生产至少一种空气产品的方法、空分设备、产生电能的方法和装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及根据独立权利要求的前序部分的生产至少一种空气产品的方法、空气 分离设备W及产生电能的方法和装置。
【背景技术】
[0002] "冷凝蒸发器"是指使第一冷凝流体流与第二蒸发流体流发生间接热交换的热交 换器。各种冷凝蒸发器均具有分别由液化通道和蒸发通道组成的液化室和蒸发室。第一流 体流在液化室内冷凝（液化），第二流体流在蒸发室内蒸发。蒸发室和液化室由相互之间存 在热交换关系的通道组形成。冷凝蒸发器的蒸发室可构造成浴蒸发器度adverdampfer)、降 膜蒸发器或强制流蒸发器。
[0003] 在低压塔塔底蒸发器中，低压塔的塔底液体在蒸发室内至少部分蒸发。在低压塔 中间蒸发器中，低压塔的中间液体在蒸发室内至少部分蒸发。
[0004] 现有技术
[0005] 前述类型的方法及包含S塔的相应装置是已知的。
[0006] 在已知的产生电能的方法中，例如已知的富氧燃烧方法及所谓的整体煤 气化联合循环（IntegratedGasificationCombined切cle，IGCC)，需要使用氧 或氧富集气体混合物，例如用于实现燃烧或部分氧化。可采用例如披露于Hausen/ Linde,Tieftemperaturtechnik, 2.AufIage1985,Kapitel4 化ausen/Linde，低溫技术， 1985年第2版，第4章，第281至337页）的低溫空气分离方法及装置来提供氧或相应的氧 富集气体混合物。
[0007] 在此类方法和装置（在此简称"空气分离设备"）中使用蒸馈塔系统，其例如可构 造成双塔系统，特别是经典Linde双塔系统，但也可构造成=塔或多塔系统。此外可设置用 于提取其他空气组分特别是氯、氣和/或氣等稀有气体的装置。
[0008] 产生电能的方法和装置应当针对大的负载范围及快的负载变化设计，从而能够吸 收因其他能源供货商可用或不可用而引发的功率波动。为之提供氧和/或相应的气体混合 物的空气分离设备还应实现在相应范围内灵活可变的运行模式。
[0009] 传统空气分离设备还受电网利用率及相应地变化程度剧烈的电价影响。
[0010] 在此情况下，可能的灵活度取决于空气分离设备的液化能力。可用液化能力越高， 则越多低价电可W液态空气产品的形式储存。然而，为产生电能的方法和装置进行供应的 空气分离设备仅具有低的液化能力，运是因为其被设计用于大量生产在环境溫度下由该空 气分离设备提取的气态氧及气态氮产品。相应设备的需冷量（KiU化bedarf)相对较低，因 此其也无法为了仅提供较大量的液态空气产品而提供足够的冷K别化men餐e)。 W11] 因此，在相应设备中可W安装分离的液化设备化IN液化器、LOX液化器或LAIR液 化器），并在液化阶段接入。通过将方法或设备的制冷能力（及因此相应的液化能力）设计 成高于实际所需量的气态氧及气态氮产品，也可W实现一定的灵活性。
[0012] 若将较大量的液态空气产品送入相应的空气分离设备，则可能明显高于所需量的 冷量可W进入该空气分离设备。在没有应对措施的情况下，运会导致热交换器内的各溫度 分布发生偏移，并且一股或多股由热交换器排出的流的溫度变得越来越低。自特定的极限 值起，便无法再确保空气分离设备的可靠运行。该问题可W通过使用发热装置如空气加 热型、蒸汽加热型、气体加热型、电加热型热交换器或W其他方式加热的热交换器而得到解 决。但此类解决方案尤其是出于能源方面的原因而被证明是不利的。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于提供前述类型的方法及相应的装置，其能耗变化范围大且在所 有相应运行模式下能耗较低。
[0014] 该目的是通过具有独立权利要求的特征的生产至少一种空气产品的方法、空气分 离设备W及产生电能的方法和装置实现的。优选的实施方案是各从属权利要求及下面描述 的主题。
[0015] 在阐述在本发明的范畴内可实现的优点之前，对在本申请中使用的若干术语加W 说明。
