压缩空气的方法及其在空气分离方法中的应用以及使用所述方法的系统转让专利
申请号 : CN200880020956.0
文献号 : CN101688754A
文献日 : 2010-03-31
发明人 : P·A·登赫尔德 , H·J·范德普洛格
申请人 : 国际壳牌研究有限公司
摘要 :
本发明涉及一种压缩空气的方法和系统。该方法包括下列步骤：(i)在压缩机(13)中压缩空气(12)，(ii)冷却(16)在步骤(i)中得到的压缩空气，(iii)在压缩机中进一步压缩(19)步骤(ii)的空气，(iv)在增压压缩机中进一步压缩(24)在步骤(iii)中得到的压缩空气中的至少部分，其中，步骤(i)中的压缩机(13)是轴流式压缩机，步骤(i)和(iii)中的压缩机(13，19)公用的第一驱动器(15)驱动，增压压缩机(24)由单独的第二驱动器(26)驱动，并且步骤(i)和(iii)中的压缩机(13，19)被分成两个独立的壳体。
权利要求 :
1.一种压缩空气的方法，所述方法通过执行下述步骤完成：(i)在一压缩机中压缩空气，
(ii)冷却在步骤(i)中得到的压缩空气，
(iii)在一压缩机中进一步压缩步骤(ii)的空气，(iv)在增压压缩机中进一步压缩在步骤(iii)中得到的压缩空 气中的至少部分，其中，步骤(i)中的压缩机是轴流式压缩机，步骤(i)和(iii) 中的压缩机由公用的第一驱动器驱动，增压压缩机由单独的第二驱动 器驱动，并且步骤(ii)和(iii)中的压缩机被分成两个独立的壳体。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一驱动器是蒸汽轮 机。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述蒸汽轮机通过具有1.8 到11Mpa的进口压力的蒸汽进行操作。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其中步骤(iii)中 的压缩机是径流式或等温型压缩机，并且在压缩机和第一驱动器之间 存在齿轮箱。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述第二驱动 器是蒸汽轮机或电动机。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第二驱动器是电机驱 动器，并且在电机驱动器和增压压缩机之间存在齿轮箱。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的方法，其中步骤(i)中的 轴流式压缩机的容量为25000到40000t/d空气。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中压力在步骤(i) 中从环境压力增加至0.3到1.2MPa。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中压力在步骤(iii) 中增加至1到2MPa。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中压力在步骤(iv) 中增加至8到11MPa。
11.一种通过低温空气分离使氧气从空气中分离出的方法，其中 在根据权利要求1-10中任一项所述方法的步骤(iii)中得到的压缩空 气依靠在所述方法的步骤(iv)中得到的膨胀空气被冷却，并且氧气 通过蒸馏从冷却且压缩的空气中分离出。
12.一种用于压缩空气的系统，包括：
(a)轴流式压缩机，
(b)冷却装置，用于在使用中冷却在该轴流式压缩机中得到的压 缩空气，(c)径流式或等温型压缩机，用于在使用中进一步压缩在该轴流 式压缩机中得到的压缩并冷却的空气，和(d)增压压缩机，用于在使用中进一步压缩在该径流式或等温型 压缩机中得到的压缩空气中的至少部分，其中，该轴流式压缩机和该 径流式或等温型压缩机具有公用的第一驱动器，该轴流式压缩机和该 径流式或等温型压缩机被分成两个独立的壳体，并且该增压压缩机设 有与第一驱动器分开的第二驱动器。
