專利名稱：生產液態(tài)氧的深冷空氣分離法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明的一般地說涉及用低溫精餾來分離原料空氣，更具體地說涉及生產液態(tài)氧和其它液態(tài)產品。
用低溫精餾原料空氣的方法來生產諸如液態(tài)氧這樣的液體需要提供足量的致冷作用來推動分離，這是因為隨著產品液體從蒸餾塔產出，也要除去大量的致冷能量。通常這一致冷能量是由工藝氣流、如一部分原料空氣的渦輪膨脹來提供的。雖然這一傳統(tǒng)實踐是有效的，但它卻因需要的致冷能量加大必然會影響整個工藝過程的操作而受到限制。因此需要有一種深冷空氣分離法，它能生產出大量的液體產品，但它供應必要的致冷能量是不依賴于系統(tǒng)的工藝氣流流量的。
向深冷空氣分離系統(tǒng)提供不依賴于系統(tǒng)內部工藝氣流流量的致冷作用的一種方法是，把外源深冷液體注入系統(tǒng)來提供必要的致冷能量?？上н@一方法代價太過高昂。
因此，本發(fā)明的一個目標是要提供出一種改進的深冷空氣分離方法，它能生產出大量的液體產品，但它供應必要的分離用致冷能量是不依賴于工藝氣流的流量的。
本發(fā)明的另一項目標是要提供出一種深冷空氣分離方法，它能生產出大量的液體產品，但它所提供的分離用的必要致冷能量是獨立地而且有效地向系統(tǒng)提供的。
對本領域的技術人員來說，在讀完本公開內容后會明白，本發(fā)明的上述目標和其它目標已經實現(xiàn)，它的內容是一種借助于低溫精餾原料空氣來生產液態(tài)氧的方法它包括(A)壓縮多組分的制冷劑流體，冷卻被壓縮的多組分制冷劑流體，膨脹該被壓縮和冷卻的多組分制冷劑流體，并借助于與該正在冷卻的被壓縮的多組分制冷劑流體以及原料空氣進行間接熱交換，而使該膨脹了的多組分制冷劑流體升溫，以生成冷卻的原料空氣；(B)將該冷卻的原料空氣送入壓力較高的低溫精餾塔，并在該高壓低溫精餾塔中用低溫精餾法使之分離為富氮流體和富氧流體；(C)將富氮流體和富氧流體送入壓力較低的低溫精餾塔中，并用低溫精餾法將送入該低壓塔的兩種流體分離開，以生產富氮流體和富氧流體；以及(D)從低壓塔的下部抽出液態(tài)的富氧流體并將該抽出的富氧流體作為產品液態(tài)氧回收。
在此，術語“塔”意指蒸餾或分餾用的塔或區(qū)，亦即接觸塔或接觸區(qū)，液相和汽相在其中逆流接觸，例如，借助于使汽相和液相在塔內安裝的一系列縱向間隔開的淺盤或板盤上接觸，或者在結構好的或隨機擺放的裝填構件上接觸，以實現(xiàn)流體混合物的分離。關于蒸餾塔的進一步論述，請查閱化學工程師手冊第五版第13章，“連續(xù)蒸餾法”，R·H·Perry、C·H·Chilton編，紐約McGraw-Hill印書公司出版。
術語“雙塔”是指一種高壓塔，它的上部與低壓塔的下部有著熱交換關系。關于雙塔的進一步論述可見于Ruheman所著“氣體分離”一書第Ⅶ章“商用空氣分離”，牛津大學印刷廠1949年版。
汽相和液相接觸分離法是依賴于各組分蒸氣壓的差異。高蒸氣壓(或較易揮發(fā)或低沸點的)組分會傾向于聚集于汽相，而低蒸氣壓(或不易揮發(fā)或高沸點的)組分則傾向于聚集在液相。蒸餾是利用對液態(tài)混合物進行加熱來使易揮發(fā)的組分聚集在汽相，從而使不易揮發(fā)的組分聚集在液相的分離法。局部冷凝是利用對汽態(tài)混合物進行冷卻來使易揮發(fā)的組分聚集在汽相，從面使不易揮發(fā)的組分聚集在液相的分離法。精餾，或稱連續(xù)蒸餾是借助于逆流處理汽相和液相可使連續(xù)的部分汽化和部分冷凝結合起來的分離法。汽相和液相的逆流接觸可以是絕熱的或非絕熱的，并可包括兩相之間的積分(階梯式)或微分(連續(xù)式)接觸。利用精餾原理來分離混合物的分離法的裝備?？煞Q之為精餾塔、蒸餾塔或分餾塔。低溫精餾是至少一部分在、或低于開氏150度(K)的溫度下進行的精餾法。
