專利名稱：按照需求變化的模式供給氣態(tài)氧的空氣分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可按照需求變化的模式的要求供給氣態(tài)氧的空氣分離方法。
許多工業(yè)方法對(duì)氧的需要是隨時(shí)間變化的。例如，小軋鋼廠在重新處理廢鋼時(shí)使用氧。由于廢鋼是由這些軋鋼機(jī)一批批或一爐爐處理的，所以，氧的需求量在處理一批廢鋼時(shí)的高需求量階段與各批處理之間的低需求量階段是不同的。為了滿足這樣的氧需求量要求，現(xiàn)有技術(shù)提供了數(shù)種空氣分離設(shè)備，這些設(shè)備可按照具有高和低需求量階段的需求變化的模式而供給氣態(tài)氧。這樣的空氣分離設(shè)備通常在低需求量階段貯存液氧，而在高需求量階段貯存液氮。此外，通過(guò)汽化庫(kù)存的液氧，同時(shí)冷凝由該設(shè)備制取的氣態(tài)氮，就可生產(chǎn)出液氮和氣態(tài)氧產(chǎn)品。
在有一種設(shè)備結(jié)構(gòu)中，氣態(tài)氧產(chǎn)品是直接由一空氣分離設(shè)備的低壓塔供給的，該設(shè)備有一通過(guò)一冷凝器/再沸器與該低壓塔在運(yùn)行上相關(guān)聯(lián)的高壓塔。在這樣一種設(shè)備結(jié)構(gòu)中，利用在低壓塔中液氧的汽化，同時(shí)在高壓塔中冷凝氣態(tài)氮而制得氣態(tài)氧產(chǎn)品。在另一種設(shè)備結(jié)構(gòu)中，氮的冷凝和氧的汽化是在一位于空氣分離設(shè)備之外的換熱器中進(jìn)行的，而不是在該設(shè)備的高、低壓塔中進(jìn)行。
這種氣態(tài)氧產(chǎn)品來(lái)自低壓塔的空氣分離設(shè)備的一個(gè)實(shí)例，報(bào)告在“林德科技報(bào)告(LindeReportsonScienceandTechnology)”(No.37，1984)中。在這出版物上揭示的該設(shè)備通過(guò)從低壓塔提取汽化的氧，以一額定的生產(chǎn)率提供氣態(tài)氧。在氧汽化的同時(shí)使在高壓塔頂部制得的氮冷凝。從高壓塔引出高壓氮流，接著將它加熱、壓縮、部分地冷卻和通過(guò)渦輪膨脹(turboexpanded)，以提供設(shè)備制冷作用。
在上述設(shè)備中，被引出以供給設(shè)備制冷作用的高壓氮的量受到控制，以調(diào)節(jié)所供給的氣態(tài)氧的量，使它或高于額定生產(chǎn)率，或低于額定生產(chǎn)率。在高需求量階段，從高壓塔提取的高壓氮的量被減少到低于按額定生產(chǎn)率生產(chǎn)氣態(tài)氧所需提取的量。其結(jié)果，提高了在低壓塔底部液氧汽化的程度和在高壓塔頂部高壓氮冷凝的程度。這樣就增加了在高壓塔頂部收集到的液氮的量，這些液氮被引出并貯存在一貯罐中。在低需求量階段中貯存在另一貯罐中的液氧供給低壓塔，以補(bǔ)足在低壓塔底部的氧。在低需求量階段，從高壓塔引出的高壓氮的量增加到超過(guò)按額定生產(chǎn)率生產(chǎn)氧時(shí)所需提取的量。這樣，因?yàn)榭稍诟邏核敳坷淠母邏旱^少，所以增加了在低壓塔底部收集到的液氧的量。這些在低壓塔收集到的增加的液氧量被引出后貯存起來(lái)，在高需求量階段使用，同時(shí)，預(yù)先貯存的高壓氮作為回流被送至低壓塔頂部，以沖洗氧和增加制冷作用。由于受到改變氧生產(chǎn)率的裝置的限制，該結(jié)構(gòu)的工藝中，最大氧產(chǎn)量與平均氧產(chǎn)量之比僅為約1.5。