13.根据权利要求12所述的系统，其中该第一驱动器是蒸汽轮 机。
14.根据权利要求12-13中任一项所述的系统，其中该第二驱动 器是蒸汽轮机或电动机。
15.根据权利要求14所述的系统，其中该第二驱动器是电机驱动 器，并且在电机驱动器和增压压缩机之间存在齿轮箱。
16.根据权利要求12-15中任一项所述的系统，其中该轴流式压 缩机(a)是源自大型工业用或航改燃气轮机的现有轴流式压缩机的改 进型轴流式压缩机，其中该大型工业用或航改燃气轮机压缩机部分的 级数被减少。
说明书 :
技术领域
本发明涉及一种压缩空气的方法及该方法用作空气分离方法的一 部分的应用。本发明还涉及将所述方法分别用于压缩空气和使氧气从 空气中分离出的系统。
背景技术
常常使用空气分离装置(ASU)中的空气分离来获得用于燃烧过 程的基本上纯净或浓化的空气流。这种燃烧可以是在所谓的富氧燃烧 法中采用的完全燃烧。该燃烧还可以是含碳燃料的部分燃烧从而得到 氢气和一氧化碳的混合物。后者的气体混合物(氢气和一氧化碳的混 合物)也被称为合成气并可在所谓的费-托合成法(Fischer-Tropsch synthesis)中用作原料来制备石蜡。该途径用于所谓的气体液化(GTL) 或煤炭液化(CTL)方法。这种方法在大规模应用时在经济上是令人 感兴趣的。合成气还可在整体联合循环过程(Integrated Combined Cycle process)或矿石直接还原过程中用作燃料。
下面两篇文献涉及空气分离和GTL：
Ramdohr，M.，“Optimize air compressor performance for GTL plants new mechanical advances enable compression solutions for evolving gas-to-liquids processes”，Hydrocarbon Processing，Gulf Publishing Co.Houston，US，vol.83，no.1January 2004(2004-1) pages 49-51(Ramdohr，M.的“气体液化厂的空气压缩机性能优化的 新机械进展使得能够实现用于进行气体液化方法的压缩方案”，烃加 工，Gulf出版公司，美国休斯顿，2004年1月第1期(2004-1)，第 49-51页)，和
Scharle W J et al.，“Oxygen facilities for synthetic fuel projects”， November 1981(1981-11)，transactions of the American Society of Mechanical Engineers，series B：Journal of Engineering for Industry， ASME.New York，US，pages 409-417(Scharle W J等的“合成燃料工 程的制氧设备”，美国机械工程师学会学报，B系列：工业工程师期刊， 美国纽约ASME.，1981年11月(1981-11)，第409-417页)。
EP-A-757217涉及一种空气分离方法。在该方法中，空气在主空 气压缩机(MAC)中被压缩至5到6巴的压力。压缩空气在一系列所 谓的增压压缩机(BAC)中进一步增压至49巴的压力。压缩空气中 的一部分的压力释放并且利用低温来冷却压缩空气的剩余部分。冷却 并压缩的空气随后被蒸馏并且使氧气从其他空气成分分离。
EP-A-1197717描述了一种在空气分离装置中压缩空气的方法，其 中主空气压缩机(MAC)和增压空气压缩机(BAC)由公用的蒸汽轮 机驱动。在蒸汽轮机和该增压压缩机之间存在齿轮系统。
如上述所讨论的，希望增大GTL和CTL方法的规模。这就意味 着空气分离装置的容量增大。在大规模的GTL或CTL应用中，具有 3600t/d氧气容量的ASU对于由公用的蒸汽轮机驱动的联合的MAC 和BAC来说是可行的。
当要求甚至更大容量时，例如大约5000t/d氧气时，MAC变得难 以设计。
