专利名称：利用天然气制冷对空气流进行冷压缩的系统的制作方法
利用天然气制冷对空气流进行冷压缩的系统
背景技术：
在本领域中已知，采用多压缩级对气体进行压缩，以便能
对压缩级之间的气体进行冷却，这可减少压缩气体所需功率。最终，
;'一种;衡，但是取决于讨论中的压缩负荷及功率对投资"相-成本， 压缩级的最佳数目通常是几个。这在压缩要供给至典型尺寸的深冷空
气分离装置("ASU")的空气流的情况下尤其是这样，在该空气分离 装置中，空气流被分离成一种或一种以上的产物流，典型地至少包括 至少一个氮产物以及氧产物，通常还包括氩产物，偶尔还有氪产物和 氙产物。节能与级间冷却温度成比例在该领域也已为人所知。特别 地，在压缩级间用制冷剂(如液化天然气("LNG，，))冷却至低于环 境的温度比用常规冷却水作制冷剂冷却至环境温度要产生更大的节 能。同样，最终当节能与冷却级间气体至越来越低的温度所需额外制 冷的投资成本相抵消时达到一种平衡。通常，这种平衡不能证明使用 比环境温度冷却水更冷的东西是合理的。然而，有一个显著的例外， 即空气分离装置位于液化天然气终端的附近的情形。在这样的情况下， 天然气的成本通常低得不但足以证明使用液化天然气是合理的，而且 还足以证明冷却级间空气流至刚超过该空气流中所含污染物(尤其是 水和二氧化碳)冰点的温度所需的液化天然气量是合理的。
〖0003]如本文中所用的(及通常工业中所称的)，"冷压缩(cold compression)"应意指气体压缩，并且该气体在压缩机级的进气道中 具有低于环境的温度。(与这个术语相对是"热压缩"，该热压缩是 用于气体压缩的工业术语，并且该气体在压缩机级的进气道中具有接 近环境的温度或高于环境温度)。也如本文所用的，"天然气制冷" 应意指(i)以液化天然气形式的制冷或(ii)以冷(即，低于环境的 温度，尤其是远远低于环境的温度)天然气形式制冷，尤其是指由已 被蒸发但只有部分被加热的液化天然气所产生的冷天然气，例如，冷
天然气处于-2ot:至-i20"C的温度，优选地，-4ot;至-ioot:。
本发明涉及一种系统，该系统利用天然气制冷对空气流进 行冷压缩，尤其是随后要被供给空气分离装置的空气流。本领域教导 了这样的一种系统.例如参见发明人为Ishizu的日本专利申请 53-124188 (下面称"Ishizu")的图l和发明人为Perrot in等人的美 国专利3886758 (下面称"Perrotin"),Ishizu提到一种现有技术的深冷空气分离方法(见图l)， 在该方法中，在空气分离装置的湿供给空气的压缩过程中用液化天然 气提供级间冷却，该空气分离装置结合有蒸馏塔系统。Ishizu还教导， 通过将液化天然气用于除去已经冷却至-150TC的干供给空气压缩所产 生的热量，取代用于级间冷却，这样可避免该方法中在级间冷却过程 中产生湿气和二氧化碳结冰的问题(见图2)。液化天然气将被压缩空 气冷却降回至-150iC,得到的被压缩空气随后在供给蒸馏塔系统之前 被冷却至大约-1701C,Perrotin />开了 一种深冷空气分离方法，在该方法中， 利用液化天然气为来自蒸馏塔系统的被压缩氮产物流提供冷凝负荷， 以为该蒸馏塔系统提供回流。可选择地，液化天然气还可用于供给空 气压缩过程中的已干燥空气的级间冷却.该技术领域还教导用液化天然气冷却在最后压缩级之后的 空气流(下面称，"最终的被压缩空气流").例如参见发明人为Ogata 等人的美国专利4192662 (下面称"Ogata")和发明人为Ward的美国 专利申请2005/0126220 (下面称"Ward")。0gata ^>开了 一种深冷空气分离方法，在该方法中，用液 化天然气冷却循环的氮产物流，藉此该流体可在冷下得到压缩，并在 精馏塔中膨胀以蒸发氧.在一个示例性的方法中，液化天然气还被用 于为封闭的氟里昂循环提供制冷负荷，该氟里昂循环继而又为最终的 被压缩空气流提供制冷负荷.