那種氧和氮的汽化和冷凝在外加的換熱器和汽化器中進(jìn)行的空氣分離設(shè)備的一個(gè)實(shí)例揭示在美國(guó)專利3273349。在該專利中描述的空氣分離設(shè)備用于以額定生產(chǎn)率供給液氧和廢氮。在用氧量低或無(wú)用氧要求階段，液氧貯存在一貯存容器中，而事先在高需求量階段中制得并貯存起來(lái)的液氮返回到該空氣分離設(shè)備，以用作回流返回給該設(shè)備的低壓塔。在高需求量階段，來(lái)自貯存容器的液氧被泵壓通過(guò)一換熱器，同時(shí)，廢氮被加壓并逆方向流過(guò)該換熱器。其結(jié)果，液氧汽化而作為產(chǎn)品被送出，被加壓的氮冷凝并被貯存起來(lái)，以供在低需求量階段使用。
在氣態(tài)氧是直接由低壓塔提供的，氧需求量可變的設(shè)備中存在著結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行問(wèn)題，例如，要在需求模式的全部范圍內(nèi)使塔的液力設(shè)計(jì)，和氧的回收率都達(dá)到最優(yōu)化是非常困難的。最大的運(yùn)行問(wèn)題是難以控制被回收的氧的純度。還有，回收的氧輸出時(shí)的壓力太低，以致不能實(shí)際使用于工業(yè)過(guò)程中。因此，必須用一氧壓機(jī)提高氧的壓力。要注意的是在那些利用壓送液氧經(jīng)過(guò)一換熱器或汽化器的方法供給氧的氧需求量可變的設(shè)備中，氧是以一可用的工作壓力送出而無(wú)需使用氧壓機(jī)。但是，盡管在這樣設(shè)計(jì)的設(shè)備中至少部分節(jié)省了設(shè)備開(kāi)支，但由于在汽化氧和在低溫箱(coldbox)外冷凝氮時(shí)有能量損耗，故增加了運(yùn)行費(fèi)用?？梢岳斫獾氖莾煞N設(shè)計(jì)的設(shè)備均使用了附加的壓縮機(jī)、換熱器等，這樣總之明顯增加了設(shè)備開(kāi)支和復(fù)雜性。
如將討論的，本發(fā)明提供一方法，該方法能以可用的工作壓力、按一需求量可變的模式供給氣態(tài)氧，并且其氧需用量范圍比現(xiàn)有技術(shù)的要更大些。本發(fā)明的方法是完全一體化的，它比現(xiàn)有技術(shù)的氧需求量可變的設(shè)備的方法要簡(jiǎn)單得多。另外，本發(fā)明的方法中的塔運(yùn)行起來(lái)很穩(wěn)定。這樣就可避免產(chǎn)生那些在氧直接由低壓塔供給的氧需求量可變的設(shè)備所有的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和運(yùn)行問(wèn)題。
本發(fā)明提供一種用于供給氣態(tài)氧，以滿足需求量可變的模式的要求的方法。按照這樣的方法，由一雙塔低溫精餾方法精餾空氣。該精餾方法利用在運(yùn)行上相互關(guān)聯(lián)的高壓和低壓塔，以分別生產(chǎn)富氮汽和液氧。富氮汽和液氧從高壓和低壓塔放出。
該放出的富氮汽經(jīng)部分地加熱，然后經(jīng)發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹以做功。膨脹后，該放出的富氮汽流被送入低溫精餾過(guò)程以供設(shè)備制冷，這樣，在需求量模式的過(guò)程中保持了熱平衡。
