CN113357876A - 空气分离装置 - Google Patents

空气分离装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113357876A
CN113357876A CN202110233204.XA CN202110233204A CN113357876A CN 113357876 A CN113357876 A CN 113357876A CN 202110233204 A CN202110233204 A CN 202110233204A CN 113357876 A CN113357876 A CN 113357876A
Authority
CN
China
Prior art keywords
compressor
air
unit
amount
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
CN202110233204.XA
Other languages
English (en)
Inventor
金田拓也
杉谷刚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Original Assignee
LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude filed Critical LAir Liquide SA pour lEtude et lExploitation des Procedes Georges Claude
Publication of CN113357876A publication Critical patent/CN113357876A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04109—Arrangements of compressors and /or their drivers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0407—Constructional details of adsorbing systems
    • B01D53/0438—Cooling or heating systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • B01D53/0454—Controlling adsorption
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/261—Drying gases or vapours by adsorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04157—Afterstage cooling and so-called "pre-cooling" of the feed air upstream the air purification unit and main heat exchange line
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04151—Purification and (pre-)cooling of the feed air; recuperative heat-exchange with product streams
    • F25J3/04242—Cold end purification of the feed air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04775—Air purification and pre-cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04781—Pressure changing devices, e.g. for compression, expansion, liquid pumping
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
    • F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
    • F25J3/0483—Rapid load change of the air fractionation unit
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
    • F25J3/04866—Construction and layout of air fractionation equipments, e.g. valves, machines
    • F25J3/04951—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network
    • F25J3/04957—Arrangements of multiple air fractionation units or multiple equipments fulfilling the same process step, e.g. multiple trains in a network and inter-connecting equipments upstream of the fractionation unit (s), i.e. at the "front-end"
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/10—Nitrogen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2256/00—Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/12—Oxygen
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/50—Carbon oxides
    • B01D2257/504—Carbon dioxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/80—Water
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2258/00—Sources of waste gases