下面两篇文献涉及空气分离和GTL：
Ramdohr，M.，“Optimize air compressor performance for GTL plants new mechanical advances enable compression solutions for evolving gas-to-liquids processes”，Hydrocarbon Processing，Gulf Publishing Co.Houston，US，vol.83，no.1January 2004(2004-1) pages 49-51(Ramdohr，M.的“气体液化厂的空气压缩机性能优化的 新机械进展使得能够实现用于进行气体液化方法的压缩方案”，烃加 工，Gulf出版公司，美国休斯顿，2004年1月第1期(2004-1)，第 49-51页)，和
Scharle W J et al.，“Oxygen facilities for synthetic fuel projects”， November 1981(1981-11)，transactions of the American Society of Mechanical Engineers，series B：Journal of Engineering for Industry， ASME.New York，US，pages 409-417(Scharle W J等的“合成燃料工 程的制氧设备”，美国机械工程师学会学报，B系列：工业工程师期刊， 美国纽约ASME.，1981年11月(1981-11)，第409-417页)。
EP-A-757217涉及一种空气分离方法。在该方法中，空气在主空 气压缩机(MAC)中被压缩至5到6巴的压力。压缩空气在一系列所 谓的增压压缩机(BAC)中进一步增压至49巴的压力。压缩空气中 的一部分的压力释放并且利用低温来冷却压缩空气的剩余部分。冷却 并压缩的空气随后被蒸馏并且使氧气从其他空气成分分离。
EP-A-1197717描述了一种在空气分离装置中压缩空气的方法，其 中主空气压缩机(MAC)和增压空气压缩机(BAC)由公用的蒸汽轮 机驱动。在蒸汽轮机和该增压压缩机之间存在齿轮系统。
如上述所讨论的，希望增大GTL和CTL方法的规模。这就意味 着空气分离装置的容量增大。在大规模的GTL或CTL应用中，具有 3600t/d氧气容量的ASU对于由公用的蒸汽轮机驱动的联合的MAC 和BAC来说是可行的。
当要求甚至更大容量时，例如大约5000t/d氧气时，MAC变得难 以设计。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于在单个压缩机组中压缩空气的高 容量方法。下述方法能实现该目的。
用于压缩空气的方法通过执行下述步骤实现：
(i)在一压缩机中压缩空气，
(ii)冷却在步骤(i)中得到的压缩空气，
(iii)在一压缩机中进一步压缩步骤(ii)的空气，
(iv)在增压压缩机中进一步压缩在步骤(iii)中得到的压缩空气 中的至少部分，其中，步骤(i)中的压缩机是轴流式压缩机，步骤(i) 和(iii)中的压缩机由公用的第一驱动器驱动，增压压缩机由单独的 第二驱动器驱动，并且步骤(ii)和(iii)的压缩机被分成两个独立的 壳体(casings)。
申请人发现，通过将主空气压缩机分成由公用的驱动器驱动的两 个独立壳体，在压缩机设计方面会获得更大的自由度。这导致独立的 压缩机的设计与使用大型的单个MAC的情况相比可更为简单。
本发明还涉及一种通过低温空气分离使氧气从空气中分离出的方 法，其中在上述方法的步骤(iii)中得到的压缩空气依靠在所述方法 的步骤(iv)中得到的膨胀空气被冷却，并且氧气通过蒸馏从冷却并 压缩的空气中分离出。
本发明还涉及一种用于压缩空气的系统，包括：
(a)轴流式压缩机，
(b)冷却装置，用于在使用中冷却在该轴流式压缩机中得到的压 缩空气，
(c)径流式或等温型压缩机，用于在使用中进一步压缩在该轴流 式压缩机中得到的压缩并冷却的空气，和