當(dāng)需要?dú)鈶B(tài)氧時(shí)，從放出的液氧形成的產(chǎn)品流被用泵加壓至傳送壓力，而不是用氧壓機(jī)壓縮至傳送壓力。同時(shí)，至少有一部分富氮汽從被部分地加熱和膨脹的過(guò)程轉(zhuǎn)移出來(lái)，并被充分地加熱、壓縮后再被冷凝，同時(shí)使產(chǎn)品流汽化，從而形成氣態(tài)氧。該富氮汽以一足以汽化產(chǎn)品流的流速轉(zhuǎn)移，而產(chǎn)品流以一足夠大的流速泵出，以滿足需用量要求。
從轉(zhuǎn)向的富氮汽冷凝的液氮被閃蒸(flash)，以產(chǎn)生一股含液相和汽相的兩相氮流(twophaseflowofnitrogen)。液相和汽相彼此被分離，而將汽相流返回補(bǔ)充到被充分加熱前的轉(zhuǎn)向的富氮汽中，以提高氣態(tài)氧的生產(chǎn)率。如前面提到的，現(xiàn)有技術(shù)的氧需求量可變的設(shè)備只能生產(chǎn)約為該設(shè)備的額定生產(chǎn)率的1.5倍的氣態(tài)氧。汽相流，實(shí)際上是一再循環(huán)流(recyclestream)的補(bǔ)充，可使更多的液氧被汽化，以將氣態(tài)氧的生產(chǎn)率提高到該設(shè)備的氧額定生產(chǎn)率的兩倍之多。
在一雙塔精餾方法或設(shè)備中，液氮作為回流被加入，以將氧推向兩個(gè)塔的底部。為了從低壓塔提取液氧，也必須將回流加入低壓塔。在本發(fā)明中，由閃蒸所得的液相組成的液氮流被作為這樣的回流而送入低壓塔。未被送入低壓塔的多余液氮以及放出后用來(lái)形成產(chǎn)品流的多余液氧被貯存起來(lái)。
本發(fā)明的一個(gè)重要方面是液氮流以一隨著設(shè)備制冷量輸入的多少而變化的產(chǎn)率加入低壓塔，這樣，能以基本上恒定的產(chǎn)率生產(chǎn)出液氧。正如會(huì)理解的，隨著氣態(tài)氧需求量的降低，增加了富氮汽的通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹(engineexpansion)，以致也提高了設(shè)備制冷量。由于液氮回流用作對(duì)氧的沖洗和制冷源，故必須減少液氮回流量，以保持一基本上恒定的液氧生產(chǎn)率。相反運(yùn)行情況，就是隨著氣態(tài)氧需求量的增加，加入更多的液氮回流，因?yàn)榇藭r(shí)來(lái)自通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)的膨脹的制冷量較少。
比起那些從低壓塔取出氣態(tài)氧產(chǎn)品的現(xiàn)有技術(shù)中的諸方法，本發(fā)明方法的穩(wěn)定運(yùn)行能使塔的設(shè)計(jì)和液氧生產(chǎn)最佳化。此外，由于液氧生產(chǎn)量是恒定的，比起這樣的現(xiàn)有技術(shù)方法，它更易保持產(chǎn)品純度。
從上述可指出能使用該設(shè)備的主換熱器實(shí)現(xiàn)液氧與氮之間的熱傳遞，以產(chǎn)生氣態(tài)氧產(chǎn)品和用作回流的液氮。另外，單股富氮?dú)饬饔糜谌齻€(gè)目的，即汽化液氧、用作回流和用于設(shè)備制冷。該富氮?dú)饬鞯亩嘤猛颈旧砭涂赡苤瞥霰痊F(xiàn)有技術(shù)方案更簡(jiǎn)單而開(kāi)支更省的設(shè)備，這是因?yàn)樗恍枋褂酶郊拥膲嚎s機(jī)和膨脹器。另外，由于氧是從低壓塔之外部輸出的，所以，可將液氧經(jīng)過(guò)主換熱器泵出，而不需用一氧壓機(jī)壓縮氣態(tài)氧產(chǎn)品，就可比較經(jīng)濟(jì)地升高氧壓力。