    • B01D2258/06—Polluted air
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2259/00—Type of treatment
    • B01D2259/40—Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/40007—Controlling pressure or temperature swing adsorption
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/40—Air or oxygen enriched air, i.e. generally less than 30mol% of O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/50—Oxygen or special cases, e.g. isotope-mixtures or low purity O2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/24—Multiple compressors or compressor stages in parallel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/40—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02C—CAPTURE, STORAGE, SEQUESTRATION OR DISPOSAL OF GREENHOUSE GASES [GHG]
    • Y02C20/00—Capture or disposal of greenhouse gases
    • Y02C20/40—Capture or disposal of greenhouse gases of CO2

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明提供一种空气分离装置，即使在制造量大幅增减的情况下也能够减少手动操作，能够根据需要进行自动负荷(制造量)的调整，能够自动运转压缩机和冷冻机。空气分离装置(100)具备：压缩原料空气的第一压缩机(C1)和第二压缩机(C2)；冷却原料空气的第一冷冻机(R1)和第二冷冻机(R2)；预提纯原料空气的预提纯部(50)；测定原料空气流量的流量测定部(F1)；对原料空气进行热交换的主热交换器(1)；被供给从主热交换器(1)导出的原料空气并从该原料空气中分离提纯出成品氮和/或成品氧的提纯部；以及根据成品氮和/或成品氧的制造量增减而控制原料空气供给量的压缩机控制部(200)。

Description

空气分离装置
技术领域
本发明涉及空气分离装置。
背景技术
供给到空气分离装置的原料空气预先被压缩和冷却，在预提纯(除碳除湿)后，穿过热交换器向精馏塔供给(例如参照专利文献1和2等)。
由空气分离装置制造的成品氮或成品氧的制造量根据需要而变动，因此，空气分离装置的操作者需要根据制造量来控制原料空气的供给量。当制造量大幅增减的情况下，作为原料空气供给量的控制方法，利用手动设定低压精馏部的压力调整。另外，当制造量大幅增减的情况下，有时作为中压精馏部下部的富氧液的液化空气积存部的液面指示不稳定。另外，若以一定以上的速度进行负荷调整(供给量调整或制造量调整)，则在将液化空气积存部送出到低压精馏部时，空气分离装置有时不稳定。在这种状况下，操作者利用手动操作所有设定器以使其稳定化。
另外，当制造量大幅增减的情况下，仅靠平时压缩原料空气的运转侧的压缩机是不够的，需要备用侧(预备)的压缩机。这种情况下，需要控制备用侧(预备)的压缩机的启动或停止。并且，对备用侧(预备)的压缩机进行升压而打开排出阀，在与运转侧的压缩机成为并列状态后，利用手动进行运转调整。在使备用侧(预备)的压缩机停止时，也利用手动进行同样的操作。
另外，作为用于冷却由压缩机压缩后的压缩原料空气的冷冻机，并列设置平时运转的运转侧和备用侧(预备)的2台的情况下，根据压缩原料空气的供给量和温度，操作者确定冷冻机的运转台数，根据冷却必要能力来利用手动启动或停止备用侧的冷冻机。
另外，压缩原料空气的预提纯工艺(吸附工艺、再生工艺)在操作者确定的循环中确定了各工艺的时间。
现有技术文献
专利文献1：日本特开平08-86564号公报
专利文献2：日本特开2003-106763号公报
发明内容
但是，从空气分离装置的工作设置测定部的点利用手动进行使负荷(制造量)例如从39％增加到96％的操作、以及相反地从96％减少到39％的操作，将伴随负荷调整的空气分离装置的变动抑制到最小限度是非常困难的。另外，操作次数多，存在发生错误操作的风险。而且，还存在必须依赖操作者的感觉上的预知操作的问题。
因此，本发明的目的在于提供一种空气分离装置，即使在制造量大幅增减的情况下也能够降低手动操作，能够根据需求进行自动负荷(制造量)调整，能够进行压缩机和冷冻机的自动运转(启动和停止、排出量控制)。
另外，本发明的目的还在于提供一种能够最佳地进行预提纯工艺(吸附处理、再生处理)的空气分离装置。
本发明的空气分离装置(100)，具备：
对原料空气进行压缩的第一压缩机(C1)；
与所述第一压缩机(C1)串联或并联设置的第二压缩机(2)；
对由所述第一压缩机(C1)和/或所述第二压缩机(2)压缩后的原料空气(压缩空气)进行冷却的第一冷冻机(R1)；
与所述第一冷冻机(R1)串联或并联设置的第二冷冻机(R2)；
对由所述第一冷冻机(R1)和/或所述第二冷冻机(R2)冷却后的原料空气(冷却压缩空气)进行预提纯(例如除去二氧化碳和/或水分)的预提纯部(50)；
对由所述预提纯部(50)预提纯后的原料空气(预提纯原料空气)的流量(在主热交换器(1)的上游或下游)进行测定的流量测定部(F1)；
将由所述预提纯部(50)预提纯后的原料空气(预提纯原料空气)导入并(与热源)进行热交换的主热交换器(1)；
被供给从所述主热交换器(1)导出的原料空气并从该原料空气中分离提纯出成品氮(高纯度氮)和/或成品氧(高纯度氧)的提纯部；以及
根据成品氮和/或成品氧的制造量的增减而控制原料空气的供给量(导入量)(控制运转侧的压缩机的排出量)的压缩机控制部(200)，
所述压缩机控制部(200)具有压力设定部(201)、液面设定部(202)和压缩机自动驱动部(203)，
压力设定部(201)根据向所述提纯部供给的原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)确定压力设定值，
