CN105008836B - 使用补充制冷循环的分离空气方法及系统 - Google Patents

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Abstract

提供了一种使用补充制冷循环分离空气的系统及方法。空气分离设备所需的制冷的一部分经由补充制冷回路供应以产生液体产物流，该补充制冷回路构造成将涡轮膨胀器产生的冷却的制冷剂引导经过空气分离设备的主换热器。制冷能力通过除去或添加在补充制冷回路中的制冷剂的一部分以调整入口压力，同时保持大致恒定的体积流量和跨越压缩机的大致恒定的压力比来控制。从补充制冷回路除去制冷剂减少了由补充制冷回路给予的制冷，且因此减少了液体产物流的产量。添加制冷剂允许增加由补充制冷回路给予的制冷，且因此允许液体产物流的产量增加。

Description

使用补充制冷循环的分离空气方法及系统
技术领域
本发明涉及一种通过使用补充制冷循环来用于涉及产生液体产物流的空气分离的方法及系统。更具体而言，本发明涉及一种补充制冷循环，其以大致恒定的体积流量(volumetric flow rate)循环制冷剂或工作流体，且还通过对补充制冷回路除去或添加工作流体或制冷剂来保持跨越压缩机区段的压力比大致恒定，以调整空气分离设备中的液体产物生产。
背景技术
氧经由低温精馏来从含氧进料如空气中分离。为了操作低温精馏设备，必须提供制冷来补偿环境热泄漏、热端热交换损失，且允许液体产物的提取或产生，包括液氧、液氮或液氩。虽然用于低温精馏设备的主要制冷源通常通过进料空气流或废物流的膨胀部分供应以产生冷流，冷流然后引入主换热器或蒸馏塔中，但是外部制冷也可由引入主换热器中的其它制冷剂流来给予，包括如大体上在美国专利第8,397,535号中所述的来自闭环补充制冷循环的制冷剂流。
用于空气分离设备中的现有的补充制冷循环的局限性或缺陷之一在于此补充制冷回路中的离心压缩机和涡轮膨胀器大体上以开启或关闭模式操作。换言之，离心压缩机和涡轮膨胀器要么操作以产生补充的制冷和附加的液体产物生产，要么停机，从而不产生补充的制冷和前述的任何附加液体产物生产。离心压缩机和涡轮膨胀器在操作模式与停机模式之间持续循环不利地影响了补充制冷循环的总体效率和可靠性。
通过调整压缩机入口导叶可实现现有补充制冷回路中的小范围的调整。然而，必须小心调整，由于至压缩机的太少或太多的流动，这会将压缩机带入喘振状态或滞止(stonewall)状态。结果，现存或现有技术的补充制冷回路大体上在固定或接近固定的操作点下操作。这样不能在较宽操作范围内调制补充制冷的水平实际上限制了设备操作者精确地控制由空气分离设备在任何给定时间下产生的液体产物量。
因此，所需的是适用于空气分离设备的补充制冷回路或系统，其便于调制较宽操作范围内产生的补充制冷的水平，且因此允许更精确地控制由空气分离设备在任何给定时刻产生的液体产物量。
发明内容
本发明可特征化为分离空气的方法，包括：(a)在空气分离设备中进行低温精馏工艺，该空气分离设备包括将压缩和净化的进料空气流冷却至适用于精馏的温度的主换热器，以及构造成精馏压缩、净化和冷却的空气来产生至少一个液体产物流的蒸馏塔系统；经由构造成将冷却的工作流体引导经过主换热器的补充制冷回路，提供空气分离设备所需的制冷的一部分，以产生至少一个液体产物流；(c)加热主换热器中的冷却的工作流体，以给予空气分离设备所需的部分的制冷；(d)将加热的工作流体再循环至补充制冷回路的压缩机区段；以及(e)在补充制冷回路中除去或加入工作流体的一部分。
从补充制冷回路除去工作流体或将工作流体加至补充制冷回路受控制，已调整与期望水平的液体产物产量相当的入口压力，同时工作流体以大致恒定的体积流量循环，且跨越压缩机区段的压力比保持大致恒定。从涡轮膨胀器区段上游的补充制冷回路除去工作流体减小了由补充制冷回路给予主换热器和空气分离设备的制冷，且因此减少了液体产物流的产量。相反，将工作流体加入压缩机区段上游的补充制冷回路增加了由补充制冷回路给予的制冷，且因此允许了增加的液体产物流的产量。
