TWI831055B - 冷卻器、空氣分離系統、及相關方法 - Google Patents

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Abstract

本申請提供一種冷卻器，其可被配置為一種用於氣化系統或其他類型系統或設備的冷卻器。在一些實施例中，此冷卻器可經配置以利用單個熱源，諸如熱水形式之低級廢熱，及/或低壓蒸汽，來驅動一或多個吸收式冷卻器，來冷卻進入預淨化單元(PPU)之一或多個吸附器的進氣。如若檢測到非期望之雜質尖峰(例如二氧化碳尖峰等)，則可從氣化系統撤回額外量之熱源以提高冷卻級，吸收式冷卻器可提供此冷卻級以提高雜質去除能力。在一些實施例中，可利用一種自動控制迴路。此控制迴路可經配置以檢查雜質濃度並因此調整操作。

Description

冷卻器、空氣分離系統、及相關方法
本申請係關於冷卻器、吸收式冷卻器、空氣分離設備、空氣分離系統、利用冷卻器及/或吸收式冷卻器之系統，以及其製造與使用方法。
氣化為一種將諸如煤、石油、生物燃料、生物資源等之含碳原料轉換為諸如合成氣體之可燃氣體的製程。氣化製程之實例可從美國專利第8,980,204號及美國專利申請公開案第2014/0077133號中理解。
合成氣體，通常稱為合成氣，為不同量之一氧化碳(CO)及氫氣(H2)的混合物，並具有多種應用。合成氣可用於藉由直接在燃氣輪機、鍋爐或往復式發動機中燃燒，藉由供給至燃料電池而生成電力，及/或廢熱可用於生成蒸汽，其可經由蒸汽輪機提供額外電力。合成氣亦可用於產生氫氣或液體燃料或化學物、氣體燃料、合成天然氣、及/或一氧化碳，其中一些可在製造其他化學物諸如氨氣、塑膠等時用作原材料。
根據所使用之原料，產生之合成氣可包括CO、H2、蒸汽(H2O)、氫氰酸(HCN)、二氧化碳(CO2)、氮氣(N2)、氧氣(O2)、甲烷(CH4)、硫化 氫(H2S)、氧硫化碳(COS)、氨氣(NH3)、鹽酸(HCl)、氬氣(Ar)、汞(Hg)、烴類、諸如焦油之重質烴類、包括碳化、灰化及/或不變燃料之顆粒。
合成氣可在高溫下產生並且首先可以使用乾式淬火及用水之濕式淬火來冷卻。此步驟亦可降低合成氣中的顆粒含量。合成氣被冷卻，並且通常產生熱水、蒸汽、或流體之廢熱流(例如，經由燃燒生成之煙氣流等)。經冷卻後之合成氣因此通常可在多個步驟中被冷卻，包括酸性氣體(CO2、SO2)去除、汞保護床、COS/H2S去除、HCl、氨氣去除等步驟。則產品合成氣通常被發送用於下游處理或用於電力生成。多種熱流可存在於氣化區中，諸如渦輪廢熱、熱水、各種壓力下之蒸汽(例如，5-12巴下之低壓(low pressure；LP)蒸汽，其為500kPa至1,200kPa；10-20巴下之中壓(moderate pressure；MP)蒸汽，其為1,000kPa至2,000kPa；及15-50巴下之高壓(high pressure；HP)蒸汽，其為1,500kPa至5,000kPa)。
冷卻器已經結合氣化系統一起使用。冷卻器之實例可在美國專利第4,907,405號、美國專利申請公開案第2010/0275648號、國際申請公開案第WO 2004/065869號、及中國實用新型第CN 210346385 U中理解到。此種冷卻器可具有大功率需求並通常對環境不友好或不可持續使用。
氣化可為一種高溫、高壓製程，其可產生少量CO2及可排出至設備外部大氣中的其他氣體。在一些情況下，諸如CO2及SO2之酸性氣體可能被排放或送去儲存，作為副產品出售，或轉化為酸作為副產品出售。然而，在維 護、不正確操作、淨化、非設計工作狀態等期間，少量CO2、NO2、烴類、及其他雜質可在短時間內被排放至大氣。我們已經確定需要一種解決方案來解決由此種排放而產生之問題。
舉例而言，我們已經確定，用於氣化設備之空氣分離單元(air separation unit；ASU)的位置可被選擇成足夠遠離通風管或位於典型風向之上游。然而，當風速或風向改變時，我們確定通風管排氣可能會影響ASU進料口周圍空氣中之CO2的擴散，這可能會影響引入ASU之進料空氣中的CO2濃度。由於CO2濃度增大，供給至ASU之進料空氣可能具有顯著更高的CO2濃度及/或烴負載。我們已經確定在將這些雜質發送至一或多個冷卻器(例如，冷箱)之前可從進料空氣有效去除這些雜質，同時仍然會從ASU產生期望量之O2產物。
有時，進料空氣中之CO2量範圍可為400ppm(正常的)至約800ppm，或至約1500ppm，或約2000ppm，或在短期內大於2000ppm。在極少數情況下，時間段可能從不到1小時到數天不等。我們亦已經確定，也可能存在，除CO2尖峰外之可能不利地影響操作的其他類型的雜質濃度尖峰(例如，進料空氣中CO含量高於預選閾值，進料空氣中之烴含量、進料空氣中CO2含量與CO含量之組合，進料空氣中CO2含量、CO含量及烴含量之組合高於預選閾值等)。我們已經確定ASU可經更好地設計以有效地為氣化系統處理這些雜質"尖峰"。
我們認為解決這個問題之一個解決方案可為，調整通風管之高度或使通風管與ASU朝向相反。然而，此種解決方案僅可以針對短尖峰有效。此外，諸如風向等實際問題可導致到ASU之進入空氣的污染。
大多數氣化設施趨向大型化並且可能具有高需氧量。此種設施可能需要大型預淨化單元(pre-purification unit；PPU)。有時，可能需要多列 PPU。多個列及容器可能增加基建成本、運行成本、以及設備之佔地面積、佈局及複雜性。在高容量下，可以利用之PPU的變溫吸附器也必須明顯更大。隨著它們愈來愈大，基建成本、製造複雜性、貨運成本及限制也增加。我們確定改進氣化設施之另一個挑戰是允許PPU的變溫吸附(thermal swing adsorption；TSA)容器更小，同時還要考慮到ASU進料中可能發生的雜質含量增加。
我們識別到一些氣化設施中之第三個挑戰為，可透過吸附器傳遞以在吸附器中再生吸附材料(例如，通常為廢N2)之再生氣體(亦稱為"再生氣")可能不容易獲得。例如，我們確定廢N2通常在進料空氣與產物O2及產物N2之間達到平衡。當大多數N2被生產作為產物，或諸如在氨氣生產中用於生產一種產物時，可用作再生氣的廢N2可能是不夠的。所需之再生氣的量可能受需要從ASU之一或多個吸附器的吸收材料中去除的水量的嚴重影響。例如，進料空氣中之水含量可能會隨大氣溫度升高而增多。可利用廢N2的量可能不足以在炎熱的環境條件下再生PPU。
我們相信存在一種可以解決我們已經識別到之這些問題中之至少一個的改進氣化系統。最優選地，一實施例經設計以提供一種解決方案，其以低基建成本、低運行成本、高效率、隨大氣溫度及濃度變化之靈活性、低佔地面積、及易操作性來解決所有三個挑戰，並且值得期待的是，可解決我們認為存在於常規系統中的問題。實施例還可以優選地提供一種可持續發展並對環境友好之解決方案。
我們的冷卻器、吸收式冷卻系統、設備、及空氣分離單元之實施例可經配置以使用一種熱源來解決氣化設施中我們已經識別到的一或多個問題，熱源諸如熱水形式之低級廢熱、及/或低壓蒸汽，其可在設備之氣化區中用以幫助驅動一或多個吸收式冷卻器來冷卻進入PPU之吸附器的進入空氣，其可 允許一或多個吸附器尺寸愈來愈小並減少再生氣之需求，因為可能需要解吸附的吸收物更少。假若存在CO2尖峰或其他類型之雜質濃度尖峰(例如，NOx尖峰、CO尖峰、輕烴尖峰(例如，甲烷(CH4)尖峰)等)，可從氣化系統撤銷額外熱源以增大吸收式冷卻器系統(及/或一或多個冷卻器)之冷卻級，以提高雜質去除量，從而解決在設備運行期間可能出現之雜質尖峰。
在一些實施例中，可包含一種自動控制迴路，其可經配置以檢查進料中之CO2並因此調整進料溫度。若一些實施例期望更高之傳熱效率，則可使用多個冷卻步驟(多效冷卻器對比單效冷卻器)。當需要冷卻效果相對較高，諸如超過10℃時，這點尤其有幫助。
我們確定，在更冷的溫度下，PPU之吸附器可由於較低含水量及提高之其他雜質的吸附能力，而經定徑成更小。例如，我們確定，對於一些實施例，進料溫度每下降1℃，可以獲得約10%之水負載減少。吸附等溫線亦可在較低溫度下提高。這可以允許重質烴類在將空氣供給至PPU之前與水分離，以便在PPU之吸附器中可高效去除其他雜質。這可使得PPU的吸附器中一或多個變得更小、更高效、佔地面積更小、並且設計更簡單(例如，使用更少吸附材料層)。
假若在進料組成中存在CO2尖峰或其他類型之不期望雜質濃度尖峰，系統之實施例可經設計以增大發送至吸收式冷卻器之熱源作為經加熱之流體(例如，蒸汽、煙氣等)之一或多種流，以允許來自液流之熱量驅動吸收式冷卻器運行以冷卻進料氣體(經由吸收式冷卻器之蒸發器直接冷卻或藉由冷卻直接接觸式冷卻器之冷卻介質或供給至不同類型之熱交換器的冷卻介質來間接冷卻)。在一些實施例中，可利用冷卻器及吸收式冷卻系統來提供改進，直到進料溫度接近結冰溫度(例如，在~5℃)。冷卻系統亦可用以解決其他類型 之不期望含量濃度尖峰(例如，除了CO2外之雜質或代替CO2之雜質的尖峰)或其他類型之流體特性之尖峰(例如，溫度之不期望尖峰等)。在一些實施例中，吸收式冷卻器系統及/或冷卻器可經設計用於最冷之可能進料溫度及最高熱源流量。此種配置通常可允許以最小成本提高運行之靈活性。
可提供之冷卻程度亦可根據進料溫度而調整。例如，在夏季中，可使用更多量之冷卻，而在冬季中，可能使用更少量之冷卻。
PPU之冷進料溫度不僅允許PPU之吸附器更小，而且亦可降低ASU之機器功率。存在泵及一或多個吸收式冷卻器之熱交換器，而不是一或多個機械冷卻器之壓縮機(旋轉設備)，可以提高吸收式冷卻器之可靠性及可用性。
我們確定可以藉由使用我們的冷卻器、冷卻器吸收系統、吸收式冷卻系統、及其製造及使用方法的實施例來獲得意料之外的益處，因為此些實施例可經配置以藉由平衡可用於氣化設備中之熱源並將他們轉換為冷空氣以提供改進效能來解決多個問題，同時亦解決運行期間可能出現之進料雜質問題。另外，實施例可經配置成使得PPU之吸附器可被設計成單層(例如，僅為分子篩)，其在一些實施例中可完全消除對氧化鋁吸附層的需要，因為水可經由至少一個分液筒或其他除水機構從PPU之上游去除，其他除水機構可位於至少一個吸收式冷卻器及/或吸收式冷卻系統之下游。烴類或其他雜質亦可從PPU之上游去除(例如，亦經由分液筒)。我們已經確定，在一些實施例中可提供這些，因為水及烴類可藉由PPU之上游及一或多個吸收式冷卻器或吸收式冷卻系統之下游的部分冷凝而顯著去除。
