专利名称：用于提供氮的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于提供氮的方法和设备。通常通过气体发生设备，例如低温空
气蒸馏设备，以及当低温设备不工作和/或不能够产生全部所需的流率时给用户供应气态氮的氮存储装置给用户供应氮。 根据本发明，仅在使用气体存储装置(以气态或液态形式)供应给用户更经济时才开启气体发生设备。
背景技术：
如图1所示，根据现有技术，特别用于在用户场地上的单元的气体发生器A通常联
接于"散装(vrac)"类型(具有蒸发器的液体或气体)的紧急/应急供应装置B。 该发生器总是处于经由管路C、 E供应给用户的条件下。当用户消耗超过额定量
(100% )时，紧急供应装置启动，并经由管路D、E传输氮。 同样，当发生器不工作时，紧急供应装置就接管(工作)。 在这种运行模式中，不论用户的消耗是多少都启动发生器。在和发生器的额定量相比较低的用户消耗阶段中，能量消耗及因此生产成本并非最佳。 图3示出根据现有技术的这种运行方式。在时刻0处，用户消耗的氮为20NmVh，此流量完全通过带有简单的液体注入塔的分离设备的空气蒸馏来供应。当用户的消耗增加时，该设备的产量增加到在10小时处的40NmVh并随后增加到在20小时处的100Nm3/h。现在，当用户的消耗量达到150NmVh时，分离设备以其最大流率100NmVh继续生产，其余的流率通过存储的氮的蒸发来提供，以产生50NmVh的流率。 当在50小时处消耗降低到80NmVh时，停止通过蒸发生产氮，且由蒸馏设备生产的氮减少到80NmVh。随后，为了遵循用户的消耗，设备的生产水平减少到40NmVh且然后减少到20NmVh。
发明内容
根据本发明的一个目的，提供了一种用于通过空气分离生产气态氮的设备和通过液态氮的蒸发供应氮的方法，其中 a)如果用户对气态氮的需求低于第一阈值，那么仅通过液态氮的蒸发向用户供应氮， b)如果用户对气态氮的需求高于第二阈值，该第二阈值大于第一阈值，那么至少
部分地通过所述用于生产氮的设备向用户供应氮。 根据本发明的其它目的-如果用户对氮的需求超过第三阈值，该第三阈值大于第二阈值，那么部分地通过所述用于生产氮的设备、部分地通过液态氮的蒸发而供应用户；-如果用户的需求介于第二阈值和第三阈值之间，那么仅通过所述用于生产氮的设备供应用户；
-如果用户对气态氮的需求大于第二阈值，那么仅通过所述用于生产氮的设备向用户供应氮； _第一阈值、第二阈值、第三阈值中的至少一个根据电的价格和/或液态氮的价格和/或连接于蒸发装置的存储容器中的液态氮的量和/或所述存储容器中的液态氮的量的变化率而改变；-如果用户对气态氮的需求大于第二阈值或大于第二阈值但小于第三阈值，则所述用于生产氮的设备以基本不变的流率生产气态氮，且 a)如果用户对气态氮的需求低于该基本不变的流率，则将气态氮的多余/超出部分排放到大气中，并将剩余的气态氮传输给用户； b)如果用户对气态氮的需求大于或等于该基本不变的流率，则将全部气态氮流量输送给用户；-所述用于生产气态氮的设备是低温空气蒸馏设备，如有必要/在需要时可将液态氮传输到所述用于生产气态氮的设备以便参与保持该设备较冷。 根据本发明的其它目的，提供了一种用于供应气态氮的设备，该设备包括用于通过空气分离生产气态氮的设备、液态氮蒸发器、存储容器、用于将来自存储容器的液态氮供给到蒸发器的装置、用于将气态氮从生产设备传输到用户的装置、用于将气态氮从蒸发器传输到用户的装置、以及用于根据电的价格和/或液态氮的价格和/或存储容器中的液态氮的量和/或存储容器中液态氮的量的变化率调节传输给用户的气态氮流中的至少一股的装置。 在需要时，所述用于生产气态氮的设备是低温空气蒸馏设备。
下面结合附图详细描述本发明。 图2是根据本发明的用于供应氮的设备。图4是利用根据本发明的方法的这种设备的运行模式的示意图。
具体实施例方式
根据此发明，提出颠倒现有的基本原理。基本通过"散装"紧急供应装置来供给用户。当用户的需求超过特定值时，发生器取代"散装"供应。此特定值限定成使得发生器的生产成本比"散装"供应更加经济。这取决于能量的成本和散装供应的成本。
超过发生器的生产能力时，"散装"供应补充发生器的生产以供应给用户。
这样，从图4中可看出，在时刻0处，用户消耗的氮为20NmVh，此流量完全通过使来自存储容器的氮蒸发(或者可由来自管网/网络(r6seau)的气态氮的流入)来提供。然后，用户的消耗在10小时处增加至40NmVh，氮蒸发完全停止，蒸馏设备的生产以40NmVh开始，并在20小时后达到100Nm3/h。现在，当用户的消耗达到150Nm3/h时，分离设备继续生产其100NmVh的最大流量。其余由储存的氮的蒸发来提供以产生50NmVh的流率。
当在50小时的时刻消耗降至80NmVh时，停止通过蒸发生产氮，通过蒸馏设备的氮的生产减少至80NmVh。随后，为了遵循用户的消耗，该设备的生产水平减小至40NmVh。超过这个值，空气蒸馏停止，并且为了以20NmVh提供用户的基本消耗，重新启动液态氮的
4蒸发。 根据本发明，对于40NmVh和100NmVh之间的值，空气分离设备可根据本发明准确 生产需要的消耗。如图2所示，完整的组件6包括液态氮存储容器1和低温发生器的至少 一个冷箱9。 气体发生器包括冷箱9内部的简单的空气分离塔，在该塔的顶部处产生气态氮 11。 置于液体管路3上的膨胀阀7减小用于蒸发器5的液体的压力。 将液态氮8可选地连接到低温发生器的冷箱9至少部分地确保发生器通过液体注
