CN109642771A - 操作空气分离装置的方法和设备 - Google Patents

Abstract

一种用于通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法和设备，该方法可以包括以下步骤：在有效使用柱系统将空气流深冷分离成氧产物和氮气的条件下将净化且压缩的空气流送至冷箱，其中该净化且压缩的空气流在进入该柱系统时处于进料压力；抽取出在产物压力下的该氧产物；在递送压力下将该氧产物递送到氧气管道，其中该氧气管道具有管道压力；其中在第二操作模式期间，该方法可以包括监测管道压力；减小该管道压力与该递送压力之间的差值；以及调节来自该冷箱的液体产品。通过以动态方式操作该方法，在其中管道压力偏离其最高值的情况下可以实现附加液体产量。

Description

操作空气分离装置的方法和设备

PCT专利申请

相关申请

本申请要求在2016年6月30日提交的美国临时申请序列号62/356,972的优先权，该美国临时申请通过引用以其全文结合于此。

技术领域

本发明总体上涉及一种用于有效操作空气分离设备的方法和设备，该设备将其产物中的至少一种进料到管道中。

背景技术

空气分离设备将大气空气分离成其主要成分：氮气和氧气，以及偶尔氩气、氙气和氪气。这些气体有时被称为空气气体。

典型的深冷空气分离过程可以包括以下步骤：(1)过滤空气，以便除去可能损坏主空气压缩机的大微粒；(2)在主空气压缩机中压缩预过滤的空气并且使用级间冷却以从压缩空气冷凝出一些水；(3)使压缩空气流通过前端净化单元以除去残留的水和二氧化碳；(4)在热交换器中通过与来自深冷蒸馏柱的工艺流的间接热交换来冷却净化的空气；(5)使至少一部分冷空气膨胀，以为系统提供制冷；(6)将冷空气引入蒸馏柱用于其中的精馏；(7)从柱的顶部收集氮(通常呈气体)并且从柱的底部收集呈液体的氧。

在某些情况下，空气分离单元(“ASU”)可用于将其空气气体之一供应到附近的管道(例如，氧气或氮气管道)，以便供应一个或多个没有位于紧邻ASU附近的客户。在供应本地管道的典型ASU中，常见的是使用利用内部压缩(泵送)循环的工艺配置，在氧气管道的情况下，这意指将从较低压力柱产生的液氧从低压泵送至高于该管道压力的压力并在热交换器内蒸发，最常见的是针对来自增压空气压缩机(“BAC”)或主空气压缩机(“MAC”)的高压空气流。如在此使用的，增压空气压缩机是位于净化单元下游的二级空气压缩机，出于有效地蒸发产物液氧流的目的被用于使一部分主空气进料增压。

在正常条件下，向氧气管道进料氧气的ASU被设计用于在恒定压力下产生氧气。这是因为ASU在稳态条件下最有效率地操作。但是，管道不能在恒定压力下操作。例如，氧气管道在一天内在400与600psig之间(即，约200psig的压力变化)操作并不罕见。这可由于可变的客户需求和/或对管道的可变供应而发生。

在迄今为止已知的现有技术中，通常设计ASU以提供在高于对于管道预期的最高压力的恒定压力下的氧气。为了解决与管道压力变化相关的问题，通常就在将氧气引入管道之前跨过控制阀降低气态氧的压力以与管道的压力大致匹配。然而，在管道压力低于ASU的设计压力的任何时候，此方法遭受低效率。因此，将有利的是提供以更有效的方式操作的方法和设备。

发明内容

本发明是针对满足这些需求中的至少一项的方法和设备。

在一个实施例中，本发明可以包括一种用于调节空气气体(例如，氮气和氧气)的一个或多个生产压力以符合管道压力、从而当管道压力降低时增加液体产量的方法。

在一个实施例中，此种低效率可以通过以下方式被最小化：设计ASU中使用的设备(例如，主热交换器、液氧(“LOX”)泵、BAC、MAC等)，以具有足够的灵活性以能够在基于管道压力的不同压力水平下递送气态氧(“GOX”)。在另一个实施例中，该方法和设备可以包括工艺控制策略，以自动且连续地调节从主热交换器出来的GOX产物压力以符合管道压力。

