具有冷箱的可运输封装体、低温空气分离设备以及用于制造低温空气分离设备的方法
【专利摘要】本发明涉及用于低温空气分离设备的可运输封装体，所述低温空气分离设备具有用于冷却供给空气(1)的主换热器(2a，2b，2c)和用于分离被冷却的供给空气的双塔(5)，其中，双塔(5)具有被设置成一个在另一个之上的高压塔和低压塔。可运输封装体具有冷箱(20，400)，所述冷箱的内部中设置双塔(5)的配件而没设置双塔也没设置主换热器，所述配件尤其是管线(7，11，12)和阀，其中，可运输封装体具有用于将管线连接到双塔以及主换热器的连接器。本发明还涉及低温空气分离设备和利用这种可运输封装体制造低温空气分离设备的方法。
【专利说明】具有冷箱的可运输封装体、低温空气分离设备以及用于制造低温空气分离设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及如权利要求1的前序部分归类的用于低温空气分离设备的可运输封装体。
【背景技术】
[0002]这种类型的模块化的可运输单元通常被称为“封装体单元”(PU)并且例如在文献US 2007199344A1或文献US 5461871中有描述，空气分离设备由所述模块化的可运输单元构造。
[0003]例如由文献Hausen/Linde, Tieftemperaturtechnik, I985 年第 2 版，第 4 章(第281页到第337页)概括可知用于空气的低温分离的过程和装置。
[0004]本发明中的蒸馏塔系统包括具有高压塔和低压塔以用于氮氧分离的双塔系统，所述高压塔和低压塔被设置成一个在另一个的顶部上(以形成所谓的双塔)。在两塔之间通常设置有主冷凝器，所述主冷凝器被构造为冷凝-蒸发器，并且高压塔和低压塔经由所述主冷凝器换热流通。除了氮氧分离塔之外，蒸馏塔系统可以附加地包括用于获得高纯度产品和/或其它空气成分(尤其是惰性气体)的其它装置，例如包括粗氩塔(crude argoncolumn)和可选的精IS塔(pure argon column)的IS生产装置和/或氪-氣生产装置。
[0005]术语“冷凝-蒸发器”指代这样一种换热器，在所述换热器中，第一冷凝流体流与第二蒸发流体流进入间接换热。每个冷凝-蒸发器包括液化空间和蒸发空间，所述空间分别由液化通道和蒸发通道构成。液化空间是执行第一流体流的冷凝(液化)的地方，而蒸发空间是执行第二流体流的蒸发的地方。
[0006]蒸发和液化空间由相互具有换热关系的通道组形成。
[0007]“主换热器”用作通过与来自蒸馏塔系统的返回流间接换热来冷却供给空气。所述主换热器可以由相互并联和/或串联连接的一个或多个换热器部分形成，例如由一个或多个板型换热器模块形成。
[0008]在此“冷箱”被理解为指代将绝热内部完全包封在外壁中的绝热壳体；待绝热的设备部件、例如一个或多个分离塔和/或换热器被设置在所述内部中。绝热效应可以通过适当地建造外壁和/或通过以绝热材料填充设备部件和外壁之间的空隙实现。后一种情况优选采用粉状材料，例如，珍珠岩。不仅用于在低温空气分离设备中氮-氧分离的蒸馏塔系统、而且主换热器以及其它冷设备部件必须被一个或多个冷箱包封。在预制设备的情况下，冷箱的外部尺寸通常决定封装体的运输尺寸。冷箱的“高度”被理解为指代基于冷箱在设备运转中的定向沿竖直方向的尺寸；“横截面”是垂直于所述竖直方向的区域(水平面)。在运输中，冷箱的高度确定运输长度，并且横截面确定运输高度和宽度。
