[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

说明书

本发明提供了一种用于向空气分离设备提供补充制冷的系统和方法。闭环补充制冷回路可易于改造或添加到空气分离设备，从而提高所述空气分离设备的液态产物制备能力。通过以下方式控制所述补充制冷回路的补充制冷容量：在所述补充制冷回路中去除或添加制冷剂的一部分以调节入口压力，同时保持压缩机上基本上恒定的体积流量和基本上恒定的压力比。从所述补充制冷回路去除所述制冷剂会降低所述补充制冷回路所赋予的所述制冷，因此在不关停所述补充制冷回路中的所述压缩机和涡轮膨胀器的情况下，提供对液态产物制备进行降负荷的能力。

技术领域

本发明涉及有关使用闭环补充制冷回路来制备液态产物的低温空气分离的方法和系统。更具体地，本发明涉及可易于接入到现有空气分离设备的补充制冷回路。

背景技术

通过低温精馏从含氧进料(诸如空气)中分离出氧。为了操作低温精馏设备，必须提供制冷以抵消环境热泄漏、暖端换热损失并允许提取或制备液态产物(包括液态氧、液态氮或液态氩)。虽然通常通过使进料空气流或废物流的一部分膨胀以生成冷流且随后将冷流引入到主换热器或蒸馏塔中来提供低温精馏设备的主要制冷源，但也可通过引入到主换热器中的其他制冷剂流(包括如美国专利8,397,535所述来自闭环补充制冷循环的制冷剂流)来赋予外部制冷。

空气分离设备中使用的现有闭环制冷循环的局限性或缺点之一在于此类补充制冷回路中的离心压缩机和涡轮膨胀器涉及在操作时通常以“接通”或“断开”模式操作的附加资本成本。换句话讲，离心压缩机和涡轮膨胀器要么操作以便产生补充制冷和附加液态产物制备，要么关停而不产生补充制冷或放弃任何附加液态产物制备。离心压缩机和涡轮膨胀器在操作模式和关停模式之间的持续循环会不利地影响补充制冷循环的总体效率和可靠性。

可通过调节压缩机入口导向叶片来实现现有补充制冷回路的较小调节程度。然而，调节时必须小心，若进入压缩机的流量太少或太多，则会使压缩机处于喘振条件或阻塞条件。因此，现有的或现有技术的补充制冷回路一般在固定或近乎固定的操作点处操作。这无法在较宽的操作范围内调制补充制冷水平，因此有效限制了设备操作员精确控制空气分离设备在任何给定时间产生的液态产物的量。

当将此类闭环制冷回路整合到低温空气分离设备和相关联的空气分离循环的设计中时，使用闭环制冷回路会面临另一项挑战。这种整合通常需要改变空气分离设备的主空气压缩机组、主换热器、蒸馏塔和/或基于涡轮膨胀的制冷回路中的一者或多者。另外，对于一些低温空气分离设备而言，需要设计这样的制冷和液化工艺，该工艺避免或延迟与闭环制冷循环相关联的一些先期资本成本，但在液态产物需求改变时允许此类补充制冷易于在构造空气分离设备后的晚些时候添加到低温空气分离设备。

因此需要的是这样的闭环制冷回路，其可易于在晚些时候改造为空气分离设备以解决与闭环制冷回路相关联的先期资本成本和设计挑战。一旦安装，附加闭环制冷回路就应当能够调制在较宽操作范围内产生的补充制冷水平，因此允许对空气分离设备所产生的液态产物的量进行更精确控制。

发明内容

从广义上讲，本发明是借助于闭环补充制冷回路向空气分离设备提供补充制冷的系统和方法，该闭环补充制冷回路可易于在晚些时候改造或添加到空气分离设备，从而提高空气分离设备的液态产物制备能力。通过以下方式控制补充制冷回路的补充制冷容量：在补充制冷回路中去除或添加制冷剂的一部分以调节入口压力，同时保持压缩机上基本上恒定的体积流量和基本上恒定的压力比。从补充制冷回路中去除制冷剂会降低补充制冷回路所赋予的制冷，因此在不关停补充制冷回路中的压缩机和涡轮膨胀器的情况下，提供对液态产物制备进行降负荷的能力。