液面设定部(202)根据向所述提纯部供给的原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)，确定储存在该精馏部中的富氧液的液面设定值(上限～下限值范围)，
当原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)在第一流量阈值以上时，压缩机自动驱动部(203)使待机侧的第一压缩机(C1)或第二压缩机(C2)自动地启动，当原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)在低于所述第一流量阈值的第二流量阈值以下(或小于第一阈值流量)时，压缩机自动驱动部(203)使选自第一压缩机(C1)和第二压缩机(C2)之中的将要使其待机的压缩机自动地停止。
所述控制部(200)具有压力调整部(280)和导出量控制部(290)，
压力调整部(280)通过将从该精馏部导出的气体(例如废气、富氮气体)释放(通过以通气口(54)控制向大气释放气体的释放量)，来调整该精馏部的压力(例如低压塔或高压塔的压力、压力测定部(P14或P12)的测定值)，以达到所述压力设定值，
导出量控制部(290)控制对(从高压塔(2)的塔底部(21)送向低压塔(4)的精馏部(42)的)富氧液的导出量进行调整的控制阀(V2)的开度，以(使液位测定部(201)的测定数据)达到所述液面设定值。
所述压缩机自动驱动部(203)可以进行控制，以使得当自动启动的(待机侧的)压缩机的排出压力(排出压力由设在压缩机的压力测定部测定)与运转侧的压缩机的排出压力的压力差达到阈值以下的情况下，使待机侧的压缩机的排出阀从关闭到打开，并与从运转侧的压缩机排出的原料空气合流。
所述压缩机自动驱动部(203)可以控制设在第一、第二压缩机(C1、C2)的排出侧的向大气释放的排气口(51)，以根据向所述提纯部供给的原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)，对从待机侧的压缩机排出的原料空气向大气释放的量进行增减，并对与从运转侧的压缩机排出的原料空气合流的量进行减增。
所述控制部(200)可以通过控制第一压缩机(C1)的排出阀的开度来控制来自第一压缩机(C1)的排出量。
所述控制部(200)可以通过控制第二压缩机(C2)的排出阀的开度来控制来自第二压缩机(C2)的排出量。
所述压缩机自动驱动部(203)可以根据运转侧的压缩机的排出量和向所述提纯部供给的原料空气的流量(测定出的流量测定部(F1)的测定数据)，自动地控制从待机侧的压缩机向大气释放的原料空气的量，当大气释放的量达到阈值以下时，自动地停止待机侧的压缩机。
所述控制部(200)可以还具有冷冻机自动驱动部(250)，
当将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度(由温度测定部(T2)测定出的测定数据)在第一温度阈值以上维持了第一持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使待机侧的所述第一冷冻机(R1)或所述第二冷冻机(R2)自动地运行，
当将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度(由温度测定部(T2)测定的测定数据)在低于所述第一温度阈值的第二温度阈值以下维持了第二持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使选自第一冷冻机(R1)和第二冷冻机(R2)中的将要使其待机的冷冻机自动地停止，
当上游侧的将要送至所述第一冷冻机(R1)或第二冷冻机(R2)的原料空气的温度(由温度测定部(T1)测定出的测定数据)在第三温度阈值(或所述第一温度阈值)以下、且将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度(由温度测定部(T2)测定出的测定数据)在第二温度阈值以下维持了第二持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使第一冷冻机(R1)和第二冷冻机(R2)自动地停止。
所述控制部(200)可以还具有吸附处理时间确定部(260)，
吸附处理时间确定部(260)基于将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度(由冷冻机冷却后的温度测定部(T2)测定出的测定数据)、将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的压力(由冷冻机冷却后的压力测定部(P1)测定出的测定数据)以及向所述提纯部供给的原料空气的流量(流量测定部(F1)的测定数据)，算出原料空气中的水分量Mw及二氧化碳量Mc(作为时序数据计算)，根据该水分量Mw和二氧化碳量Mc、以及预提纯部(50)的吸附剂的填充量(及吸附性能数据)，算出该吸附剂能够吸附的水分的水分可吸附时间Tw和该吸附剂能够吸附的二氧化碳的二氧化碳可吸附时间Tc(作为时序数据计算)，将水分可吸附时间Tw与二氧化碳可吸附时间Tc之中较小的值确定为吸附处理时间Ta。
所述控制部(200)可以具有再生处理时间确定部(270)，
再生处理时间确定部(270)根据所述水分量Mw[g/m3]和所述二氧化碳量Mc[g/m3]以及所述吸附处理时间Ta，算出已吸附的吸附水分总重量Mwt和吸附二氧化碳总重量Mct，并算出吸附剂的填充量(及吸附性能数据)、用于使该吸附水分总重量Mwt的水分从吸附剂脱离的水分脱离热量Qw、和用于使该吸附二氧化碳总重量Mct的二氧化碳从吸附剂脱离的二氧化碳脱离热量Qc，将水分脱离热量Qw和二氧化碳脱离热量Qc相加而算出脱离总热量Qt，将脱离总热量Qt(Kcal)除以由加温部(52)加温后的加温废气的热量Qh[kcal/min](或未被加温部加温的废气的热量)而算出再生处理时间Tr(加温再生处理时间)。
所述空气分离装置具备：
在使从所述提纯部导出的废气穿过所述主热交换器(1)后，送向所述预提纯部(50)的废气通路(L14)；以及
在所述预提纯部(50)的跟前，释放设在所述废气路径(L14)(比主热交换器(1)靠下游或上游)的废气的释放部(54)。
所述提纯部可以还具有：
将穿过了所述主热交换器(1)的原料空气导入的高压塔(2)；
对从所述高压塔(2)的塔顶部(23)导出的高压塔精馏物进行冷凝的冷凝部(3)；以及
将从所述高压塔(2)的塔底部(21)导出的富氧液导入的低压塔(4)。
所述提纯部可以还具有粗氩塔、高纯度提纯氩塔、热交换器等。
(作用效果)
