动器组件驱动设置在空气分离设备的分体式压缩系统中的高压压缩级。所述第一变速驱动器组件和所述第二变速驱动器组件优选为高速变速电动马达组件，每个所述高速变速电动马达组件均具有马达主体、马达外壳和马达轴，所述马达轴具有通过牺牲性刚性联轴器直接且刚性地联接到所述马达轴的一个或多个叶轮。

技术领域

本发明涉及低温空气分离设备中进料空气流的压缩，并且更具体地涉及使用串联控制的至少两个直接驱动压缩组件来压缩进料空气流的方法。

背景技术

低温空气分离是非常耗能的过程，因为需要生成高压、温度非常低的空气流和驱动该过程所需的大量制冷。在典型的低温空气分离设备中，进料空气流穿过主空气压缩机(MAC)布置以获得期望的中间排放压力和流量。在这种压缩之前，通常经由空气过滤器将灰尘和其他污染物从进料空气流中去除，该空气过滤器通常设置在吸气过滤器外壳中。过滤的空气流在多级MAC压缩布置中被压缩，通常压缩到约6巴的最小压力并且通常在更高的压力下进行压缩。然后将经压缩的进料空气流在预纯化单元中纯化以从进料空气流中去除高沸点污染物。此类预纯化单元通常具有吸附床以吸附诸如水蒸汽、二氧化碳和烃类的污染物。在许多空气分离设备中，经压缩纯化的进料空气流或其部分在一系列增压空气压缩机(BAC)布置中被进一步压缩到更高的排放压力。在传统的空气分离设备中，MAC压缩布置位于预纯化单元的上游，而BAC布置位于预纯化单元的下游。

然后将经压缩或经进一步压缩纯化的进料空气流冷却并在多个蒸馏塔中分离成富氧馏分、富氮馏分和富氩馏分，这些蒸馏塔可包括高压塔、低压塔以及任选地氩塔(未示出)。如上所述，在此类蒸馏之前，经压缩预纯化的进料空气流通常被分成多个经压缩预纯化的进料空气流，其中的一些或全部随后被送至多级BAC压缩布置以获得煮沸由蒸馏塔系统产生的氧所需的期望压力。包括任何进一步压缩预纯化的进料空气流的多个经压缩预纯化的进料空气流然后在初级换热器或主换热器内被冷却至适于在蒸馏塔系统中进行精馏的温度。在初级换热器中冷却多个进料空气流的源通常包括由蒸馏塔系统生成的一种或多种废物流以及由冷涡轮和热涡轮布置生成的任何补充制冷，如下所述。

然后将多个经冷却压缩的空气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统，该系统包括与低压塔热连接或联接的高压塔和任选的氩塔。在进入高压塔和低压塔之前，任何液态空气流都可在焦耳-汤普森阀中膨胀，以产生用于产生低温产物(包括液氧、液氮和/或液氩)所需的进一步制冷。

在设计用于产生大量液态产物(诸如液氧、液氮和液氩)的空气分离单元中，必须提供大量的补充制冷，通常通过使用上述焦耳-汤普森阀、冷涡轮布置和/或热再循环涡轮布置。冷涡轮布置通常被称为下塔涡轮(LCT)布置或上塔涡轮(UCT)布置，其用于向双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统提供补充制冷。另一方面，热再循环涡轮(WRT)布置利用所得的排气流在热涡轮膨胀机中膨胀制冷剂流，通过制冷剂流的膨胀进行冷却，通过在初级换热器中或在辅助换热器中与预纯化的压缩进料空气进行间接热交换，为低温空气蒸馏塔系统提供补充制冷。

在LCT布置中，一部分预纯化的压缩进料空气在BAC压缩布置中被进一步压缩，在初级换热器中被部分冷却，然后将该进一步压缩并部分冷却的流的全部或一部分转移到涡轮膨胀机，该涡轮膨胀机可操作地联接到压缩机并且驱动压缩机。然后将膨胀的气流或排气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统的高压塔。通过转移流的膨胀而产生的补充制冷由此被直接施加到高压塔，从而减轻了初级换热器的一些冷却负荷。

类似地，在UCT布置中，一部分纯化的压缩进料空气在初级换热器中被部分冷却，并且然后将该部分冷却的流的全部或一部分转移到热涡轮膨胀机，该热涡轮膨胀机也可操作地联接到压缩机并且驱动压缩机。然后将来自热涡轮膨胀机的膨胀的气流或排气流引导至双塔或三塔低温空气蒸馏塔系统中的低压塔。通过排气流的膨胀而产生的冷却或补充制冷由此被直接施加到低压塔，从而减轻了初级换热器的一些冷却负荷。