Ward公开了一种通过增加可凝缩气体来调节液化天然气总 供热量的方法，藉此那种可凝缩气体的至少一部分通过液化天然气被 冷凝，产生了混合冷凝物，该混合冷凝物随后通过与热传递介质的热 交换得到蒸发。该热传递介质可用作例如调节空气供给或与深冷空气 分离相关的其它工艺流体或冷却冷凝气体的冷却剂.在示例性方法中， 水和/或乙二醇用作热传递介质，且其部分用于冷却最终的被压缩空气 流和^L压缩氮产物。在Ogata和Ward中的 一个显著特征是用中间冷却介质 ("ICM")将制冷从液化天然气传至最终的被压缩空气流。特别地， 中间冷却介质在第一热交换器中通过与液化天然气的间接热交换得到 冷却，产生的被冷却中间冷却介质用于在第二热交换器中通过间接热 交换冷却最终的被压缩空气流。依照这样，Ogata和Ward就会避免发生 这样一种情形，即用于冷却最终的被压缩空气流的热交换器中的泄漏 导致天然气进入蒸馏塔。然而，还需注意的是Ogata和Ward都没有教导 用被冷却的中间冷却介质在空气流的冷压缩级之间冷却该空气流，而 这种冷却是有益的。最后，该技术领域还教导在氮气的冷压缩过程中将冷天然 气用于级间冷却.例如，发明人为Agrawal等人的美国专利S141M3提 到一种现有技术用于液化来自深冷空气分离的氮产物流的方法，在该 方法中利用封闭的氟里昂循环冷压缩该氮产物流，以提供级间冷却， 而液化天然气则为氟里昂循环提供制冷负荷。另外，液化天然气为最 终的被压缩空气流冷却提供制冷。需注意的是Agrawal没有教导用现有 技术的被冷却的氟里昂为供给空气分离装置的空气流的冷压缩提供级 间冷却，而这种冷却是有益的。
发明内容
本发明为通过多个压缩级压缩空气流的方法，该方法在至 少两个连续压缩级间利用源自液化和/或冷天然气的制冷来冷却空气 流至低于环境的温度，为了减少天然气泄漏到空气流中的可能性，利 用中间冷却介质将制冷从天然气传给级间空气流.在本发明的一个实 施例中，压缩空气流被供给至深冷空气分离装置，该深冷空气分离装 置包括基于液化天然气的液化器装置，通过用取自该液化器装置的冷天然气作为冷却该中间冷却介质的天然气流，从而将该液化器装置协 作地并入到该方法中。
图2为描绘本发明第二个实施例的原理图。
具体实施例方式根据本发明的一个方面，本发明提供一种压缩空气流的方 法，该方法包括
通过与包含天然气的制冷剂流进行间接热交换来冷却中间冷却介 质("ICM")流；
利用多个压缩级来压缩所述空气流；及
通过与所述中间冷却介质流的间接热交换，在所述多个压缩级的
至少两级之间将所述空气流冷却至低于环境的温度。根据本发明的笫二方面，本发明提供一种设备，该设备包
括
压缩机，所述压缩机以多个压缩级对空气流进行压缩，该多个压 缩级包括初级、至少一个中间级、和末级；多个热交换器，所述多个热交换器依靠中间冷却介质流冷却空气 流，该多个热交换器中的至少 一个在初级与该至少 一个中间级之间冷 却该空气流，以及该多个热交换器中的至少一个在该至少一个中间级
与末级之间冷却该空气流；
空气分离装置，所述空气分离装置将空气流分离成至少一个氮产 物流和至少一个氧产物流；及
液化器，用于通过与天然气流的热交换来液化该至少一个氮产物
流；
其中，中间冷却介质流通过与至少一部分天然气流的热交换而被 冷却.当多个压缩级包括初级、 一个或多个中间级、和末级时， 优选的是空气流在该一个或多个中间级的每一级之间通过与中间冷却 介质流的间接热交换而被冷却至低于环境的温度，空气流也能在压缩初级之前和/或压缩末级之后通过与中
间冷却介质流的间接热交换而被冷却至低于环境的温度.当空气流在冷却或压缩步骤之前含有水和二氧化碳时，该