在另一个实施例中，由于可以调节GOX产物压力以匹配氧气管道，因此BAC的排出压力可以保持相对恒定，从而允许附加的液体产量。本领域技术人员还将认识到，如果该单元不使用BAC，那么可以以类似的方式将MAC的排出压力保持相对恒定。

在本发明的某些实施例中，通过将包括主交换器、LOX泵、MAC和BAC等的设备设计成具有能够根据管道压力在不同压力水平下递送GOX的足够灵活性以及通过实施工艺控制策略以自动且连续地调节GOX产物压力以符合管道压力来消除此种低效率。在此具体实现方式中，自动管道GOX进料阀可以设定为100％打开，并且GOX流量可以通过操纵LOX泵速度的流量指示器控制器(“FIC”)来控制。递送点处的GOX管道越低，来自冷箱的GOX压力就越低。

可以通过降低来自冷箱的GOX产物压力实现的一个效率增益是在不改变MAC或BAC的操作条件的设定点的情况下，增加液体产物(液氧(“LOX”)和/或液氮(“LIN”))的产量。通过可用制冷的整体增加实现附加的液体产量。例如，通过在减压下运行LOX泵，LOX泵将产生更少的余热(由于与振动、摩擦等相关的能量损失)。此外，LOX的较低压力导致较少的压缩热。第三，穿过热交换器的较低压LOX导致热交换器内的热损失更少，这产生了附加冷回收的增益。所有这三个因素都有助于提供附加的可用制冷，从而允许增加液体产量(例如，液氮和/或液氧)。值得注意的是，此种增加的制冷不需要任何附加的压缩或膨胀步骤，并且因此，在没有功率使用的典型增加的情况下完成附加的液体产量。

例如，当来自液氧泵的氧产物降低至450psig时，在600psig下产生GOX的1500st/dO₂ASU可以产生约4150scfh的附加液氮。ASU方法的整体稳定性将不会受到此种压力变化的损害，这是由于以下：ASU方法通常具有比管道更快的动力学，并且管道经常本质上含有大的缓冲器并且压力变化只能缓慢发生。

尽管已经仅对于被送至氧气管道的GOX产物描述了本发明的某些实施例，但该概念可以容易地应用于通过内部压缩过程产生的任何产物如高压气态氮(GAN)。控制策略可以使用可以允许GOX和/或GAN压力自动符合管道的任何替代性控制方案来容易实施。例如，通过控制跨过产物控制阀到管道的压差，可以调节ASU产物压力以符合管道。例如，代替直接测量来自冷箱的气态产物的压力，用户可以测量跨过产物控制阀的压降，并使用控制装置通过调节从冷箱出来的气体的压力来获得跨过控制阀的压降的希望设定点(例如，如果GOX是产物流，则可以调节液氧泵直到跨过产物控制阀的压降处于或低于希望的阈值)。

在一个实施例中，跨过产物控制阀的压差小于5psi、更优选小于3psi、更优选小于1psi。在另一个实施例中，ASU产物压力在管道压力的5psi内，从而允许产物控制阀保持完全打开，导致跨过产物控制阀的压力损失最小。在另一个实施例中，跨过产物控制阀的压差小于管道压力的2％、优选1％、更优选0.5％。理想地，跨过产物控制阀的压降接近零。

在一个实施例中，通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法可以包括以下步骤：a)将空气压缩到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流，该压缩的湿空气流具有第一压力P_o；b)在前端净化系统内将该压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流；c)在增压压缩机中压缩该干燥空气流的第一部分以形成增压空气流，该增压空气流具有第一增压压力P_B1；d)在有效分离空气以形成空气气体产物的条件下将该干燥空气流的第二部分和该增压空气流引入冷箱中，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；e)从该冷箱中抽取出该空气气体产物，该空气气体产物具有第一产物压力P_P1；f)将该空气气体产物引入管道中，其中该管道被配置成将该空气气体产物输送到位于该管道下游的位置，其中该管道在管道压力P_PL下操作，其中将该空气气体产物在第一递送压力P_D1下引入该管道中；g)监测该管道内的管道压力P_PL；h)基于该管道压力P_PL调节该冷箱内的一个或多个压力设定点；以及i)基于步骤h)中调节的一个或多个压力设定点调节来自冷箱的液体产品。