[0016] "空气分离设备"用任选经干燥和净化的空气为进料，其是借助"主空气压缩机"W 至少一股压缩空气流的形式提供的。如前所述，空气分离设备具有用于将空气分离成其物 理组分特别是氮和氧的蒸馈塔系统。如前所述，为此将空气冷却至接近其露点，并导入蒸馈 塔系统中。与此不同，纯"空气液化设备"或"液化装置"并不包括蒸馈塔系统。此外，空气 液化设备的结构可W对应于供应空气液化产品的空气分离设备的结构。当然，在空气分离 设备中还可W产生液态空气作为副产品。
[0017] "液态空气产品"是指任何可W至少通过对空气进行压缩、冷却及随后的膨胀从 而W低溫液体形式制成的产品。如前所述，其尤其是可W是液氧化〇讶、液氮化IN)、液氣 (LAR)或液态空气（LAIR)。在此，术语"液氧"和"液氮"还分别指氧含量和/或氮含量超 过大气空气的低溫液体。因此其不一定必须为具有高含量的氧和/或氮的纯液体。因此， 液氮不仅指纯氮或几乎纯的氮，还指氮含量超过大气空气的液化空气气体混合物。其氮含 量例如为至少90摩尔％，优选为至少99摩尔％。
[0018] "低溫（深冷）"液体或相应的流体、液态空气产品、流等是指其沸点远低于各自的 环境溫度且例如为200K或更低、尤其是220K或更低的液态介质。在上述意义上低溫介质 的例子是液态空气、液氧及液氮。
[0019] "热交换器"用于在至少两股彼此W逆流引导的流之间的间接传热，例如一股热的 压缩空气流和一股或多股冷流或者一股低溫液态空气产品和一股或多股热流。热交换器可 W由一个单独的热交换器区段形成或者由多个并联和/或串联的热交换器区段形成，例如 由一个或多个板式热交换器区块形成。热交换器，例如在空气分离设备中使用的特征在于 用其冷却或加热待冷却或待加热的流的主要部分的"主热交换器"，具有被构造成包含换热 面的彼此分离的流体通路的"通道"。相应的热交换器在运行时具有溫度不同的"热侧"和 "冷侧"。热交换器的"热侧"溫度是指待冷却的流被送入热交换器时的溫度。因为可能有 多股待冷却的流W不同溫度水平被送入热交换器，所W热侧溫度也可W设及其平均值或被 送入的待冷却的流的最低或最高溫度。
[0020] "压缩机"是将至少一股气态流由至少一种起始压力压缩到至少一种最终压力的 装置，该气态流在该起始压力下送入压缩机，该气态流在该最终压力下由压缩机系统排出。 压缩机在此形成一个结构单元，但是可W具有多个已知的活塞组件、螺杆组件和/或叶轮 组件和/或满轮组件（即轴流式或径流式压缩级）的形式的"压缩级"。运也适用于空气分 离设备的"主空气压缩机"，其特征在于，用其压缩被送入空气分离设备中的空气量的全部 或主要部分。运些压缩级尤其是利用共同的驱动装置例如利用共同的轴进行驱动。多个压 缩机例如空气分离设备的主压缩机和后压缩机可W彼此连接。"后压缩机（增压机）"用于 进一步提高已被加压的流的压力。"冷压缩机"的特征在于，可W在低溫下，尤其是在深冷状 态下，将相应的流送入其中。在此情况下，冷压缩机是依照现有技术设立的。
[0021] "膨胀满轮机"可W通过共同的轴连接至其他膨胀满轮机或能量转换器如油压 制动器、发电机或压缩机，用于使气态流或至少部分液态的流膨胀。膨胀满轮机尤其是 可W作为满轮膨胀机用于本发明。若压缩机由一个或多个膨胀满轮机驱动，但是在没有 外部的例如借助电动机供应的能量的情况下运行，则在此称作"满轮驱动"压缩机。满 轮驱动压缩机和膨胀满轮机的组件（配置）还称作"增压满轮机"。"加压氮满轮机 值ruckstickstoff化rbine)"或"PGAN满轮机"在本申请范畴内是指用于使在空气分离设备 中产生并且由蒸馈塔系统排出的氮富集的加压流膨胀的膨胀满轮机。然后膨胀的加压流例 如可W在主热交换器中加热，并排放至周围环境。被称作"中压满轮机"的膨胀满轮机专口 与包括高压塔、中压塔及低压塔的=塔系统结合使用。中压满轮机用于使通过主空气压缩 机压缩且任选在后压缩机中再压缩的压缩空气流在主热交换器中冷却后膨胀进入中压塔。 与此不同，"喷射满轮机巧inblaseturbine)"用于使通过主空气压缩机压缩且任选在后压 缩机中再压缩的压缩空气流在主热交换器中冷却后膨胀进入=塔或双塔