低于环境的温度应低得足以使该水的至少一部分能凝结。该制冷剂流可包括液化天然气和/或非液化天然气.通常地，中间冷却介质流在存在氧时不可燃，优选地，该 中间冷却介质流是冰点温度低于水的冰点的液体，尤其是乙烯乙二醇 和水的混合物。可选地，可以使用与水混合不爆炸的制冷剂流，例如 经挑选的氟化烃或其混合物。优选地，中间冷却介质依靠制冷剂流的冷却处于液态中， 使得可以用泵循环该流体。然而，中间冷却介质可依靠向该空气压缩 过程提供制冷而得到蒸发，在这种情况下该中间冷却介质通常会依靠 制冷剂流进行冷凝。使用经制冷剂流冷却后的气态冷却介质是没什么 好处的，因为循环该流体需要耗费压缩机的功率.用空气分离装置，尤其是深冷(cryogenic)的空气分离 装置，可将所供给的压缩空气分离以提供至少一个氮产物流和氧产物 流.通常，在压缩之后分离之前，至少一部分二氧化碳和至少一部分 任何残留水要从空气流中除去；和/或在压缩之后分离之前，该被压缩 空气流通过与至少一个氮产物流的间接热交换而被冷却至深冷温度(cryogenic temperature ),通过与制冷剂流的热交换可将氮产物流 液化，经过所述热交换之后，用制冷剂流的至少一部分冷却该中间冷 却介质流。该氮产物流还可通过与没有用于冷却的中间冷却介质流的 一部分制冷剂流的热交换得到冷却。现在参考图l，空气流100在空气压缩机3的初级3a中受到 压缩，该压缩机包括由初级3a、中间级3b和末级3c构成的多个连续的 级，级间空气流102和104分别经来自天然气流166的制冷作用被冷却至 低于环境温度，根据本发明，使用中间冷却介质("ICM")来帮助天 然气流166与级间空气流102和104之间的热交换。中间冷却介质的目的是避免使用单个热交换器来帮助天然 气流166与一个或一个以上的级间空气流102和104之间的热交换。特别
地，这避免了发生这样的情形，即，单个热交换器的缺陷会导致天然 气先泄漏到级间空气流中，最终进入蒸馏塔系统，并易于与蒸馏塔系 统内产生的氧聚集，产生氧气和天然气的潜在爆炸性混合物。特别地， 如果是在包括高压塔和低压塔的典型的双塔系统中，天然气则易于沿 低压塔向下移动，并累积在液态氧中，该液态氧聚集在低压塔的底部. 相应地，本发明所用的中间冷却介质可以是与氧组合时形成无害混合 物(即，非爆炸物)的任何制冷剂。这样制冷剂的一个例子是乙烯乙 二醇和水的混合物。在图l中，中间冷却介质在闭合回路循环4中循环。特别地， 中间冷却介质流186在热交换器188中与液化天然气流166进行间接热
质流170。为了 尔补闭合回路"环4中的:常压力损失，被冷却的中间 冷却介质流l70在泵l71中被泵送以产生中间冷却介质流l72，该中间冷 却介质流172被分成中间冷却介质流175和176。级间空气流102在热交 换器4b中通过与中间冷却介质流176的间接热交流而被冷却至低于环 境的温度，所得到的被冷却空气流103在空气压缩机3的中间级3b中被 压缩。类似地，级间空气流104在热交换器4c中通过与中间冷却介质流 175的间接热交流而被冷却至低于环境的温度，所得到的被冷却空气流105在空气压缩机3的中间级3c中被压缩，产生的被加热的中间冷却介 质流181和182汇合成中间冷却介质流186以完成该闭合回路，技术人员 将会理解在泵171中对中间冷却介质流的泵送或者可在该中间冷却介 质流在热交换器4b中受到冷却之前进行.最终的被压缩空气流106在热交换器4d中通过与冷却水流 190的间接热交换被冷却至近似环境温度。产生的被加热的冷却水作为 流192被排出，而得到的被冷却空气流作为流107被排出。由于在热交 换器4b、 4c和4d中的热交换，包含在空气流100中一部分水受到冷凝后 分别作为流195、 196和197被冷凝出来，流107供给至吸收装置108以除 去该流中的二氧化碳和残留水成份。得到的空气流110然后被供给至空 气分离装置l，该空气分离装置包括主热交换器112和蒸馏塔系统120。