術語“間接熱交換”意指使和股流體發(fā)生熱交換關系而流體間沒有任何的物質接觸或相互混合。
術語“膨脹”意指實行減壓。
術語“液態(tài)氮”意指含氮濃度至少為95摩爾百分數(shù)的液體。
術語“液態(tài)氧”意指含氧濃度至少為85摩爾百分數(shù)的液體。
術語“液態(tài)氬”意指含氬濃度至少為90摩爾百分數(shù)的液體。
術語“低沸點組分”意指其在大氣壓下的沸點低于140K的組分。
術語“中沸點組分”意指其在大氣壓下的沸點在140K至220K范圍內的組分。
術語“高沸點組分”意指其在大氣壓下的沸點高于220K的組分。
術語“原料空氣”意指主要含有氧、氮和氬的混合物，例如外界空氣。
術語“上部”和“下部”分別意指塔的中點以上和以下的區(qū)段。
術語“可變負荷制冷劑”意指一種多組分流體，亦即兩種或兩種以上組分的混合物，這些組分的配比能使它們的液相在混合物的始沸點和露點之間經歷連續(xù)的和不斷增高的溫度變化?；旌衔锏氖挤悬c是指在給定壓力下的一個溫度，在此溫度下，全部混合物均為液相，但一加熱即會產生出與液相平衡的汽相。混合物的露點是指在給定壓力下的一個溫度，在此溫度下，全部混合物均為汽相，但一減熱即會產生出與汽相平衡的液相。因此，混合物始沸點和露點之間的溫度區(qū)域是液相和汽相平衡共存的區(qū)域。在本發(fā)明的實踐中，多組分制冷劑液體的始沸點和露點之間的溫度差至少為10°K，優(yōu)選至少20°K，最優(yōu)選至少為50°K。
術語“碳氟化合物”是指下列化合物中的一種四氟甲烷(CF4)、全氟乙烷(C2F6)、全氟丙烷(C3F8)、全氟丁烷(C4F10)、全氟戊烷(C5F12)、全氟乙烯(C2F4)、全氟丙烯(C3F6)、全氟丁烯(C4F8)、全氟戊烯(C5F10)、全氟已烷(C6F14)、六氟環(huán)丙烷(環(huán)-C3F6)和八氟環(huán)丁烷(環(huán)-C4F8)。
術語“碳氫氟化合物”是指下列化合物中的一種三氟甲烷(CHF3)、五氟乙烷(C2HF5)、四氟乙烷(C2H2F4)、七氟丙烷(C3HF7)、六氟丙烷(C3H2F6)、五氟丙烷(C3H3F5)、四氟丙烷(C3H4F4)、九氟丁烷(C4HF9)、八氟丁烷(C4H2F8)、十一氟戊烷(C5HF11)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、氟代乙烷(C2H5F)、二氟乙烷(C2H4F2)、三氟乙烷(C2H3F3)、二氟乙烷(C2H2F2)、三氟乙烷(C2HF3)、一氟乙烷(C2H3F)、五氟丙烯(C3HF5)、四氟丙烯(C3H2F4)、三氟丙烯(C3H3F3)、二氟丙烯(C3H4F2)、七氟丁烯(C4HF7)、六氟丁烯(C4H2F6)、六氟丁烷(C4H4F6)、十氟戊烷(C5H2F10)、十一氟戊烷(C5HF11)、和九氟戊烯(C5HF9)。
術語“氟代醚”是指下列化合物中的一種三氟甲氧基-全氟甲烷(CF3-O-CF3)、二氟甲氧基-全氟甲烷(CHF2-O-CF3)、一氟甲氧基-全氟甲烷(CH2F-O-CF3)、二氟甲氧基-二氟甲烷(CHF2-O-CHF2)、二氟甲氧基-全氟乙烷(CHF2-O-C2F5)、二氟甲氧基-1,2,2,2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、二氟甲氧基-1,1,2,2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、全氟乙氧基-一氟甲烷(C2F5-O-CH2F)、全氟甲氧基-1,1,2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、全氟甲氧基-1,2,2-三氟乙烷(CF3O-C2H2F3)、環(huán)-1,1,2,2-四氟丙醚(環(huán)-C3H2F4-O-)、環(huán)-1,1,3,3-四氟丙醚(環(huán)-C3H2F4-O