由於電源為免費的，我們的冷卻器、吸收式冷卻器及吸收式冷卻系統、及設備之實施例可具有極低的電力成本，因此顯著降低運行成本並提 高可持續性。例如，實施例可經配置以使用水作為冷卻劑，並因而可比使用含氯氟烴(CFCs)作為冷卻劑之機械冷卻器對環境更加友好。
我們的冷卻系統之一些實施例可經配置為用於設備之空氣分離單元(ASU)的吸收式冷卻系統。吸收式冷卻系統可包括至少一個吸收式冷卻器，此吸收式冷卻器經安置以從設備之氣化區接收至少一種製程流，所以來自至少一種製程流之熱量被供給至至少一個吸收式冷卻器之至少一個產生器。至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(i)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第一壓力下之空氣，用於將冷卻空氣供給至用於淨化空氣之預淨化單元(PPU)以形成淨化空氣流，從而將淨化空氣流供給至ASU之冷箱，(ii)在將來自PPU之淨化空氣流供給至冷箱之前，冷卻淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第二壓力下之空氣，用於將處於第二壓力下之冷卻空氣供給至壓縮系統以將其進一步壓縮至第一壓力，第一壓力高於第二壓力。
應理解，吸收式冷卻系統可經佈置及配置成使得，至少一個吸收式冷卻器可經安置以執行選項(i)-(iii)中之僅一者，選項(i)-(iii)中之僅二者(例如，選項(i)及(ii)、選項(ii)及(iii)或選項(i)及(iii)等)，或所有三項(i)-(iii)。至少一個吸收式冷卻器亦可經安置以在一些實施例中提供其他設備製程流程之額外冷卻步驟。
在一些實施例中，至少一個吸收式冷卻器之至少一個蒸發器可冷卻來源於ASU之壓縮系統的處於第一壓力下之空氣，用於將冷卻空氣供給至PPU，在將來自PPU之淨化空氣流供給至冷箱之前冷卻淨化空氣流，及/或冷卻來自壓縮系統之處於第二壓力下的空氣。
吸收式冷卻系統之一些實施例亦可包括直接接觸式冷卻器。直接接觸式冷卻器可併入後置冷卻器中，或在利用後置冷卻器之實施例中可與後 置冷卻器分離並位於其下游。直接接觸式冷卻器可經安置以從ASU之壓縮系統接收處於第一壓力下之空氣，用於經由冷卻介質冷卻空氣並將經冷卻之空氣供給至PPU。直接接觸式冷卻器可連接至至少一個吸收式冷卻器，以從吸收式冷卻器接收冷卻介質，用於冷卻處於第一壓力下的空氣。在一些實施例中，冷卻介質可為水或乙二醇。在一些實施例中，PPU可包括至少一個徑向吸附器或至少兩個徑向吸附器。在一些實施例中，直接接觸式冷卻器冷卻介質可包括水，及吸收式冷卻系統亦可包括置於冷箱與至少一個吸收式冷卻器之間的冷卻塔，以在將冷卻介質供給至至少一個吸收式冷卻器之前冷卻此冷卻介質。冷卻塔可經安置以從冷箱接收冷卻液體流，以在將冷卻介質供給至至少一個吸收式冷卻器之前冷卻此冷卻介質。
吸收式冷卻系統可經配置以檢測空氣之雜質濃度。雜質濃度可為例如CO2之濃度、CO之濃度、NOx之濃度、一或多種輕烴(例如，CH4等等)之濃度、或不同濃度閾值下之這些雜質的組合。系統之實施例亦可經配置成使得，至少一個吸收式冷卻器包括主要吸收式冷卻器及次要吸收式冷卻器。在此種實施例中，系統可經佈置及配置成，使得以下一者：(i)吸收式冷卻系統經配置使得響應於雜質濃度達到或高於預選閾值，將來自壓縮系統之處於第一壓力下之空氣的第一部分供給至主要吸收式冷卻器進行冷卻，以及將來自壓縮系統之處於第一壓力之空氣的第二部分供給至次要吸收式冷卻器進行冷卻，及(ii)吸收式冷卻系統經配置使得響應於雜質濃度達到或高於預選閾值：將冷卻介質之第一部分供給至主要吸收式冷卻器以將冷卻介質之第一部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質之第一部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣； 以及將冷卻介質之第二部分供給至次要吸收式冷卻器以將冷卻介質之第二部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質之第二部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻處於第一壓力下的空氣。
在其他實施例中，吸收式冷卻系統可經配置成使得吸收式冷卻系統經配置將來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣供給至主要吸收式冷卻器用於冷卻。在其他實施例中，吸收式冷卻系統可經配置使得將冷卻介質供給至主要吸收式冷卻器以將冷卻介質冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣。在一些實施例中，直接接觸式冷卻器可併入後置冷卻器中或位於後置冷卻器下游。
亦提供一種設備。設備可包括一種ASU，其具有我們的吸收式冷卻系統及氣化區之實施例。在設備之一些實施例中，ASU可具有壓縮系統、冷箱、及PPU，並且至少一個分液筒位於吸收式冷卻系統與冷箱之間。在設備之一些實施例中，來自設備之氣化區的至少一種製程流還可以加熱一加熱器，用於加熱可供給至在運行設備期間PPU的處於關閉狀態位置之至少一個吸附器的再生流體，從而加熱通過至少一個吸附器之再生流體，從而在至少一個吸附器內再生吸附材料。例如，來自氣化區之另一相對熱製程流的蒸汽可用於加熱再生流體。
亦提供一種冷卻具有氣化區的設備之空氣分離單元(ASU)中空氣的方法。方法之實施例可包括以下步驟：在ASU中安置至少一個吸收式冷卻器以從氣化區接收至少一種製程流，所以來自氣化區之至少一種製程流的熱可供給至至少一個吸收式冷卻器之至少一個產生器。至少一個吸收式冷卻器可提供冷卻以便於： (i)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第一壓力下之空氣，用於將冷卻空氣供給至用於淨化空氣之預淨化單元(PPU)以形成淨化空氣流，從而將淨化空氣流供給至ASU之冷箱，(ii)在將來自PPU之淨化空氣流供給至冷箱之前，冷卻淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第二壓力下之空氣，用於將處於第二壓力下之冷卻空氣供給至壓縮系統以將其進一步壓縮至第一壓力，第一壓力高於第二壓力。
應理解，經由至少一個吸收式冷卻器促進之冷卻步驟可包括選項(i)-(iii)中之僅一者，選項(i)-(iii)中之全部三者或這些選項中之僅二者(例如，僅選項(i)-(ii)、僅選項(ii)-(iii)、或僅選項(i)及(iii)等)。在又其他實施例中，至少一個吸收式冷卻器也可為其他製程流提供冷卻作用。
在方法之一些實施例中，至少一個吸收式冷卻器之至少一個蒸發器可冷卻從ASU之壓縮系統接受的處於第一壓力下之空氣，用於將冷卻空氣供給至PPU，在將來自PPU之淨化空氣流供給至冷箱之前冷卻淨化空氣流，及/或冷卻來自壓縮系統之處於第二壓力下之空氣。
應理解，直接接觸式冷卻器可經安置以接收來自ASU之壓縮系統之處於第一壓力下的空氣，用於經由方法之實施例中的冷卻介質來冷卻空氣並將經冷卻之空氣供給至PPU。直接接觸式冷卻器可連接至至少一個吸收式冷卻器，以從至少一個吸收式冷卻器接收冷卻介質，用於冷卻處於第一壓力下的空氣。經由至少一個吸收式冷卻器提供冷卻以便於冷卻來自ASU之壓縮系統之處於第一壓力下的空氣，用於將冷卻空氣供給至用於淨化空氣的PPU以形成淨化空氣流，用於將淨化空氣流供給至ASU之冷箱，上述可包括以下步驟：至少 一個吸收式冷卻器將冷卻介質冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，用於將處於預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度下的冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器。在方法之一些實施例中，直接接觸式冷卻器可位於置於壓縮系統與直接接觸式冷卻器之間的後置冷卻器的下游或可併入後置冷卻器中。
在方法之一些實施例中，至少一個吸收式冷卻器可包括主要吸收式冷卻器及次要吸收式冷卻器。方法亦可包括以下步驟：檢測達到或高於預選閾值之雜質濃度位准。雜質濃度可為例如CO2之濃度、CO之濃度、NOx之濃度、一或多種輕烴(例如，CH4等等)之濃度、或不同濃度閾值下之雜質濃度的組合。方法之實施例亦可包括以下步驟中之一者：(a)響應於確定雜質濃度位準達到或高於預選閾值，調整操作以便將來自壓縮系統之處於第一壓力下之空氣的第一部分供給至主要吸收式冷卻器，及將來自壓縮系統之處於第一壓力下之空氣的第二部分供給至次要吸收式冷卻器，及(b)響應於確定雜質濃度位準達到或高於預選閾值，調整操作以便：將冷卻介質之第一部分供給至主要吸收式冷卻器以將冷卻介質之第一部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質之第一部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣；以及將冷卻介質之第二部分供給至次要吸收式冷卻器以將冷卻介質之第二部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質之第二部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣。