在通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法的任选的实施例中：

·步骤h)的该一个或多个压力设定点是第一产物压力P_P1；

·在步骤h)和i)期间，第一增压压力PB1保持基本上恒定；

·冷箱包括主热交换器，具有由较低压力柱和较高压力柱构成的双柱的柱系统，布置在较低压力柱的底部的冷凝器，以及选自由液氧泵、液氮泵、及其组合组成的组的液态空气气体泵；

·该空气气体产物是氧气并且该管道是氧气管道；

·液氧泵将来自较低压力柱的液氧加压至第一产物压力P_P1；

·该空气气体产物是氮气并且该管道是氮气管道；

·液氮泵将来自较高压力柱的液氮加压至第一产物压力P_P1；

·基于监测的管道压力P_PL调节第一产物压力P_P1。

·来自冷箱的液体产品是选自由液氮、液氧、及其组合组成的组的液体；和/或

·与多个流量指示器、压力指示器、和控制阀通信的过程控制器被配置成用于执行步骤g)至i)；

在本发明的另一个方面，一种通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法可以包括第一操作模式和第二操作模式，其中在第一操作模式和第二操作模式期间，该方法可以包括以下步骤：在有效使用柱系统深冷分离该空气流以形成气态空气气体产物的条件下将净化且压缩的空气流送至冷箱，其中该净化且压缩的空气流在进入该冷箱时处于进料压力P_F下，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；抽取出在产物压力P_PO下的气态空气气体产物；在递送压力P_DO下将该气态空气气体产物递送到空气气体管道，其中该空气气体管道具有管道压力P_PL；监测管道压力P_PL；其中，在该第二操作模式期间，该方法进一步可以包括以下步骤：减小该管道压力P_PL与该递送压力P_DO之间的差值；以及调节来自该冷箱的液体产品。

在通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法的任选的实施例中：

·减小管道压力P_PL与递送压力P_DO之间的差值的步骤进一步包括调节产物压力P_PO；

·调节来自冷箱的液体产品的步骤进一步包括保持进料压力P_F基本上恒定的步骤；

·产物压力P_PO与递送压力P_DO基本相同；

·空气气体产物是氧气，其中冷箱包括主热交换器、具有由较低压力柱和较高压力柱构成的双柱的柱系统、布置在较低压力柱的底部的冷凝器、以及液氧泵；

·冷箱进一步包括气态氧(GOX)进料阀，其中GOX进料阀与液氧泵的出口和空气气体管道的入口处于流体连通；

·减小管道压力P_PL与递送压力P_DO之间的差值的步骤包括不调节GOX进料阀；

·减小管道压力P_PL与递送压力P_DO之间的差值的步骤包括保持GOX进料阀完全打开；

·该方法还可以包括在冷箱的上游提供主空气压缩机的步骤，其中减小管道压力P_PL与递送压力P_DO之间的差值的步骤进一步包括调节液氧泵的操作同时保持主空气压缩机的操作基本上恒定的步骤，使得调节产物压力P_PO，同时保持进料压力P_F基本上恒定；

·该方法还可以包括在主空气压缩机的下游和冷箱的上游提供增压压缩机的步骤，其中减小管道压力P_PL与递送压力P_DO之间的差值的步骤进一步包括调节液氧泵的操作，同时保持增压压缩机的操作基本上恒定的步骤，使得调节产物压力P_PO，同时保持进料压力P_F基本上恒定；

·来自冷箱的液体产品是选自由液氮、液氧、及其组合组成的组的液体；和/或

·与多个流量指示器、压力指示器、和控制阀通信的过程控制器被配置成用于执行第二操作模式中的步骤。

在本发明的另一个方面，通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的设备可以包括

a)主空气压缩机，该主空气压缩机被配置成将空气压缩到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流，该压缩的潮湿空气流具有第一压力P_o；