(1)即使在制造量大幅增减的情况下也能够减少手动操作，能够根据需要进行自动负荷(制造量)的调整。
(2)能够大幅削减成品氧、成品氮的释放损耗。
(3)能够进行压缩机和冷冻机的自动运行(启动和停止)。
(4)能够最佳地进行预提纯工艺(吸附处理、再生处理)。
附图说明
图1是表示实施方式1的空气分离装置的图。
图2是表示实施方式1的空气分离装置的控制要件一例的图。
附图标记说明
1主热交换器、2高压塔、21塔底部、22精馏部、23塔顶部、3冷凝器、4低压塔、41塔底部、42精馏部、44塔顶部、E5热交换器、C1第一压缩机、C2第二压缩机、R1第一冷冻机、R2第二冷冻机、A1第一吸附塔、A2第二吸附塔、50预提纯部、201液位测定部、V2控制阀
具体实施方式
以下，对本发明的一些实施方式进行说明。以下说明的实施方式是对本发明一例进行说明的实施方式。本发明丝毫不限定于以下实施方式，也包括在不变更本发明主旨的范围内实施的各种变形方式。再者，以下说明的结构的全部并不一定都是本发明的必要结构。
(实施方式1)
使用图1对实施方式1的空气分离装置100进行说明。
原料空气(Feed Air)穿过路径(配管)L10上的过滤单元301、催化剂塔302，除去空气中的异物、固体成分，利用比它们靠后段的第一温度测定部T1测定温度。设在路径L10上的第一优先的第一压缩机C1和设在从路径L10分支的分支路径L11上的第二优先的第二压缩机C2并列配置。通常，第一优先的第一压缩机C1始终处于运转状态，第二压缩机C2处于待机状态，随着制造量增加而开始运转。运转状态与待机状态的压缩机的运转控制在压缩机自动驱动部203的功能说明中详细叙述。
分支路径L11在第二压缩机C2的后段分支，主路径与路径L10合流，分支路径与用于大气释放的通风口51连接。在压缩机自动驱动部203的功能说明中详细叙述由排气口51进行的原料空气的大气释放控制。
压缩后的压缩原料空气接着在串联或并列配置的第一冷冻机R1和第二冷冻机R2被冷却到预定温度。
在预提纯部50的上游，测定导入预提纯部50中的原料空气温度的第二温度测定部T2、以及测定原料空气压力的第一压力测定部P1，被设在路径L10。
(预提纯部)
预提纯部50具备第一吸附塔A1和与第一吸附塔A1并置的第二吸附塔A2。在一个吸附塔执行吸附处理，在另一个吸附塔执行再生处理，交替地执行吸附处理和再生处理。
首先，对吸附处理进行说明。用于向吸附塔导入原料空气的路径L10分支为与第一吸附塔A1连接的第一分支导入路径L101和与第二吸附塔A2连接的第二分支导入路径L102，在第一分支导入路径L101设有第一入口阀V11，在第二分支导入路径L102设有第二入口阀V12。当在第一吸附塔A1进行吸附处理的情况下，打开第一入口阀V11，关闭第二入口阀V12。当在第二吸附塔A2进行吸附处理的情况下，关闭第一入口阀V11，打开第二入口阀V12。
在第一吸附塔A1的出口侧的第一分支导出路径L101设有第一出口阀V21，在第二吸附塔A2的出口侧的第二分支导出路径L102设有第二出口阀V22。当在第一吸附塔A1进行吸附处理的情况下，打开第一出口阀V21，关闭第二出口阀V22。当在第二吸附塔A2进行吸附处理的情况下，关闭第一出口阀V21，打开第二出口阀V22。在图1中，第一分支导出路径L101和第二分支导出路径L102合流成为路径L10。
在第一吸附塔A1或第二吸附塔A2预提纯处理后的原料空气穿过路径L10被导入下游的主热交换器1。
接着，对再生处理进行说明。从低压塔4的塔顶部43导出的废气经由路径L14穿过主热交换器1，由加温部52加温，导入预提纯部50。
作为废气导入路径的路径L14分支为与第一吸附塔A1连接的第一分支导入路径和与第二吸附塔A2连接的第二分支导入路径，在第一分支导入路径设有第一废气入口阀V31，在第二分支导入路径设有第二废气入口阀V32。当在第一吸附塔A1进行再生处理的情况下，打开第一废气入口阀V31，关闭第二废气入口阀V32。当在第二吸附塔A2进行吸附处理的情况下，关闭第一废气入口阀V31，打开第二废气入口阀V32。
在第一吸附塔A1的废气出口侧的第一分支导出路径设有第一废气出口阀V41，在第二吸附塔A2的废气出口侧的第二分支出口路径设有第二废气出口阀V42。当在第一吸附塔A1进行再生处理的情况下，打开第一废气出口阀V41，关闭第二废气出口阀V42。当在第二吸附塔A2进行再生处理的情况下，关闭第一废气出口阀V41，打开第二废气出口阀V42。在图1中，第一分支导出路径和第二分支导出路径合流成为路径L14，例如进行大气释放。
(提纯部的构成)
空气分离装置100具备：主热交换器1、穿过了主热交换器1的原料空气经由配管L10导入的高压塔2、将从高压塔2的塔顶部23导出的高压塔精馏物冷凝的冷凝部(氮冷凝器)3、以及从高压塔2的塔底部21导出的富氧液导入的低压塔4。
高压塔2具有塔底部21、提纯部22和塔顶部23，塔底部21具有穿过了主热交换器1的原料空气导入的气相部和储存富氧液的液相部，提纯部22设在塔底部21的上方，塔顶部23设在提纯部22的上方。
塔顶部23设有用于测定塔顶部23的压力的压力测定部P12。在高压塔2的塔底部21设有测定富氧液的液面高度的液位测定部201。各种测定数据被送向控制部200，作为时序数据保存在存储器205中。
从塔底部21导出的富氧液在热交换器E5中热交换后，经由配管L21向与低压塔4的精馏部42的中间段相同或在上下方向附近的精馏段导入。在配管L21设有控制阀V2，根据液位测定部201的测定数据，由控制部200控制控制阀V11，调整富氧液的导入量。
从高压塔2的塔顶部23通过路径(配管)L23导出的高压塔精馏物(回流液)被送到主热交换器1。
从高压塔2的精馏部22的上方段导出的气体(气液混合物)经由路径L22被送向低压塔4的塔顶部43。
冷凝器3具有液相部31、冷却部(32)和液相部31的上方的气相部33，液相部31储存从低压塔4的塔底部41导出的高富氧液(O2)，冷却部(32)利用液相部31作为冷源，对从高压塔2的塔顶部23导出的高压塔精馏物进行冷却。
由冷却部32冷却了的高压塔精馏物返回高压塔2的塔顶部23送向提纯部22。在冷却部32被用于热交换的高富氧液(O2)的一部分成为气态，从气相部33经由路径L33送向主热交换器1。另一方面，液相部31的高富氧液(O2)被送向成品罐，作为成品氧使用。高富氧液(O2)的氧浓度大于富氧液的氧浓度。
低压塔4具有：储存高富氧液(O2)的塔底部41、设在塔底部41的上方的提纯部42、以及设在提纯部42的上方的塔顶部43。
塔顶部43设有测定塔顶部43的压力的压力测定部P14。在低压塔4的塔底部41设有测定高富氧液(O2)的液面高度的液位测定部202。测定数据被送向控制部200，作为时序数据被存储在存储器205中。