方法之實施例亦可包括其他步驟。例如，方法亦可包括以下步驟：利用來自氣化區之至少一種製程流來加熱再生流體，以將經加熱之再生流體供給至PPU之處於關閉狀態位置的吸附器，從而在PPU之處於關閉狀態位置 之吸附器內再生吸附材料。在一些實施例中，PPU之關閉態吸附器可為徑向吸附器。在一些實施例中，PPU可包括至少一個徑向吸附器或至少兩個徑向吸附器(例如，一個徑向吸附器可處於接通狀態用於淨化及第二個徑向吸附器可處於關閉狀態位置，而另一吸附器處於接通狀態位置用於再生關閉狀態吸附器之吸附材料)。
我們亦提供一種用於設備之空氣分離單元(ASU)的冷卻系統的實施例。冷卻系統可包括第一冷卻器及第二冷卻器。第一冷卻器及第二冷卻器可為吸收式冷卻器，或者可為其他類型之冷卻器(例如，機械冷卻器)。第一冷卻器可經安置以便於進行以下步驟：(i)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第一壓力下之空氣，用於將冷卻空氣供給至用於淨化空氣之預淨化單元(PPU)以形成淨化空氣流，從而將淨化空氣流供給至ASU之冷箱，(ii)在將來自PPU之淨化空氣流供給至冷箱之前，冷卻淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自ASU之壓縮系統的處於第二壓力下之空氣，用於將處於第二壓力下之冷卻空氣供給至壓縮系統以將其進一步壓縮至第一壓力，第一壓力高於第二壓力。冷卻系統可包括一種經配置以檢測空氣之雜質濃度的電腦裝置。在一些實施例中，雜質濃度可為例如CO2之濃度、CO之濃度、NOx之濃度、一或多種輕烴(例如，CH4等等)之濃度或不同濃度閾值下之這些雜質的組合。
在一些實施例中，冷卻系統可經配置使得響應於雜質濃度達到或高於預選閾值，將來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣之第一部分供給至第一冷卻器用於冷卻，及將來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣之第二部分供給至第二冷卻器用於冷卻。在其他實施例中，冷卻系統可經配置響應於雜質濃度達到或高於預選閾值：將冷卻介質之第一部分供給至第一冷卻器以將冷卻介質之第一部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介 質之第一部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻來自壓縮系統之處於第一壓力下的空氣；以及將冷卻介質之第二部分供給至第二冷卻器以將冷卻介質之第二部分冷卻至預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中冷卻介質之第二部分將供給至直接接觸式冷卻器用於冷卻處於第一壓力下的空氣。
我們的冷卻器、吸收式冷卻器、吸收式冷卻系統、利用一或多個冷卻器之系統、利用一或多個冷卻器之設備、及其製造及使用方法的其他細節、對象、及優勢將隨著對其某些示例性實施例進行的以下描述而變得顯而易見。
100:設備
102:空氣分離單元(ASU)
103:壓縮系統
105:吸收式冷卻系統
105a:直接接觸式冷卻器
105b:吸收式冷卻器
105c:主要吸收式冷卻器
105d:次要吸收式冷卻器
105p:次要冷卻器導管佈置
105ic:中間壓縮空氣冷卻導管佈置
105ic1:第一中間壓縮空氣導管佈置
105ic2:第二中間壓縮空氣導管佈置
105s:次要冷卻器導管佈置
106ac:後置冷卻器
107:預淨化單元
107a:第一吸附器
107b:第二吸附器
107v:淨化冷卻流
107htr:再生流體加熱器
108:分液筒
109:冷箱
109a:第一輸出流
109b:第二輸出流
111:氣化區
111a:氣化區流
115:製程單元
201:冷凝器
203:產生器
205:第一泵
206:第二泵
207:第一減壓裝置
209:吸附器
211:蒸發器
213:第二減壓裝置
R:再生流體
R1:再生流體之第一部分
R2:再生流體之第二部分
CM:冷卻介質
冷卻器、吸收式冷卻器、吸收式冷卻系統、利用一或多個冷卻器之系統、利用一或多個冷卻器之設備、及其製造及使用方法的示例性實施例將顯示在隨附的圖式中。應理解，圖式中使用之元件符號可識別相同部件。
[圖1]為利用吸收式冷卻系統之第一示例性實施例的設備之第一示例性實施例的示意方塊圖。可在此實施例中利用之中間壓縮空氣冷卻導管佈置105ic、分液筒108、及用於淨化冷卻流107v之導管的佈置在圖1中用虛線示出。
[圖2]為利用吸收式冷卻系統之第二示例性實施例的設備之第二示例性實施例的示意方塊圖。可在此實施例中利用之中間壓縮空氣冷卻導管佈置105ic、分液筒108、及用於淨化冷卻流107v之導管的佈置在圖2中用虛線示出。
[圖3]為設備之第二示例性實施例的局部示意方塊圖，其提供了用於流體流入及流出示例性吸收式冷卻系統之示例性流體流動的更多細節圖示。
[圖4]為設備之第一示例性實施例的局部示意方塊圖，其提供了用於流體流入及流出示例性吸收式冷卻系統之示例性流體流動的更多細節圖示。
[圖5]為設備之第一示例性實施例及第二示例性實施例的示例性PPU佈置的示意方塊圖。
[圖6]為可在示例性吸收式冷卻系統105之實施例中使用的吸收式冷卻器105b之示例性實施例的示意方塊圖，此吸收式冷卻系統可併入設備之第一示例性實施例及第二示例性實施例中。
[圖7]為可在示例性吸收式冷卻系統之示例性實施例中使用的示例性控制器的方塊圖，吸收式冷卻系統可併入設備之第一示例性實施例及第二示例性實施例中。
參照圖1至圖7，設備100可經配置以包括一種用於生成一或多種輸出流以提供一或多種期望產物(例如，氧氣、氮氣、氬氣等)的低溫空氣蒸餾系統。在其他實施例中，設備可經配置以處理其他流體以生成一或多種其他期望產物流。設備100可包括空氣分離單元(ASU)102及氣化區111。ASU可包括壓縮系統103，其具有至少一個壓縮機以壓縮進料空氣流(AIR)以便將從壓縮系統103輸出之壓縮空氣壓縮至壓縮系統輸出壓力(COMPR.AIR)；預淨化單元107，用於淨化從壓縮機輸出之壓縮空氣；及冷箱109，用於冷卻經淨化之壓縮空氣及將氧氣(O2)及氮氣(N2)與壓縮空氣分離以及將氧氣流及氮氣流輸出為第一及第二輸出流109a及109b。冷箱109亦可液化及/或以其他方式分離其 從PPU 107接收之淨化空氣的其他組分，以形成到其他氣體(例如氬氣)之輸出流。這些輸出流可被供給至設備100之氣化區111。在一些實施例中，來自冷箱109之這些輸出流的至少部分亦可用以形成產物(例如，氧氣、氮氣、氨氣、氬氣、或其他氣體產物)。從冷箱輸出之氮氣之至少一部分亦可作為從冷箱109輸出之再生流體R的第一部分R1(PPU再生流)被供給至PPU 107之離線吸附器，用於再生吸附材料，同時PPU之在線吸附器正在淨化壓縮空氣。冷卻系統，諸如吸收式冷卻系統105及其他類型之冷卻系統105，可置於壓縮系統103與PPU 107之間，以幫助促進冷卻來自壓縮系統103之壓縮空氣(COMPR.AIR)，以便可將經冷卻之壓縮空氣(COMPR.COOLED AIR)供給至PPU 107。
PPU 107可經配置以淨化壓縮空氣以去除二氧化碳(CO2)、水、一氧化二氮(N2O)、重質烴類、及/或可在後續製程中凍結或導致安全問題之其他雜質。若雜質不足以從壓縮空氣去除，則他們可能會中斷正常運行、導致對冷箱設備之損壞、需要停機及昂貴的維護工作、影響設備壽命、及/或影響ASU之安全性。對於有效運行氣化區111，ASU 102可經設計以最大化減少維護及停機，以便PPU可在設施壽命期間高效運行。
氣化區111可利用一或多種原料(例如，煤、油、天然氣、生物油等)來氣化氣化器中之原料。經由原料之氣化而產生之合成氣可在至少一個合成氣冷卻單元中冷卻及在至少一個合成氣淨化單元中淨化。隨後淨化合成氣可在電廠中用於生成電力以為設備之一或多個元件供電，用於化學合成及/或用於一些其他設備製程中。在合成氣之氣化製程及後續冷卻及淨化中，氣化區 111可產生至少一種氣化區流111a，諸如蒸汽、熱水、或來自經由氣化區單元生成之至少一種流體流的廢熱(例如，來自由氣化器中燃燒而生成之煙氣的熱等)。來自氣化區之至少一種氣化區流111a可被傳遞至吸收式冷卻系統105以冷卻從壓縮機103輸出之壓縮空氣，以便來自一或多種氣化區流111a之熱能夠在吸收式冷卻系統105之一或多個吸收式冷卻器105b中使用。到冷卻系統導管佈置之氣化區可置於氣化區與吸收式冷卻系統105之間，用於為氣化區流111a佈置至吸收式冷卻系統105(其亦可稱為吸收式冷卻系統)之至少一個吸收式冷卻器105b的路徑。吸收式冷卻系統105亦可置於設備中用於冷卻從PPU 107輸出之淨化空氣，用於在將淨化空氣供給至冷箱109之前冷卻淨化空氣流。用於冷卻PPU 107之輸出的吸收式冷卻系統105的安置可以補充或替代經由淨化冷卻流107v冷卻來自壓縮系統103之壓縮空氣(例如，COMPR.AIR及/或INTERMEDIATE COMPR.AIR)，此淨化冷卻流連接PPU 107與冷箱109之間的吸收式冷卻系統105的至少一個吸收式冷卻器105b。
吸收式冷卻系統105亦可連接至壓縮系統103之至少一個中間級，用於在經冷卻壓縮空氣作為中間壓縮冷卻空氣流(INTERMEDIATE COMPR.COOLED AIR)被返回至壓縮系統103以經由壓縮系統103進一步壓縮至壓縮系統輸出壓力(例如，高於一或多個中間壓力之壓力，該中間壓力可達到或在用於輸出壓縮系統103之預選壓縮空氣壓力範圍內)之前，冷卻被壓縮至至少一個中間壓力(例如，第一中間壓力、第二中間壓力、低壓縮空氣壓力等)的空氣(INTERMEDIATE COMPR.AIR)。
在一些實施例中，壓縮系統103可包括具有多個壓縮級(例如，兩級、三級、四級、超過兩級等)之壓縮機。對於許多實施例，從壓縮系統103之最終級輸出之壓縮空氣(COMPR.AIR)的輸出壓力可為5-50巴範圍中之一個壓力(例如，50巴、5-20巴範圍中、5-10巴範圍中、5巴等)。處於壓縮空氣之一或多個不同中間級(INTERMEDIATE COMPR.AIR)的一或多個中間壓力可均低於此輸出壓力。輸出壓力下之壓縮空氣輸出流(COMPR.AIR)可從壓縮系統103佈置路徑至吸收式冷卻系統105，用於在將壓縮空氣供給至PPU 107之前冷卻壓縮空氣。