空气流110在主热交换器112中被冷却至深冷温度，产生的 空气流114被供给蒸馏塔系统120，该系统包括具有顶部和底部的高压 塔116、具有顶部和底部的低压塔118和将该高低压塔热连接的再沸腾 冷凝器117，在该蒸馏塔系统中空气流被分离成笫一氮产物流130 (从 高压塔116的顶部排出)、第二氮产物流140(从低压塔118的顶部排出) 和氧产物流125 (从低压塔118的底部排出)。氮产物流130和140用于 通过在主热交换器112中进行的间接热交换将冷却空气流110至深冷温 度。所产生的被加热的氮产物流作为流132和142被从空气分离装置1中 提取出。图2与图1相似，不同之处在于，为了将氮产物流132和142 和/或氧产物流125制成液体产物，该方法进一步包括利用液化天然气 流260提供的制冷来液化氮产物流132和142。特别地，氮产物流132和 142被供入液化器装置2中，该液化器装置包括冷端部(根据液化器装 置2在图2中的朝向，其为液化器装置2的底部)、与该冷端部相反的热 端部、邻近该冷端部的冷区、邻近该热端部的热区、和位于该冷区和 该热区之间的中间区。液态天然气流260被供至液化器装置2的冷端部， 而氮产物流则被供至液化器装置2的热端部。氮产物流132和142在作为 流250和252从液化器装置2的冷端部提取出之前在液化器装置2中受到 冷压缩和液化。液态天然气流260通过与氮产物流132和142的间接热交 换而在液化器装置2的冷区中被蒸发及被部分地加热。液化的氮产物流的初始部分250从液化器装置2的冷端部排出并作为液体氮产物流被回收。同时为了帮助氧产物流125的至少一部 分作为液态氧产物流的回收，氮产物流的剩余部分252从冷端部排出并 返回至蒸馏塔系统，特别地，该剩余部分的初始部分经过阀254减压后 再返回至高压塔116,而该剩余部分的其余部分经过阀256减压后再返 回至低压塔118。可选择地，如果想要的液态产物只是液态氮，可将流 252汇入流250中，而如果想要的液态产物只是液态氧，可将流250汇入 流252中。应当注意的是本发明不受流252在空气分离装置中使用方式 的限制。例如，流252可被蒸发以向空气分离装置中的工艺流提供制冷。在作为流264从液化器的热端部提取出之前，液化天然气流 260的初始部分先在液化器装置2的冷端部被蒸发和被部分地加热，然 后在液化器装置2的热区通过与氮产物流132和142的进一步间接热交 换被进一步加热。在液化器装置2的冷端部被蒸发和部分加热的液化天 然气流260的剩余部分作为冷天然气流被从液化器装置2的中间区提取 出，并被用作制冷剂流166来冷却热交换器188中的中间冷却介质。流 166的温度通常为-201C到-l20iC,最优选地是-40TC至-ioor;。来自热 交换器188的被加热天然气流168与来自液化器装置2的被加热天然气 流264组合形成流270。如图2所示，这个实施例的一个独特的特征是上面所写明的 将从液化器装置2中提取出的冷天然气流用作制冷剂流166去冷却热交 换器188中的中间冷却介质.这个特征产生了下列综合效应本发明的冷压缩方案能够用液化天然气的"低温"制冷作 为制冷源(即，按图l)或用冷天然气的相对"高温"制冷作为制冷源 (即，按目前的图2);及从液化器装置2中提取出冷天然气流证实了向液化器装置2