[0009]PU在通常远离空气分离设备的安装地点的工厂中制造。这允许一定程度上的大量预制并且因此在一定程度上最小化了在条件经常更加艰难的安装地点的构造要求。预制封装体从工厂运输到安装地点，即，具有水平布置的一个或多个分离塔的冷箱封装体。封装体长度和宽度受到这类运输的限制。这种技术至今仅当塔被结构化填料至少部分地填充时被用于中型尺寸的空气分离设备，因为填料塔通常需要比板式塔更大的安装高度。相对大型的具有填料塔的设备以相对低的预制程度被制造；特别地，直到到达安装地点处才构造冷箱。可替换地，专门使用传统的精馏板；这的确给每单位的塔安装高度提供相对大的容量，但与填料塔相比却导致显著增加的能量需求。
【发明内容】
[0010]本发明的目的是将开始提出的类型的可运输封装体设计成使得所述可运输封装体能够适用于带有如下容量的低温空气分离设备，对于该容量而言，塔-冷箱整体上的预制至今不可能实现。
[0011]这个目的通过权利要求1所述的特征实现。
[0012]本发明利用与双塔箱和主换热器箱分开预制的特定导管箱。移除典型地容置在双塔箱中的一些(优选所有)导管和阀使得可以将塔箱变得相应地更狭窄。这意味着即使至今必须现场制造的相对高容量的双塔设备也能够作为PU预制。
[0013]如权利要求1所述的可运输封装体的导管冷箱包含以下列出的部件中的至少一个、优选两个或更多或所有:
[0014]-从高压塔进入低压塔的粗氧(crudeoxygen)线路；
[0015]-从高压塔/主冷凝器到低压塔的LIN线路；
[0016]-到高压塔和/或低压塔的液态空气线路；
[0017]-从低压塔的顶部到逆流过冷器和/或主换热器的GAN线路；
[0018]-从在低压塔上的中间位置到逆流过冷器和/或到主换热器的污氮(impurenitrogen)线路；
[0019]-用于使从高压塔进入低压塔的粗LOX减压的阀；
[0020]-从高压塔、或主冷凝器的液化空间到低压塔的LIN线路；
[0021]-从双塔到逆流过冷器和/或到主换热器的产品线路(一条或多条)；
[0022]-穿过逆流过冷器的每条其它线路；
[0023]-从氩箱引导到双塔箱以及反之亦然的每条线路，例如低压塔和粗氩塔之间的氩传递线路(一条或多条)，去往和来自粗氩塔的塔顶冷凝器的线路，以及可选的去往和来自精氩塔的塔顶冷凝器的线路；
[0024]-适用时，用于各条和每一条所列举线路的阀(一个或多个)。
[0025]例如，可运输封装体的冷箱(导管箱)不包含分离塔，即，没有粗氩塔，没有混合塔坐坐寸寸ο
[0026]可替换地，可运输封装体的冷箱不包含至少一个氩塔(即，粗氩塔或精氩塔)、混合塔、氪-氙塔或精氧塔。例如，冷箱应该包含精氩塔作为唯一分离塔；因为其极度纤细并且比导管需要更小的空间，冷箱仍将被称为导管箱(虽然具有精氩塔)。
[0027]本发明的可运输封装体的冷箱(导管箱)可以包含逆流过冷器。
[0028]“逆流过冷器”是这样一种单元，其与主换热器分开并且用作再冷却或加温一种或多种液体，所述一种或多种液体来自蒸馏塔系统的其中一个用于氮氧分离的塔、或来自与一个或多个冷气体返回流逆流的混合塔。这些返回流来自蒸馏塔系统的塔(在使用包括两个或更多塔的系统的情况下，通常来自低压塔)。例如，从较高压力的塔(例如，从双塔系统的高压塔)在沸腾温度被减压而进入较低压力的塔(例如，进入低压塔)的液体流在逆流过冷器中被降温到非常接近与压力的较低等级对应的沸点温度。这实际上使由从较高到较低压力膨胀而产生的火花(flash)最小化。当液体氧在注入混合塔之前从低压塔被引导穿过逆流过冷器时，液体氧被相反地加温以变得非常接近在混合塔的(通常更高)压力下的沸点。在相反方向上，来自塔的处于露点温度的冷返回流在较低压力下被加温。因为这些流穿入主换热器，所以进入高压塔的加工空气同样变得更温；即，更接近露点温度。被预先液化的空气的比例被最小化。