-)、全氟甲氧基-1,1,2,2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、環(huán)-1,1,2,3,3-五氟丙醚(環(huán)-C3H5-O-)、全氟甲氧基-全氟丙酮(CF3-O-CF2-O-CF3)、全氟甲氧基-全氟乙烷(CF3-O-C2F5)、全氟甲氧基-1,2,2,2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、全氟甲氧基-2,2,2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、全氟丙氧基-甲烷(C3F7-O-CH3)、全氟乙氧基-甲烷(C2F5-O-CH3)、全氟丁氧基-甲烷(C4F9-O-CH3)、環(huán)-全氟甲氧基-全氟丙酮(環(huán)-CF2-O-CF2-O-CF2-)和環(huán)-全氟丙醚(環(huán)-C3F6-O)。
術語“大氣氣體”是指下列氣體中的一種氮(N2)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)和氦(He)。
術語“無毒的”意指當按照可接受的暴露時限操作時不會造成急性或慢性的危險的物質。
術語“不易燃的”意指或是沒有閃點、或是有至少600°K的很高閃點的物質。
術語“消耗臭氧低的”意指按照蒙特利爾公約議定書的定義、消耗臭氧潛能值低于0.15的物質，其中二氯二氟甲烷(CCl2F2)的消耗臭氧潛能值為1.0。
術語“不消耗臭氧的”意指該物質內沒有含氯、溴或碘原子的組分。
術語“標準沸點”意指在1標準大氣壓下、即14.696磅/平方英寸絕對壓力下的沸騰溫度。


圖1為本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案的簡圖，其中除生產液態(tài)氧外還生產液態(tài)氮和液態(tài)氬。
圖2為一曲線圖，它示出多組分制冷劑混合物中的組分隨著液體產量占原料空氣量百分比的不同而應作的優(yōu)選改變。
總的說來，本發(fā)明包括使產生液體產品的深冷空氣分離法的制冷作用與用于該方法的工藝物流的流量脫鉤。這樣，就可做到在改變向系統(tǒng)中輸入的致冷作用時無須改變工藝氣流的流量。本發(fā)明能做到生產出大量的液體產品而不會給系統(tǒng)加上為制取這樣多液體產品所需致冷作用而進行過多的工藝氣流渦輪膨脹所造成的負擔，所用的方法是根據溫度的水平提供出可變的致冷作用，從而可使冷卻曲線改進得更加優(yōu)秀。在需要時，裝置所需致冷作用的一部分可用另外的手段、例如用工藝氣流的渦輪膨脹來提供。
下面將參照附圖更詳細地描述本發(fā)明。圖1所示的深冷空氣分離裝置具有三個塔，一個具有高壓塔和低壓塔的雙塔，以及一個氬支路塔。
現(xiàn)請參閱圖1，原料空氣60在通過基本負荷壓縮機30后通常被壓縮到60～200磅/平方英寸的絕對壓力(psia)。所形成的壓縮原料空氣61在后冷卻器31中被冷卻除掉壓縮熱，所形成的原料空氣流62在通過過濾器32時被清除掉其中的高沸點雜質如水蒸氣、二氧化碳和烴。濾清的原料空氣流63在通過主換熱器1時借助于與返回氣流進行間接熱交換、并借助于多組分制冷劑流體回路(下面將更充分地描述)所制的冷而被冷卻下來，然后以氣流65進入高壓塔10，塔中的工作壓力通常在60～200psia的范圍內。原料氣在高壓塔10中被用低溫精餾法分離為富氮蒸氣和富氧液體。富氮蒸氣以氣流71被從高壓塔10的上部抽出并在主冷凝器4中借助于與從低壓塔底部來的正在汽化的富氧液體進行間接熱交換而被冷凝。所形成的富氮液體72作為回流液被返回到塔10中，以液流73標示。富氮液體72的一部分74被從塔10送入過冷器3，在此被過冷成過冷液流77而被作為回流液送入塔11的上部。如果需要，可把液流73的一部分75作為產品液態(tài)氮回收。液流75占到輸入系統(tǒng)內的原料空氣的比例可高達50％。