本发明还可特征化为一种构造成产生液体产物流的空气分离设备，所述空气分离设备包括：(i)构造成压缩和净化进入的进料空气流的空气进入回路；(ii)构造成通过低温精馏工艺精馏压缩和净化的进料空气流来产生液体产物流的蒸馏塔系统；(iii)与压缩和净化的进料空气流和蒸馏塔系统操作关联且构造成将压缩和净化的进料空气流冷却至适用于精馏的温度的主换热器；(iv)补充制冷回路，其联接到主换热器上，且包括可压缩的工作流体、构造成压缩工作流体的压缩机区段，以及构造成膨胀工作流体来生成用于向主换热器和空气分离设备提供补充制冷的冷却的工作流体的涡轮膨胀器区段。冷却的工作流体在主换热器中加热，以便给予空气分离设备所需的那部分的制冷来产生液体产物流。然后，在经过主换热器之后，加热的工作流体再循环至补充制冷回路的压缩机区段。
本发明还包括排放系统和工作流体源，所述排放系统设置在涡轮膨胀器区段的上游，且构造成从补充制冷回路除去工作流体的一部分，所述工作流体源经由压缩机区段上游的一个或多个控制阀联接，且构造成将工作流体添加至补充制冷回路。控制器可操作地连接到排放系统和控制阀上，且构造成或适于控制工作流体的除去或添加，以调整入口压力，同时保持穿过补充制冷回路的压缩机区段和涡轮膨胀器区段的工作流体的大致恒定的体积流量，以及跨越压缩机区段的大致恒定的压力比。
如上文指出那样，除去工作流体的一部分减少了由补充制冷回路给予的制冷，且因此减少了液体产物流的产量，而将工作流体添加至补充制冷回路增加了由补充制冷回路给予的制冷，且因此增加了液体产物流的产量。
存在与对补充制冷回路除去工作流体或加入工作流体相关联的许多附加特征、功能和可选的元件或步骤。例如，工作流体的除去可通过排放涡轮膨胀器区段上游的补充制冷回路中的工作流体的一部分来保持补充制冷回路中的工作流体处于或低于规定的最高压力来实现。类似地，可能有用的是排放补充制冷回路的涡轮膨胀器区段下游的工作流体的一部分来保持补充制冷回路中的工作流体处于或低于规定的最高压力，且保持引导至主换热器的冷却的工作流体处于或低于规定的最高温度。
作为优选，将工作流体加入补充制冷回路可通过向补充制冷回路填充由压缩和净化的进料空气流供应的工作流体来实现，且此后，调制压缩和净化的进料空气流至补充制冷回路的供应来调整压缩机区段的入口压力。作为备选，将工作流体加入补充制冷回路可通过将补充的(make-up)工作流体流加入压缩机区段上游的补充制冷回路来实现，以将压缩机区段的入口压力保持处于或高于规定的最低压力。
可选使用与保持工作流体的大致恒定的体积流量和/或保持跨越补充制冷回路的压缩机区段的大致恒定压力比相关联的其它特征、元件、技术和步骤。例如，调整压缩机区段中的压缩机导叶可用于保持跨越压缩机区段的大致恒定的压力比。而且，调整补充制冷回路的涡轮膨胀器区段中的涡轮喷嘴布置可用于保持大致恒定的体积流量。
简言之，上文提到的特征、元件、技术和步骤是可操作地控制空气分离设备所需的附加制冷量来产生液体产物流的优选实例。控制工作流体的除去、工作流体的添加、调整压缩机导叶和调整涡轮喷嘴优选通过控制器或其它控制器件来实现，以保持跨越压缩机的大致恒定的压力比，以及补充制冷回路中的大致恒定的体积流量。
附图说明
尽管本发明以清楚指出申请人认作是其发明的主题的权利要求作为结束，但相信本发明在结合附图(图1)时将更好理解，所述附图为其中有根据本发明的补充制冷循环的低温精馏设备的示意性工艺流程图。
具体实施方式
参看图1，示出了低温空气分离设备1，其与设计成增加来自空气分离设备1的液体产物的产量的补充制冷回路或系统2整体结合。这种整体结合通过使用换热器3来实现，换热器3设有允许泵送的液氧的支流达到超过泵送液氧的露点或临界温度的温度的层(layer)，且然后组合这样的支流来自由离开层的区域，以加热闭环制冷循环中产生的制冷剂流。