b)前端净化系统，该前端净化系统被配置成将压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流；

c)与前端净化系统处于流体连通的增压压缩机，其中该增压压缩机被配置成压缩干燥空气流的第一部分以形成增压空气流，该增压空气流具有第一增压压力P_B1；

d)冷箱，该冷箱包括主热交换器、具有由较低压力柱和较高压力柱构成的双柱的柱系统、布置在较低压力柱的底部的冷凝器、以及液氧泵，其中该冷箱被配置成在有效分离空气以形成空气气体产物的条件下接收增压空气流和干燥空气流的第二部分，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；

e)用于监测管道压力的装置，其中该管道与冷箱处于流体连通，使得管道被配置成接收来自冷箱的空气气体产物，该空气气体产物具有第一产物压力P_P1；

f)用于基于监测的管道压力调节该设备的一个或多个压力设定点的装置，其中该设备的该一个或多个压力设定点包括液氧泵的排出压力；以及

g)用于调节来自冷箱的液体产品的装置。

在通过空气的深冷分离生产空气气体的设备的任选的实施例中：

·调节第一产物压力P_P1，使得第一产物压力P_P1与第一递送压力P_D1之间的差值低于给定阈值；

·该阈值小于5psi；

·该阈值小于3psi；

·来自冷箱的液体产品是选自由液氮、液氧、及其组合组成的组的液体；

·用于调节来自冷箱的液体产品的装置包括与多个流量指示器、压力指示器、和控制阀连通的过程控制器；

·该空气气体产物是氧气并且该管道是氧气管道；

·液氧泵将来自较低压力柱的液氧加压至第一产物压力P_P1；

·该空气气体产物是氮气并且该管道是氮气管道。

在本发明的另一个方面，通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的设备可以包括：(1)冷箱，该冷箱被配置成在有效使用柱系统深冷分离空气流以形成空气气体产物的条件下接收净化且压缩的空气流，其中净化且压缩的空气流在进入冷箱时处于进料压力P_F下，其中空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组，其中冷箱被配置成用于在产物压力P_PO下产生空气气体产物；(2)用于将空气气体产物从冷箱转移到空气气体管道的装置；(3)压力监测装置，该压力监测装置被配置成监测管道压力P_PL；以及(4)控制器，该控制器被配置成基于管道压力P_PL调节从冷箱出来的空气气体产物的产物压力P_PO，其中该控制器还被配置成基于从冷箱出来的空气气体产物的产物压力P_PO调节来自冷箱的液体产品。

在通过空气的深冷分离生产空气气体的设备的任选的实施例中：

·空气气体产物是氧气，其中冷箱包括主热交换器，具有由较低压力柱和较高压力柱构成的双柱的柱系统，布置在较低压力柱的底部的冷凝器，以及选自由液氧泵、液氮泵、及其组合组成的组的液态空气气体泵。

·控制器还被配置成与液氧泵连通并且调节液氧泵的排出压力。

·产物压力P_PO与递送压力P_DO基本相同。

·控制器与压力监测装置通信。

·该设备还可以包括用于从冷箱中抽取出液氧的装置。

·该设备还可以包括用于从冷箱中抽出液氮的装置。

·该设备还可以包括气态氧(“GOX”)进料阀，其中GOX进料阀与液氧泵的出口和空气气体管道的入口处于流体连通，其中控制器被配置成用于保持GOX进料阀处于完全打开位置，无论管道压力P_PL如何。

·该设备还可以包括布置在冷箱上游的主空气压缩机，其中控制器进一步被配置成用于调节液氧泵的操作，同时保持主空气压缩机的操作基本上恒定，使得调节产物压力P_PO，同时保持进料压力P_F基本上恒定。

·该设备还可以包括在主空气压缩机下游和冷箱上游的增压压缩机，其中控制器进一步被配置成用于调节液氧泵的操作，同时保持增压压缩机的操作基本上恒定，使得调节产物压力P_PO，同时保持进料压力P_F基本上恒定。

附图说明

参考以下描述、权利要求和附图，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解。然而，应注意的是，附图仅展示了本发明的若干实施例并且因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可以允许其他等效实施例。

图1提供了本发明的实施例。

图2提供了本发明的另一个实施例。

图3提供了示出作为气态氧产物压力的函数的液体产量的增加的模拟数据的图形表示。

具体实施方式

虽然本发明将结合若干实施例进行描述，但是应该理解的是，不旨在将本发明限制于那些实施例。相反，旨在覆盖可被包括在由所附权利要求书限定的本发明的精神和范围内的所有替代方案、修改和等效物。

