[发明专利]用于向空气分离设备提供补充制冷的方法和系统

权利要求书

1.一种分离空气的方法，包括以下步骤：

在空气分离设备中以第一模式执行低温精馏工艺以产生气态产物和至少一个液态产物流，所述空气分离设备包括主空气压缩机组，所述主空气压缩机组被配置为对进料空气流进行压缩和纯化；主换热器，所述主换热器被配置为将经压缩且纯化的进料空气流的第一部分冷却到适用于所述精馏的温度；基于涡轮的制冷回路，所述基于涡轮的制冷回路被配置为对所述经压缩且纯化的进料空气流的第二部分进行进一步压缩、部分冷却和膨胀；以及蒸馏塔系统，所述蒸馏塔系统被配置为对所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第一部分和所述第二部分进行精馏；

将补充制冷回路在多个接入点处操作性地联接到所述空气分离设备；

其中第一接入点设置在所述主空气压缩机组的下游，并且被配置为分流所述经压缩且纯化的进料空气流的第三部分；所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分是所述补充制冷回路的工作流体；

其中第二接入点设置在所述基于涡轮的制冷回路中的压缩机的下游且在所述主换热器的上游，所述第二接入点被配置为将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第二部分的一部分分流到辅助换热器；

其中第三接入点设置在所述主换热器的下游且在所述基于涡轮的制冷回路的上游，所述第三接入点被配置为将来自所述辅助换热器的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第二部分的分流部分合并到所述基于涡轮的制冷回路；

在所述空气分离设备中以第二模式执行所述低温精馏工艺以产生所述气态产物和所述至少一个液态产物流，其中以所述第二模式操作的所述空气分离设备的液态产物制备大于以所述第一模式操作的所述空气分离设备的液态产物制备；

其中以所述第二模式执行的所述低温精馏工艺还包括以下步骤：

将所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第三部分作为所述工作流体分流到补充制冷回路；

在所述补充制冷回路内的压缩机区段中压缩所述工作流体；

使所述工作流体在设置在所述补充制冷回路内的涡轮膨胀器中膨胀以产生经冷却的工作流体；

将所述经冷却的工作流体引导到所述辅助换热器，并且经由与所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第二部分的所述分流部分的间接换热，使所述经冷却的工作流体在所述辅助换热器中加温；

在已穿过所述辅助换热器之后，使加温的工作流体再循环到所述补充制冷回路内的所述压缩机区段；以及

将离开所述辅助换热器的所述经压缩且纯化的进料空气流的所述第二部分的经冷却的分流部分在所述第三接入点处返回到所述空气分离设备，以赋予所述空气分离设备所需的制冷的一部分，从而增加所述液态产物制备。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：

去除所述涡轮膨胀器上游的所述补充制冷回路中的所述工作流体的一部分，从而减少由所述补充制冷回路赋予的所述制冷以及所述至少一个液态产物流的产量，或者向所述压缩机区段上游的所述补充制冷回路添加工作流体，从而增加由所述补充制冷回路赋予的所述制冷以及所述至少一个液态产物流的所述产量；

其中执行所述工作流体从所述补充制冷回路的所述去除或者所述工作流体向所述补充制冷回路的所述添加，使得与所述至少一个液态产物流的所需产量相称地调节所述补充制冷回路内的入口压力，同时所述工作流体在基本上恒定的体积流量下循环并且所述压缩机区段上的压力比保持基本上恒定。

3.根据权利要求2所述的方法，其中去除所述涡轮膨胀器上游的所述补充制冷回路中的所述工作流体的一部分的步骤还包括排放所述工作流体的一部分以保持所述补充制冷回路中的所述工作流体处于或低于规定的最大压力。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤：排放所述补充制冷回路的所述涡轮膨胀器下游的所述工作流体的一部分以保持所述补充制冷回路中的所述工作流体处于或低于规定的最大压力并且保持引导到所述主换热器的所述经冷却的工作流体处于或低于规定的最大温度。

5.根据权利要求2所述的方法，其中向所述压缩机区段上游的所述补充制冷回路添加工作流体的步骤还包括向所述补充制冷回路添加补给工作流体流以保持所述压缩机区段的所述入口压力处于或高于规定的最小压力。