盡管本說(shuō)明書(shū)以具體指出了申請(qǐng)人的發(fā)明的主題的權(quán)利要求書(shū)為結(jié)尾，相信通過(guò)下面結(jié)合附圖
的描述將對(duì)本發(fā)明有更好的理解，其中所述的唯一附圖是按照本發(fā)明的空氣分離設(shè)備的示意圖。
附圖表示了一按照本發(fā)明的空氣分離設(shè)備。該設(shè)備具體用于生產(chǎn)純度為約95.0%的氣態(tài)氧產(chǎn)品。由該空氣分離設(shè)備生產(chǎn)的氧按照一需求量可變的模式供給，該模式有一持續(xù)約32.0分鐘的高需求量階段，在該階段供給的產(chǎn)品氧的量為279.77moles/hr，其溫度為約18.9℃，壓力為約11.74kg/cm2。供氧速度大致為該設(shè)備的額定氧生產(chǎn)率的1.87倍。需求量循環(huán)也有一交替的低需求量階段，它在高需求量階段之后約28.0分鐘，其間不供給氣態(tài)氧。
請(qǐng)注意，在下面討論中所有的壓力均為絕對(duì)壓力，“mole”是指“千克分子(Kilogrammoles)”。另外，盡管討論集中于在該空氣分離設(shè)備之各組件之間流通的各股流，而標(biāo)注各股流的諸參考號(hào)也用來(lái)注明各組件之間導(dǎo)通各股流用的連接管道。
運(yùn)行時(shí)，一股呈環(huán)境溫度和壓力(約22.2℃和約1.02kg/cm2)和流速為約689.30moles/hr的空氣流10，在一壓縮機(jī)12中被壓縮至約5.88kg/cm2。該空氣流10最好是流過(guò)一后冷卻器14，經(jīng)過(guò)該冷卻器空氣被冷卻降回至約22.2℃。該空氣流10然后流經(jīng)一凈化器16，以從氣流10中除去二氧化碳和水蒸汽。凈化器16是由分子篩，或氧化鋁和分子篩(未混合)二元介質(zhì)，或單獨(dú)由氧化鋁組成。在通過(guò)該凈化器16后，壓力下降了約0.246kg/cm2的該空氣流10接著在一主換熱器18中進(jìn)一步被冷卻至一適合其精餾的溫度。此后，該空氣流10進(jìn)入一具有相互連接的高壓塔22和低壓塔24的空氣分離設(shè)備20中。塔22有約21個(gè)塔盤(pán)，而塔24有約39個(gè)塔盤(pán)。高、低壓塔22和24通過(guò)一冷凝器/再沸器26彼此在運(yùn)行上相關(guān)連。
主換熱器18有一分支的第一通路18a，該通路有一主通段18b和一支通段18c。出于后面要討論的目的，來(lái)自高壓塔22的富氮汽在主通段18b中得以充分加熱，而在支通段18c中被部分地加熱。設(shè)在主換熱器18中的第二通路18d用于在富氮汽通過(guò)第一通路18a的主通段18b之后，冷凝被充分加熱和壓縮的富氮汽。實(shí)現(xiàn)此的辦法是汽化流過(guò)主換熱器18的第三通路18e的液氧。主換熱器18的第四和第五通路18f和18g分別與高壓塔22和低壓塔24相連，以將空氣冷卻到適合其精餾的溫度，同時(shí)充分加熱來(lái)自低壓塔24的低壓氮。
在高壓塔22中，揮發(fā)性較強(qiáng)的氮上升，而揮發(fā)性差些的氧從一塔盤(pán)降到下一塔盤(pán)并收集在高壓塔22之底部，以形成一溫度為約-173.95℃、壓力為約5.52kg/cm2的富氧液28。從高壓塔提取的富氧液28的液流30通過(guò)一閥門(mén)32被節(jié)流，緊接著它從離塔頂約29個(gè)塔盤(pán)之處進(jìn)入低壓塔24，以作進(jìn)一步分離。