(d)增压压缩机，用于在使用中进一步压缩在该径流式或等温型 压缩机中得到的压缩空气中的至少部分，其中该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机具有公用的第一驱动器，该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机被分成两个独立的壳体，并且该增压压缩机设有 与第一驱动器分开的第二驱动器。
用于压缩空气的方法通过执行下述步骤实现：
(i)在一压缩机中压缩空气，
(ii)冷却在步骤(i)中得到的压缩空气，
(iii)在一压缩机中进一步压缩步骤(ii)的空气，
(iv)在增压压缩机中进一步压缩在步骤(iii)中得到的压缩空气 中的至少部分，其中，步骤(i)中的压缩机是轴流式压缩机，步骤(i) 和(iii)中的压缩机由公用的第一驱动器驱动，增压压缩机由单独的 第二驱动器驱动，并且步骤(ii)和(iii)的压缩机被分成两个独立的 壳体(casings)。
申请人发现，通过将主空气压缩机分成由公用的驱动器驱动的两 个独立壳体，在压缩机设计方面会获得更大的自由度。这导致独立的 压缩机的设计与使用大型的单个MAC的情况相比可更为简单。
本发明还涉及一种通过低温空气分离使氧气从空气中分离出的方 法，其中在上述方法的步骤(iii)中得到的压缩空气依靠在所述方法 的步骤(iv)中得到的膨胀空气被冷却，并且氧气通过蒸馏从冷却并 压缩的空气中分离出。
本发明还涉及一种用于压缩空气的系统，包括：
(a)轴流式压缩机，
(b)冷却装置，用于在使用中冷却在该轴流式压缩机中得到的压 缩空气，
(c)径流式或等温型压缩机，用于在使用中进一步压缩在该轴流 式压缩机中得到的压缩并冷却的空气，和
(d)增压压缩机，用于在使用中进一步压缩在该径流式或等温型 压缩机中得到的压缩空气中的至少部分，其中该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机具有公用的第一驱动器，该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机被分成两个独立的壳体，并且该增压压缩机设有 与第一驱动器分开的第二驱动器。
附图说明
图1显示了一种用于压缩空气的现有技术系统的情形。
图2显示了一种根据本发明的用于压缩空气的系统。
图3显示了一种用于空气分离的系统，其中应用了根据图2的系 统。
图2显示了一种根据本发明的用于压缩空气的系统。
图3显示了一种用于空气分离的系统，其中应用了根据图2的系 统。
具体实施方式
在根据本发明的方法的步骤(i)中，空气在压缩机中被压缩。因 为压力不必升高到与现有技术的单个MAC同样高的水平，可以在步 骤(i)中使用现有技术的压缩机，该现有技术的压缩机在期望的压差 下具有大容量。优选地，在步骤(i)中使用一种轴流式压缩机。
最优选地，使用的轴流式压缩机由源自大型工业用或航改 (aeroderivative)燃气轮机的现有轴流式压缩机通过减少级数改进而 得到。替代地，也可使用常规的轴流式压缩机设计。源自燃气轮机的 轴流式压缩机的实例如下所述：众所周知的GE(通用电气)设计的 7F和9F级轴流式压缩机；西门子设计的V84.x和V94.x设计的工业 用燃气轮机；和三菱设计的F501和F701型工业用燃气轮机。
步骤(i)中的压缩机的容量优选大于15000t/d空气，更优选为 25000到40000t/d空气。
在步骤(i)中，压力优选从环境压力升高至0.3到1.2MPa，更 优选升高至0.6到0.8MPa。在步骤(i)中得到的压缩空气的温度可 以是150到250℃。在步骤(ii)中，该压缩空气的温度在所述空气在 步骤(iii)中进行进一步压缩之前降低至优选60℃以下，更优选50℃ 以下。冷却优选通过与水或空气进行间接热交换来实现。