加入额外数量的液化天然气的合理性.特别地， 一定数量的液化天然 气的制冷负荷等于所提取的冷天然气的制冷负荷.这容许在液化器装 置2中进行更高程度的冷压缩(即，因为液化天然气的制冷温度低于它 所代替的冷天然气的温度)，这继而导致液化器装置2中的节能,实际上，本发明的冷压缩方案作为从液化器装置2提取的冷 天然气的丰富"热沉"的能力能够节省该液化器中的能耗.本文所包 含的例子说明了可由图2所示的本发明的实施例获得的节能.这个实施例的另一个显著特征是中间冷却介质的封闭回路循环4也用来冷却压缩初级3a之前的空气流100和最终的被压缩空气流 106.特别地，空气流100在热交换器4a中通过与中间冷却介质流377的 间接热交换被冷却至低于环境的温度，产生的被冷却空气流301在压缩 机3的第一级3a中被压缩。产生的被加热中间冷却介质流383被组合入 中间冷却介质流186。类似地，取代用冷却水冷却最终的被压缩空气流 106，最终的被压缩空气流106在热交换器4d中通过与中间冷却介质流 374的间接热交换而被冷却至低于环境的温度，产生的已冷却空气流 107在热交换器4d处被供给至吸收装置108，所产生的凝结水作为流197 被排出。产生的被加热的中间冷却介质流38O被混入中间冷却介质流 186。如上面讨论的，还用中间冷却介质的封闭回路循环4冷却空 气流100和106产生了额外的益处。首先，它至少由于涉及在压缩初级 3a之前冷却空气流100至低于环境的温度，这取得了与冷压缩级间空气 流103和104相同的效益。第二，它为从液化器装置2中提取出的冷天然 气流166提供一个额外的热沉，继而其进一步增加了液化器装置2中的 节能.最后，它排除了该方法对冷却水的需要以及所涉及的冷却水塔 (即，用于通过与环境空气的热交换冷却被加热的冷却水，使之降至 环境温度)的投资成本.图2中的剩余特征与图1中的相同，并用相同的附图标记标 出。尽管在图2中没有示出，但是技术人员会理解热交换器"、4b、化 和4d中的一个或多个可以合并成单个热交换器，可选择地，可连同热 交换器188—起合并。类似地，技术人员会理解闭合的中间冷却介质回
中的其;流体(例如供给至液化器装置i端';的氮;，可选择地:该
冷却可在为热交换器4a、 4b、 4c、 4d和188合并而成的同一单个热交换 器中进行。最后，技术人员会理解，为了处理液化器的起动和关闭情 况，图2中的热交换器可设计成蒸发和部分地加热供入液化器装置2中 的液化天然气260的小部分。下面的例子说明可通过本发明实现的节能。
例子该例子所提供的方法之一是用液化天然气的"低温制冷" 作为冷却中间冷却介质的制冷源。在这个方法中，流166由未用过的液化天然气供应量的一部分构成。这些不同的方法可在每日生产1000吨具有相同比例的混合 液态氧和液态氮的基础上进行模拟。对于这些模拟，用于"低温中间 冷却介质冷却"的液化天然气供应品的温度假定为-153"C，用于"高 温中间冷却介质冷却"冷天然气流的温度假定为-73iC ,这些模拟显示， 在液化天然气的总需求量从每日1480吨增至2280吨的代价下，使用液 化天然气的"低温制冷"作为冷却中间冷却介质的制冷源将所需空气 压缩功率从7. 32兆瓦降至6. 96兆瓦'这些模拟进一步显示，在液化天 然气的总需求量从每日1480吨增至2140吨的代价下，使用冷天然气的 相对"高温"制冷作为冷却中间冷却介质的冷源不但将所需空气压缩 功率从7."兆瓦降至6. 96兆瓦，而且还将液化器装置2中所需的氮压缩 功率从4. 82兆瓦降至3. 54兆瓦，应注意的是，虽然在"低温中间冷却介质冷却"方法中去 掉的液化器牺牲了通过在图2所示的"高温中间冷却介质冷却"方法中 并入液化器可获得的节能，但一种去掉的液化器可以提供的优势是当 液化器装置2不工作时可连续使用空气分离装置1。当空气分离装置l先 于液化器装置2起动，或当希望停止来自液化器装置2的液态氮的净产 量，同时要继续生产液态氧或来自空气分离装置l的任何其它产物的时 候，这种情况就能发生。本发明的各个方面和实施例包括#1. —种压缩空气流的方法包括
通过与包含天然气的制冷剂流进行间接热交换来冷却中间冷却介 质("ICM")流；