富氧液體以液流69從高壓塔10的下部抽出，并送入過冷器2進行過冷。隨后該過冷的富氧液體被分為93和94兩部分。93這部分被送入低壓塔11，而94這部分被送入氬塔冷凝器5中，在此它至少有一部分被汽化。汽化后的蒸氣以氣流95被從冷凝器5抽出并送入低壓塔11。剩余的無論多少富氧液體被從冷凝器5中抽出然后送入低壓塔11。
低壓塔11的工作壓力低于高壓塔10，通常在15～150psia的范圍內，在低壓塔11中，被送入的各股氣流借助于低溫精餾而被分離為富氮蒸氣和富氧液體。富氮蒸氣以氣流83被從塔11的上部抽出，由于通過換熱器3、2、和1而被升溫，并可以氣流86作為產品氣態(tài)氮被回收，氣流86的含氮濃度至少應有99摩爾百分數(shù)，優(yōu)選應至少有99.9摩爾百分數(shù)，最優(yōu)選應至少有99.999摩爾百分數(shù)。為了控制產品的純度，一股廢氣流87被從塔11低于氣流83抽出點處抽出，借助于通過換熱器3、2和1而被升溫，并以氣流90被從系統(tǒng)中除去。富氧液體在塔11的下部借助于與主冷凝器正在冷凝的富氮蒸氣進行間接熱交換而被部分地汽化以為塔11提供向上流動的蒸氣。如果需要的話，可以氣流81從塔11的下部把所形成的富氧蒸氣抽出一部分，氣流81的含氧濃度通常是在90～99.9摩爾的百分度的范圍內。氣流81中的富氧蒸氣在通過主換熱器1時被升溫，并以氣流82被作為產品氣態(tài)氧回收。富氧液體以液流79被從塔11的下部抽出并作為產品液態(tài)氧回收。液流79占到輸入系統(tǒng)內的原料空氣的比例可高達21％。
含有氧和氬的流體以氣流91從低壓塔11送入第三個塔氬塔12中，在此借助于低溫精餾使之分離為富氬流體和富氧流體。富氧流體被從塔12的下部以氣流92送入低壓塔11。富氬流體則作為蒸氣被從塔12的上部送入氬塔冷凝器5中，在此借助于與前述過冷的富氧液體進行間接熱交換而使之冷凝。所形成的富氬液體被從冷凝器5中抽出。至少有一部分富氬液體被作為回流液送入氬塔12中，如果需要的話，另一部分可如圖示的液流96被作為產品液態(tài)氬回收。液流96占送入系統(tǒng)的原料空氣的比例可高達0.93％。
下面將更詳細地描述多組分制冷劑流體回路的操作，該回路是用來產生優(yōu)選全部送入低溫精餾裝置的致冷作用，從而可完全免除渦輪膨脹工藝氣流以產生分離需用的致冷作用，這樣就把深冷空氣分離法所需的制冷與深冷空氣分離所用的工藝氣流如原料空氣的流量脫開了鉤。
下面的描述將對給整個主換熱器1供應致冷作用的多組分制冷劑流體系統(tǒng)加以說明。氣流105中的多組分制冷劑流體在通過再循環(huán)壓縮機33時被壓縮到通常45～800psia的壓力范圍而形成壓縮的制冷劑流體106。壓縮的制冷劑流體因通過后冷卻器34而把壓縮熱冷卻掉，并有可能部分地冷凝。所形成的多組分制冷劑流體隨后以氣流101通過換熱器1，在其中被進一步冷卻，通常是至少部分地冷凝，也可能全部冷凝。隨后該冷卻的壓縮多組分制冷劑流體102被通過閥103膨脹或節(jié)流。節(jié)流優(yōu)選是部分地使多組分制冷劑流體汽化，冷卻該流體并制冷。在某些限定的環(huán)境下，視熱交換條件而定，壓縮的流體102在膨脹前也可能是過冷液體，并在開始膨脹時仍可保持液體狀態(tài)。隨后，在換熱器中被升溫后，該流體即變成兩相。流體在通過閥時的壓力膨脹會由于焦爾-湯姆遜效應而產生致冷作用，亦即由于等焓壓力膨脹而降低該流體的溫度。但是，在某些環(huán)境下可利用兩相或液體膨脹渦輪機來實現(xiàn)流體膨脹，以使流體溫度由于作功膨脹而降低。