从塔顶部43导出的废气(低压塔顶部精馏物)经由路径L14被送向主热交换器1，然后作为再生气体使用。另外，从塔顶部43导出的(压塔顶部精馏物经由路径L44直接或在热交换器E5热交换后，送向主热交换器1。从塔底部41的气相部导出的气体向路径L33合流，被送向主热交换器1。
在从预提纯部50到主热交换器1之间的路径L10，设有测定原料空气的流量(导入量)的流量测定部F1。
从塔顶部43延伸到预提纯部50的路径L14在主热交换器1与加温部52之间设有用于释放废气的排气口54。
(控制部的结构)
图2表示控制部200的结构。控制部200根据成品氮和/或成品氧的制造量增减来控制原料空气的供给量(导入量)。例如，控制部200通过控制第一压缩机C1的排出阀的开度而控制来自第一压缩机C1的排出量，并控制第二压缩机C2的排出阀的开度而控制来自第二压缩机C2的排出量，对这些合计排出量进行控制，由此能够控制成品氮和/或成品氧的制造量。合计排出量可以由流量测定部F1监测。
控制部200具有压力设定部201、液面设定部202、压缩机自动驱动部203、压力调整部280、导出量控制部290。
压力设定部201根据测定向高压塔2供给的原料空气的导入量的流量测定部F的测定数据，确定低压塔4的塔顶部43的压力设定值。压力调整部280以由压力测定部P14测定的压力数据变为该压力设定值的方式，由通气口54控制将从低压塔4的塔顶部43导出的废气向大气释放的释放量，由此调整低压塔4的塔顶部43的压力。
液面设定部202根据流量测定部F1的测定数据，确定储存在高压塔2的塔底部21的富氧液的液面设定值(从上限到下限值范围)。导出量控制部290通过控制控制阀V2的开度，以使液位测定部201的测定数据变为该液面设定值的方式，调整从高压塔2的塔底部21送向低压塔4的精馏部42的富氧液的导出量。
如上所述，通过进行高压塔的液面和低压塔的压力的双重反馈控制，即使相对于空气分离装置的负荷变动增减原料空气的导入量，也能够运转而不会降低分离性能。
(待机压缩机的启动和停止)
当流量测定部F1的测定数据在第一流量阈值以上时，压缩机自动驱动部203自动地启动待机侧的第二压缩机C2，当流量测定部F1的测定数据在比第一流量阈值低的第二流量阈值以下时，压缩机自动驱动部203自动地停止第二压缩机C2(将要使其待机一侧的压缩机)。
另外，在自动启动的第二压缩机C2的排出压力(排出压力由设在压缩机的压力测定部测定)与第一压缩机C1的排出压力的压力差变为阈值以下的情况下，压缩机自动驱动部203可以进行控制以使第二压缩机C2的排出阀从关闭变为打开，与从第一压缩机C1排出的原料空气合流。
另外，压缩机自动驱动部203可以根据流量测定部F1的测定数据，控制在第一、第二压缩机C1、C2的排出侧设置的向大气释放的排气口51，以使从第二压缩机C2排出的原料空气从排气口51向大气释放的量增减，并使与从第一压缩机C1排出的原料空气合流的量减增。
另外，压缩机自动驱动部203可以根据第一压缩机C1的排出量和流量测定部F1的测定数据，自动地控制从第二压缩机C2向大气释放的原料空气量，大气释放的量为阈值以下时，自动地停止第二压缩机C2。
如上所述，由于能够对应于空气分离装置的负荷增减快速地进行待机状态的压缩机的启动和停止，所以能够使导入高压塔2的原料空气的压力稳定化，并且，还能够降低消耗电力。
(待机状态的冷冻机的启动和停止)
控制部200具有冷冻机自动驱动部250。
当导入预提纯部50的原料空气的温度(由温度测定部T2测定出的测定数据)在第一温度阈值(例如从15℃～20℃的范围选择的值)以上维持了第一持续时间(例如5分钟～30分钟)的情况下，冷冻机自动驱动部250使待机侧的第二冷冻机R2自动地运行。
另外，当导入预提纯部50的原料空气的温度(由温度测定部(T2)测定出的测定数据)在比第一温度阈值低的第二温度阈值(例如从10℃～14℃的范围选择的值)以下维持了第二持续时间(例如2分钟～20分钟)的情况下，冷冻机自动驱动部250使第二冷冻机R2(将要使其待机的冷冻机)自动地停止。
第一持续时间优选大于第二持续时间。第一、第二温度阈值根据空气分离装置的设计规格来设定。
另外，当上游侧的送至第一冷冻机R1的原料空气的温度(由温度测定部(T1)测定出的测定数据)在第三温度阈值(例如从15℃～20℃的范围选择的值)以下、且导入预提纯部50的原料空气的温度(由温度测定部(T2)测定出的测定数据)在第二温度阈值(例如从10℃～14℃的范围选择的值)以下维持了第二持续时间(例如2分钟～20分钟)的情况下，冷冻机自动驱动部250使第一冷冻机R1和第二冷冻机R2自动地停止。
如上所述，由于能够对应于空气分离装置的负荷增减快速地进行待机状态的冷冻机的启动和停止，所以能够使导入高压塔2的原料空气的温度稳定化，并且还能够降低消耗电力。
(吸附处理和再生处理的最佳化)
控制部200具有吸附处理时间确定部260和再生处理时间确定部270。
吸附处理时间确定部260基于导入预提纯部50的原料空气的温度(由冷冻机冷却后的温度测定部(T2)测定出的测定数据)、导入预提纯部50的原料空气的压力(由冷冻机冷却后的压力测定部(P1)测定出的测定数据)、和向提纯部50供给的原料空气的流量(流量测定部(F1)的测定数据)，算出原料空气中的水分量Mw和二氧化碳量Mc，根据该水分量Mw和二氧化碳量Mc、以及预提纯部50的吸附剂的填充量(及吸附性能数据)，算出该吸附剂可吸附的水分的水分可吸附时间Tw和该吸附剂可吸附的二氧化碳的二氧化碳可吸附时间Tc，将水分可吸附时间Tw和二氧化碳可吸附时间Tc之中较小的值确定为吸附处理时间Ta。
具体而言，由以下计算式确定。
(式1)
原料空气中的水分量Mw(水蒸气量)[g/m3]＝饱和水蒸气量(在各温度下预先设定)×相对湿度[％RH]
相对湿度[％RH]＝水蒸气压[Pa]/饱和水蒸气压[Pa]
饱和水蒸气压使用JIS 28806中记载的饱和水蒸气压表，或者使用Sonntag公式。
水蒸气压力视为原料空气的压力。
相对湿度可以使用由湿度测定部测定出的值。
水分可吸附时间Tw＝单位质量[kg]的水分吸附量×填充量[kg]÷(原料空气中的水分含量Mw[g/m3]×原料空气的流量[m3/h])
(式2)
原料空气中的二氧化碳量Mc[g/m3]＝每1m3的原料空气的质量×二氧化碳的体积比×空气的平均分子量(28.8g/mol)/二氧化碳的分子量(44g/mol)×温度校正系数(γ)
温度校正系数(γ)是考虑到温度变化的校正系数，按温度预先设定。
二氧化碳可吸附时间Tc＝单位质量[kg]的二氧化碳吸附量×填充量[kg]÷(原料空气中的二氧化碳量Mc[g/m3]×原料空气的流量[m3/h])
(式3)
吸附处理时间Ta＝MIN(水分可吸附时间Tw，二氧化碳可吸附时间Tc)