在步骤(iii)中，步骤(ii)的压缩且冷却的空气被进一步压缩。 优选地，该空气被压缩至1到2MPa，更优选压缩至1.2到1.8MPa。 步骤(iii)中的压缩机可以是轴流式、径流式或等温型压缩机，更优 选为径流式或等温型压缩机。从市场上可得到的适于完成步骤(iii) 的压缩机的实例是市场上销售的标准型压缩机。实例是西门子、通用 电气、三菱和曼透平(ManTurbo)。步骤(i)中的压缩机和步骤(iii) 中的压缩机由公用的第一驱动器驱动。该驱动器可以是蒸汽轮机、电 动机或燃气轮机，优选为蒸汽轮机。蒸汽轮机优选通过具有1.8到11 Mpa的进口压力的蒸汽进行操作，并且优选设计用于排出蒸汽和/或输 入蒸汽，或者既排出蒸汽又输入蒸汽。
优选地，步骤(i)的压缩机由驱动器直接驱动。在公用驱动器和 步骤(iii)的压缩机之间优选设置齿轮箱。
在步骤(iv)中，在步骤(iii)中得到的压缩空气中的至少部分 在增压压缩机中被进一步压缩。优选地，该空气在步骤(iv)中被进 一步压缩之前先被冷却。
优选地，在步骤(iii)中制备的空气的20到50wt％(重量百分 比)在步骤(iv)中被进一步压缩。
增压压缩机优选将压力增加到7Mpa以上，更优选将压力增加至 8到11MPa。增压压缩机优选为直列径流式压缩机(IRC)或等温型 压缩机。从市场上可得到的适于完成步骤(iv)的压缩机的实例是用 于等温设计的曼透平公司的RIK型压缩机以及例如由西门子、通用电 气和三菱提供的用作增压压缩机的其他标准型径流式压缩机。步骤 (iv)中的压缩机由与步骤(i)和(iii)中的驱动器分开操作的驱动器 驱动。这在用于步骤(i)和(iii)中的主压缩步骤的驱动器是蒸汽驱 动并且其中高压蒸气的可用性很低时是有利的。通过具有用于步骤 (iv)的单独驱动器，存在选择电机驱动器或可在较低压蒸汽下操作的 蒸汽轮机的可能性。在使用电机驱动器的情况下，优选在驱动器和步 骤(iv)的压缩机之间设有齿轮箱。
本发明还涉及一种通过低温空气分离而使氧气从空气中分离出的 方法，其中在上述方法的步骤(iii)中得到的压缩空气依靠在所述方 法的步骤(iv)中得到的膨胀空气而被冷却。氧气随后通过蒸馏从冷 却且压缩的空气中分离出。低温空气分离是一种众所周知的方法。参 见例如Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，John Wiley & Sons，New York，1993，4th edition，Vol.7，Page 662-664(John Wiley & Sons编著的柯克·奥斯姆化学工艺百科全书，纽约，1993年第 4版，第7卷，第662-664页)或者参见之前提到的EP-A-757217。
本发明还涉及一种用于压缩空气的系统，包括：
(a)轴流式压缩机，
(b)冷却装置，用于在使用中冷却在该轴流式压缩机中得到的压 缩空气，
(c)径流式或等温型压缩机，用于在使用中进一步压缩在该轴流 式压缩机中得到的压缩并冷却的空气，和
(d)增压压缩机，用于在使用中进一步压缩在该径流式或等温型 压缩机中得到的压缩空气的至少部分，其中，该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机具有公用的第一驱动器，并且该轴流式压缩机和 该径流式或等温型压缩机被分成两个独立的壳体，并且该增压压缩机 设有与第一驱动器分开的第二驱动器。
上述系统的优选压缩机和驱动器选择与上述方法的相应步骤中所 论述的相同。
附图的详细描述
图1显示了一种根据现有技术的压缩机系统。空气经由管线1供 给到通常为单个轴流式压缩机的主空气压缩机2(MAC)，压缩空气 经由管线4排出。冷却器5冷却该压缩空气并且存在于管线6中的冷 却空气被分成两股流10和9。管线9中的压缩空气随后在通常为径流 离心式压缩机的增压空气压缩机8(BAC)中被进一步增压。主空气 压缩机2和增压空气压缩机8由通常为蒸汽轮机的公用驱动器3驱动。 在驱动器3和增压空气压缩机8之间示出了齿轮箱7。