隨后已致冷的多組分兩相制冷劑流體氣流104被通過換熱器1，在此它被升溫并完全汽化，用以借助于間接熱交換來冷卻氣流101，并在該換熱器中向各路氣流、包括原料空氣氣流63中傳輸致冷作用，這樣就把多組分制冷劑流體制冷回路所制的冷傳送進入低溫精餾裝置中來支持深冷空氣分離過程。所形成的已升溫多組分制冷劑流體隨后以蒸氣流105被再循環(huán)回到壓縮機33，再開始新的制冷循環(huán)。在多組分制冷劑流體制冷循環(huán)中，當高壓混合物正在冷凝時，就有低壓混合物正在沸騰與之相對應，也就是說，是這一冷凝熱使低壓液體沸騰。在每一溫度水平上，汽化和冷凝溫度的凈差提供了致冷能量。對給定的制冷劑組分組合來說，在每一溫度水平上能得到的致冷作用，取決于混合物的組成、流量和壓力水平。
為了在每一溫度水平上能提供出要求的致冷作用，多組分制冷劑流體須含有兩種或兩種以上的組分。如何選擇制冷劑組分將取決于特定工藝過程下冷負荷與溫度的關系曲線。須依據各組分的標準沸點、潛熱、易燃性、毒性以及消耗臭氧層潛能值來選擇適當?shù)慕M分。
圖2示出一個優(yōu)選的隨著液態(tài)氧、氮、氬生產和回收總量的變化而改變多組分制冷劑流體組成的一個優(yōu)選的系統(tǒng)，其中在低沸點組分中作改變的如曲線A所示；在中沸點組分中作改變的如曲線B所示；在高沸點組分中作改變的如曲線C所示。由圖2可以看出，當液體總產量約為原料空氣量的5％時，多組分制冷劑中低沸點組分的摩爾分數(shù)為小0.2；中沸點組分的份數(shù)為超過0.3；而高沸點組分的摩爾分數(shù)為超過0.5。當液體總產量為原料空氣量的10％或以上時，多組分制冷劑流體中低沸點組分的摩爾分數(shù)為超過0.2；中沸點組分的摩爾分數(shù)為小于0.3；而高沸點組分的摩爾分數(shù)小于0.5。
在本發(fā)明實踐中有用的一個優(yōu)選的多組分制冷劑流體實施方案是至少有一種組分選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚。
本發(fā)明實踐中有用的另一個優(yōu)選的多組分制冷劑流體實施方案是至少有一種組分選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚，以及至少有一種大氣氣體。
本發(fā)明實踐中有用的又一個優(yōu)選的多組分制冷劑流體實施方案是至少有兩種組分選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚，以及至少有兩種大氣氣體。
本發(fā)明實踐中有用的再一個優(yōu)選的多組分制冷劑流體實施方案是至少有一種氟代醚，至少一種組分選自碳氟化合物、碳氫氟化合物、氟代醚和大氣氣體。
有一種優(yōu)選實施方案是，多組分制冷劑流體僅含有碳氟化合物。另一種優(yōu)選實施方案是，多組分制冷劑流體含有碳氟化合物和碳氫氟化合物。又一種優(yōu)選實施方案是，多組分制冷劑流體僅含有碳氟化合物和大氣氣體。再一種優(yōu)選選實施方案是，多組分制冷劑流體僅含有碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚。另有一種優(yōu)選實施方案是，多組分制冷劑流體僅含有碳氟化合物、氟代醚和大氣氣體。
本發(fā)明實踐中有用的多組分制冷劑流體還可含有其它的組分，如含有含氯氟烴和/或烴。多組分制冷劑流體優(yōu)選不含有含氯氟烴。本發(fā)明的另一個優(yōu)選實施方案是，多組分冷劑流體即不含有烴。最優(yōu)選的是，多組分制冷劑流體既不含有含氯氟烴，也不含有烴。最優(yōu)選的是，多組分制冷劑流體應無毒、不燃和不消耗臭氧層的，并且最優(yōu)選多組分制冷劑流體的每種組分或者是碳氟化合物、碳氫氟化合物、氟代醚，或者是大氣氣體。
本發(fā)明實踐中有用的一個優(yōu)選的多組分制冷劑流體實施例為含有18摩爾百分數(shù)的Ar、31摩爾百分數(shù)的CF4、35摩爾百分數(shù)的C2HF5以及16摩爾百分數(shù)的CHCl2F3。
本發(fā)明運用于從外界溫度高效地降至深冷溫度是特別有利的。表1～9列出了在本發(fā)明實踐中有用的多組分制冷劑流體的優(yōu)選實施例。表中給出的濃度范圍是以摩爾百分數(shù)計的。