在一些實施例中，可能存在被供給至吸收式冷卻系統105用於冷卻之多個中間級壓縮空氣流。例如，在將經冷卻之壓縮空氣返回至壓縮系統103以在壓縮系統之後續級中進一步壓縮之前，可將從特定中間級輸出之壓縮空氣佈置路徑至吸收式冷卻系統105。
舉例而言，對於具有三級(例如，第一級、第二級、及第三級)之壓縮系統103，從以第一中間壓力壓縮之第一級輸出的壓縮空氣可作為第一中間壓縮空氣流(INTERMEDIATE COMPR.AIR)供給至吸收式冷卻系統105用於冷卻。隨後經冷卻之第一中間壓縮空氣流可從吸收式冷卻系統105輸出至壓縮系統103之第二級，以經歷進一步壓縮。在將壓縮空氣經由壓縮系統之第二級進一步壓縮至高於第一壓力的第二壓力之後，可從壓縮系統之第二級輸出壓縮空氣並作為第二中間壓縮空氣流(INTERMEDIATE COMPR.AIR)佈置路徑至吸收式冷卻系統105用於冷卻。隨後可將經冷卻之第二中間壓縮空氣流佈置路徑返回至壓縮系統103，用於被供給至壓縮系統之第三級以進一步壓縮 至一輸出壓力，此輸出壓力高於第一中間壓力並且亦高於從較早壓縮系統級輸出之中間壓縮空氣流的第二中間壓力。從第三級輸出之壓縮空氣可為處於上述5-50巴範圍內之一輸出壓力下的輸出壓縮空氣流(COMPR.AIR)。
應理解，從壓縮機之中間級輸出之壓縮空氣的中間壓力小於壓縮系統之最終級的最終輸出壓力。這些中間輸出壓力範圍可大於1巴且小於50巴(例如，為大於1巴至小於5巴範圍之間的一壓力，為大於1巴至小於10巴範圍之間的一壓力，為大於1巴至小於20巴範圍之間的一壓力等)。
如圖1至圖4中虛線指示並從上文可理解，可存在連接至壓縮系統103與吸收式冷卻系統105之間的至少一個中間壓縮空氣導管佈置105ic，用於將壓縮系統103連接至吸收式冷卻系統105，所以來自壓縮系統之中間壓力空氣可經由至少一個吸收式冷卻器105b來冷卻並具有被佈置路徑返回至壓縮系統103以進行進一步壓縮的冷卻壓縮氣體。例如，來自壓縮機之中間級的壓縮空氣可被供給至吸收式冷卻系統105用於冷卻，以及隨後可將冷卻氣體返回至壓縮機之另一級以進一步壓縮。舉另一實例，可將來自壓縮系統103之壓縮機的第一級的壓縮空氣供給至吸收式冷卻系統105，隨後可經由至少一個中間壓縮空氣導管佈置105ic將冷卻壓縮空氣供給至壓縮系統103之壓縮機的第二級以進一步壓縮，所以壓縮至預選空氣供應壓力的空氣可作為壓縮空氣流從壓縮系統輸出。
舉例而言，可存在一種第一中間壓縮空氣導管佈置105ic1，用於將處於中間壓力下之壓縮空氣供給至第一吸收式冷卻器105b用於冷卻，並將冷卻空氣返回至壓縮系統103以經歷額外壓縮。在其中可提供第二吸收式冷 卻器105b之實施例(例如，其中兩個或更多個吸收式冷卻器可並聯或串聯運行之實施例或其中第二冷卻器可作為次要冷卻器運行用於響應於滿足一或多個次要冷卻器致動情況的選擇性使用之實施例)中，還可存在第二中間壓縮空氣導管佈置105ic2，用於將處於中間壓力下之壓縮空氣從壓縮系統103供給至第二吸收式冷卻器105b用於冷卻，並將冷卻空氣返回至壓縮系統以經歷額外壓縮。
如上文可理解，利用多級壓縮機之實施例可包括導管佈置，以便可從壓縮機之非最終級輸出處於一或多個中間壓力下的壓縮空氣，以便可經由至少一個中間壓縮空氣導管佈置105ic1及/或105ic2，將每種中間壓縮空氣壓力流供給至吸收式冷卻器105b用於冷卻，在將中間壓縮空氣流供給至下一個壓縮級進行進一步壓縮之前可冷卻中間壓縮空氣流。
吸收式冷卻系統105可包括至少一個吸收式冷卻器105b。每個吸收式冷卻器105b可為單級冷卻器或多級冷卻器。在一些實施例中，吸收式冷卻系統105可包括至少兩個吸收式冷卻器105b，其可包括主要吸收式冷卻器105c及次要吸收式冷卻器105d。次要吸收式冷卻器105d可經配置以在其使用時與主要吸收式冷卻器105c並聯或串聯運行。在又其他實施例中，可能存在並聯或串聯的超過兩個冷卻器(例如，三個冷卻器、四個冷卻器等)。
吸收式冷卻系統105可被安置及配置成使得在將壓縮空氣發送至至少一個吸收式冷卻器105b以在將冷卻壓縮空氣(COMPR.COOLED AIR)供給至PPU 107之前冷卻壓縮空氣之前，使用冷卻水將從壓縮系統輸出之壓縮空 氣(COMPR.AIR)供給至任選的後置冷卻器106ac(在圖1及圖2中以虛線示出)。圖1及圖4可最佳地圖示此類佈置的示例性實施例。
吸收式冷卻系統105亦可經安置及配置以便於藉由冷卻一冷卻介質來冷卻來自壓縮系統103之壓縮空氣(COMPR.AIR)，此冷卻介質將被供給至直接接觸式冷卻器105a或吸收式冷卻系統105之其他類熱交換器，以在將冷卻壓縮空氣(COMPR.COOLED AIR)供給至PPU 107之前冷卻壓縮空氣。圖2至圖3可最佳地圖示此類佈置的示例性實施例。
對於利用直接接觸式冷卻器105a之實施例，直接接觸式冷卻器105a可為一種熱交換器，其中被供給至冷卻器之主體以直接接觸壓縮空氣的冷卻介質(例如，液態水)通過熱交換器之主體來冷卻壓縮空氣。在經加熱之冷卻介質(經由與更熱壓縮空氣直接接觸而被加熱)用於冷卻正輸出至另一設備單元用於儲存及/或再使用(例如，可將從直接接觸式冷卻器105a輸出之熱冷卻介質作為循環迴路的部分送回至冷卻塔113及/或吸收式冷卻器105b，用於重新冷卻以循環回到冷卻介質入口處的直接接觸式冷卻器)之後，可從直接接觸式冷卻器105a輸出。
在一些實施例中，直接接觸式冷卻器105a可併入壓縮系統後置冷卻器單元，使得此冷卻單元之底部區經由殼管式熱交換器佈置或其他類熱交換器佈置(例如，直接接觸式熱交換器佈置等)經由第一冷卻介質(例如，可處於大氣溫度或其他溫度下之冷卻水)來冷卻從壓縮系統輸出之壓縮空氣(COMP.AIR)，以及單元之上部區為經配置以進一步經由第二冷卻介質，諸如冷卻水(例如，被冷卻至低於大氣溫度的溫度的水)來冷卻壓縮空氣的直接接 觸式冷卻器105a。可藉由冷卻系統105之一或多個吸收式冷卻器105b將被供給至直接接觸式冷卻器之第二冷卻介質冷卻至直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度。
參照圖1及圖4至圖7的示例性佈置，可將來自壓縮系統103之壓縮空氣經由主要冷卻器導管直接供給至主要吸收式冷卻器105c。在經由將吸收式冷卻器105b之輸出連接至PPU 107的吸收式冷卻器連接導管將壓縮空氣引導至PPU 107進行淨化之前，吸收式冷卻器105b可將壓縮空氣冷卻至預選壓縮空氣進料溫度。
對於利用次要吸收式冷卻器105d之實施例(圖4中以虛線示出)，次要吸收式冷卻器105d可經安置及佈置以從主要吸收式冷卻器105c以串聯佈置形式接收經冷卻壓縮空氣。隨後次要吸收式冷卻器105d可進一步將來源於主要吸收式冷卻器105c的空氣冷卻至預選壓縮空氣進料溫度。隨後可經由至少一個次要冷卻器導管佈置105s(圖4中以點劃線示出)，將來自次要吸收式冷卻器105d之經冷卻壓縮空氣供給至PPU 107。
另外地，次要吸收式吸收式冷卻器105b可經安置及佈置以經由次要冷卻器導管佈置105p直接從壓縮系統接收壓縮空氣(COMPR.AIR)之部分，此次要冷卻器導管佈置可將壓縮空氣之第二部分作為壓縮空氣之輸入流提供至次要吸收式冷卻器105d，同時經由將主要吸收式冷卻器105c連接至壓縮系統103之主要壓縮空氣入口導管來將此壓縮空氣(COMPR.AIR)之第一部分供給至主要吸收式冷卻器105c。可經由主要吸收式冷卻器105c之出口管道與具有壓縮空氣處於預選壓縮空氣進料溫度(或處於預選壓縮空氣進料溫度範圍 內)之經冷卻第一部分，可從主要吸收式冷卻器105c輸出來自主要吸收式冷卻器105c之經冷卻壓縮空氣(COMPR.COOLED AIR)。經由次要冷卻器導管佈置105p中連接次要吸收式冷卻器105d之輸出與主要吸收式冷卻器105c之輸出的出口導管，可從次要吸收式冷卻器105d輸出來自次要吸收式冷卻器105d之經冷卻壓縮空氣(COMPR.COOLED AIR)。次要吸收式冷卻器105d之輸出可提供處於預選壓縮空氣進料溫度(或在預選壓縮空氣進料溫度範圍內)之壓縮空氣的經冷卻第二部分，其從次要吸收式冷卻器105d輸出以在將經冷卻壓縮空氣流供給至PPU 107進行淨化之前，與來自主要吸收式冷卻器105c之輸出流混合或合併。
設備之其他實施例可利用吸收式冷卻系統105之不同配置。例如，參照圖2及圖3之示例性佈置，可將來自壓縮系統103之壓縮空氣直接供給至吸收式冷卻系統105之直接接觸式冷卻器105a。直接接觸式冷卻器105a之冷卻流體可為液態水、水蒸氣、乙二醇或其他類型冷卻流體，其可與直接接觸式冷卻器105a之殼或其他類型外殼內的壓縮空氣(COMPR.AIR)直接接觸，用於冷卻壓縮空氣以將壓縮冷卻空氣(COMPR.COOLED AIR)提供至PPU 107進行淨化。在此類佈置中，吸收式冷卻系統之至少一個吸收式冷卻器105b可冷卻由直接接觸式冷卻器105a使用的冷卻介質來冷卻壓縮空氣。例如，至少一個吸收式冷卻器105b可包括主要吸收式冷卻器105c，其在主要吸收式冷卻器105c與用於將經冷卻之冷卻介質(例如，液態水)供給至直接接觸式冷卻器105a的直接接觸式冷卻器之間具有冷卻介質導管連接。主要吸收式冷卻器105c可在直接接觸式冷卻器之冷卻介質與壓縮空氣接觸以冷卻空氣之前，將其冷卻 至預選冷卻介質入口溫度(其亦可稱為預選冷卻介質入口溫度)。經由將吸收式冷卻器105b連接至冷卻介質進料的冷卻介質導管CM，主要吸收式冷卻器105c可接收待冷卻之冷卻介質。冷卻介質進料可為從冷箱109之元件輸出之冷卻水、從冷箱109之元件輸出之乙二醇、或其他種類之冷卻介質進料元素(例如，將經由至少一個吸收式冷卻器105b進一步冷卻之水或其他流體流，其為冷卻器經由冷卻介質導管佈置從氣化區111或冷箱109所接收到的)。