图2示出了一种根据本发明的系统。空气经由管线12供给到轴流 式压缩机13。管线14中的压缩空气在热交换器16中被冷却。热交换 器16适当地是一种使用空气或水作为冷却介质的间接式热交换器。管 线17中的冷却空气在径流式压缩机19中被进一步压缩。该轴流式压 缩机13由蒸汽轮机15直接驱动。径流式压缩机19经由齿轮箱18由 同一蒸汽轮机15驱动。联合的轴流式压缩机13和径流式压缩机19 具有与图1的主空气压缩机2相同的功能。如图所示，轴流式压缩机 13和径流式压缩机19都具有它们自己的单独壳体。通过使用这种构 造，可使用比图1的压缩机2更简单的轴流式压缩机。这使联合的压 缩机13和19具有大容量。
管线20中的压缩空气中的一部分从管线21中排出该系统，作为 根据本发明的方法的步骤(iii)中制备的压缩空气。该压缩空气中的 另一部分经由管线22供给到增压空气压缩机。管线20中的空气在热 交换器23中被冷却。该热交换器23还可以位于管线20中。该冷却空 气在增压压缩机24中被进一步压缩从而得到管线27中的第二股压缩 空气流。增压压缩机24适当地是一种径流式压缩机，该增压压缩机 24由电动机26驱动。在电动机26和压缩机24之间存在齿轮箱25。
图3显示了一种用于空气分离的系统。其图示了图2的用于压缩 空气的系统可如何有利地应用到如下所述低温空气分离系统，即如 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，John Wiley & Sons，New York，1993，4th edition，Vol.7，Page 662-664(John Wiley & Sons编著的柯克·奥斯姆化学工艺百科全书，纽约，1993年第4版，第 7卷，第662-664页)所述的低温空气分离系统，特别是在第662页 的图1所示的系统。
图2和图3中相应的附图标记具有相同含义。另外，显示了空气 进口过滤器49。在压缩机19中得到的管线20中的压缩空气在热交换 器23中依靠冷却水被冷却从而得到管线28中的冷却空气。水在容器 29中分离出，并且，为了避免在后续过程的较冷部分中发生水和二氧 化碳冻结，空气经过分子筛30的吸附床从而得到管线31中的干燥空 气。管线22中空气的一部分在图2的增压压缩机24中被进一步增压 从而得到管线27中的第二股压缩空气流。管线27中的空气可选地在 预冷却步骤之后在主热交换器32中依靠管线46中的回流冷产品氮气 和管线48中的氧气被冷却。管线33中得到的冷却并压缩的空气做功 膨胀到接近大气压并且供给到蒸馏塔36。这种膨胀为空气分离过程提 供所需的致冷作用。
主空气流31在主热交换器32和副换热器37中被冷却至接近其露 点。氮气和氧气在二级蒸馏过程中从该流31中分离出。管线38中的 空气首先被提供到塔39的下端部，该塔39在管线38中空气的升高压 力下工作。未经处理的(crude)液态氧流在该塔的底部处被排放到管 线40中。该未经处理的氧流在热交换器41中进行热交换，在阀43 中释放压力并被供给到蒸馏塔36。在蒸馏塔36中，在管线45中得到 作为塔顶产品的氮气，而在管线47中得到作为塔底产品的净化氧气。 在热交换之后，在管线48中得到净化氧气的产品流。
塔39中的氮回流(reflux)通过将管线50中液氮的部分经由管线 52送回到塔39而产生。管线50中该液氮的另一部分经由管线51作 为回流而被提供至塔36。
因为存在于空气中的氩气在氧气和氮气之间沸腾，在塔36中出现 氩气浓度峰值。管线53中的富氩流从塔36排出并被供给到氩蒸馏塔 54。氩产品流经由管线55得到。该塔54的塔底产品经由管线53′再次 循环到塔36。氩蒸馏塔的回流通过利用经由管线56和阀58的未经处 理的液态氧部分进行冷却来实现。废流57从包括氩气、氧气和氮气的 塔36的顶部排出。
最优选地，使用的轴流式压缩机由源自大型工业用或航改 (aeroderivative)燃气轮机的现有轴流式压缩机通过减少级数改进而 得到。替代地，也可使用常规的轴流式压缩机设计。源自燃气轮机的 轴流式压缩机的实例如下所述：众所周知的GE(通用电气)设计的 7F和9F级轴流式压缩机；西门子设计的V84.x和V94.x设计的工业 用燃气轮机；和三菱设计的F501和F701型工业用燃气轮机。
步骤(i)中的压缩机的容量优选大于15000t/d空气，更优选为 25000到40000t/d空气。