表1組分濃度范圍C5F125-25C4F100-15C3F810-40C2F60-30CF410-50Ar 5-40N20-80表2組分濃度范圍C3H3F55-25C4F100-15C3F810-40CHF30-30CF410-50Ar 5-40N20-80表3組分濃度范圍C4H4F65-25C3H2F60-15C2H2F40-20C2HF55-20C2F60-30CF410-50Ar 5-40N20-80
表4組分 濃度范圍C3F7-O-CH35-25C4H100-15CF3-O-C2F310-40C2F60-30CF410-50Ar 5-40N20-80表5組分 濃度范圍C3H3F55-25C3H2F60-15CF3-O-C2F310-40CHF30-30CF40-25Ar 5-40N20-80表6組分 濃度范圍C3HCl2F55-25C2HClF40-15C2HF510-40CHF30-30CF40-25Ar 5-40N20-80
表7組分濃度范圍C2HCl2F35-25C2HClF40-15CF3-O-C2F310-40CHF30-30CF40-25Ar5-40N20-80表8組分濃度范圍C2HCl2F35-25C2HClF40-15C2H2F40-15C2HF510-40CHF30-30CF40-25Ar5-40N20-80表9組分濃度范圍C2HCl2F35-25C2HClF40-15C2H2F45-15C2HF55-40CHF30-30CF40-25Ar5-40N20-80
本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案中，制冷劑混合物的兩種或兩種以上組分中的每一種的標準沸點，應與制冷劑混合物中每種其它組分的標準沸點，至少具有開氏5度的差別；更優(yōu)選具有開氏10度的差別；最優(yōu)選具有開氏20度的差別。這一要求就提高了對涵蓋深冷溫度的寬廣溫度范圍提供致冷作用的效率。在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的實施方案中，多組分制冷劑流體中沸點最高的組分的標準沸點要比沸點最低的組分的標準沸點高出至少50°K，優(yōu)選至少100°K，最優(yōu)選至少200°K。
多組分制冷劑之所以在本發(fā)明的實踐中有用，在于它的組分和這些組分的濃度，這些組分及其濃度應使多組分制冷劑流體形成可變負荷的流體，并優(yōu)選是能在本發(fā)明的方法的整個溫度范圍內保持這樣的可變負荷特性。這樣就可顯著地提高其適應如此寬廣溫度范圍而制取并利用致冷作用的效率。規(guī)定的優(yōu)選組分的組合還有一個外加的好處，即它們可用來組成無毒、不燃、以及低消耗或不消耗臭氧層的流體混合物。這比傳統(tǒng)的制冷劑還能提供額外的優(yōu)點，傳統(tǒng)的制冷劑常常是有毒的、易燃的和/或消耗臭氧層的。
在本發(fā)明實踐中有用的無毒、不燃和不消耗臭氧層的優(yōu)選可變負荷多組分制冷劑流體，包括選自下列物質的兩種或兩種以上的組分C5F12、CHF2-O-C2HF4、C4HF9、C3H3F5、C2F5-O-CH2F、C3H2F6、CHF2-O-CHF2、C4F10、CF3-O-C2H2F3、C3HF7、CH2F-O-CF3、C2H2F4、CHF2-O-CF3、C3F8、C2HF5、CF3-O-CF3、C2F6、CHF3、CF4、C4F9-O-CH3、C6F14、C5HF11、C5H2F10、C3F7-O-CH3、C4H4F6、C2F5-O-CH3、CO2、O2、Ar、N2、Ne和He。
雖然本發(fā)明已參照某些優(yōu)選實施方案作了詳細的描述，但是本領域的技術人員會承認，在權利要求的精神和范圍之內還存在著其它的實施方案。例如，可使用一個以上的多組分制冷劑流體制冷回路來為該系統(tǒng)制冷，每個多組分制冷劑回路采用不同的多組分制冷劑流體，即有著一種或一種以上的不同組分和/或濃度的流體。