现在返回图1。将空气2引入主空气压缩机10中并压缩，优选到至少55psig至75psig(或比MP柱的压力高约5psig)的压力。然后在前端净化系统20中将所得的压缩的潮湿空气流12净化除去水和CO₂，从而产生干燥空气流22。在一个实施例中，所有干燥空气流22经由管线26进入冷箱40。在冷箱40内，将空气冷却并且进行深冷处理，以便将空气分离成空气气体产物42。然后将空气气体产物42从冷箱40中移除并在进入空气气体管道60之前通过产物控制阀50。

在优选的实施例中，空气气体产物42的压力和流动速率可分别通过第二压力指示器PI2和流量指示器FI1测量。空气气体管道60的压力可以通过压力指示器PI3测量。在某些操作模式中，还可以将第一液态空气气体产物44和/或第二液态空气气体产物48从冷箱40中移除。第一液态空气气体产物44的流动速率可以通过流量指示器FI2测量，并且第二液态空气气体产物48的流动速率可以通过流量指示器FI3测量。在示出的实施例中，控制阀46、47可用于控制流体44、48的流动速率。

在一个实施例中，各种压力和流量指示器/传感器被配置成与过程控制器55通信(例如，无线或有线通信)，使得各种流动速率和压力可以通过过程控制器55监测，该过程控制器被配置成基于测量的流量和压力调节在整个工艺中的各种设置。

此外，本发明的实施例还可以包括增压空气压缩机30。该实施例由虚线表示，因为它是任选的实施例。在此实施例中，将干燥空气流22的一部分经由管线24送至增压空气压缩机30，并在引入冷箱40中之前进一步压缩以形成增压空气流32。虽然图1的实施例示出了作为单个压缩机的增压空气压缩机30，但是本领域普通技术人员将认识到增压空气压缩机30可以是多于一个物理压缩机。此外，增压空气压缩机30还可以是多级压缩机。

尽管这些图示出了从各个压力和流量指示器到过程控制器55的直接通信线路，但是本发明的实施例不应被如此限制。相反，本领域普通技术人员将认识到，本发明的实施例可以包括某些指示器直接与相关压力控制器通信的情况。

图2提供了用于包括增压空气压缩机30的任选实施例的冷箱40的更详细视图。在此实施例中，冷箱40还包括热交换器80、涡轮机90、阀100、双柱110、较高压力柱120、辅助热交换器130、较低压力柱140、冷凝器/再沸器150、以及液氧泵160。涡轮机90可以经由公共轴附接到增压器70上。就像在图1中一样，将空气2引入主空气压缩机10中并压缩，优选到至少55psig至75psig(或比MP柱的压力高约5psig)的压力。然后在前端净化系统20中将所得的压缩的潮湿空气流12净化除去水和CO₂，从而产生干燥空气流22。将干燥空气流的第一部分24送至增压空气压缩机30，干燥空气流的其余部分26进入冷箱40，其中它在被引入较高压力柱120以在其中进行分离之前在热交换器80中被完全冷却。在增压空气压缩机30中加压之后，增压空气流32在被引入较高压力柱120的底部中之前优选在热交换器80中完全冷却，并且然后跨过阀100膨胀。

优选将部分增压空气流37在增压器70中进一步压缩之前从增压空气压缩机30的内级中移除，并且然后在后冷却器75中冷却以形成第二增压流72。第二增压流72在热交换器80中经历部分冷却，其中将它从热交换器80的中间部分抽取出，并且然后在涡轮机90中膨胀，从而形成膨胀空气流92，然后该膨胀空气流可以在被引入较高压力柱120之前与干燥空气流的第二部分26组合。

