发明内容

该任务通过一种用于提取一种或多种空气产物的方法和一种具有独立权利要求的相应特征的对应的空气分离设备来完成。优选的实施方案为相应的独立权利要求以及以下说明的主题。

下面将首先对在描述本发明及其优点时所使用的一些术语以及基本技术背景进行进一步的解释。

对于空气分离，可使用所谓的主压缩机/二次压缩机(Main AirCompressor/Booster Air Compressor，MAC-BAC)工艺或所谓的高气压(High Air Pressure，HAP)工艺。主压缩机/二次压缩机工艺是偏传统的工艺，近年来，高气压工艺越来越多地被用作其替代方案。本发明对这两种应用方式均适用。

主压缩机/二次压缩机工艺的特征在于，整体供应给精馏柱系统的进气量的仅一部分被压缩至比高压柱的压力水平高出至少3、4、5、6、7、8、9或10bar的压力水平。进气量的另一部分则仅被压缩至高压柱的压力水平，或与高压柱的压力水平差异不超过1至2bar的压力水平，并且以该较低的压力水平被送入高压柱中。主压缩机/二次压缩机工艺的一个例子在(见上文)的书中的图2.3A中示出。

与之相反，在高气压工艺中，整体供应给精馏柱系统的整个进气量均被压缩至比高压柱的压力水平高出至少3、4、5、6、7、8、9或10bar的压力水平。该压差可例如最大达14、16、18或20bar。高气压工艺例如从EP2 980 514 A1和EP 2 963 367 A1中已知。

本发明可用于具有所谓的内部压缩装置(Intemal Compression，IC)的空气分离设备，但也可用于具有外部压缩装置的空气分离设备。对于内部压缩装置，通过以下方式形成至少一种借助于空气分离设备提供的产物：从精馏柱系统中抽出超低温液体，在液态中经历压力上升，并且根据现有压力而定通过加热转变为气态或超临界状态。例如可借助于内部压缩装置产生内部压缩的气态氧(GOX IC)、内部压缩的气态氮(GAN IC)或内部压缩的气态氩(GAR IC)。与对应产物的原则上同样可行的外部压缩相比，内部压缩带来了一系列技术优点，并且在专业文献中已有阐释，例如(见上文)的书中的章节2.2.5.2。

在本文使用的语言中，流体和气体可富含或缺乏一种或多种成分，其中“富含”可表示在摩尔、重量或体积基础上的至少90％、95％、99％、99.5％、99.9％或99.99％的含量，而“缺乏”可表示最多10％、5％、1％、0.1％或0.01％的含量。

在本文使用的语言中，液体和气体可富集或贫化一种或多种成分，其中这些概念指的是初始液体或初始气体中的含量，从该初始液体或初始气体中提取了所考虑的液体或气体。如果液体或气体相对于初始液体或初始气体含有至少1.1倍、1.5倍、2倍、5倍、10倍、100倍或1,000倍的对应成分的含量，则为“富集”，而如果液体或气体含有最多0.9倍、0.5倍、0.1倍、0.01倍或0.001倍的对应成分的含量，则为“贫化”。如果在此例如提及“氧”，则也应将其理解为富含氧，但不一定完全由氧组成的液体或气体。

本申请书使用“压力水平”和“温度水平”这两个概念来表征压力和温度，由此表示在对应设备中不必使用以精确的压力或温度值为形式的压力和温度实现本发明的理念。然而，此类压力和温度典型地在一定的范围内移动，该范围例如为平均值±1％、5％、10％或20％。在此，对应的压力水平和温度水平可在不相交的范围内，或者在相互重叠的范围内。特别地，例如压力水平包括不可避免的或预期的压力损失。对应的内容适用于温度水平。此处单位为bar的压力水平为绝对压力。

本发明的优点

取决于前述负荷变化的“方向”(从高产量到低产量或反之)，在传统空气分离设备中，基于各自随后设定的负荷状态，在精馏部件，即精馏柱系统中产生过剩或不足的低温液体。其原因在于各自储存在分离板上或精馏柱，特别地高压柱和低压柱的液体分配器和填料中的低温液体量。该液体量取决于负荷：负荷越低，在分离板上分配的液体就越少。由此，在降低负荷时释放过量的液体。该过量的液体应储存在设备中，以便在负荷升高时能重新将其用于补偿那时存在的不足。

在不生产氩的传统空气分离设备中，只有高压柱的底部用作液体存储器。出于安全考虑，在对应的空气分离设备中存在的其他液体容器，例如用于以换热方式连接高压柱和低压柱的主冷凝器或所谓的辅助冷凝器，通常应在液位不变的情况下运行，因此不予考虑用作负荷变化的储存容器。下面参照示出对应的空气分离设备的图1作进一步说明。应理解的是，对于快速的负荷变化需要同样“快速的”调节器，该调节器仅会导致设定值与实际值之间的小偏差。