另一實施方案是，本發(fā)明實踐中的多組分制冷劑流體制冷回路可采用內部再循環(huán)，其中可在壓縮之后繼之以至少一級中間溫度下的部分冷凝，隨后繼之以進行分離、節(jié)流和冷凝液的再循環(huán)，同時把汽化后的回流蒸氣再循環(huán)到壓縮機的吸入口。取出或再循環(huán)高沸點組分可提供出較高的熱力學效率，并可消除在較低溫度下的凍結問題。
權利要求
1．一種借助于低溫精餾原料空氣來生產液態(tài)氧的方法，它包括(A)壓縮多組分的制冷劑流體，冷卻被壓縮的多組分制冷劑流體，膨脹該被壓縮和冷卻的多組分制冷劑流體，并借助于與該正在冷卻的被壓縮的多組分制冷劑流體以及原料空氣進行間接熱交換，而使該膨脹了的多組分制冷劑流體升溫，以生成冷卻的原料空氣；(B)將該冷卻的原料空氣送入壓力較高的低溫精餾塔，并在該高壓低溫精餾塔中用低溫精餾法使之分離為富氮流體和富氧流體；(C)將富氮流體和富氧流體送入壓力較低的低溫精餾塔中，并用低溫精餾法將送入該低壓塔的兩種流體分離開，以生產富氮流體和富氧流體；以及(D)從低壓塔的下部抽出液態(tài)的富氧流體并將該抽出的富氧流體作為產品液態(tài)氧回收。
2．權利要求1的方法，它還包括將一部分富氮流體作為液態(tài)氮產品回收。
3．權利要求1的方法，它還包括把含有氧和氬的氣流從低壓塔送入第三塔，在第三塔中用低溫精餾法生產出富氬流體，并從第三塔中把富氬流體作為液態(tài)氬產品回收。
4．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體包括有至少一種低沸點組分、至少一種中沸點組分、以及至少一種高沸點組分，并且其中的低沸點組分的摩爾分數(shù)為小于0.2，中沸點組分的摩爾分數(shù)為超過0.3，而高沸點組分的摩爾分數(shù)為超過0.5。
5．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體包括有至少一種低沸點組分、至少一種中沸點組分、以及至少一種高沸點組分，并且其中的低沸點組分的摩爾分數(shù)為超過0.2，中沸點組分的摩爾分數(shù)為小于0.3，而高沸點組分的摩爾分數(shù)為小于0.5。
6．權利要求1的方法，其中被壓縮和冷卻的多組分制冷劑流體膨脹后，產生出兩相的多組分制冷劑流體。
7．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體含有選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚的至少兩種組分。
8．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體含有選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚的至少一種組分，以及至少一種大氣氣體。
9．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體含有選自碳氟化合物、碳氫氟化合物和氟代醚的至少兩種組分，以及至少兩種大氣氣體。
10．權利要求1的方法，其中多組分制冷劑流體含有選自碳氟化合物、碳氫氟化合物、氯氟烴和氟代醚的至少一種組分，以及至少一種大氣氣體。
全文摘要
一種用以生產液態(tài)氧和其它液態(tài)產品的深冷空氣分離法,該法所需的制冷是與工藝氣流流量脫鉤的,而致冷作用至少是部份地借助于至少一個多組分制冷劑流體制冷回路來制取的。
文檔編號F25J3/04GK1319756SQ0111176
公開日2001年10月31日 申請日期2001年3月21日 優(yōu)先權日2000年3月23日
發(fā)明者B·阿曼, D·P·波納奎斯特, J·A·維貝爾, M·E·溫塞特 申請人:普萊克斯技術有限公司