當(dāng)在高壓塔的頂部收集的揮發(fā)性較強(qiáng)的氮，為了后面要討論的目的，作為上述的富氮?dú)鈴母邏核?2被引出作為氣流34時(shí)，上述氣流34的流速在整個(gè)需求量模式中是基本恒定的，約303.91moles/hr.，溫度為約-177.97℃。這種富氮?dú)庖沧鳛橐粴饬?6被提取，該氣流36流入冷凝器/再沸器26中，在此，該氣流36遇到在低壓塔24底部收集的液氧而被冷凝。該冷凝的氮的一股支流38作為回流返回到高壓塔之頂部，而該冷凝氮的另一支流40流經(jīng)過(guò)冷器42。在過(guò)冷器42中被進(jìn)一步冷卻后，該支流40通過(guò)一流量控制閥44被節(jié)流，再作為回流送入低壓塔24之頂部。流量控制閥44也控制進(jìn)入低壓塔和高壓塔的回流，以在高壓塔中保持氮純度。
未經(jīng)汽化的、收集在低壓塔24底部的液氧作為一液流46從低壓塔24底部被提取出，以存放在氧罐48中。氧罐48在其頂部通過(guò)一管道50連接于低壓塔24，使該氧罐48中的汽壓力大致等于低壓塔24之壓力。
從低壓塔24頂部放出一股低壓氮流52(在主換熱器18里已提起過(guò))，其溫度為約-193.20℃，壓力為約1.375kg/cm2。該氮流52流經(jīng)過(guò)冷器42，在此，該氮流被加溫而冷卻了液流40和56。此后，該氮流52進(jìn)入主換熱器18的第五通路18g，以冷卻流經(jīng)主換熱器18的第四通路18f而輸入的空氣流10。然后，該氮流52作為廢氮從該設(shè)備中排掉。
回流也從一容量約為6000立升的閃蒸罐54供給于低壓塔24。這股回流是為從低壓塔24中提取液氧所必需的。在高需求量階段中，積聚在閃蒸罐54中的過(guò)量的液氮作為液流56被提取，這股液流56進(jìn)一步在過(guò)冷器42中得以冷卻，并使低壓氮流52升溫。在這樣的進(jìn)一步冷卻后，液流56流經(jīng)一流量控制閥門(mén)58并送入低壓塔24之頂部。如下面要更詳細(xì)地討論的，流量控制閥門(mén)58用于計(jì)測(cè)供給低壓塔24的回流量，從而在低壓塔24中以一基本上恒定的生產(chǎn)率生產(chǎn)出液氧。
下面是對(duì)高需求量階段設(shè)備運(yùn)行的討論。在高需求量階段，即當(dāng)有對(duì)氣態(tài)氧的需求時(shí)，利用一泵62從氧罐48將液氧產(chǎn)品流60泵出，經(jīng)過(guò)主換熱器18的第三通路18e輸出。該產(chǎn)品流60的流速足以滿足需求量。
在圖示的實(shí)施方式和實(shí)例中，液氧流46以約148.17moles/hr.的流速流入氧罐48中。液氧產(chǎn)品流60利用泵62從液氧貯罐48，以約279.77moles/hr.的流速和約11.90kg/cm2的輸送壓力，經(jīng)過(guò)主換熱器18的第三通路18e壓出。與此同時(shí)，閃蒸汽流64送入氣流34中，然后該混合后的氣流34沿著主換熱器18的第一通路18a的主通段18b、一增壓壓縮機(jī)70，還最好經(jīng)過(guò)一后冷卻器72，然后沿著主換熱器18的第二通路18d流動(dòng)。該氣流34在主換熱器18中被充分升溫至約18.9℃。壓力為約5.32kg/cm2的該氣流34然后在增壓壓縮機(jī)70中被加壓至約30.45kg/cm2，又被后冷卻器72冷卻，又在主換熱器18的第二通路18d中冷凝，并將同時(shí)通過(guò)主換熱器18的第三通路18e的產(chǎn)品流60汽化。在通過(guò)主換熱器18后，產(chǎn)品流60加熱至約18.9℃，并產(chǎn)生一微小的壓力降而降至壓力為約11.70kg/cm2。具有這樣大壓力的氧無(wú)需用泵或壓縮機(jī)加壓傳送等手段而可直接供給于煉鋼爐。