在空气分离设备1中，进料空气流10引入低温空气分离设备1中来使氧与氮分离。空气流10优选在中间冷却的一体的齿轮压缩机12内压缩至可在大约5bar(a)到大约15bar(a)之间的压力。在压缩之后，所得的压缩进料空气流14引入预净化单元16。如本领域中公知的，预净化单元16通常包含根据变温和/或变压吸附循环操作的氧化铝床和/或分子筛，其中水分和其它杂质如二氧化碳、水蒸气和烃被吸附。
所得的压缩和净化的进料空气流18然后分成第一流20和第二流22。通常，第一流20按体积算在压缩和净化的进料流18的大约百分之25到大约百分之35之间，而其余的转移作为第二流22。
第一流20然后在压缩机23内进一步压缩，压缩机23作为优选又包括另一中间冷却的一体的齿轮压缩机。该第二压缩机23将第一流20进一步压缩至大约25bar(a)到大约70bar(a)之间的压力，以产生压缩流24。压缩流24引导或引入主换热器3中，其中压缩流在主换热器3的冷端处冷却和液化，以产生第一液流25。液流25然后在膨胀阀45中部分地膨胀，且分成液流46和48以用于最终引入空气分离单元50中。
如图所示，第二流22由涡轮加载的增压压缩机26进一步压缩，且又由第二增压压缩机28进一步压缩至可在大约20bar(a)到大约60bar(a)之间的范围中的压力，以产生压缩流30。压缩流30还引导或引入主换热器3中，其中压缩流部分地冷却至大约160到大约220之间开氏温度的范围中的温度，以形成部分冷却流31，所述部分冷却流随后引入涡轮膨胀器32中来产生引入空气分离单元50的排出流34。如可由本领域的技术人员认识到的那样，第二流22的压缩可在单个压缩机器中发生。涡轮膨胀器32优选直接地或通过适合的传动装置(gearing)与增压压缩机26链接。
进料空气流(即，氧和氮)的上述成分在空气分离单元50内分离，空气分离单元50由高压塔52和低压塔54构成。将理解的是，如果氩是所需的产物，则氩塔可并入蒸馏塔单元中。高压塔52通常在大约20bar(a)到大约60bar(a)之间的范围中操作，而低压塔54通常在大约1.1 bar(a)到大约1.5bar(a)之间操作。
高压塔52和低压塔54以热传递关系链接，使得从高压塔52的顶部提取的作为流56的富氮蒸汽塔顶馏出物，相对于使富氧液体塔底沉积物58沸腾，在位于低压塔54的底座中的冷凝器重沸器57内冷凝。富氧液体塔底沉积物58的沸腾开始形成低压塔54内的上升的汽相。冷凝产生含液氮流60，含液氮流60分成流62和64，其回流至高压塔52和低压塔54，分别开始在这些塔中形成下降的液相。
排出流34连同液流46引入高压塔52中，通过使此混合物的上升汽相在示为接触元件66和68的多个传质接触元件内与由回流62开始的下降液相接触，来进行精馏。这产生了粗液氧塔底沉积物70（其也称为釜液）和富氮塔顶馏出物。粗液氧塔底沉积物70的流72在膨胀阀74中膨胀至处于或接近低压塔54的压力的压力，且引入低压塔中来进一步精馏。第二液流48穿过膨胀阀76，将压力膨胀至处于或接近低压塔54的压力，且然后引入低压塔54中。
低压塔54还设有多个传质接触元件，其示为接触元件78,80,82和84，其可为托盘或规整填料或无规则填料或低温空气分离领域中的其它已知元件。如前文所述，分离产生了富氧液体58和富氮蒸汽塔顶馏出物，其作为氮产物流86被提取。此外，还提取废物流88来控制氮产物流86的纯度。氮产物流86和废物流88两者穿过设计成使回流64过冷的过冷单元90。回流64的一部分可选看作是液体产物流92，而其余部分(示为流93)可在穿过膨胀阀94之后引入低压塔54中。
