专利名称：膨胀和压缩至少一种气态物流的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于压缩和膨胀至少一种气态物流的方法和装置，其方法包括—将气态混合物的第一物流在至少有一级的压缩机内进行压缩；—在增压器内对气态混合物的第二物流进行增压；—在膨胀机内膨胀气态混合物的第三物流；和—用增压器回收至少一部分由膨胀机产生的能量。
EP-A-0.557,935公开了一种这一类型的方法，其中第一物流是待蒸馏的空气，第二物流是用增压器110增压至中等压力的氮气，而第三物流是在与增压器相连的涡轮机113中经膨胀的剩余气体。DE-A-28,54,508公开了一种这一类型的方法，其中首先将一部分空气在增压器内增压，然后在与增压器相连的涡轮机中膨胀，再输送到一个双重柱的低压柱中。
这些方法增加了涡轮机中的膨胀负荷，随着产生了制冷而减小了膨胀工作气流或由于恒定的膨胀气流速率而增加了制冷，并且通常改进了设备的性能。
在某些情况下，没有简单的装置来实施这类方法或简单地用增压器回收由涡轮机产生的机械能。例如，当涡轮机膨胀从空气分离装置的中等压力柱中排出的氮气时，没有对氮气预热而是在现有的低温下对其进行压缩，然后冷却，再送至涡轮机，这样就增加了热交换线的主要成本。
DE-A-25,57,453公开了一种解决这个问题的方法，即第二物流包括一部分是待蒸馏空气的第一物流。第二物流的增压器5与涡轮机6相连接，涡轮机6在中等压力下用于膨胀氮气(第三物流)。
在DE-A-28,54,508所涉及的情况下，要求所需的冷产品的工作膨胀流可小于或等于允许蒸馏的程度。在这种情况下，工作膨胀空气流的降低未带来节约，并且因为从效果上没有降低工作膨胀气流速率，而没有增加涡轮机的输入压力。
于是，现有技术指出用发电机回收涡轮机的能量或用油闸消耗能量。
本发明的目的是提高能效或降低这些已知方法的总成本。
为此，本发明提供了下列类型的方法，其特征在于—将至少一部分增压的第二物流输送到一级压缩机的上流。
为达到其目的，本发明还提供了一种用于压缩和膨胀至少一种气态物流的装置，包括—至少具有一级的一个压缩机；—一个增压器；—一个与增压器相联的膨胀机；—将气态混合物的第一物流输送到压缩机的装置；
—将气态混合物的第二物流输送到增压器和将至少一部分经增压的第二物流输送到压缩机的一级的上流的装置；和—将气态混合物的第三物流输送到膨胀机入口的装置。
本发明的其它特点和优点将参照附图
，按图示的方式(但不是限定性的方式)通过下文描述的一个具体实施方案而更加易于理解，其中—唯一的附图示意性地示出了本发明的装置。
将空气流输送到有几级5A、5B、5C的压缩机5中。在第一级5A中压缩后，气流被分为两部分。在第二级5B中压缩第一部分气流。第二部分气流在增压器7中增至大约是级5B所处压力的压力，然后与第一部分气流混和。所有重新合并的空气流在级5C被压缩后在热交换管线11中冷却，然后送到蒸馏柱13中，在那里被分离。
分离产物之一是从压力大约为6bar的中压柱13的顶部排出的氮气流。在热交换器11中被部分再加热之后，一部分31在涡轮机9中膨胀至接近大气压的压力，然后输送到热交换管线的冷却端再加热，将其的冷传递给用于蒸馏的空气流。涡轮机9与增压器7相联，因此一部分膨胀能用于使第二空气流2增压。
作为一种改变，可将一部分在压力下从双重柱的低压柱排出的不纯的或纯的氮气进行膨胀，在热交换管线11中部分地再加热后，这部分氮气可被送到热交换管线11的冷却端。
作为另一种改变，至少一部分在简单的HPN型柱中产生的氮气或剩余物在于这个柱的顶部冷凝器中汽化后，再进行膨胀。使氮气或剩余物在热交换管线中部分地再加热。
这里，还可以设计成使用与涡轮机9或一个独立的涡轮机相联的第二增压器。从级5A的上游排出的空气将供给该第二增压器，至少一部分增压了的空气再循环到级5B的上游和级5A的下游。