另外，作为其他实施方式，吸附处理时间确定部(260)可以根据由水分测定部测定出的原料空气中的水分量Mw[g/m3]、由二氧化碳浓度测定部(将浓度换算成质量)测定出的原料空气中的二氧化碳量Mc[g/m3]、以及预提纯部(50)的吸附剂的填充量(及吸附性能数据)，计算水分可吸附时间、二氧化碳可吸附时间，将水分可吸附时间和二氧化碳可吸附时间之中较小的值确定为吸附处理时间。
再生处理时间确定部270根据水分量Mw[g/m3]和二氧化碳量Mc[g/m3]以及吸附处理时间Ta，计算被吸附的吸附水分总重量Mwt和吸附二氧化碳总重量Mct，并计算吸附剂的填充量(及吸附性能数据)、用于使该吸附水分总重量Mwt的水分从吸附剂脱离的水分脱离热量Qw、和用于使该吸附二氧化碳总重量Mct的二氧化碳从吸附剂脱离的二氧化碳脱离热量Qc，将水分脱离热量Qw和二氧化碳脱离热量Qc相加而算出脱离总热量Qt，将脱离总热量Qt[kcal]除以由加温部52加热的加温废气的热量Qh[kcal/min]来计算再生处理时间Tr。
具体而言，由以下计算式确定。
(式4)
吸附水分总重量Mwt[g]＝水分量Mw[g/m3]×吸附处理时间Ta[h]×原料空气的流量[m3/h]
吸附二氧化碳总重量Mct[g]＝二氧化碳量Mc[g/m3]×吸附处理时间Ta[h]×原料空气的流量[m3/h]
(式5)
水分脱离热量Qw[kcal]＝吸附水分总重量Mwt[g]×单位吸附剂的水分脱离热量[kcal/g]
二氧化碳脱离热量Qc[kcal]＝吸附二氧化碳总重量Mct[g]×单位吸附剂的二氧化碳脱离热量[kcal/g]
脱离总热量Qt[kcal]＝水分脱离热量Qw[kcal]+二氧化碳脱离热量Qc[kcal]
(式6)
再生处理时间Tr[min]＝脱离总热量Qt[kcal]÷加温废气的热量Qh[kcal/min]
如上所述，由于能够确定吸附处理的时间并确定该再生处理时间，所以与基于预先设定的时间的吸附、再生处理相比，吸附剂的利用效率显著提高，并且，能够无浪费地利用作为再生气体利用的废气。

Claims (4)

1.一种空气分离装置，具备：
对原料空气进行压缩的第一压缩机(C1)；
与所述第一压缩机(C1)串联或并联设置的第二压缩机(2)；
对由所述第一压缩机(C1)和/或所述第二压缩机(2)压缩后的原料空气进行冷却的第一冷冻机(R1)；
与所述第一冷冻机(R1)串联或并联设置的第二冷冻机(R2)；
对由所述第一冷冻机(R1)和/或所述第二冷冻机(R2)冷却后的原料空气进行预提纯的预提纯部(50)；
对由所述预提纯部(50)预提纯后的原料空气的流量进行测定的流量测定部(F1)；
将由所述预提纯部(50)预提纯后的原料空气导入并进行热交换的主热交换器(1)；
被供给从所述主热交换器(1)导出的原料空气并从该原料空气中分离提纯出成品氮和/或成品氧的提纯部；以及
根据成品氮和/或成品氧的制造量的增减而控制原料空气的供给量即导入量的压缩机控制部(200)，
所述压缩机控制部(200)具有压力设定部(201)、液面设定部(202)和压缩机自动驱动部(203)，
压力设定部(201)根据向所述提纯部供给的原料空气的流量确定压力设定值，
液面设定部(202)根据向所述提纯部供给的原料空气的流量，确定储存在精馏部中的富氧液的液面设定值，
当原料空气的流量在第一流量阈值以上时，压缩机自动驱动部(203)使待机侧的第一压缩机(C1)或第二压缩机(C2)自动地启动，当原料空气的流量在低于所述第一流量阈值的第二流量阈值以下时，压缩机自动驱动部(203)使选自第一压缩机(C1)和第二压缩机(C2)之中的将要使其待机的压缩机自动地停止。
2.根据权利要求1所述的空气分离装置，还具有冷冻机自动驱动部(250)，
当将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度在第一温度阈值以上维持了第一持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使待机侧的所述第一冷冻机(R1)或所述第二冷冻机(R2)自动地运行，
当将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度在低于所述第一温度阈值的第二温度阈值以下维持了第二持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使选自第一冷冻机(R1)和第二冷冻机(R2)中的将要使其待机的冷冻机自动地停止，
当上游侧的将要送至所述第一冷冻机(R1)或第二冷冻机(R2)的原料空气的温度在第三温度阈值以下、且将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度在第二温度阈值以下维持了第二持续时间的情况下，冷冻机自动驱动部(250)使第一冷冻机(R1)和第二冷冻机(R2)自动地停止。
3.根据权利要求1或2所述的空气分离装置，还具有吸附处理时间确定部，
所述吸附处理时间确定部基于将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的温度、将要导入所述预提纯部(50)的原料空气的压力以及向所述提纯部供给的原料空气的流量，算出原料空气中的水分量及二氧化碳量，根据该水分量和二氧化碳量、以及预提纯部(50)的吸附剂的填充量，算出该吸附剂能够吸附的水分的水分可吸附时间和该吸附剂能够吸附的二氧化碳的二氧化碳可吸附时间，将水分可吸附时间与二氧化碳可吸附时间之中较小的值确定为吸附处理时间。
4.根据权利要求3所述的空气分离装置，具有再生处理时间确定部，
所述再生处理时间确定部根据所述水分量和所述二氧化碳量以及所述吸附处理时间，算出已吸附的吸附水分总重量和吸附二氧化碳总重量，并算出用于使该吸附水分总重量的水分从吸附剂脱离的水分脱离热量、和用于使该吸附二氧化碳总重量的二氧化碳从吸附剂脱离的二氧化碳脱离热量，将水分脱离热量和二氧化碳脱离热量相加而算出脱离总热量，将脱离总热量除以由加温部(52)加温后的加温废气的热量而算出再生处理时间。
CN202110233204.XA 2020-03-05 2021-03-03 空气分离装置 Withdrawn CN113357876A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020037522A JP7460973B2 (ja) 2020-03-05 2020-03-05 空気分離装置
JP2020-037522 2020-03-05

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113357876A true CN113357876A (zh) 2021-09-07

Family

ID=74591809