在穿过过冷单元90之后，氮产物流86和废物流88在主换热器3内完全加热，以产生加热的氮产物流95和加热废物流96。尽管未示出，但加热的废物流96可用于再生预净化单元16内的吸附剂。此外，富氧液流98从低压塔54底部附近的富氧液体塔底沉积物58提取。富氧液流98可由泵99泵送来形成如泵送的液氧流100所示的泵送的产物流。泵送的液氧流100的部分可选直接地取得作为液氧产物流102，而其余部分(流104)被引导至主换热器3，在该处，流104被加热和汽化来产生加压氧产物流106。作为优选，泵送的液氧流的其余部分(流104)分成第一支流104a和第二支流104b。尽管示出了仅两个此类流104a和104b，但可存在给送到主换热器3中的一系列此类流。泵送的液氧流100可加热至高于或低于临界压力，使得氧产物流106在从主换热器3排出时将为超临界流体。作为备选，可降低对泵送的液氧流100的加压来产生蒸汽形式的氧产物流106。
主换热器3可包括钎焊铝板翅式构造的一个或多个换热器。由于其紧凑设计、高传热率及其处理多个流的能力，故此换热器是有利的。它们制造为完全钎焊和焊接的压力容器。钎焊操作涉及堆叠波状翅(corrugated fin)、隔板(parting sheet)和端条(end bar)来形成内核基体。基体置于真空钎焊炉中，在该处，基体在清洁真空环境中加热和保持在钎焊温度下。对于小设备，包括单内核的换热器可能足够。对于较高流动，换热器可由必须以并联或串联连接的若干内核构成。
如上文所述，空气分离设备1能够产生液体产物，即，富氮液流92和液氧产物流102。为了增加此液体产物的产量，附加的制冷由补充制冷回路或系统2提供。类似地，当需要较少液体产物时，补充制冷回路2应当下调，以便提供较少的补充制冷，但没有完全切断。
通过改变补充制冷回路或系统的操作和控制，可改善基本的补充制冷循环。具体而言，已经发现，当压力比和体积流量大体上保持恒定，通常用于此补充制冷系统中的压缩机和涡轮膨胀器可在很大压力范围内保持稳定的效率和操作速度。如果能够使穿过补充制冷系统的压缩机和涡轮膨胀器的压力比和体积流量保持在大致恒定水平，则生成的功率与绝对压力成比例且因此与系统的入口处的质量流量成比例。
补充制冷回路2使用可压缩的工作流体或制冷剂如空气，其在多级压缩区段115中压缩。作为优选，闭环补充制冷回路2内的工作流体或制冷剂流114a在第一压缩机116中压缩，且然后给送至联接到涡轮膨胀器124上的第二增压压缩机118。压缩的空气流体或制冷剂流122然后可使用二次冷却器120冷却以在涡轮膨胀器124中膨胀之前除去压缩热。作为优选，二次冷却器120借助于冷冻水(chilled water)或与空气分离设备相关联的其它制冷源将压缩的工作流体流122冷却至环境或较冷温度。此二次冷却大体上改善了循环效率，且防止了高温对涡轮膨胀器124的破坏。
涡轮膨胀器124构造成膨胀压缩的工作流体流122来生成冷却的工作流体流114b。冷却的工作流体流114b然后在主换热器3中加热，以便给予空气分离设备1所需的制冷的一部分来产生液氮产物流92和液氧产物流102。在经过主换热器3之后，加热的工作流体流114a再循环回至压缩机区段115。如上文指出那样，涡轮膨胀器124优选直接地或通过适合的传动装置与增压压缩机118链接。
尽管未示出，但涡轮膨胀器可连接或操作地联接到发电机上。此发电机加载的涡轮膨胀器布置允许涡轮膨胀器的速度甚至在很高或很低的负载下保持恒定。该布置在一些应用中是期望的，因为涡轮膨胀器的速度将在跨越整个操作范围的理想效率下保持大体上恒定，且如下文更详细论述的涡轮膨胀器的控制方法将进一步简化。在此布置中，发电机负载可借助于高速发电机来连接到涡轮膨胀器上。作为备选，发电机负载可借助于连接到内部或外部齿轮箱上的高速联接件且利用从齿轮箱到发电机的低速联接件来连接到涡轮膨胀器上。