在步骤(i)中，压力优选从环境压力升高至0.3到1.2MPa，更 优选升高至0.6到0.8MPa。在步骤(i)中得到的压缩空气的温度可 以是150到250℃。在步骤(ii)中，该压缩空气的温度在所述空气在 步骤(iii)中进行进一步压缩之前降低至优选60℃以下，更优选50℃ 以下。冷却优选通过与水或空气进行间接热交换来实现。
在步骤(iii)中，步骤(ii)的压缩且冷却的空气被进一步压缩。 优选地，该空气被压缩至1到2MPa，更优选压缩至1.2到1.8MPa。 步骤(iii)中的压缩机可以是轴流式、径流式或等温型压缩机，更优 选为径流式或等温型压缩机。从市场上可得到的适于完成步骤(iii) 的压缩机的实例是市场上销售的标准型压缩机。实例是西门子、通用 电气、三菱和曼透平(ManTurbo)。步骤(i)中的压缩机和步骤(iii) 中的压缩机由公用的第一驱动器驱动。该驱动器可以是蒸汽轮机、电 动机或燃气轮机，优选为蒸汽轮机。蒸汽轮机优选通过具有1.8到11 Mpa的进口压力的蒸汽进行操作，并且优选设计用于排出蒸汽和/或输 入蒸汽，或者既排出蒸汽又输入蒸汽。
优选地，步骤(i)的压缩机由驱动器直接驱动。在公用驱动器和 步骤(iii)的压缩机之间优选设置齿轮箱。
在步骤(iv)中，在步骤(iii)中得到的压缩空气中的至少部分 在增压压缩机中被进一步压缩。优选地，该空气在步骤(iv)中被进 一步压缩之前先被冷却。
优选地，在步骤(iii)中制备的空气的20到50wt％(重量百分 比)在步骤(iv)中被进一步压缩。
增压压缩机优选将压力增加到7Mpa以上，更优选将压力增加至 8到11MPa。增压压缩机优选为直列径流式压缩机(IRC)或等温型 压缩机。从市场上可得到的适于完成步骤(iv)的压缩机的实例是用 于等温设计的曼透平公司的RIK型压缩机以及例如由西门子、通用电 气和三菱提供的用作增压压缩机的其他标准型径流式压缩机。步骤 (iv)中的压缩机由与步骤(i)和(iii)中的驱动器分开操作的驱动器 驱动。这在用于步骤(i)和(iii)中的主压缩步骤的驱动器是蒸汽驱 动并且其中高压蒸气的可用性很低时是有利的。通过具有用于步骤 (iv)的单独驱动器，存在选择电机驱动器或可在较低压蒸汽下操作的 蒸汽轮机的可能性。在使用电机驱动器的情况下，优选在驱动器和步 骤(iv)的压缩机之间设有齿轮箱。
本发明还涉及一种通过低温空气分离而使氧气从空气中分离出的 方法，其中在上述方法的步骤(iii)中得到的压缩空气依靠在所述方 法的步骤(iv)中得到的膨胀空气而被冷却。氧气随后通过蒸馏从冷 却且压缩的空气中分离出。低温空气分离是一种众所周知的方法。参 见例如Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，John Wiley & Sons，New York，1993，4th edition，Vol.7，Page 662-664(John Wiley & Sons编著的柯克·奥斯姆化学工艺百科全书，纽约，1993年第 4版，第7卷，第662-664页)或者参见之前提到的EP-A-757217。
本发明还涉及一种用于压缩空气的系统，包括：
(a)轴流式压缩机，
(b)冷却装置，用于在使用中冷却在该轴流式压缩机中得到的压 缩空气，
(c)径流式或等温型压缩机，用于在使用中进一步压缩在该轴流 式压缩机中得到的压缩并冷却的空气，和
(d)增压压缩机，用于在使用中进一步压缩在该径流式或等温型 压缩机中得到的压缩空气的至少部分，其中，该轴流式压缩机和该径 流式或等温型压缩机具有公用的第一驱动器，并且该轴流式压缩机和 该径流式或等温型压缩机被分成两个独立的壳体，并且该增压压缩机 设有与第一驱动器分开的第二驱动器。
上述系统的优选压缩机和驱动器选择与上述方法的相应步骤中所 论述的相同。
附图的详细描述