利用多个压缩级来压缩所述空气流；及通过与所述中间冷却介质流的间接热交换，在所述多个压缩级的 至少两级之间将所述空气流冷却至低于环境的温度。#2.根据#1中的方法，其中，所迷多个压缩级包括初级、一 个或多个中间级以及末级，其中，冷却所述空气流包括通过与所述中 间冷却介质流的间接热交换在所述一个或多个中间级的每一级之间冷 却所述空气流至低于环境的温度。#3.根据#2的方法，其中，所述空气流在所述初级之前通 过与所述中间冷却介质流的间接热交换被冷却至低于环境的温度。#4.根据#2或#3的方法，其中，所述空气流在所述压缩末 级之后通过与中间冷却介质流的间接热交换被冷却至低于环境的温 度。#5.根据#1至#4中任一个的方法，其中，所述空气流在冷 却或压缩步骤之前含有水，所述低于环境的温度要低得足以使至少一 部分所述水能凝结。#6.根据#1至#5中任一个的方法，其中，制冷剂流包括液化 天然气。#7.根据#1至#6中任一个的方法，其中，制冷剂流包括非 液化天然气。#8.才艮据#1至#7中任一个的方法，其中，中间冷却介质流 包括在存在氧时不可燃的制冷剂。#9.根据#8的方法，其中，中间冷却介质流包括乙二醇和 水的混合物.#10.根据#1至#9中任一个的方法，进一步包括利用空气分 离装置将所述空气流分离成氧产物流和至少一个氮产物流。
0059]#11.才艮据#10的方法，进一步包括在压缩空气流之后和分 离空气流之前通过与至少一个氮产物流的间接热交换将空气流冷却至 深冷温度。#12.根据#10或#11的方法，进一步包括 在液化器装置中通过与制冷剂流的热交换冷却该至少一个氮产物 流；及
用与至少一个氮产物流热交换后的制冷剂流的至少一部分来冷却 中间冷却介质流。
#13.根据#12的方法，进一步包括通过与没有用于冷却中
间冷却介质流的一部分制冷剂流进行热交换来冷却该至少一个氮产物 流。#14. —种#12或#13的方法包^~:
通过与包含天然气的制冷剂流进行间接热交换来冷却中间冷却介 质流；
在多个压缩级中压缩空气流；
通过与中间冷却介质流的间接热交换在多个压缩级的至少两级之
间冷却空气流至低于环境的温度；
在冷却和压缩步骤之后，在空气分离装置中将空气流分离成氧产 物流和至少一个氮产物流；
在液化器中通过与制冷剂流进行热交换来冷却该至少一个氮产物 流；及
将与该至少一个氮产物流热交换后的制冷剂流的至少一部分排 出，并将该至少一部分制冷剂流用于冷却中间冷却介质流的步骤。#15.才艮据#12至#14中任一个的方法，进一步包括在冷却至 少一个氮产物流的步骤之后将该至少一个氮产物流中的一个从液化器 中返回到空气分离装置。#16.根据#10至#15中任一个的方法，进一步包括在压缩空 气流之后和分离该空气流之前从该空气流中除去至少一部分二氧化碳 和至少一部分任何残留水。 #17. —种设备，包括
压缩机，所述压缩机以多个压缩级对空气流进4亍压缩，该多级包 括初级、至少一个中间级、和末级；
第一热交换器，用于在所述初级和至少一个中间级之间依靠中间 冷却介质流冷却所述空气流；
第二热交换器，用于在至少 一 个中间级和末级之间依靠中间冷却 介质流冷却空气流；
空气分离装置，用于将空气流分离成至少一个氮产物流和至少一 个氧产物流；及
液化器，用于通过与天然气流的热交换液化至少一个氮产物流；
其中，中间冷却介质流通过与至少一部分天然气流进行热交换而受到冷却，#18.根据#17的设备，其中，具有一个以上的中间级，该 设备包括相应的热交换器，用于在每一个中间级之间冷却空气流。 #19.根据#17或#18的设备，其中，在至少一个氮产物流 通过与天然气流的热交换而被液化后，该至少一个氮产物流中的至少 一个被返回至空气分离装置。#20.根据#17至#19中任一个的设备，包括用于在初级之前 依靠中间冷却介质冷却空气流的热交换器。#21.才艮据#17至#20中任一个的设备，包括用于在末级之后 依靠中间冷却介质冷却空气流的热交换器.