快速的负荷变化可导致产物成分变化。例如，如果图1中所示的空气分离设备在其他运行情况不变时以提高的负荷变化速度(以每分钟4％的速度从75％负荷到100％负荷)运行，则可此外观察到高压柱的气态柱顶产物中氧含量的上升，如图2中同样显示的那样(参见该图中的轨迹103)。这种上升被视为是负面的，因为由此影响了至少两种空气产物的纯度，即从高压柱的柱顶产物中通过液化形成的液态加压氮产物(LIN)和该柱顶产物的以气态加压氮产物(PGAN)的形式从空气分离设备中以非液化状态输出的部分。

为了避免产物纯度的对应的降低，一个明显的解决办法是，设备以这样的产物纯度运行，即该产品纯度包括针对此类运行状态的一定缓冲幅度，从而使得始终保持所要求的纯度。然而，这样做的缺点在于，对于大部分运行状态而言必须提供比实际所需的更高的产物纯度。因此，这可能会导致较高的投资成本(高压柱中的分离级更多)或较高的运行成本(由于过量的进气)。

在本发明的上下文中已知的是，所阐述的问题可通过以下方式得以解决：根据空气分离设备或其精馏柱系统中处理的空气量的变化，延迟或提前进行调节器的设定值调整，这些调节器在空气分离设备中影响被引导进入精馏柱系统或从精馏柱系统引出的物质流的量。特别地，正如下面按重点描述的那样，这可以延迟调整设定值的形式进行，而且特别地关系到由高压柱的柱顶产物形成的富氮液体的量。然而，本发明不限于这种特殊情况。更确切地说，本发明的基本认识在于，在对应的应用场景中，对对应的流体流或其量进行提前或延后的调整能够是特别有利的。

在此背景下，本发明提出一种用于提取一种或多种空气产物的方法，其中使用具有精馏柱系统的空气分离设备，在该空气分离设备中处理空气总量可调节的压缩空气。此处所提及的“空气总量”，应始终理解为在对应的设备中在相应的时间点处理的空气总量，即经过精馏处理的空气总量。在此，除空气总量外的其他空气在每种情况下均不在空气分离设备或其精馏柱系统中加工。

在本发明的上下文中，空气总量在第一运行时间段期间被设置为第一值并且在第二运行时间段期间被设置为与第一值不同的第二值。因而在这两个运行时间段内存在不同的空气总量，其中第一空气总量可大于或小于第二空气总量。因而对应的空气分离设备在第一和第二运行时间段内以不同的负荷状态运行，其中特别地在两个运行时间段中的一个内可存在或进行满负荷运行。换言之，本发明涉及负荷升高和负荷降低的情况。

在本发明的上下文中，如基本上已知的那样，在第三运行时间段内，从第一时间点起并且直至第二时间点，空气总量的设置从第一值变化为第二值，即进行负荷变化。在此应理解的是，第二运行时间段在第一运行时间段之后，并且第三运行时间段在第一运行时间段与第二运行时间段之间。如前所述，如不采取进一步措施，这可导致所述的负面效果。负荷变化在此可为负荷升高或负荷降低，视第一空气总量是低于还是高于第二空气总量而定。在此，第一、第二和第三运行时间段为时间上彼此不重叠的运行时间段并且第三运行时间段在时间上始终在第一与第二运行时间段之间或第二与第一运行时间段之间。这并不排除其他运行时间段的存在。

根据本发明，使得使用压缩空气通过精馏形成的且运输至精馏柱系统内或从精馏柱系统运出的液体的量的设置在第三运行时间段内从第三时间点起并且直至第四时间点发生变化，其中第三时间点在第一时间点之前或之后并且在第二时间点之前并且第四时间点在第一时间点和第三时间点之后并且在第二时间点之前或之后。第一、第二、第三和第四时间点各自在第三运行时间段内，其中但是例如第三时间点可在第一时间点之前或第四时间点可在第二时间点之后，即第三运行时间段不一定要以第一时间点开始和以第二时间点结束。第三运行时间段可在这些时间点中时间最早的时间点与时间最晚的时间点之间，但也可在更长的时间段上延伸。根据本发明，如此设置第一时间点与第二时间点之间的时间段，即其与第三时间点与第四时间点之间的时间段的差异不超过20％、10％、5％或1％。所述的这些时间段在此可设置成一样的或基本一样的。该设置可特别地通过在调节装置或控制装置中使用对应的设定值或预定值来进行。

因而，在本发明的上下文中，建议流体的量的变化在时间上不与空气总量的变化同步，该流体使用压缩空气通过精馏形成并且被运输至精馏柱系统内或从精馏柱系统运出。这种变化特别地通过空气分离设备的控制系统或调节系统的对应的设定值预订来进行并且通过合适的控制元件，特别地阀门、滑阀等，发生。特别地，可根据检测到的实际值进行对应的控制或调节，并且在此可包括控制或调节技术领域已知的所有措施，前提是这些措施适用于本发明且有效。

特别地，流体的量的变化可使用对应的设定值预订发生，该流体使用压缩空气通过精馏形成并且被运输至精馏柱系统内或从精馏柱系统运出。在某些情况下，例如在附图1至4所示的空气分离设备中，此外可设置成，对应的调节器输出端由一个微调控制器额外(通常在不超过±5％的范围内)补充控制。由此可在极端情况下造成，在调整结束时实际值与各自预定的设定值有些许不同(但最大为5％)。