對於利用次要吸收式冷卻器105d之實施例(圖3中以虛線示出)，次要吸收式冷卻器105d可經安置及佈置以從主要吸收式冷卻器105c以串聯佈置形式接收冷卻介質。隨後次要吸收式冷卻器105d可進一步將來源於主要吸收式冷卻器105c的冷卻介質冷卻至預選冷卻介質入口溫度。隨後經由將次要吸收式冷卻器105d連接至直接接觸式冷卻器105a之至少一個次要冷卻器導管佈置105s(圖3點劃線示出)，將來自次要吸收式冷卻器105d之經冷卻的冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105a。
另外地，次要吸收式冷卻器105d可經安置及佈置以經由冷卻器冷卻介質進料導管(圖3以虛線示出)接收冷卻介質CM之部分，此冷卻器冷卻介質進料導管可將待冷卻之冷卻介質之第二部分提供至次要吸收式冷卻器105d，同時將待冷卻之冷卻介質的第一部分供給至主要吸收式冷卻器105c。經由主要吸收式冷卻器與處於預選冷卻介質入口溫度(或在預選冷卻介質入口溫度範圍內)的冷卻介質之經冷卻第一部分，可從主要吸收式冷卻器105c輸出冷卻介質之第一部分。經由次要冷卻器導管佈置105p中之出口導管，可從次要吸收式冷卻器105d輸出來自次要吸收式冷卻器105d之經冷卻的冷卻介質，此 次要冷卻器導管佈置中之出口導管連接次要吸收式冷卻器105d之輸出與主要吸收式冷卻器105c之輸出，用於將經冷卻的冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105a。次要吸收式冷卻器105d之輸出可提供處於預選冷卻介質入口溫度(或在預選冷卻介質入口溫度範圍內)之冷卻介質的經冷卻第二部分，其從次要吸收式冷卻器105d輸出以在將經冷卻冷卻介質流供給至直接接觸式冷卻器105a之前，與來自主要吸收式冷卻器105c之輸出流混合或合併。在又其他實施例中，可將從次要吸收式冷卻器105d輸出之冷卻介質的至少一部分供給至直接接觸式冷卻器，作為第二冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105a，而不是在將冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105c之前與來自主要吸收式冷卻器105c之冷卻介質合併的彼部分。
在又其他實施例中，來自主要冷卻器及次要冷卻器之冷卻介質可能不會發生任何合併。反之，每個冷卻器可並行運行，並經由連接不同冷卻器至直接接觸式冷卻器105a之各別冷卻介質進料導管，將從彼冷卻器輸出之冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105a。對於此種實施例，從每個冷卻器輸出之冷卻介質的溫度可以相同或不同(例如，被供給至直接接觸式冷卻器之冷卻介質入口溫度可針對經由不同吸收式冷卻器105b供給至直接接觸式冷卻器的冷卻介質之不同部分而不同，或者可處於相同溫度或處於相同溫度範圍內)。
應理解，吸收式冷卻系統105之實施例可利用多個吸收式冷卻器105b，以便在可能偶爾預期會在與設備100之運行相關的期待雜質尖峰之情況下可以利用次要吸收式冷卻器105d。例如，CO2尖峰或其他種類雜質尖峰可顯著大於為設備100之正常運行情況設計的彼尖峰。在一些優選實施例中，吸 收式冷卻系統105可經佈置成使得，在正常運行期間(例如，無CO2尖峰或其他雜質尖峰)，僅使用主要吸收式冷卻器105c，並且次要吸收式冷卻器105d處於離線狀態並留作備用。響應於在進料中檢測到雜質尖峰(例如，其中空氣之CO2濃度高於預選進料閾值的CO2尖峰等)，除主要吸收式冷卻器105c之外，次要吸收式冷卻器105d可開始工作。此外，在正常運行下(無雜質尖峰)，若主要吸收式冷卻器105c故障或需要維護，則可立即開啟次要吸收式冷卻器105d來代替主要吸收式冷卻器105c運行。如本文論述，控制器可結合設備之感測器及其他控制元件(例如，導管、閥門等)一起使用，以便於響應於檢測到此種濃度變化或其他種類製程參數來運行吸收式冷卻系統。
在一些實施例中，用於冷卻至少一種製程流之吸收式冷卻器105b的冷卻介質(例如，壓縮空氣或由直接接觸式冷卻器105a使用之冷卻介質)可為冷卻水或空氣。對於其中待供給至直接接觸式冷卻器105a之冷卻介質為水的實施例，在藉由一或多個吸收式冷卻器105b進一步冷卻來自冷箱109之冷氮氣流的部分之前，此冷氮氣流的部分可用於冷卻冷卻塔113中之水。在一些實施例中，冷卻塔113可認為是廢料塔。
對於此種實施例，每個吸收式冷卻器105b可位於冷卻塔113與直接接觸式冷卻器105a之間，用於在將經冷卻水供給至直接接觸式冷卻器105a之前，將經冷卻水冷卻至預選入口溫度範圍內的期望直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度。隨後在將壓縮空氣供給至PPU 107之前，經冷卻水冷卻直接接觸式冷卻器中之壓縮空氣。因此直接接觸式冷卻器105a及冷卻塔113可經定徑以處理經冷卻水之更冷溫度。亦可在空氣與用於冷卻壓縮空氣之吸收式冷卻 器冷卻劑之間添加分離層。此佈置亦可允許將吸收式冷卻器105b定徑成更小，因為在這種佈置中它為冷卻水而非空氣。接觸及分佈問題亦可在此種佈置中很好地解決，並透過使用封裝或託盤來高效解決。此種佈置之一個潛在缺陷為，它可能會添加額外的接近溫度(例如，2°-3℃)，並且在一些設備中，亦可增加與實施吸收式冷卻系統105相關之基建成本。
吸收式冷卻系統105亦可經安置及佈置以在將經淨化空氣流供給至冷箱109之前，提供對從PPU 107輸出之淨化壓縮空氣的冷卻。例如，至少一個預淨化冷卻導管佈置可經安置及佈置用於將PPU 107連接至吸收式冷卻系統105，用於在從PPU 107輸出淨化空氣之後且在將其供給至冷箱109之前來冷卻經淨化空氣。經由預淨化冷卻導管佈置而提供之淨化冷卻流107v，可將經冷卻淨化流提供至冷箱109，以幫助提供從PPU 107輸出之淨化空氣的更有效冷箱運行。
在設備100之實施例中使用的吸收式冷卻系統105之實施例可經配置以利用從冷箱109輸出之冷卻介質(其亦可稱作冷卻介質)。冷卻介質可在冷卻塔113或其他類型熱交換器中用作冷卻液體。例如，從冷箱109輸出之氮氣流可被輸出為再生流體R。如可從圖5最佳顯示，在再生流體通過PPU 107之前，此再生流體R之第一部分R1可被供給至用於加熱再生流體之再生流體加熱器107htr，再生流體通過PPU中處於關閉狀態位置之第一吸附器107a用於在第一吸附器107a內再生吸附材料，同時PPU 107之第二吸附器107b處於在線位置用於接收及淨化被供給至PPU 107之經冷卻壓縮空氣。熱交換器(未示出)可用以在將再生氣流供給至PPU 107之離線吸附器之前，將再生氣 流加熱至期望溫度，也用於再生吸附材料。在將再生流體傳遞通過PPU 107之一或多個離線吸附器之後，再生氣體可經佈置路徑至設備的另一製程單元115(例如，熱交換器、行等)，用於經由在PPU 107之吸附器與製程單元115之間延伸的再生氣體輸出導管佈置來進一步處理。
應理解，PPU 107可經配置成使得，在線吸附器及離線吸附器可從第一吸附器107a轉換至第二吸附器107b，反之亦然。再生流體R之第一部分R1可經由再生流體導管供給，以便將再生流體之第一部分R1供給至處於離線位置的吸附器，而另一吸附器處於在線位置用於淨化冷卻壓縮空氣。PPU 107之一些實施例可利用多對之離線及在線可切換吸附器，其並行或串聯工作以在經由吸收式冷卻系統105冷卻空氣之後淨化冷卻壓縮空氣。
在一些實施例中，PPU 107之第一吸附器107a可為徑向吸附器。在其他實施例中，吸附器可為軸流式吸附器。
在此冷卻介質用以產生一種產物或以其他方式處理，或被作為預選廢料溫度範圍內的廢氣排出至環境(例如，見圖示再生流體R之第二部分R2之示例性流動路徑的圖3及圖4之虛線區)之前，再生流體R之第二部分R2可被供給至冷卻塔113或其他類型之熱交換器，用於冷卻供給至至少一個吸收式冷卻器105b的冷卻介質。可將從冷箱109輸出之冷卻介質供給至冷卻塔113，所以冷卻介質被傳遞通過塔以經由冷卻介質導管佈置CM冷卻。在將冷卻介質傳遞通過冷卻塔113或另一種熱交換器之後，可將冷卻介質供給至一或多個吸收式冷卻器105b作為由冷卻器冷卻之製程氣體(例如，圖2至圖3的實施例中)，在將冷卻的冷卻介質供給至直接接觸式冷卻器105a，或將冷卻介質 供給至一或多個吸收式冷卻器105b之一或多個冷凝器203，用作冷卻器冷卻壓縮空氣(COMPR.AIR)之冷卻介質作為由冷卻器冷卻的製程流，諸如圖1及圖4中實施例中。
從圖6示出之示例性實施例可最佳理解可用作主要吸收式冷卻器105c及次要吸收式冷卻器105d之吸收式冷卻器105b的示例性設計。應理解，亦可使用其他類型之吸收式冷卻器(例如，多級吸收式冷卻器、其他類型之單級吸收式冷卻器等)。參照圖6，吸收式冷卻器105b可包括冷凝器201、產生器203、第一泵205、第一減壓裝置207(例如，減壓閥)、吸附器209、蒸發器211、及第二減壓裝置213(例如，減壓閥)。實施例亦可利用第二泵206(圖6中以虛線示出)，其可與第一泵並聯操作，或可被提供為當第一泵由於故障、錯誤或維護而離線時可在線開啟的次要泵。
如可從圖6之示例性實施例理解，吸收式冷卻器105b可經配置成使得，至少一種氣化區流111a可從氣化區供給至冷卻器之產生器203。氣化區流可為例如，低壓蒸汽(例如，處於8-10巴壓力下之蒸汽，或在或低於10巴之蒸汽，處於800kPa至1000kPa之間、或在或低於1000kPa之蒸汽等)，或可為熱液態水(例如，經加熱但處於液態之水)，或可為來自氣化區之另一流體流，其可為來自氣化區之廢流體流(例如，來自氣化器之加熱氣體等)。在又其他實施例中，被供給至吸收式冷卻器105b之產生器203的氣化區流111a可為來自氣化區111之中壓蒸汽或高壓蒸汽。