较高压力柱120被配置成允许在其内进行空气精馏，从而在底部产生富氧液体并且在顶部产生富氮气态流。将富氧液体122从较高压力柱120的底部抽取出，之后与低压废氮114和低压氮产物112在辅助热交换器130中进行热交换，并且然后跨过阀中膨胀并引入较低压力柱140中。如本领域熟知的，较高压力柱120和较低压力柱140是双柱110的一部分，并且这两个柱经由冷凝器/再沸器150热联接，该冷凝器/再沸器将来自较高压力柱120的上升的富氮气体冷凝并将在较低压力柱140的底部收集的液氧蒸发。在示出的实施例中，将两个富氮液体流126、128从较高压力柱120中抽取出，与低压氮产物112和低压废氮114交换热量，随后跨过它们各自的阀门膨胀，并且然后引入较低压力柱140中。中压氮产物129还可以从较高压力柱120中抽取出，并且然后在热交换器80中加热。

在较低压力柱140的底部收集液氧，并且将其通过液氧泵160抽取出并加压至适当的压力，以形成液氧162。然后，将液氧162在热交换器80内蒸发，以形成空气气体产物42。空气气体产物42的压力和流动速率可以分别经由第二压力传感器PI2和FI1测量。如图1中所示，空气气体产物42流动跨过产物控制阀50并且进入空气气体管道60中。将来自液氧泵160的液氧产物44递送至储存器(未示出)。将来自较低压力柱140顶部的液氮产物48递送至储存器(未示出)。本领域普通技术人员将认识到，产物LOX和LIN两者可以在泵的排出处呈高压或者从柱在用于LIN的HP或LP柱中或从用于LOX的LP柱底部呈低压产生。

如前所指出，空气气体管道60的压力倾向于随时间漂移。在迄今为止已知的方法中，通过调节产物控制阀50的开度以产生适当的压降来解决此问题。然而，这样做效率低。相反，本发明的实施例可以调节冷箱内的压力设定点，例如，液氧泵160的排出压力。通过将此压力减少适当的量，产物控制阀50可以保持完全打开，从而导致跨过产物控制阀50的膨胀损失最小。在一个实施例中，适当的量产生小于5psi、优选小于3psi的PI2与PI3之间的差值。

通过降低液氧产物162的压力并将进入的空气流的压力保持在相同的压力设定点(例如，保持在恒定设定点的BAC和MAC)，可以实现附加的液体产量。例如，对于被构建来产生在610psig下的气态氧(例如，流42)的ASU过程，可以产生大约51kscfh的LOX和91kscfh的LIN。然而，如果降低LOX泵的排出压力以产生在大约400psig下的气态氧产物流，则此相同的过程可以产生大约多于57kscfh的LIN或多于54kscfh的LOX。

下表I-III示出了各个流的对比数据，其中表I是在610psig GOX生产下的基本情况，表II是其中LIN产量最大化且GOX生产处于400psig下的实施例，表III是其中LOX产量最大化并且GOX生产也处于400psig的实施例。虽然这些实例仅分别示出了LIN和LOX产量被最大化，但是本领域普通技术人员应认识到本发明的实施例不限于此。而是，本发明的实施例还可以包括LOX和LIN产量可以同时增加的情况。本领域普通技术人员将认识到，在这些实施例中，每个LIN或LOX的增加将不会如在表II或表III中示出的那样多地单独增加。

如上表中示出的，当管道压力改变时，调节流42的压力以匹配管道压力，并且改变流44或48的流动速率。其余的流保持大体上不变。如将容易理解的，能够产生附加量的液体可以是高度有益的，特别是因为液体流在市场上是非常宝贵的。此外，这在没有流动速率方面的任何生产损失、对双柱的操作条件没有任何显著干扰、并且以最少的附加资本费用实现。

在其中空气气体产物是氮气的实施例中，该实施例可以包括从较高压力柱120中抽取出呈液体的较高压氮产物129，并且在热交换器80中加热之前使用液氮泵(未示出)将其加压至适当的压力。然后将所得的加热的氮气产物以与关于气态氧产物所述的类似方式引入氮气管道中。可替代地，可以从较低压力柱而不是较高压力柱中移除液氮流。

图3呈现了作为空气气体产物(例如，流42)的压力的函数的液体产量的图形表示。如在该实例中示出的，从约650psig的压力到400psig可以产生LIN产量的近两倍增加(从约80kschh到约150kscfh)。类似地，液氧产量从约40kcfh增加到约105kscfh。虽然该图形表示是在假设一次仅调整一种液体产物的情况下形成的，但本发明并不旨在如此受限制。实际上，同时增加两种液体产物是完全可接受的。