[0029]然而，本发明的可运输封装体的冷箱(导管箱)除了逆流过冷器之外优选不再包含用于交换显热的其它换热器，尤其不包含主换热器。但是导管箱可以包含用于交换潜热的一个或多个换热器，例如包含用于冷却或加热分离塔的冷凝-蒸发器。可替换地，冷箱不包含除逆流过冷器之外的任何换热器。
[0030]在本发明的一个特定实施方式中，可运输封装体的冷箱包含粗氩塔，所述粗氩塔具有构造为冷凝-蒸发器的塔顶冷凝器。在这种情况下，冷箱应该被称为组合式导管与氩箱。
[0031]粗氩塔的结构可以是在文献EP 377117B2 = US 5019145所示的一体构件、或两个或更多构件，例如文献EP 628777B1 = US 5426946所示的两个构件。当结构是两个或更多构件时，优选所有构件容置在冷箱中。组合式导管与氩箱可以附加地容置精氩塔。
[0032]本发明也提供一种低温空气分离设备，所述低温空气分离设备具有:容置双塔的第一可运输设备部件，其中，双塔包括被设置成一个在另一个顶部之上的高压塔和低压塔；和第二冷箱，其是如权利要求1至5中任一所述的封装体的一部分，其中，第二冷箱的导管连接到双塔以及如果存在的话连接到氩系统。
[0033]在第一实施例中，第一可运输设备部件包封第一冷箱，双塔被容置在所述第一冷箱中。
[0034]在第二实施例中，第一设备部件包封没有冷箱(即，没有绝热壳体)的双塔。在这种情况下，完全预制在内部的双塔作为侧卧的大体圆筒形部件被运输到构建地点，并且在构建地点被赋予绝热壳体(冷箱)。
[0035]第二设备部件的冷箱将在此之后被称为“第二冷箱”。
[0036]所述设备还优选包括主换热器箱，即容置主换热器的另一冷箱。主换热器箱与第一和第二冷箱分开地制造并且运输到安装地点。
[0037]当氩将被生成并且第二冷箱没有构造为氩箱时，低温空气分离设备还可以包括第三冷箱，第三冷箱包含粗氩塔，所述粗氩塔具有构造为冷凝-蒸发器的塔顶冷凝器。第三冷箱也被称为氩箱并且与第一和第二冷箱以及与主换热器箱分开。
[0038]粗氩塔的结构可以是如文献EP 377117B2 = US 5019145所示的一体构件、或两个或更多构件，例如文献EP 628777B1 = US 5426946所示的两个构件。当结构是两个或更多构件时，所有构件被容置在第三冷箱中。第三冷箱可以附加地容置精氩塔。
[0039]粗氩塔的塔顶冷凝器的蒸发空间优选经由两相导管连接到低压塔，所述两相导管构造成使得不仅气体而且液体在低温空气分离设备的操作期间从塔顶冷凝器的蒸发空间流回到低压塔中。所讨论的导管可以穿过第二冷箱。
[0040]这可以被用于节省安装高度，否则需要这个高度以用于低压塔中的分配器和收集器。为了给填料塔最小化安装高度，来自氩系统的气体和液体在同一部位被注射。与在不同部位分开注射相比，节省一个分配器，从而节省共计大约一米的安装高度。这个实施例可以在运输长度尤其关键时提供优点，虽然这就过程工艺方面而言不那么有利。
[0041]本发明也提供如权利要求9和/或10限定的低温空气分离设备的制造方法，其中，使用如上所述的可运输封装体。净化单元被构造为例如分子筛吸附器。可替换地，空气也可以在可逆换热器(切换式换热器revex或再生器)中被净化；在这种情况下，净化单元和主换热器由同一装置形成。
[0042]本发明优选对于设计成回收大于每小时2000标准立方米、优选大于每小时9000标准立方米的氧产品和小于每小时35000标准立方米、优选小于每小时29000标准立方米的氧产品的空气分离设备是有用的。更具体地，氩可以被作为另一产品回收。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]现在将参考在附图中示意性示出的两个工作实施例更具体地阐明本发明和本发明的其它细节，其中
[0044]图1示出本发明的作为纯导管箱的第一工作实施例，并且