如图所示，工作流体或制冷剂流114a的源为压缩和净化的进料空气流18，其一部分作为填充流110转移至压缩机116上游的补充制冷回路或系统2。工作流体可经由可操作地设置在压缩净化的进料空气流18与补充制冷回路2之间的一个或多个入口阀112和142来加入，阀根据需要打开和闭合，以保持穿过压缩机116,118和涡轮膨胀器124的工作流体的大致恒定的体积流量，以及跨越压缩机区段的大致恒定的压力比。可控制地操作入口阀112和142以设置压缩机116的入口压力，且因此设置涡轮膨胀器124的出口压力。入口阀112优选是两个入口阀中较大的，且用于填充或加压补充制冷回路或在需要入口压力的快速变化时打开，而入口阀142提供了补充制冷回路2中的压力的持续调整。以此方式，增大补充制冷回路2中的入口压力可增加由设备提供的功率，且因此增加给予主换热器3的制冷，从而允许较高液体生产率(make rate)。相反，减小补充制冷回路2中的压力会减少功率和降低给予主换热器3的制冷，从而减小液体生产率。
此外，工作流体可借助于经由压缩机116上游的阀143提供的制冷剂的低压补充供应来加入补充制冷回路2，以保持补充制冷回路2中的最低压力。大体上，如果补充制冷回路2中的最低压力没有被保持，则阀143将打开，这可在典型停机操作期间发生。
补充制冷回路2还包括排放系统140，其包括设置在涡轮膨胀器124上游的阀144和排放口145。排放系统140构造成在压力高于期望或目标压力时除去补充制冷回路2中的工作流体或制冷剂的一部分，以便保持大致恒定的体积流量和大致恒定的压力比。包括阀146,147和排放口148的辅助排放布置可选设置在涡轮膨胀器124的下游，和在主换热器3上游，其通常在启动期间打开，以允许启动期间包括涡轮膨胀器124和相关联的管路的回路冷却。
使用控制器150添加或除去工作流体，补充制冷供应至主换热器3的程度可大体上受控。如附图中所见，所示的控制器150优选为主PLC类型的控制单元，其可操作地连接到本地PID控制器(未示出)上，所述本地PID控制器控制排放系统阀144和入口阀112,142来调整或控制补充制冷回路中2中的工作流体的除去或添加，同时保持穿过补充制冷回路的压缩机和涡轮膨胀器区段的工作流体的大致恒定的体积流量，以及跨越压缩机区段的大致恒定的压力比。尽管示为主PLC类型的控制，但可构想出的是，此控制器还可为人工控制器或基于操作者的控制器。调整排放系统阀144和/或入口阀112,142的设置点以改变补充制冷回路2的入口压力，且如上文指出那样：(i)增大补充制冷且因此增大空气分离设备中的液体产物生产率；或(ii)减小补充制冷且因此减小空气分离设备中的液体产物生产率。
此外，控制器150或其它适合的控制器件适于或构造成控制对压缩机116和/或压缩机118上的入口导叶以及涡轮膨胀器124中的涡轮喷嘴布置的调整。涡轮喷嘴的调整受控制以保持较宽压力变化内的大致恒定的体积流量。涡轮喷嘴还调整成保持跨越涡轮膨胀器124的压力比大体上恒定。压缩机116,118中的一个或两个上的压缩机入口导叶的调整有助于保持跨越压缩机的大致恒定的压力比，且更具体地，作出所需的调整来修正效果，如工作流体的可压缩性、入口温度的变化和与涡轮喷嘴的失配。
操作具有公开的补充制冷回路的空气分离设备的优选方法包括以下步骤：(i)在空气分离设备中进行低温精馏工艺来产生液氮和/或液氧；(ii)经由如上文所述的补充制冷回路来提供空气分离设备所需的制冷的一部分来产生液体产物流；(iii)在与空气分离设备相关联的主换热器中加热来自补充制冷回路的制冷剂或冷却的工作流体；(iv)使加热的工作流体再循环回来穿过补充制冷回路；以及(v)对补充制冷回路除去或添加工作流体来调整补充制冷回路中的入口压力，同时保持工作流体的大致恒定的体积流量，以及补充制冷回路中大致恒定的压力比。
调整补充制冷回路中的压缩机中的入口导叶和/或补充制冷回路中的涡轮膨胀器中的涡轮喷嘴分别优化了压力比和恒定体积流量。添加制冷剂或工作流体的附加质量流量允许了增加补充制冷，且从而会允许提高空气分离设备中的液体产物生产率。相反，除去制冷剂或工作流体大体上减少补充制冷，且从而减少空气分离设备中的液体产物生产率。