在附圖中用流34a表示的、從流34冷凝的液氮被閃蒸到閃蒸罐54中，以生產(chǎn)氮流56，該氮流56(如已討論過(guò)的)被用作低壓塔24的回流。冷凝后，氮流34a的溫度為約-158.6℃，壓力為約30.10kg/cm2。該流34a通過(guò)一閥門(mén)68被節(jié)流至一足夠低的壓力，以在被冷凝的氮流34中產(chǎn)生兩相。閥門(mén)68還靠其形成的背壓用來(lái)控制冷凝。兩相的液相和汽相在閃蒸罐54中被分離開(kāi)，以產(chǎn)生一含有待作為回流送入低壓塔24中的液氮的液相和一含有用于形成閃蒸汽流64的閃蒸汽的汽相。閃蒸汽流64離開(kāi)閃蒸罐54時(shí)的溫度為約-177.7℃，壓力為約5.62kg/cm2，后通過(guò)一節(jié)流閥74被節(jié)流至富氮?dú)饬?4的壓力，該壓力實(shí)際上是高壓塔22的壓力。要指出的是節(jié)流閥74用于控制閃蒸量和對(duì)閃蒸罐54加壓，使氮流56在無(wú)需用泵情況下流至低壓塔24。
還應(yīng)指出的是在高需求量階段，富氧液流30的流速為約375.62moles/hr，而低壓氮流52的流速為約396.95moles/hr.。兩股回流氮流，即氮流40和56的流速分別為約9.77moles/hr.和159.73moles/hr.。這兩股回流氮流通過(guò)過(guò)冷卻器42后被冷卻到約-191.3℃，而同時(shí)氮流52則升溫至-182.2℃。氮流52通過(guò)主換熱器18后又被加溫至約18.9℃。
下面討論在低需求量階段的設(shè)備運(yùn)行。在低需求量階段，氮流34沿著另一由主換熱器18的第一通路18a分出的支通段18c流動(dòng)而被部分地加熱，然后又在渦輪膨脹器76中膨脹作功。經(jīng)膨脹形成的氮流78然后補(bǔ)充回到本過(guò)程中，以供設(shè)備制冷。
在主換熱器18中，氮流34被部分地加熱至約-158.3℃，然后接著在渦輪膨脹機(jī)76中膨脹，其壓力從5.41kg/cm2降到約1.33kg/cm2，而溫度降至約-191.3℃。經(jīng)膨脹形成的氮流78與流速為442.10moles/hr.的低壓氮流52相合并。合成流然后經(jīng)過(guò)主換熱器18的第五通路18g以約700.65moles/hr.的流速送出。離開(kāi)主換熱器18后，該合成流被加熱至約17.5℃。
在空氣流10進(jìn)入高壓塔22前，制冷量的補(bǔ)充降低了該空氣流10的焓(enthalpy)。與此相關(guān)，在低需求量階段該空氣流10的溫度為約-173.9℃，其含液體量為約7.02%。在高需求量階段，該空氣流的溫度也為約-173.9℃。另外，流速基本上與在高需求量階段的流速相等(150.84moles/hr.)的液氧從低壓塔24作為氧流46被取出。為了保持熱平衡同時(shí)保持液氧生產(chǎn)率基本上恒定，另設(shè)置了閥門(mén)58，以將氮流56的流速減至約162.18moles/hr.。由于高壓塔22中的冷凝器負(fù)荷(condenserduty)稍大，支流40的流速增至約56.70moles/hr.。
在氮流40和56送入低壓塔24之前，它們先在過(guò)冷卻器42中冷卻至約-191.4℃。也應(yīng)指出的是在這一段時(shí)間中，富氧流30以一為約374.05moles/hr.的流速流動(dòng)。