[0045]图2示出作为组合式导管与氩箱的第二工作实施例。
【具体实施方式】
[0046]在图中没有示出的是，大气空气在空气压缩机中被压缩并且在图1中的净化器中被净化。被净化的供给空气在主换热器中相对于产品流被降温到大约露点。在实施例中的主换热器由容置在相连冷箱(即，主换热器箱10)中的三个并联板型换热器模块2a、2b、2c构成。
[0047]总体而言，主换热器也可以由一个换热器模块构成、或可替换地由一个、两个、三个或更多换热器模块构成。这些换热器模块可以并联或根据其功能划分，例如被划分成高压交换器和低压交换器。
[0048]连接导管3将被冷却的空气供给到在此后将被称为导管箱的冷箱20中。在所述导管箱20内，空气在导管中并且可选的经由阀前进，并且经由线路被最终引导进入双塔5。可替换地，空气直接从主换热器箱10流入塔箱30 ;在那种情况下，导管箱12不包含针对气体性供给空气的线路。
[0049]双塔5被容置在另一冷箱30(即，塔箱)中。双塔的最终和中间产品经由(仅在附图中指出的)多条连接线路6被引导进入导管箱20，并且由导管箱被传送到下述类型的另一导管和/或设备部件，所述类型的另一导管和/或设备部件在低温空气分离设备中常见，诸如容置在导管箱中的阀或逆流过冷器。在这种工作实施例中，导管箱尤其包含以下零部件:
[0050]-液态空气线路7；
[0051]-逆流过冷器8;
[0052]-轴流式分离器9，液体在所述轴流式分离器处在膨胀涡轮的上游被分离；
[0053]-用于来自低压塔的气态氮的GAN线路11；
[0054]-用于来自低压塔的气态污氮的污氮线路12；
[0055]所述污氮线路12和GAN线路11 (如未在图中所示地)直接从导管箱20穿入主换热器箱10。
[0056]在图中还未直接示出的是从氩箱引导到塔箱的线路，所述线路的全部或基本全部同样被容置在导管箱中。这些线路包括:用于以液体形式流到精氩塔和粗氩塔的塔顶冷凝器的蒸发空间的流体的线路；以及用于由所述蒸发空间返回的气态的和可能液态的返回流的路线；还有氩传输线路，即用于粗氩塔的供给线路和从粗氩塔进入低压塔的返回线路。
[0057]导管箱还包含配置给塔箱并且在传统设备中将被容置在塔箱中的所有线路。
[0058]多条连接线路13和14(仅在附图中指出)分别将设备的返回流(产品流和/或残余流)从导管箱20引入主换热器箱10，以及在所述返回流在主换热器2a、2b、2c中已经被加温之后，使所述返回流排出主换热器10。
[0059]工作实施例通过将含氩流经由导管箱和线路15从双塔5引入已经构造为氩箱的另一冷箱40而附加地回收氩。所述氩箱40包含一件式用于氩-氧分离的粗氩塔41和用于氩-氮分离的精氩塔42，其中所述粗氩塔具有(未描绘的)塔顶冷凝器。
[0060]氩产品和氩回收过程残余馏分经由连接线路16 (仅在图中指出)被引导回到导管箱20中，而后还作为返回流15流到主换热器箱。
[0061]可替换地，也可以省略氩箱。
[0062]导管箱可以被完全预制；S卩，构建不约束可运输性的具有控制台的突伸遮罩(protruding shelter)。用于阀的所有驱动器可以在装运期间留待装配。可以装配这个以及任何仪器(包括发送器)，类似地从发送器到数字过程控制系统的输入/输出卡的数据线路。预制导管箱包括中央总线端子，通过中央总线端子，导管箱在安装地点中央地连接到过程控制系统。所有仪器化的空气线路和控制线路、线缆等等已经可在工厂中被以接通/连接。
[0063]完全预制的导管箱可以在仍位于工厂中时被预先测试。操作平台可以为了装运被重新封装。
[0064]箱10、20、30、40均可以具有其自身的结构工程。箱之间的连接(诸如，从一个箱引导到下一个箱的绝热材料包覆导管)可以被制造成柔性的或刚性的。除了各个箱自身的结构工程之外，箱的钢结构可以特意地连接到一起，以使得结构工程可通过静态耦接进一步改善，例如被也可以用作可移动板面的专用支承件进一步改善。