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110233204.XA Withdrawn CN113357876A (zh) 2020-03-05 2021-03-03 空气分离装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11959702B2 (zh)
EP (1) EP3885684A3 (zh)
JP (1) JP7460973B2 (zh)
CN (1) CN113357876A (zh)
SG (1) SG10202101568RA (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20230103843A1 (en) * 2021-10-06 2023-04-06 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Low-pressure nitrogen turbine with air booster parallel to the booster air compressor
WO2024051962A1 (en) 2022-09-09 2024-03-14 Linde Gmbh Air separation method and plant
EP4335534A1 (en) * 2022-09-09 2024-03-13 Linde GmbH Air separation method and plant

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10325673A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Nippon Sanso Kk 空気液化分離装置の制御方法
JP2001033155A (ja) * 1999-07-21 2001-02-09 Air Water Inc 空気分離装置
CN101198834A (zh) * 2005-06-23 2008-06-11 空气及水株式会社 氮生成方法以及用于该方法的装置
US20120125044A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Neil Mark Prosser Feed compression method and apparatus for air separation process
CN106123489A (zh) * 2016-06-29 2016-11-16 苏州制氧机股份有限公司 一种混合塔制氧方法
CN108106327A (zh) * 2018-01-12 2018-06-01 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种低纯度富氧制取装置和方法
CN108731378A (zh) * 2017-04-19 2018-11-02 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于制造纯度不同的氮气的氮气制造系统和该氮气制造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3012062A1 (de) * 1980-03-28 1981-10-08 Linde Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren und vorrichtung zur erzeugung von gasfoermigen sauerstoff
US5224336A (en) * 1991-06-20 1993-07-06 Air Products And Chemicals, Inc. Process and system for controlling a cryogenic air separation unit during rapid changes in production
US5406800A (en) * 1994-05-27 1995-04-18 Praxair Technology, Inc. Cryogenic rectification system capacity control method
JP3472631B2 (ja) 1994-09-14 2003-12-02 日本エア・リキード株式会社 空気分離装置
US5989313A (en) * 1997-12-19 1999-11-23 Praxair Technology, Inc. Method for operation of an air prepurifier which takes into account inlet air conditions
US6073463A (en) * 1998-10-09 2000-06-13 Air Products And Chemicals, Inc. Operation of a cryogenic air separation unit which intermittently uses air feed as the repressurization gas for a two bed PSA system
JP3492955B2 (ja) * 1999-10-12 2004-02-03 株式会社神戸製鋼所 空気分離装置およびその運転方法
US20030033831A1 (en) * 2001-08-15 2003-02-20 Davies Brian M. System and method of cooling
JP3644918B2 (ja) 2001-10-01 2005-05-11 日本エア・リキード株式会社 空気分離装置及び空気分離方法
US7846237B2 (en) * 2008-04-21 2010-12-07 Air Products And Chemicals, Inc. Cyclical swing adsorption processes
US7789939B2 (en) * 2008-07-29 2010-09-07 Praxair Technology, Inc. Adsorbent bed repressurization control method
US20100192628A1 (en) * 2009-01-30 2010-08-05 Richard John Jibb Apparatus and air separation plant