特别地，本发明可用于这样的空气分离设备中，即其精馏柱系统具有以第一压力水平运行的高压柱和以低于第一压力水平的第二压力水平运行的低压柱，其中液体，该液体的量在第三运行时间段内发生变化，如前所述为高压柱的气态的富氮柱顶产物的一部分，该产物液化并被作为回流交给低压柱。特别地，本发明可用于具有辅助冷凝器的空气分离设备，该辅助冷凝器用于加热内部压缩的氧产物。在对应的空气分离设备中可进行空气产物的内部或外部压缩并且可使用具有氮和空气回路的工艺技术接线。也可使用具有多个高压柱的空气分离设备。

无论高压柱和低压柱的数量如何，在本发明的上下文中，第一压力水平特别地可为5或7至12bar的绝对压力并且第二压力水平特别地可为1.3或1.8至3.5bar的绝对压力。本发明因而特别地可用于所谓的“升压”空气分离设备，其中精馏柱系统的运行压力在前文所述的传统值之上。尽管如此，本发明然而也可与蒸馏柱系统中的传统压力水平相结合使用。

在本发明的上下文中，特别地可实现灵活的负荷变化速度。换言之，第一时间点与第二时间点之间的时间段可通过更改第一时间点和/或第二时间点来设置。在此背景下，当例如使在本发明的上下文中设置的延迟时间适应该变化时，即当根据第一时间点与第二时间点之间的时间段设置通过更改第三时间点来设置第一时间点与第三时间点之间的时间段时，这被证明是特别有利的。以此方式，即使在负荷变化速度变化时也能实现根据本发明的优点。在这种情况下，特别地可设置成，第三时间点在第一时间点之后并且第四时间点在第二时间点之后，其中当第一时间点与第二时间点之间的时间段缩短时，第一时间点与第三时间点之间的时间段延长。换言之，在负荷变化速度升高时可例如选择更长的延迟时间。

特别地，在本发明的上下文中，负荷变化也可包括各自形成的空气产物的量的变化。因而能够形成产物量可调节的一种或多种空气产物，其中产物量在第一运行时间段期间被设置为第一值并且在第二运行时间段期间被设置为与第一值不同的第二值，并且其中产物量的设置第三运行时间段内从第一时间点起并且直至第二时间点从第一值变为第二值。特别地，对应的空气产物可为这样的空气产物，即其至少部分地由高压柱的气态的富氮柱顶产物形成。该产物可以液化或未液化的形式提供。

本发明可结合不同的负荷变化范围使用。在此，例如可设置成，第一空气总量与第二空气总量的差异为5个百分点至30、40或50个百分点。特别地，空气总量的变化在此可在第三运行时间段内逐步或连续地发生，并且优选地以每分钟0.1(在提取氩的情况下)或1至10个百分点的空气总量的平均变化速度(参考逐步变化)或变化速度(在连续变化时)。

一般而言，在本发明的上下文中可设置提取氩，即在该方法中精馏柱系统特别地可具有一个或多个为提取富氩空气产物而适配的精馏柱并且在该方法中可形成富氩的空气产物。在此，“富氩”空气产物具有至少50、60、70、80或90摩尔百分比的氩。

本发明还涉及一种空气分离设备，该空气分离设备适配为用于提取一种或多种空气产物并且具有精馏柱系统，其中该空气分离设备被适配为，在精馏柱系统中处理空气总量可调节的压缩空气，并且在此空气总量在第一运行时间段期间被设置为第一值并且在第二运行时间段期间被设置为与第一值不同的第二值，以及使得空气总量的设置第三运行时间段内从第一时间点起并且直至第二时间点从第一值变为第二值。如前所述，第二运行时间段在第一运行时间段之后，第三运行时间段在第一运行时间段与第二运行时间段之间。

根据本发明，该空气分离设备装配有控制单元，该控制单元在程序技术上被适配为，使得使用压缩空气通过精馏形成的且运输至精馏柱系统内或从精馏柱系统运出的液体的量的设置在第三运行时间段内从第三时间点起并且直至第四时间点发生变化，其中第三时间点在第一时间点之前或之后并且在第二时间点之前并且第四时间点在第一时间点和第三时间点之后并且在第二时间点之前或之后。此外，该空气分离设备被适配为，如此设置第一时间点与第二时间点之间的时间段，即该时间段与第三时间点与第四时间点之间的时间段的差异不超过20％或前述差异值中的另一个。

特别地，该控制单元在程序技术上被适配为执行之前在不同的实施方案中所描述的一个方法。

关于对应的空气分离设备和根据本发明的实施方案的其他优点，明确参见关于根据本发明的方法及其不同的有利实施方案的上述阐述。一种根据本发明提供的空气分离设备特别地被适配为执行对应的方法并且具有为此各自专门构造的工具。

下面参照附图进一步阐述本发明，这些附图主要示出了可根据本发明的实施方案运行的空气分离设备。