[0065]图2示出本发明的组合式导管与氩箱400的第二实施方式。除了图1中的导管箱20的部件之外，这个组合式箱400包含粗氩塔41，在具体实施例中不具有精氩塔。可替换地，精氩塔可附加地被容置在组合式导管与氩箱400中。对于其它方面，所述设备的结构与结合图1描述的结构相符合。
【权利要求】
1.一种用于低温空气分离设备的可运输封装体，所述低温空气分离设备包括用于冷却供给空气(I)的主换热器(2a，2b，2c)和用于分离被冷却的供给空气的双塔(5)，其中，双塔(5)包括被设置成一个在另一个之上的高压塔和低压塔， 其特征在于，可运输封装体包括冷箱(20，400)，所述冷箱的内部容置用于双塔(5)的配件而既不容置双塔也不容置主换热器，所述配件尤其是导管(7，11，12)和阀，其中，可运输封装体包括用于将导管连接到双塔以及主换热器的端子。
2.根据权利要求1所述的封装体，其特征在于，冷箱(20，400)不包含分离塔。
3.根据权利要求1或2所述的封装体，其特征在于，冷箱(20，400)包含逆流过冷器⑶。
4.根据权利要求3所述的封装体，其特征在于，冷箱(20，400)除了逆流过冷器(8)之外不再包含用于交换显热的其它换热器。
5.根据权利要求1至4中任一所述的封装体，其特征在于，冷箱(400)包含粗氩塔(41)，所述粗氩塔具有被构造为冷凝-蒸发器的塔顶冷凝器。
6.一种低温空气分离设备，具有 容置双塔(5)的第一可运输设备部件(30)，其中，双塔(5)包括被设置成一个在另一个顶部之上的高压塔和低压塔，和 第二可运输设备部件(20，400)，其被构造为如权利要求1至5中任一所述的封装体， 其中，第二设备部件(20，400)的导管(7，11，12)连接到双塔(5)。
7.如权利要求6所述的低温空气分离设备，所述低温空气分离设备具有第三冷箱(40)，所述第三冷箱包含具有塔顶冷凝器的粗氩塔(41)，所述塔顶冷凝器被构造为冷凝-蒸发器。
8.如权利要求7所述的低温空气分离设备，其中，塔顶冷凝器的蒸发空间经由两相导管连接到低压塔，所述两相导管构造为使得在低温空气分离设备的操作期间不仅气体而且液体从塔顶冷凝器的蒸发空间流回低压塔中。
9.一种用于制造如权利要求6或7任一所述的低温空气分离设备的方法，所述方法包括以下步骤: 制造第一可运输设备部件(30)作为可运输封装体并且将其运输到安装地点， 制造第二可运输设备部件(20)作为如权利要求1至5中任一所述的可运输封装体并且将其运输到安装地点， 在安装地点将第二可运输设备部件(20)的导管连接到第一可运输设备部件(30)的双塔(5)，以及 在安装地点将双塔(5)连接到用于压缩供给空气的空气压缩机、用于被压缩的供给空气的净化单元以及用于冷却被净化的供给空气(I)的主换热器(2a，2b，2c)。
10.如权利要求9所述的方法，还包括以下步骤:制造第三冷箱(40)作为可运输封装体并且将其运输到安装地点，其中，第三冷箱(40)包含导管端子和粗氩塔(41)，所述粗氩塔具有被构造为冷凝-蒸发器的塔顶冷凝器，以及 在安装地点将第三冷箱(40)的至少一些导管端子连接到第二冷箱(20)的导管。
【文档编号】F25J3/04GK104272046SQ201380022149
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2013年4月9日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】S·洛赫纳, A·兰普 申请人:林德股份公司