US8726691B2 (en) * 2009-01-30 2014-05-20 Praxair Technology, Inc. Air separation apparatus and method
EP2600089B1 (en) * 2011-12-01 2014-09-03 L'AIR LIQUIDE, Société Anonyme pour l'Etude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude Method of operation of a cryogenic air separation unit
WO2015187117A1 (en) * 2014-06-02 2015-12-10 Praxair Technology, Inc. Air separation system and method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10325673A (ja) * 1997-05-23 1998-12-08 Nippon Sanso Kk 空気液化分離装置の制御方法
JP2001033155A (ja) * 1999-07-21 2001-02-09 Air Water Inc 空気分離装置
CN101198834A (zh) * 2005-06-23 2008-06-11 空气及水株式会社 氮生成方法以及用于该方法的装置
US20120125044A1 (en) * 2010-11-19 2012-05-24 Neil Mark Prosser Feed compression method and apparatus for air separation process
CN106123489A (zh) * 2016-06-29 2016-11-16 苏州制氧机股份有限公司 一种混合塔制氧方法
CN108731378A (zh) * 2017-04-19 2018-11-02 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 用于制造纯度不同的氮气的氮气制造系统和该氮气制造方法
CN108106327A (zh) * 2018-01-12 2018-06-01 杭州特盈能源技术发展有限公司 一种低纯度富氧制取装置和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孟令军;: "制氧装置生产工艺研究", 四川化工, no. 02, 15 April 2018 (2018-04-15) *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3885684A2 (en) 2021-09-29
US20210278132A1 (en) 2021-09-09
JP7460973B2 (ja) 2024-04-03
SG10202101568RA (en) 2021-10-28
JP2021139545A (ja) 2021-09-16
EP3885684A3 (en) 2022-03-23
US11959702B2 (en) 2024-04-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113357876A (zh) 空气分离装置
RU2460573C2 (ru) Усовершенствования в способах короткоцикловой адсорбции
US6402809B1 (en) Management of an air purification system with thermal regeneration
US6273936B1 (en) Process and plant for producing a variable gas output
EP0925821A2 (en) Method for operation of an air prepurifier which takes into account inlet air conditions
JP2020521098A (ja) 気体を液化するための装置およびプロセス
CN105939961B (zh) 单晶硅制造装置的氩气回收精制方法及氩气回收精制装置
CN113247873B (zh) 天然气中氦气的回收系统及方法
US5651271A (en) Process for the separation of a gas mixture by cryogenic distillation
JP7339929B2 (ja) 空気分離装置、酸素および／または窒素の製造方法
KR100905616B1 (ko) 액공탱크의 액체공기를 이용한 흡착기 재생방법
EP3889529B1 (en) Product gas supply quantity adjustment device and air separation apparatus comprising same
JP4024347B2 (ja) アルゴンの回収方法及び装置
JP3976188B2 (ja) 空気分離装置を用いた製品ガス製造方法
US20230087673A1 (en) Pre-purification arrangement for air separation and method of hybrid air purification
JP2001033155A (ja) 空気分離装置
CN218846657U (zh) 空气分离系统
JP4150102B2 (ja) 空気液化分離方法及び装置
JP3798338B2 (ja) クリーンドライエアー製造方法およびそれに用いる装置
JP2672250B2 (ja) 高純度窒素ガス製造装置
US20090038337A1 (en) Method for Regulating a Series of Apparatus for Separating Air by Cryogenic Distillation and Series of Apparatus for Separating Air Operating According to Said Method
JPH0882476A (ja) 高純度窒素ガス製造装置
JP2540243B2 (ja) 高純度窒素ガス製造装置
JPS62116887A (ja) 高純度窒素ガス製造装置
JPH10292987A (ja) 高純度窒素ガス製造装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20210907