吸收式冷卻器105b可經安置成使得，產生器203將高壓冷卻劑蒸氣(HP REFRIGERANT VAPOR)輸出至冷凝器，以冷凝被供給至冷凝器201 之冷凝器介質入口流體(CM IN)用於冷凝冷卻劑。冷卻劑可為水、乙二醇、或其他適當冷卻劑。冷凝器介質可為水、大氣、或其他種類之流體流，用於冷凝冷卻劑蒸氣。經冷凝之冷凝器介質可從冷凝器(CM OUT)輸出，以被發送至另一設備單元(例如，若冷卻介質為水時的洗滌塔或水庫等)。高壓冷卻劑蒸汽在通過冷凝器201時可被冷凝成液體並輸出為高壓製冷液(HP REFRIGERANT LIQUID)，隨後可將其供給至第二減壓裝置213，用於降低冷卻劑之壓力，所以它為一種可供給至蒸發器211之低壓製冷液(LP REFRIGERANT LIQUID)。低壓冷卻劑可在蒸發器中蒸發，因為冷卻劑從將由冷卻器冷卻之製程流吸收熱量，此製程流亦與通過蒸發器211之冷卻劑並流或逆流地通過蒸發器211。在蒸發器211中冷卻之至少一種製程流(將冷卻之製程流)可為待冷卻以供給至直接接觸式冷卻器105a的冷卻介質，或例如可為壓縮空氣(COMPR.AIR)。
可將從蒸發器211輸出之低壓冷卻劑蒸汽(LP REFRIGERANT VAPOR)供給至吸附器209。吸附器209可接收低壓冷凝溶液(LP CONC SOLUTION)以便低壓冷卻劑蒸汽吸收此溶液，使得吸附器209可以輸出冷卻劑之低壓稀釋溶液(LP DILUTE SOLUTION)，用於供給至第一泵205或第二泵206用於形成高壓稀釋溶液(HP DILUTE SOLUTION)以供給至產生器203。
產生器203可經配置以使用至少一個氣化區流111a之熱量來從其經由泵接收之高壓稀釋溶液形成高壓冷卻劑蒸汽。產生器203亦可輸出高壓冷凝溶液(HP CONC SOLUTION)以供給至第一減壓裝置207，以便可將低壓濃縮溶液(LP CONC SOLUTION)供給至吸附器209作為冷卻器之冷卻劑迴路的部分。
應理解，蒸發器211可經安置及配置以若冷卻器為單級冷卻器時冷卻多個製程流，或者冷卻器可為一種多級冷卻器，其可具有多級用於冷卻不同製程流或串聯冷卻相同製程流。隨後可從蒸發器輸出將在蒸發器211中冷卻之一或多種製程流，作為從冷卻器輸出之一或多種冷卻輸出流(COOLED OUTPUT)。例如，在一些實施例中，每個冷卻器可為多級冷卻器，包括：第一級，用於冷卻中間壓縮系統空氣；第二級，用於冷卻壓縮空氣流或冷卻被供給至接觸冷卻器之冷卻介質，用於冷卻壓縮空氣；以及第三級，用於冷卻從PPU 107輸出之淨化空氣。舉另一實例，每個冷卻器可為多級冷卻器，包括：第一級，用於冷卻壓縮空氣流或冷卻被供給至接觸冷卻器之冷卻介質，用於冷卻壓縮空氣；以及第二級，用於冷卻從PPU 107輸出之淨化空氣。舉另一實例，吸收式冷卻器105b之一些實施例可為多級冷卻器，包括第一級及第二級，用於冷卻壓縮空氣流或用於冷卻被供給至接觸冷卻器之冷卻介質用於將壓縮空氣冷卻至期望溫度，用於將經壓縮冷卻空氣供給至PPU 107。舉另一實例，冷卻器之實施例可經配置，以便單級冷卻器之蒸發器211接收將在蒸發器211中冷卻之超過一種製程流(例如，中間壓縮系統壓縮空氣、從壓縮系統輸出之壓縮空氣、以及經由淨化冷卻流107v從PPU 107輸出之淨化空氣、或從壓縮系統輸出之壓縮空氣以及經由淨化冷卻流107v從PPU 107輸出之淨化空氣，等)。
吸收式冷卻器105b可經設計成使得，跨冷卻器之溫差可滿足一組特定的處理設計標準參數(例如，將冷卻之製程流之入口溫度與由冷卻器冷卻之後之製程流的出口溫度之間的溫差)。這些參數可按需要根據製程條件而變，製程條件如在壓縮系統103處接收之進料空氣的大氣溫度、進料之CO2濃 度等。在一些實施例中，溫差可大於3℃、大於5℃、或大於5℃與20℃之間。應理解，5℃-10℃之溫差將指出事實，冷卻器之蒸發器211可將待冷卻之製程流冷卻5℃-10℃(例如，流之入口溫度可為10℃，及出口溫度可為5℃、3℃、1℃、或0℃等)。
在許多實施例中，我們認為5℃與20℃之間的溫差可導致運行能力之足夠顯著的節省，用於在PPU之吸附器上定徑，使得吸附器定徑上之成本節約可確保，包含吸收式冷卻系統部件提高設備運行利潤。也有可能在較低溫差操作參數下實現此種節約。我們還認為，可利用5℃與50℃之間的溫差(例如，從55℃變化至5℃或從55℃變化至45℃的輸入製程流等)的吸收式冷卻系統105之吸收式冷卻器105b之實施例可藉由利用吸收式冷卻器105b之更大優勢及利用來自氣化區流111a之更大量熱源流，為高投資回報率提供更大量的經濟效益。例如，在許多設備中，我們認為壓縮冷卻空氣可處於5℃-20°C、5℃-15℃、或5℃-10℃等溫度下。在壓縮冷卻空氣(COMPR.COOLED AIR)之這些溫度下，PPU 107之吸附器定徑可最小化，這是由於利用一或多個吸收式冷卻器105b，其利用了一或多個氣化區流111a。例如，來自氣化區111之低壓蒸汽流速可在0.5噸/hr與5噸/hr之間，並且被吸收式冷卻器105b之產生器用於冷卻壓縮空氣或用於冷卻壓縮空氣之直接接觸式冷卻器105a的冷卻介質。
在一些實施例中，壓縮冷卻空氣之期望溫度範圍可在10℃-15℃內。但是，當在空氣進料中檢測到雜質尖峰時，期望溫度範圍可進一步減小至5℃-10℃，或其他適當雜質尖峰冷卻壓縮空氣溫度範圍。用於說明雜質尖峰之冷卻壓縮空氣的溫度變化可根據尖峰大小(例如，被壓縮之進料空氣內可能含 有多少CO2或其他雜質等)及設備(例如，來自氣化區111之至少一種製程流的可用熱量，其以至少一個氣化區流111a輸出，尖峰期對比無尖峰時，其流率可增加0.2至2t/h等)而變化。
對於基於吸收式冷卻器系統105的實施例，其經配置以冷卻壓縮機入口進料空氣及/或其他中間壓縮空氣流及/或從PPU 107輸出之淨化空氣，這可增大系統之吸收式冷卻器105b的大小。但是，這也可以允許壓縮機尺寸減小、壓縮效率提高，並亦可降低ASU之整體電力成本。
如可從圖1至圖5理解到，設備及吸收式冷卻系統105之實施例可包括使用分液筒108，此分液筒可位於PPU 107與吸收式冷卻系統105(例如，系統之直接接觸式冷卻器105a或吸收式冷卻器105b)之間。分液筒108可經安置以從冷卻壓縮空氣中去除水及烴類，在空氣被供給至PPU 107進行淨化之前從吸收式冷卻系統105輸出此冷卻壓縮空氣。分液筒108可經安置以去除水及/或烴類，以便PPU 107並非必須去除這些雜質。這可允許PPU 107之吸附器變得更小且亦使用更少層(例如，被更簡單地設計且亦變得愈來愈小)，用於在將壓縮空氣供給至冷箱109之前淨化此壓縮空氣。
在一些優選實施例中，供給至PPU 107之再生氣體可藉由用於供給吸收式冷卻器之產生器203的相同熱源來加熱。可用於加熱再生氣體之氣化區流111a可被分流，所以此流之一些在熱交換器中用於在再生流體加熱器107htr中加熱再生氣體，而此流之另一部分被供給至吸收式冷卻器產生器，從而降低管道成本及複雜性。在另一實施例中，經由多個不同氣化區流111a之多 個熱源可在一或多個吸收式冷卻器中串聯或並聯使用，以及提供熱量用於加熱被供給至PPU 107的再生氣體。
在一些實施例中，吸收式冷卻系統105可經佈置以允許去除PPU 107之吸附器內的氧化鋁層。此種實施例可允許去除吸附器之中間篩網層，其可降低與PPU 107相關聯之基建成本及製造及操作複雜性。
我們的吸收式冷卻系統105之實施例並不受任何冷卻器備用方法的限制。例如，可以安裝或提供1x100%、2x100%、2x50%吸收式冷卻器。在一些情況下，可以安裝機械冷卻器作為吸收式冷卻器105b之備用裝置。舉另一實例，任何溶質可在吸收式冷卻器105b中使用，諸如溴化鋰(LiBr)或氨氣(NH3)。可將任何額外組分添加至溶液，諸如防腐劑、或鹽以防止結晶。當水用作冷卻介質或用作被供給至冷凝器201的冷卻介質時，冷卻的水在接近鹽水源(例如，海洋)之一些實施方式中可為海水。熱交換器之結構材料可為碳鋼、不銹鋼或鎢及需要或使用海水交換器時需要的其他材料。可以使用用於吸收式冷卻器105b之任何類型的熱交換器，例如殼管式、板翅式、釜式等。在冷卻中也可以使用任何數量的階段(例如單個狀態、兩個階段、多於兩個階段等)。
我們已經發現，機械冷卻器與吸收式冷卻器105b之間的顯著區別在於，與使用壓縮機來增加低壓冷卻劑蒸汽之壓力並關閉冷卻劑迴路不同，可以透過使用多個熱交換器(例如，蒸發器211及冷凝器201)、泵及至少一個減壓裝置(例如，減壓閥)來增加壓力。與機械冷卻器相比，這可能涉及更多設備。但是，沒有旋轉設備可以允許在操作期間使用較低水準的電力消耗。 與機械冷卻器相比，這種運行成本的提高可以提供顯著的優勢。以下是一些說明性實例，以幫助使我們通過實施我們的吸收式冷卻系統105的實施例而確定存在的一些重要操作優勢更加明顯。
例如(並作為非限制性實例)，在設計為在15℃下具有500,000nm3/hr之進料空氣流的設備中，其具有直接接觸式冷卻器105a及冷卻塔113(結構為水塔)，並在8巴(800kPa)下具有2.5噸/hr低壓蒸汽作為氣化區流111a，與不使用冷卻器相比，當設備中使用吸收式冷卻系統之至少一個吸收式冷卻器105b時，在具有800ppm之CO2濃度的夏季條件下，可將至PPU 107之進料冷卻至7℃。我們已經發現，對於此種設備，與沒有冷卻器之情況相比，使用至少一個吸收式冷卻器105b可將PPU 107之吸附器尺寸要求降低30%，以及再生PPU 107之離線吸附器所需的再生氣體量可減半。由於使用了至少一個吸收式冷卻器105b，進料氣之冷卻溫度可以冷卻到大約低30%的溫度並且系統可以處理之來自CO2的雜質尖峰可以增加60%。此非限制性實例有助於顯示可由我們的吸收式冷卻系統105之示例性實施例提供的顯著操作改進。