尽管参照优选实施例论述了本发明，但是如本领域的技术人员想到的那样，可作出许多变化和省略，而不会脱离如所附权利要求中阐明的本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种分离空气的方法，包括以下步骤：
在空气分离设备中进行低温精馏工艺，所述空气分离设备包括将压缩和净化的进料空气流冷却至适用于所述进料空气流精馏的温度的主换热器，以及构造成精馏压缩、净化和冷却的空气来产生至少一个液体产物流的蒸馏塔系统；
经由补充制冷回路提供所述空气分离设备所需的制冷的一部分来产生所述至少一个液体产物流，所述补充制冷回路包括将压缩和净化的进料空气流的一部分作为工作流体的填充流；构造成进一步压缩所述工作流体的压缩机区段；以及构造成使压缩的所述工作流体膨胀来生成冷却的工作流体流的涡轮膨胀器区段，所述补充制冷回路构造成引导所述冷却的工作流体流经过所述主换热器；
在所述主换热器中加热所述冷却的工作流体来给予所述空气分离设备所需的部分的制冷；
在经过所述主换热器之后，将所述工作流体再循环至所述补充制冷回路的压缩机区段；以及
除去所述涡轮膨胀器区段上游的补充制冷回路中的工作流体的一部分，从而减小由所述补充制冷回路给予的制冷以及至少一个液体产物流的产量；而且将工作流体加入所述压缩机区段上游的补充制冷回路，从而增加由所述补充制冷回路给予的制冷以及所述至少一个液体产物流的产量；
其中以使所述补充制冷回路内的入口压力调整为与所述液体产物流的期望产量相当的方式进行从所述补充制冷回路除去所述工作流体和将所述工作流体加入所述补充制冷回路，所述工作流体于所述补充制冷回路内在大致恒定的体积流量下循环，且跨越所述压缩机区段的压力比保持大致恒定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，除去所述涡轮膨胀器区段上游的补充制冷回路中的工作流体的一部分的步骤还包括排放所述补充制冷回路中的所述工作流体的一部分来将所述补充制冷回路中的工作流体保持为处于或低于规定的最高压力。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：排放所述补充制冷回路的涡轮膨胀器区段下游的所述补充制冷回路中的所述工作流体的一部分来将所述补充制冷回路中的工作流体保持为处于或低于规定的最高压力且保持引导至所述主换热器的冷却的工作流体处于或低于规定的最高温度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将工作流体加至所述压缩机区段上游的所述补充制冷回路的步骤还包括将补充的工作流体流加至所述补充制冷回路来保持所述压缩机区段的入口压力处于或高于规定的最低压力。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将工作流体加入所述压缩机区段上游的补充制冷回路的步骤还包括调制填充到所述补充制冷回路的工作流体的供应来调整所述压缩机区段的入口压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：调整所述压缩机区段中的压缩机导叶来保持跨越所述压缩机区段的大致恒定的压力比。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括调整所述涡轮膨胀器区段中的涡轮喷嘴来保持所述补充制冷回路中的大致恒定的体积流量的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：通过控制器控制所述工作流体的除去、所述工作流体的加入、压缩机导叶的调整，以及涡轮喷嘴的调整来可操作地控制所述空气分离设备所需的补充制冷量来产生所述至少一个液体产物流，以保持跨越所述压缩机区段的大致恒定的压力比，以及所述补充制冷回路中的大致恒定的体积流量。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行所述低温精馏工艺的步骤还包括以下步骤：