在另一个实施例中，过程控制器55可以被配置成用于访问现货价格数据(或者用户可以将数据输入控制器中)，使得过程控制器55可以被配置成基于目前的现货价格数据来优化/调整增加的LIN和/或LOX的量。类似地，过程控制器55还可以被配置成跟踪LIN和/或LOX的本地库存，并基于此附加数据对LIN和/或LOX的产量作出调整。

术语“富氮”和“富氧”将由本领域技术人员理解为参考了空气的组成。同样地，富氮涵盖了具有的氮含量大于空气的氮含量的流体。类似地，富氧涵盖具有的氧含量大于空气的氧含量的流体。

如在此使用的，如果流的压力保持基本上恒定，则旨在意指影响所述流压力的工艺设备的压力设定点保持不变。由于典型的工艺条件而导致的正常变化意指被此术语涵盖。

虽然已经结合其具体实施例描述了本发明，明显的是鉴于前述说明许多替代方案、修改、和变化对于本领域技术人员将是清楚的。因此，它旨在包含如落入所附权利要求书中的精神和宽范围内的所有此类替代方案、修改、和变化。本发明可以适当地包含所披露的要素、由所披露的要素组成或基本上由所披露的要素组成，并且可以在不存在未披露的要素下实践。此外，如果存在提及顺序的语言，例如第一和第二，它应在示例性意义上并且不在限制性意义上进行理解。例如，本领域技术人员可以认识到可以将某些步骤组合成单一步骤中。

单数形式“一个/种(a/an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另外清楚地指出。

权利要求中的“包含(comprising)”是开放式过渡术语，其是指随后确定的权利要求要素是无排他性的清单(即，其他任何事物可以附加地被包括并且保持在“包含”的范围内)。除非在此另有说明，否则如在此使用的“包含”可以由更受限制的过渡术语“主要由...组成”和“由...组成”代替。

权利要求中的“提供(providing)”被定义为是指供给、供应、使可获得、或制备某物。步骤可以通过任何行动者在不存在相反的所述权利要求中的表达语言下进行。

任选的或任选地是指随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生。本说明包括其中所述事件或情况发生的实例以及其中所述事件或情况不发生的实例。

在此范围可以表述为从约一个具体值，和/或到约另一个具体值。当表述此种范围时，应理解的是另一个实施例是从该一个具体值和/或到该另一个具体值，连同在所述范围内的所有组合。

在此确定的所有参考文献各自特此通过引用以其全文结合到本申请中，并且是为了具体的信息，各个参考文献被引用就是为了该具体信息。

Claims (16)

1.一种用于通过空气的深冷分离以可变液体产量生产空气气体的方法，该方法包括以下步骤：

a)将空气(2)压缩(10)到适用于空气深冷精馏的压力，以产生压缩的潮湿空气流(12)，该压缩的湿空气流具有第一压力P_o；

b)在前端净化系统(20)内将该压缩的潮湿空气流净化除去水和二氧化碳，以产生与该压缩的潮湿空气流(12)相比具有减少的水和二氧化碳量的干燥空气流(22)；

c)在增压压缩机(30)中压缩该干燥空气流的第一部分(24)以形成增压空气流(32)，该增压空气流具有第一增压压力P_B1；

d)在有效分离空气以形成空气气体产物(42)的条件下将该干燥空气流的第二部分(26)和该增压空气流引入冷箱(40)中，该空气气体产物具有第一产物压力P_P1，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；

e)从该冷箱中抽取出该空气气体产物；

f)将该空气气体产物引入管道(60)中，其中该管道被配置成将该空气气体产物输送到位于该管道下游的位置，其中该管道在管道压力P_PL下操作，其中将该空气气体产物在第一递送压力P_D1下引入该管道中；

g)监测该管道内的管道压力P_PL(PI3)；

h)基于该管道压力P_PL调节该冷箱内的一个或多个压力设定点；以及

i)基于步骤h)中调节的该一个或多个压力设定点调节来自该冷箱的液体产品(44，48)，其中来自该冷箱的液体产品是选自由液氮、液氧、及其组合组成的组。

2.如权利要求1所述的方法，其中，步骤h)的该一个或多个压力设定点是该第一产物压力P_P1。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第一增压压力P_B1在步骤h)和i)期间保持基本上恒定。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该冷箱包括主热交换器(80)，具有由较低压力柱(140)和较高压力柱(120)构成的双柱的柱系统(110)，布置在该较低压力柱的底部的冷凝器(150)，以及选自由液氧泵(160)、液氮泵、及其组合组成的组的液态空气气体泵。