图1显示了一种根据现有技术的压缩机系统。空气经由管线1供 给到通常为单个轴流式压缩机的主空气压缩机2(MAC)，压缩空气 经由管线4排出。冷却器5冷却该压缩空气并且存在于管线6中的冷 却空气被分成两股流10和9。管线9中的压缩空气随后在通常为径流 离心式压缩机的增压空气压缩机8(BAC)中被进一步增压。主空气 压缩机2和增压空气压缩机8由通常为蒸汽轮机的公用驱动器3驱动。 在驱动器3和增压空气压缩机8之间示出了齿轮箱7。
图2示出了一种根据本发明的系统。空气经由管线12供给到轴流 式压缩机13。管线14中的压缩空气在热交换器16中被冷却。热交换 器16适当地是一种使用空气或水作为冷却介质的间接式热交换器。管 线17中的冷却空气在径流式压缩机19中被进一步压缩。该轴流式压 缩机13由蒸汽轮机15直接驱动。径流式压缩机19经由齿轮箱18由 同一蒸汽轮机15驱动。联合的轴流式压缩机13和径流式压缩机19 具有与图1的主空气压缩机2相同的功能。如图所示，轴流式压缩机 13和径流式压缩机19都具有它们自己的单独壳体。通过使用这种构 造，可使用比图1的压缩机2更简单的轴流式压缩机。这使联合的压 缩机13和19具有大容量。
管线20中的压缩空气中的一部分从管线21中排出该系统，作为 根据本发明的方法的步骤(iii)中制备的压缩空气。该压缩空气中的 另一部分经由管线22供给到增压空气压缩机。管线20中的空气在热 交换器23中被冷却。该热交换器23还可以位于管线20中。该冷却空 气在增压压缩机24中被进一步压缩从而得到管线27中的第二股压缩 空气流。增压压缩机24适当地是一种径流式压缩机，该增压压缩机 24由电动机26驱动。在电动机26和压缩机24之间存在齿轮箱25。
图3显示了一种用于空气分离的系统。其图示了图2的用于压缩 空气的系统可如何有利地应用到如下所述低温空气分离系统，即如 Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology，John Wiley & Sons，New York，1993，4th edition，Vol.7，Page 662-664(John Wiley & Sons编著的柯克·奥斯姆化学工艺百科全书，纽约，1993年第4版，第 7卷，第662-664页)所述的低温空气分离系统，特别是在第662页 的图1所示的系统。
图2和图3中相应的附图标记具有相同含义。另外，显示了空气 进口过滤器49。在压缩机19中得到的管线20中的压缩空气在热交换 器23中依靠冷却水被冷却从而得到管线28中的冷却空气。水在容器 29中分离出，并且，为了避免在后续过程的较冷部分中发生水和二氧 化碳冻结，空气经过分子筛30的吸附床从而得到管线31中的干燥空 气。管线22中空气的一部分在图2的增压压缩机24中被进一步增压 从而得到管线27中的第二股压缩空气流。管线27中的空气可选地在 预冷却步骤之后在主热交换器32中依靠管线46中的回流冷产品氮气 和管线48中的氧气被冷却。管线33中得到的冷却并压缩的空气做功 膨胀到接近大气压并且供给到蒸馏塔36。这种膨胀为空气分离过程提 供所需的致冷作用。
主空气流31在主热交换器32和副换热器37中被冷却至接近其露 点。氮气和氧气在二级蒸馏过程中从该流31中分离出。管线38中的 空气首先被提供到塔39的下端部，该塔39在管线38中空气的升高压 力下工作。未经处理的(crude)液态氧流在该塔的底部处被排放到管 线40中。该未经处理的氧流在热交换器41中进行热交换，在阀43 中释放压力并被供给到蒸馏塔36。在蒸馏塔36中，在管线45中得到 作为塔顶产品的氮气，而在管线47中得到作为塔底产品的净化氧气。 在热交换之后，在管线48中得到净化氧气的产品流。
塔39中的氮回流(reflux)通过将管线50中液氮的部分经由管线 52送回到塔39而产生。管线50中该液氮的另一部分经由管线51作 为回流而被提供至塔36。
因为存在于空气中的氩气在氧气和氮气之间沸腾，在塔36中出现 氩气浓度峰值。管线53中的富氩流从塔36排出并被供给到氩蒸馏塔 54。氩产品流经由管线55得到。该塔54的塔底产品经由管线53′再次 循环到塔36。氩蒸馏塔的回流通过利用经由管线56和阀58的未经处 理的液态氧部分进行冷却来实现。废流57从包括氩气、氧气和氮气的 塔36的顶部排出。