通過(guò)啟動(dòng)和關(guān)閉渦輪膨脹器76和增壓壓縮機(jī)70，可使氮流34從一個(gè)通路轉(zhuǎn)向另一通路。例如，在高需求量階段，關(guān)閉渦輪膨脹器76而啟動(dòng)增壓壓縮機(jī)70。這樣，使來(lái)自汽流34的富氮汽改變了它的為設(shè)備提供制冷的作用，亦即從流向渦輪膨脹器76轉(zhuǎn)而流入主換熱器18的第一通路18a的主通段18b。而在低需求量階段，運(yùn)行情況則相反。
上述僅僅表示按照本發(fā)明的設(shè)備運(yùn)行的許多可能的方式中的一個(gè)方式，指出這一點(diǎn)是重要的。例如，渦輪膨脹器76可設(shè)置得按照需求量大小來(lái)改變轉(zhuǎn)向的流速而不是開(kāi)一關(guān)操作，因?yàn)樾枨笤谝惶囟ǖ男枨竽Ｊ街锌赡苁菑牟恢袛嗟摹Ｔ谶@一需求量模式中，隨著氣態(tài)氧需求量的增加，渦輪膨脹器76可以一習(xí)用的方式進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定地減小富氮汽在其內(nèi)的流速，從而使任意數(shù)量(從少量至全部)的富氮汽被充分地加熱、壓縮和冷凝。與此同時(shí)，流氮回流的流速將隨著加入本過(guò)程中的制冷量的減小而增大。當(dāng)氣態(tài)氧需求量減少時(shí)，渦輪膨脹器76則可進(jìn)行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定地增加富氮汽在其內(nèi)的流速，使可被充分地加熱、壓縮和冷凝的富氮汽數(shù)量逐漸減少。隨之而來(lái)的是液氮回流的流速將隨著加入本方法中的制冷量的增大而減小。
簡(jiǎn)言之，盡管如上述的，本發(fā)明的開(kāi)-關(guān)運(yùn)行是一重要的可能的運(yùn)行方式，但這并不是按照本發(fā)明的設(shè)備運(yùn)行的唯一方式。
雖然詳細(xì)地表示和描述了本發(fā)明的一較佳實(shí)施例，而只要不離開(kāi)本發(fā)明的精神和范圍，可作些刪改、變化和增加，對(duì)此，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員是容易理解和接受的。
權(quán)利要求
1.一種供給氣態(tài)氧，以滿足一需求量可變的模式(variable de-mand pattern)的要求的方法，包括通過(guò)一雙塔低溫精餾方法精餾空氣，以分別產(chǎn)生富氮汽和液氧，該精餾方法使用在運(yùn)行上相關(guān)聯(lián)的高壓塔和低壓塔；從高壓塔和低壓塔放出富氮汽和液氧；部分地加熱和通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹該放出的富氮汽，以使其作功，在通過(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)膨脹后將該放出的富氮汽送入該低溫精餾過(guò)程以提供制冷作用，使在需求模式(demand pattern)過(guò)程中保持熱平衡；當(dāng)具有對(duì)氣態(tài)氧的需求時(shí)，將一由放出的液氧形成的產(chǎn)品流泵壓至一傳送壓力；將至少一部分放出的富氮汽從被部分地加熱和膨脹的過(guò)程轉(zhuǎn)移(divert)出來(lái)；以及，充分加熱、壓縮和接著冷凝該被轉(zhuǎn)向的富氮汽，同時(shí)，汽化產(chǎn)品流，從而形成氣態(tài)氧；富氮汽以一足以汽化產(chǎn)品流的流速轉(zhuǎn)向，而產(chǎn)品流則以一足夠的流速被泵壓，以滿足需求；閃蒸從轉(zhuǎn)向的富氮汽冷凝的液氮，以產(chǎn)生一含有液相和汽相的兩相氮流(two