权利要求
1. 一种压缩空气流的方法，包括通过与包含天然气的制冷剂流进行间接热交换来冷却中间冷却介质流；利用多个压缩级来压缩所述空气流；及通过与所述中间冷却介质流的间接热交换，在所述多个压缩级的至少两级之间将所述空气流冷却至低于环境的温度。
2. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述多个压缩级包括初级、 一个或多个中间级以及末级，其中，冷却所述空气流包括通过与所述 中间冷却介质流的间接热交换在所述一个或多个中间级的每一级之间 冷却所述空气流至低于环境的温度。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述空气流在所述初级之 前通过与所述中间冷却介质流的间接热交换被冷却至低于环境的温 度。
4. 根据权利要求2所述的方法，其中，所述空气流在所述压缩末 度' 一 0 ', b,、、、、、 、
5. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述空气流在冷却或压缩 步骤之前含有水，所述低于环境的温度要低得足以使至少一部分所述 水能凝结，
6. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述制冷剂流包括液化天然气。
7. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述制冷剂流包括非液化 天然气。
8. 根据权利要求l所述的方法，进一步包括利用空气分离装置将 所述空气流分离成氧产物流和至少一个氮产物流。
9. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述中间冷却介质流包括 在存在氧时不可燃的制冷剂。
10. 根据权利要求l所述的方法，其中，所述中间冷却介质流包括 乙烯乙二醇和水的混合物。
11. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括在压缩所述空气流之 后和分离该空气流之前从该空气流中除去至少 一部分二氧化碳和至少一部分任何残留水。
12. 根据权利要求8所述的方法，进一步包括在压缩所述空气流之 后和分离所述空气流之前通过与该至少一个氮产物流的间接热交换将 所述空气流冷却至深冷温度。
13. 根据权利要求12所述的方法，进一步包括 在液化器装置中通过与所述制冷剂流的热交换来冷却所述至少一个氮产物流；及用与所述至少 一 个氮产物流热交换后的所迷制冷剂流的至少 一 部 分来冷却所述中间冷却介质流.
14. 根据权利要求13所迷的方法，进一步包括通过与没有用于冷 却所述中间冷却介质流的一部分所述制冷剂流进行热交换来冷却所述 至少一个氮产物流。
15. —种压缩供给至空气分离装置的空气流的方法，包括 通过与包含天然气的制冷刑流进行间接热交换来冷却中间冷却介质流；在多个压缩级中压缩所述空气流；通过与所述中间冷却介质流的间接热交换，在所述多个压缩级的至少两级之间冷却所迷空气流至低于环境的温度；在所迷冷却和压缩步骤之后，在所述空气分离装置中将所述空气 流分离成氧产物流和至少一个氮产物流；在液化器中通过与所述制冷剂流进行热交换来冷却所述至少一个 氮产物流；及将与所述至少 一个氮产物流热交换后的所述制冷剂流的至少 一部 分排出，并将该制冷剂流的该至少 一部分用于冷却中间冷却介质流的 步骤.
16. 根据权利要求15所述的方法，进一步包括在冷却所述至少一 个氮产物流的步骤之后将该至少一个氮产物流中的一个从所述液化器 返回到所述空气分离装置，
17. —种设备，包括压缩机，所述压缩机以多个压缩级对空气流进4亍压缩，该多个压 缩级包括初级、至少一个中间级、以及末级；第 一热交换器，用于在所述初级和至少 一个中间级之间依靠中间冷却介质流冷却所述空气流；第二热交换器，用于在所述至少 一个中间级和所述末级之间依靠 所述中间冷却介质流冷却所述空气流；空气分离装置，用于将所述空气流分离成至少一个氮产物流和至 少一个氧产物流；及液化器，用于通过与天然气流进行热交换来液化所述至少一个氮 产物流；其中，所述中间冷却介质流通过与至少一部分所述天然气流进行 热交换而受到冷却。
18. 根据权利要求17所述的设备，其中，有一个以上的中间级， 并且，该设备包括相应的热交换器，用于在每一个所述中间级之间冷 却所述的空气流。
19. 根据权利要求17所述的设备，其中，在所述至少一个氮产物 流通过与所述天然气流的热交换而被液化后，该至少一个氮产物流中 的至少一个被返回至所述空气分离装置。
20. 根据权利要求17所述的设备，包括用于在所述初级之前依靠 所述中间冷却介质冷却所述空气流的热交换器。
21. 根据权利要求17所述的设备，包括用于在所述末级之后依靠 所迷中间冷却介质冷却所述空气流的热交换器。
全文摘要
本发明涉及一种利用天然气制冷对空气流进行冷压缩的系统。空气流受到多级压缩，源自含有天然气的制冷剂的制冷被用于级间冷却。通过使用中间冷却介质将制冷从制冷剂传给级间空气流减少了天然气泄漏进入该空气流的可能性。被压缩空气流可供给一种深冷空气分离装置，该空气分离装置包括基于液化天然气的液化器装置，从该液化器装置中提取出用作所述制冷剂的冷天然气流。
文档编号F25J3/04GK101413750SQ20081016905
公开日2009年4月22日 申请日期2008年10月20日 优先权日2007年10月19日
发明者D·M·赫伦, D·P·迪, J·S·蔡 申请人:气体产品与化学公司