舉另一非限制實例，在一設備之的實施例中，其中進料空氣流被設計為在17℃下500,000nm3/hr並具有直接接觸式冷卻器105a及冷卻塔113(結構為水塔)，在8巴(800kPa)下4噸/hr低壓蒸汽用作氣化區流111a，在夏季條件下，經由至少一個吸收式冷卻器105b實施我們的吸收式冷卻系統105的實施例，PPU 107的進料可以冷卻至5℃，並解決800ppm的CO2濃度尖峰。與沒有冷卻器之情況相比，PPU 107之吸附器尺寸可以減少30%，以及再生氣 體需求也可以減少一半。此外，由於使用了吸收式冷卻器105b，供給至PPU的空氣溫度可以降低58%以上，並適應高60%的雜質濃度尖峰。此非限制性實例有助於進一步顯示可由我們的吸收式冷卻系統105之示例性實施例提供的顯著操作改進。
設備100及吸收式冷卻系統105之實施例可以利用控制器來監測及控制設備100及/或吸收式冷卻系統105的操作。例如，溫度感測器、壓力感測器、流量感測器、及經配置以檢測一或多種化合物(例如，氧氣、CO2、N2、CO、水等等)之濃度的濃度感測器可被包括在內，用於感測及/或檢測流過設備之不同元件或單元及/或彼等單元之間的導管的流體之流量、濃度、溫度或壓力。例如，感測器可經安置以檢測(i)供給至壓縮系統103之空氣的流量、壓力、溫度及進料濃度，(ii)從壓縮系統103輸出之用於供給至吸收式冷卻系統的空氣之流量、壓力、溫度及/或進料溫度，(iii)從吸收式冷卻系統105輸出之用於供給至PPU 107的空氣的流量、壓力、溫度及進料濃度，(iv)從PPU 107輸出之用於供給至冷箱的空氣之流量、壓力、溫度及組成濃度，及/或(v)供給至分液筒108及/或從分液筒108輸出之空氣的流量、壓力、溫度及組成濃度。在壓縮系統103、吸收式冷卻系統105、PPU 107、分液筒108、冷箱109、及/或氣化區111亦可安置其他感測器，來監測及控制設備100之此些元件的操作。可提供一種控制器來從此些感測器接收資料並根據所接收之感測器資料來調整不同元件之操作。此種控制器之實例可在圖7中可見，並可包括連接至非短暫電腦可讀媒體及至少一個與感測器通訊之介面的處理器。處理器可以運行儲存在電腦可讀媒體(例如，非短暫記憶體、快閃記憶體等)中之至少一個自 動控制程式，其定義一種控制設備之操作及/或設備之一或多個元件(例如，吸收式冷卻系統105)的操作的方法。在一些實施例中，控制器可經配置，以便監測供給至壓縮系統103或從壓縮系統103輸出之一或多中進料雜質濃度。當一或多種雜質濃度超多預選閾值(例如，滿足或超過雜質濃度閾值)時，控制器可致動一或多個閥，以便主要吸收式冷卻器105c以增大操作能力操作或次要吸收式冷卻器105d在線並開始接收將如本文論述式冷卻的一或多種製程流(例如，來自壓縮機之中間空氣、從壓縮系統103輸出之壓縮空氣、及/或從PPU 107輸出之淨化空氣等)。控制器亦可與氣化區111之一或多個控制元件通訊，以便獲得可向吸收式冷卻系統之一或多個吸收式冷卻器105b提供熱源的一或多個氣化區流111a的增大的流量，以便冷卻器可藉由將壓縮空氣冷卻至預選雜質尖峰溫度閾值而解決其操作中的較高雜質濃度，此預選雜質尖峰溫度閾值可低於在雜質尖峰不存在時正常運行條件下使用的溫度定值。響應於檢測到雜質濃度低於閾值，控制器可與不同設備元件之控制元件通訊，以在解決雜質尖峰情況之後使次要吸收式冷卻器105d離線及/或主要吸收式冷卻器105c在減小之操作能力下操作。亦可與氣化區流導管元件進行此種通訊，用於調整將流體供給至一或多個吸收式冷卻器105b之產生器的一或多個氣化區流111a的流量。預選之雜質濃度閾值可以是為說明設備配置及操作設計標準而選擇的合適值。在一些實施例中，預選雜質濃度閾值可為400ppm CO2、500ppm CO2、800ppm CO2、1,000ppm CO2、1,500ppm CO2、2,000ppm CO2、2,500ppm CO2、3,000ppm CO2、400ppm CO2以及50ppm CO，或一些其他適當閾值標準。
應當理解，控制器之實施例亦可經配置以利用其他感測器資料來致動不同設備操作及使用不同管道用於流體進出不同元件的不同流動路徑。在一些實施例中，控制器可連接至顯示器，及至少一個輸入裝置及/或輸入/輸出裝置以便於向用戶或操作者輸出資料及從操作者接收輸入。例如，控制器可連接至操作者工作站或設備之操作者之電腦。控制器亦可連接至其他設備控制元件，用於併入設備之更大自動製程式控制制系統。
應理解，可以對本文明確顯示及論述之實施例進行修改，以滿足特定組之設計目標或特定組之設計標準。例如，用於互連設備之不同單元以流體聯通不同單元之間的流體流的閥、導管及其他導管元件(例如，導管連接機構、管道、密封等)的佈置可滿足特定設備佈局設計，其說明設備之有用面積、設備之定徑設備及其他設計考慮。舉另一實例，通過一或多個冷卻器以及通過其他設備元件的流體之流量、壓力及溫度可變化以考慮不同設備設計配置及其他設計準則。舉另一實例，冷卻器之數量及它們的佈置方式可經調整以滿足一組特定的設計準則。舉另一實例，冷卻器、冷卻器吸收系統、及設備之不同結構部件的材料組成可以為滿足一組特定之設計準則所需的任何類型的適當材料。舉另一實例，在一些實施例中，考慮到冷卻系統105可利用一或多個機械冷卻器來代替吸收式冷卻器105b。
應理解，設備之實施例可被配置為空氣分離設備或其他類型之設備，其中可利用至少一個冷卻器。設備、冷卻器吸收系統、及一或多個冷卻器可均經配置以包括製程式控制制元件，製程式控制制元件經安置及配置以監測及控制操作(例如，溫度及壓力感測器、流量感測器、具有至少一個工作站 之自動製程式控制制系統，其包括處理器、非短暫記憶體及至少一個收發器，用於與感測器元件、閥、及控制器通訊，用於為可在工作站及/或設備之另一電腦裝置等運行的自動化製程式控制制系統提供用戶介面)。
舉另一實例，預期單獨地或作為實施例的一部分描述的特定特徵可以與其他單獨描述的特徵或其他實施例的部分組合。因此，可將本文描述之不同實施例之元件及動作組合以提供其他實施例。因此，雖然上文已經示出及描述了冷卻器、冷卻器吸附系統、空氣分離單元、設備及其製造及使用方法的某些示例性實施例，但應當清楚地理解，本發明不限於此，而是可以在以下申請專利範圍內以其他方式不同地體現和實踐。
100:設備
102:空氣分離單元(ASU)
103:壓縮系統
105:吸收式冷卻系統
105b:吸收式冷卻器
105ic:中間壓縮空氣冷卻導管佈置
106ac:後置冷卻器
107:預淨化單元
107v:淨化冷卻流
108:分液筒
109:冷箱
109a:第一輸出流
109b:第二輸出流
111:氣化區
111a:氣化區流流
R1:再生流體之第一部分

Claims (24)

  1. 一種用於一設備之一空氣分離單元(ASU)的吸收式冷卻系統，該吸收式冷卻系統包含：至少一個吸收式冷卻器，經安置以從該設備之一氣化區接收至少一種製程流，所以來自該至少一種製程蒸汽之熱量被供給至該至少一個吸收式冷卻器之至少一個產生器，該至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之一壓縮系統的處於一第一壓力下之空氣，用於將該冷卻空氣供給至一用於淨化該空氣之預淨化單元(PPU)以形成一淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之一冷箱，(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於一第二壓力下之空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統以將其進一步壓縮至該第一壓力，該第一壓力高於該第二壓力；其中該吸收式冷卻系統經配置以檢測該空氣之一雜質濃度，及該至少一個吸收式冷卻器包括一主要吸收式冷卻器及一次要吸收式冷卻器，其中：該吸收式冷卻系統經配置使得響應於該雜質濃度達到或高於一預選閾值，將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第一部分供給至該主要吸收式冷卻器進行冷卻，以及將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第二部分供給至該次要吸收式冷卻器進行冷卻；或者該吸收式冷卻系統經配置使得響應於該雜質濃度達到或高於一預選閾值：將一冷卻介質之一第一部分供給至該主要吸收式冷卻器以將該冷卻介質之該第一部分冷卻至一預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之 該第一部分將供給至一直接接觸式冷卻器用於冷卻來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣；以及將該冷卻介質之一第二部分供給至該次要吸收式冷卻器以將該冷卻介質之該第二部分冷卻至該預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之該第二部分將供給至該直接接觸式冷卻器用於冷卻處於該第一壓力下的該空氣。
  2. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  3. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，及(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流。
  4. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  5. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該至少一個吸收式冷卻器可經安置以進行以下步驟：(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  6. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該至少一個吸收式冷卻器之至少一個蒸發器冷卻從該ASU之該壓縮系統接受的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該PPU，在將該來自該PPU之淨化空氣流供給至該冷箱之前冷卻該淨化空氣流，及/或冷卻來自該壓縮系統之處於該第二壓力下之該空氣。