5.如权利要求4所述的方法，其中，该空气气体产物是氧气并且该管道是氧气管道，并且其中，该液氧泵将来自该较低压力柱的液氧加压到该第一产物压力P_P1。

6.如权利要求4所述的方法，其中，该空气气体产物是氮气并且该管道是氮气管道。

7.如权利要求6所述的方法，其中，该液氮泵将来自该较高压力柱的液氮加压至该第一产物压力P_P1。

8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，基于该监测的管道压力P_PL调节该第一产物压力P_P1。

9.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，与多个流量指示器(FI1，FI2，FI3)、压力指示器(PI1，PI2，PI3)、和控制阀(46，47，50)通信的过程控制器(55)被配置成用于执行步骤g)至i)。

10.一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的方法，该方法包括第一操作模式和第二操作模式，其中，在该第一操作模式和该第二操作模式期间，该方法包括以下步骤：

在有效使用柱系统(110)深冷分离该空气流以形成气态空气气体产物(42)的条件下将净化且压缩的空气流(26，32)送至冷箱(40)，其中该净化且压缩的空气流在进入该冷箱时处于进料压力P_F下，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组；

从该冷箱中抽取出在产物压力P_PO下的该气态空气气体产物；

在递送压力P_DO下将该气态空气气体产物递送到空气气体管道(60)，其中该空气气体管道具有管道压力P_PL；

监测该管道压力P_PL(PI3)；

其中在该第二操作模式期间，该方法进一步包括以下步骤：

减小该管道压力P_PL与该递送压力P_DO之间的差值；以及

调节来自该冷箱的液体产品(44，48)。

11.如权利要求10所述的方法，其中，减小该管道压力P_PL与该递送压力P_DO之间的差值的步骤进一步包括在该冷箱内的同时调节该产物压力P_PO。

12.如权利要求11或11所述的方法，其中，调节来自该冷箱的液体产品，同时保持该进料压力P_F基本上恒定。

13.如权利要求11至12中任一项所述的方法，其中，该产物压力P_PO与该递送压力P_DO基本相同。

14.一种用于通过空气的深冷分离生产空气气体的设备，该设备包括：

冷箱(40)，该冷箱被配置成用于在有效使用柱系统(110)深冷分离空气流以形成空气气体产物(42)的条件下接收净化且压缩的空气流(26，32)，其中该净化且压缩的空气流在进入该冷箱时处于进料压力P_F下，其中该空气气体产物选自由氧气、氮气及其组合组成的组，其中该冷箱被配置成用于在该冷箱内的同时在产物压力P_PO下产生该空气气体产物；

用于将该空气气体产物从该冷箱转移到空气气体管道(60)的装置；

压力监测装置(PI3)，该压力监测装置被配置成用于监测该管道压力P_PL；以及

控制器(55)，该控制器被配置成基于该管道压力P_PL调节从该冷箱出来的空气气体产物的产物压力P_PO，

其中该控制器还被配置成用于基于从该冷箱出来的空气气体产物的产物压力P_PO调节来自该冷箱(46，47)的液体产品。

15.如权利要求14所述的设备，其中，该空气气体产物是氧气，其中，该冷箱包括主热交换器(80)，具有由较低压力柱(140)和较高压力柱(120)构成的双柱的柱系统(110)，布置在该较低压力柱的底部的冷凝器(150)，以及选自由液氧泵(160)、液氮泵、及其组合组成的组的液态空气气体泵，其中，该控制器被配置成与该液态空气气体泵通信并且调节该液态空气气体泵的排出压力。

16.如权利要求14至15中任一项所述的设备，其中，来自该冷箱的产物压力P_PO与该递送压力P_DO基本相同。