通过改变增压器7和压缩机5的级的压缩负载，可使增压了的气流再循环到级5C的出口而不是级5B的出口。
在一个更简单的方法中，本发明可以在一套包括有唯一一级的压缩机，一个增压器和与增压机配合的一个涡轮机的装置中实施。气态混合物的第一气流可在压缩机中被压缩，而气态混合物的第二气流在增压器中增压，然后将气态混合物的这两部分压缩了的气流混合在一起。
应注意的是，气态混合物可以是基本上纯净的气体并且被压缩机和增压器压缩的气态混合物不必有相同的组成。
权利要求
1.用于压缩和膨胀至少一种气态物流的方法，其中a)将气态混合物的第一物流在具有至少一个压缩级(5A、5B、5C)的压缩机里压缩；b)将气态混合物的第二物流在增压器(7)中增压；c)将气态混合物的第三物流在膨胀机(9)中膨胀；d)将至少一种由膨胀机产生的能量用增压器(7)回收；和e)将至少一部分增压的第二物流输送到压缩机的一级(5B)的上游。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于，在把第二物流输送到增压器之前，将第一和第二物流在压缩机的至少一级(5A)中压缩。
3.根据权利要求2的方法，其特征在于，所述的压缩机的级是第一级(5A)。
4.根据权利要求2或3的方法，其特征在于，来自压缩机的一级的上游的第二物流和至少一部分所述增压了的第二物流返回这一级的下游。
5.根据权利要求4的方法，其特征在于，由至少一个压缩级将第二物流的原始点和该物流的返回点分开。
6.根据上述权利要求之一的方法，其特征在于，将第一和第二物流在压缩后于一个蒸馏装置中蒸馏，第二物流是从该装置中取出的气态产品。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，第一和第二物流是空气流。
8.根据权利要求7的方法，其特征在于，第三物流是从装置的中等压力柱中取出的氮气，或是在压力下从一个双重柱的低压柱取出的不纯的氮气。
9.用于压缩和膨胀至少一种气态物流的装置，包括—一个至少有一级(5A，5B，5C)的压缩机(5)；—一个增压器(7)；—一个与增压器(7)配合的膨胀机(9)；—将气态混合物的第一物流(1)输送到压缩机的装置，—将气态混合物的第二物流(2)输送到增压器和将至少一部分增压了的第二物流输送到压缩机的一级(5B)上游的装置；和—将第三物流输送到膨胀机的入口的装置。
10.根据权利要求9的装置，其特征在于，第一和第二物流是准备在一个空气蒸馏装置中蒸馏的空气流，第三物流是蒸馏的产品。
11.根据权利要求9和10之一的装置，包括用于压缩第一和第二物流的压缩机的第一级(5A)、将来自第一级的第二物流输送到增压器(7)的装置和将第一物流输送到第二级(5B)和第三级(5C)并将至少一部分增压了的第二物流输送到第三级的装置。
12.用于由低温蒸馏分离气态混合物的装置，包括—一个至少有一级的压缩机(5)；—一个增压器(7)；—一个与增压器(7)配合的膨胀机(9)；—将气态混合物的第一物流(1)输送到压缩机的装置；—将气态混合物的第二物流(2)输送到增压器和将至少一部分增压了的第二物流(2)输送到压缩机的一级(5B)的下游的装置；和—将气态混合物的第三物流输送到膨胀机的入口的装置。
全文摘要
在一种用于压缩和膨胀至少一种气态物流的方法中，一部分由涡轮机(9)产生的能量被与压缩机(5)的至少一级(5A、5B、5C)平行连接的增压器(7)回收。优选地用涡轮机膨胀来自空气蒸馏装置的氮气。空气在指定的压缩机和增压器中压缩。
文档编号F25J3/04GK1133392SQ9512050
公开日1996年10月16日 申请日期1995年10月24日 优先权日1994年10月25日
发明者赫威·比翰 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司