  7. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，包含一直接接觸式冷卻器，該直接接觸式冷卻器經安置以從該ASU之該壓縮系統接收處於該第一壓力下之該空氣，用於經由一冷卻介質冷卻該空氣並將該冷卻空氣供給至該PPU， 該直接接觸式冷卻器連接至該至少一個吸收式冷卻器以從該吸收式冷卻器接收該冷卻介質，從而冷卻處於該第一壓力下之該空氣。
  8. 如請求項7所述之吸收式冷卻系統，其中該冷卻介質由水或乙二醇組成及該PPU包括至少一個徑向吸附器。
  9. 如請求項8所述之吸收式冷卻系統，其中該冷卻介質包括水，及該吸收式冷卻系統亦包含一安置於該冷箱與該至少一個吸收式冷卻器之間的冷卻塔，以在將該冷卻介質供給至該至少一個吸收式冷卻器之前冷卻該冷卻介質，該冷卻塔經安置以從該冷箱接收一冷卻液體流，以在將該冷卻介質供給至該至少一個吸收式冷卻器之前冷卻該冷卻介質。
  10. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中：該吸收式冷卻系統經配置使得將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣供給至該主要吸收式冷卻器進行冷卻，或該吸收式冷卻系統經配置使得將一冷卻介質供給至該主要吸收式冷卻器以將該冷卻介質冷卻至一預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質將供給至一直接接觸式冷卻器用於冷卻來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣。
  11. 如請求項1所述之吸收式冷卻系統，其中該PPU包括徑向吸附器。
  12. 一種空氣分離設備，包含：一空氣分離單元(ASU)，其中該ASU具有如請求項1所述之吸收式冷卻系統；以及該氣化區。
  13. 如請求項12所述之空氣分離設備，其中該ASU具有該壓縮系統、該冷箱、及該PPU，並且該至少一個分液筒位於該吸收式冷卻系統與該冷箱之間。
  14. 如請求項12所述之空氣分離設備，其中來自該設備之該氣化區的該至少一種製程流亦加熱一加熱器，用於加熱可供給至在運行該設備期間該PPU的處於一關閉狀態位置之至少一個吸附器的再生流體，從而加熱通過該至少一個吸附器之一再生流體，從而在該至少一個吸附器內再生吸附材料。
  15. 一種冷卻一設備之一空氣分離單元(ASU)中空氣的方法，該設備亦具有一氣化區，該方法包含以下步驟：將至少一個吸收式冷卻器置於該ASU中，以從該氣化區接收至少一種製程流，所以來自該氣化區之該至少一種製程流的熱量可供給至該至少一個吸收式冷卻器之至少一個產生器；經由該至少一個吸收式冷卻器提供冷卻以便於：(i)冷卻來自該ASU之一壓縮系統的處於一第一壓力下之空氣，用於將該冷卻空氣供給至一用於淨化該空氣之預淨化單元(PPU)以形成一淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之一冷箱，(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於一第二壓力下之空氣，用於將該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統以將其進一步壓縮至該第一壓力，該第一壓力高於該第二壓力，其中該至少一個吸收式冷卻器包括一主要吸收式冷卻器及一次要吸收式冷卻器，該方法亦包括以下步驟： 響應於確定一雜質濃度位準達到或高於一預選閾值，調整操作以便將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第一部分供給至該主要吸收式冷卻器，及將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第二部分供給至該次要吸收式冷卻器；或者響應於確定一雜質濃度位準達到或高於一預選閾值，調整操作以便將一冷卻介質之一第一部分供給至該主要吸收式冷卻器以將該冷卻介質之該第一部分冷卻至一預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之該第一部分將供給至一直接接觸式冷卻器用於冷卻來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣；以及將該冷卻介質之一第二部分供給至該次要吸收式冷卻器以將該冷卻介質之該第二部分冷卻至該預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之該第二部分將供給至該直接接觸式冷卻器用於冷卻來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣。
  16. 如請求項15所述之方法，其中經由該至少一個吸收式冷卻器提供該冷卻動作包括以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  17. 如請求項15所述之方法，其中經由該至少一個吸收式冷卻器提供該冷卻動作包括以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，及(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流。
  18. 如請求項15所述之方法，其中經由該至少一個吸收式冷卻器提供該冷卻動作包括以下步驟：(i)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  19. 如請求項15所述之方法，其中經由該至少一個吸收式冷卻器提供該冷卻動作包括以下步驟：(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第二壓力下之該空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統，以將其進一步壓縮至該第一壓力。
  20. 如請求項15所述之方法，其中該至少一個吸收式冷卻器之至少一個蒸發器冷卻從該ASU之該壓縮系統接受的處於該第一壓力下之該空氣，用於將該冷卻空氣供給至該PPU，在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前冷卻該淨化空氣流，及/或冷卻來自該壓縮系統之處於該第二壓力下的該空氣。
  21. 如請求項15所述之方法，其中一直接接觸式冷卻器經安置以從該ASU之該壓縮系統接收處於該第一壓力下之該空氣，用於經由一冷卻介質冷卻該空氣並將該冷卻空氣供給至該PPU，該直接接觸式冷卻器連接至該至少一個吸收式冷卻器以從該至少一個吸收式冷卻器接收該冷卻介質，從而冷卻處於該第一壓力下之該空氣；經由該至少一個吸收式冷卻器提供冷卻動作，以便於冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於該第一壓力下之空氣，用於將該冷卻空氣供給至該用於淨化該空氣之PPU以形成該淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之該冷箱，包含：該至少一個吸收式冷卻器將該冷卻介質冷卻至一預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，用於將處於該預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度下的該冷卻介質供給至該直接接觸式冷卻器。
  22. 如請求項15所述之方法，包括以下步驟：利用來自該氣化區之該至少一種製程流來加熱再生流體，以將該經加熱之再生流體供給至該PPU之處於一關閉狀態位置的一吸附器，從而在該PPU之處於該關閉狀態位置之該吸附器內再生吸附材料。
  23. 一種用於一設備之一空氣分離單元(ASU)的冷卻系統，該冷卻系統包含： 一第一冷卻器及一第二冷卻器，該第一冷卻器經安置以便於：(i)冷卻來自該ASU之一壓縮系統的處於一第一壓力下之空氣，用於將該冷卻空氣供給至一用於淨化該空氣之預淨化單元(PPU)以形成一淨化空氣流，從而將該淨化空氣流供給至該ASU之一冷箱，(ii)在將來自該PPU之該淨化空氣流供給至該冷箱之前，冷卻該淨化空氣流，及/或(iii)冷卻來自該ASU之該壓縮系統的處於一第二壓力下之空氣，用於將處於該第二壓力下之該冷卻空氣供給至該壓縮系統以將其進一步壓縮至該第一壓力，該第一壓力高於該第二壓力；其中該冷卻系統包括經配置以檢測該空氣之一雜質濃度的一電腦裝置；其中該冷卻系統經配置使得響應於該雜質濃度達到或高於一預選閾值，將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第一部分供給至該第一冷卻器進行冷卻，以及將來自該壓縮系統之處於該第一壓力下之該空氣的一第二部分供給至該第二冷卻器進行冷卻；或者該冷卻系統經配置使得響應於該雜質濃度達到或高於一預選閾值，將一冷卻介質之一第一部分供給至該第一冷卻器以將該冷卻介質之該第一部分冷卻至一預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之該第一部分將供給至一直接接觸式冷卻器用於冷卻來自該壓縮系統之處於該第一壓力下的該空氣；以及將該冷卻介質之一第二部分供給至該第二冷卻器以將該冷卻介質之該第二部分冷卻至該預選直接接觸式冷卻器冷卻介質入口溫度，其中該冷卻介質之該第二部分將供給至該直接接觸式冷卻器用於冷卻處於該第一壓力下的該空氣。
  24. 如請求項23所述之冷卻系統，其中該第一冷卻器為一吸收式冷卻器，及該第二冷卻器為一吸收式冷卻器。
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