压缩和净化空气进料流来产生所述压缩和净化的进料空气流；
将所述压缩和净化的进料空气流分成第一压缩空气流和第二压缩空气流；
进一步压缩、冷却和膨胀所述第一压缩空气流和第二压缩空气流来分别形成第一进入液流和第二进入液流，且将所述第一进入液流和第二进入液流引入所述蒸馏塔系统中；以及
在蒸馏塔系统中将所述进入流分馏成其构成部分，以产生多个产物流和废物流，包括所述至少一个液体产物流。
10.一种构造成产生至少一个液体产物流的空气分离设备，所述空气分离设备包括：
空气进入回路，其构造成压缩和净化进入的进料空气流；
蒸馏塔系统，其构造成通过低温精馏工艺来精馏所述压缩和净化的进料空气流来产生至少一个液体产物流；
主换热器，其与压缩和净化的进料流和蒸馏塔系统操作关联，且构造成将所述压缩和净化的进料流冷却至适用于所述进料空气流的精馏的温度；
补充制冷回路，其联接到空气进入系统和所述主换热器上且包括：可压缩的工作流体；构造成压缩所述工作流体的压缩机区段；以及构造成膨胀压缩的所述工作流体来生成冷却的工作流体的涡轮膨胀器区段，其中所述冷却的工作流体在所述主换热器中加热，以便给予所述空气分离设备所需的部分的制冷，以产生所述至少一个液体产物流，且加热的所述工作流体在经过所述主换热器之后再循环至所述补充制冷回路的压缩机区段；
排放系统，其设置在所述涡轮膨胀器区段的上游且构造成用于除去所述补充制冷回路中的工作流体的一部分，从而减小由所述补充制冷回路给予的制冷和所述至少一个液体产物流的产量；
工作流体源，其经由一个或多个控制阀联接到所述压缩机区段上游的补充制冷回路上，且构造成将工作流体加入所述补充制冷回路，从而增加由所述补充制冷回路给予的制冷以及所述至少一个液体产物流的产量；
控制器，其可操作地连接到所述排放系统和控制阀上，且构造成控制工作流体经由所述补充制冷回路的除去和添加，以调整补充制冷回路内的入口压力，同时保持穿过所述补充制冷回路的压缩机区段和涡轮膨胀器区段的工作流体的大致恒定的体积流量，以及跨越所述压缩机区段的大致恒定的压力比。
11.根据权利要求10所述的空气分离设备，其特征在于，所述排放系统构造成将所述补充制冷回路中的工作流体保持为处于或低于规定的最高压力。
12.根据权利要求10所述的空气分离设备，其特征在于，所述空气分离设备还包括第二排放口，其构造成排放所述补充制冷回路的涡轮膨胀器区段下游的工作流体的一部分，来将所述补充制冷回路中的工作流体保持为处于或低于规定的最高压力，且保持引导至所述主换热器的冷却的工作流体处于或低于规定的最高温度。
13.根据权利要求10所述的空气分离设备，其特征在于，经由一个或多个控制阀联接到所述补充制冷回路上的工作流体源还包括补充的工作流体源，以加入所述补充制冷回路的压缩机区段上游的补充制冷回路，以保持所述压缩机区段的入口压力处于或高于规定的最低压力。
14.根据权利要求10所述的空气分离设备，其特征在于，所述工作流体源还包括所述压缩和净化的进料空气流，且所述一个或多个控制阀还包括设置在所述压缩和净化的进料空气流与所述补充制冷回路之间的进入填充阀布置，其构造成调制所述工作流体的供应且调整所述压缩机区段的入口压力。
15.根据权利要求10所述的空气分离设备，其特征在于，所述补充制冷回路的压缩机区段还包括具有可调整的导叶的压缩机，且所述压缩机与所述控制器可操作地关联，以调整所述导叶来保持跨越所述压缩机区段的大致恒定的压力比。
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