入而保持较冷。 存储容器还通过管路3连接于蒸发器5。
该蒸发器通过管路18连接于用户。 在图4中0小时和10小时之间，液体3被从存储容器1提取出，在膨胀阀7中膨 胀，然后在蒸发系统5中蒸发(并再加热至环境温度)。冷箱9不运行。
在10小时和30小时之间，来自冷箱9的气体通过管路11传输到用户管网。没有 来自存储容器的液态流在蒸发器5中蒸发。 在30小时和40小时之间，通过来自存储容器的氮的蒸发和通过蒸馏同时产生氮， 这两股流在蒸发器5的下游混合(或也可如2007年1月9日提交的专利申请FR 0752579 中描述的在上游混合)。 在40小时和60小时之间，来自冷箱9的气体通过管路11传输到用户管网。没有 来自存储容器的液体流在蒸发器5中蒸发。 在图4中的60小时和70小时之间，液体3再次被从存储容器1提取出，该液体的 压力在膨胀阀7中减小，然后在蒸发系统5中蒸发(并再加热到环境温度)。冷箱9不工 作。 根据本发明的变型，空气分离设备产生名义压力为8. 3barg(最大为8. 6barg)的 固定流量。不是以减少的速率运行，且空气蒸馏设备的空气压縮机处于固定的速度。
如果用户并未用掉该设备所生产的所有的氮，则一部分氮通过排出阀或调节阀 FV而排到大气中。这使得能够将该塔的压力(管网压力N2)限制到一极限值(PSH，约 7. 9barg)，而不必对压縮机进行排放。 如果用户具有峰值消耗，过剩的流量经由液体减压器7 (在约7. 4barg时开启)来 自存储容器l，这使得能够保持用户管网中的压力。
启动给用户供给液体。
如果存储容器LT中的液位以大于根据液态氮和电能的成本判定为经济的等 效生产速率(例如名义速率的20%)的速率下降时发生器起动。此启动阈值参数可由IHM 建立。可在一个到数个小时期间建立滑动平均以便估计/估算平均消耗速率，从而获得液 位下降的清晰且可靠的读数。
如果用户的消耗急剧降低，在由发生器提供给用户的流量小于根据液态氮和 电能的成本判定为不经济的流量阈值(例如名义速率的20% )时发生器将会停止。此停止 阈值参数可通过IHM而建立。 排放到大气的流量通过这样的事实来估计该流量取决于阀的Cv值和阀的开度、压力PT以及气体温度。然后，实际由发生器提供给用户的流量通过来自发生器的额定生产 流量和排放到大气中的流量之差而推知。 即使在低消耗的情况下，当存储容器仅容纳很少的液体(例如最大液位的10% ) 时，也需要启动发生器，以便(经由发生器)增加用户供应的持续时间。那么，液态氮的消 耗局限于液体注入(如果有的话)。
权利要求
一种用于通过空气分离生产气态氮的设备(9)和液态氮的蒸发供应氮的方法，其中a)如果用户对气态氮的需求低于第一阈值，那么仅通过液态氮的蒸发向用户供应氮，b)如果用户对气态氮的需求高于第二阈值--该第二阈值大于所述第一阈值，那么至少部分地通过所述用于生产氮的设备向用户供应氮。
2. 根据权利要求1所述的供应氮的方法，其特征在于，如果用户对氮的需求超过第三 阈值，该第三阈值大于所述第二阈值，那么部分地通过所述用于生产氮的设备(9)、部分地 通过液态氮的蒸发而供应用户。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，用户的需求介于所述第二阈值和第三阈 值之间，并且仅通过所述用于生产氮的设备(9)供应用户。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果用户对气态氮的需求大于所述第二 阈值，那么仅通过所述用于生产氮的设备(9)向用户供应氮。
5. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述第一阈值、第二阈值、第三阈 值中的至少一个根据电的价格和/或液态氮的价格和/或连接于蒸发装置 (5)的存储容器 (1)中的液态氮的量和/或所述存储容器中的液态氮的量的变化率而改变。
6. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，如果用户对气态氮的需求大于所 述第二阈值且在需要时小于所述第三阈值，则所述用于生产氮的设备以基本不变的流率生 产气态氮，且a) 如果用户对气态氮的需求低于该基本不变的流率，则将气态氮的多余部分排放到大 气中，且将剩余的气态氮传输给用户；b) 如果用户对气态氮的需求大于或等于该基本不变的流率，则将全部气态氮流量输送 给用户。
7. 根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，所述用于生产气态氮的设备是低 温空气蒸馏设备(9)，且在需要时可将液态氮传输到所述用于生产气态氮的设备以便保持 该设备较冷。
全文摘要
本发明涉及一种使用通过空气分离生产气态氮的设备(9)和使存储容器(1)中的液态氮蒸发来提供氮的方法，其中，如果用户对气态氮的需求低于第一阈值，那么仅通过液态氮的蒸发向用户供应氮，如果用户对气态氮的需求高于第二阈值——该第二阈值大于第一阈值，那么至少部分地通过氮生产设备向用户供应氮。
文档编号F25J3/04GK101711336SQ200880006178
公开日2010年5月19日 申请日期2008年2月18日 优先权日2007年2月28日
发明者B·达维迪安, E·马斯连, P·博德林 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司