phase flow of nitrogen)，并將液相和汽相彼此分開(kāi)；將一股由汽相組成的汽相流加到被轉(zhuǎn)向的富氮汽中，以提高氣態(tài)氧的生產(chǎn)率；以及，將一股由液相組成的液氮流作為回流加到低壓塔中，以使從低壓塔中放出液氧；以及將未送入高壓塔中的過(guò)量的液相和未用于形成產(chǎn)品流的過(guò)量的放出的液氧貯存起來(lái)。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于液氮流以一隨著設(shè)備制冷量(refrigeration)引入的多少而變化的流速加入低壓塔中，使在低壓塔中以一基本上恒定的產(chǎn)率形成液氧;以及富氮汽和液氧從高壓塔和低壓塔以基本恒定的流速放出。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于低溫精餾方法還采用了一冷卻步驟，以將空氣冷卻到一適于其精餾的溫度;產(chǎn)品流被引入到該冷卻步驟中;以及在該冷卻步驟中富氮汽被部分地加熱;而也在該冷卻步驟中被轉(zhuǎn)向的富氮汽被充分地加熱，并且，在被充分地加熱和壓縮后，在該冷卻步驟中被冷凝，同時(shí)汽化產(chǎn)品流。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于低溫精餾方法還采用一冷卻步驟，以將空氣冷卻到一適于在該精餾步驟中進(jìn)行其精餾的溫度;以及膨脹后的富氮汽流被加入冷卻步驟，通過(guò)降低待精餾的空氣的焓，而在低溫精餾過(guò)程引入設(shè)備制冷作用。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于液氮閃蒸到一閃蒸罐中，以將液相和汽相彼此分離開(kāi)。
6.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于低溫精餾方法還采用一冷卻步驟，以將空氣冷卻到一適于其精餾的溫度;產(chǎn)品流被引入到該冷卻步驟中;以及在該冷卻步驟中富氮汽被部分地加熱;而也在該冷卻步驟中被轉(zhuǎn)向的富氮汽被充分地加熱，并且，在被充分地加熱和壓縮后，在該冷卻步驟中被冷凝，同時(shí)汽化產(chǎn)品流。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于膨脹后的富氮汽流被加入冷卻步驟，通過(guò)降低待精餾的空氣的焓，而在低溫精餾過(guò)程引入設(shè)備制冷作用。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于液氮被閃蒸到一閃蒸罐中，以產(chǎn)生一含液相和汽相的氮。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于低壓塔產(chǎn)生低壓氮汽;從低壓塔提取一股由低壓氮汽組成的廢流;該廢流被送入冷卻步驟，以冷卻空氣;以及在膨脹后的富氮汽流送入冷卻步驟之前將該汽流與廢流合并，以在低溫精餾過(guò)程引入制冷作用。
全文摘要
一種用于供給氣氧以滿足一需求量變化的模式要求的空氣分離方法。空氣由一雙塔低溫精餾方法精餾，在高、低壓塔中產(chǎn)生富氮汽和液氧。富氮汽在一主換熱器中被部分地加熱，然后通過(guò)渦輪膨脹，以產(chǎn)生設(shè)備制冷作用。當(dāng)需要?dú)鈶B(tài)氧時(shí)，一股液氧產(chǎn)品流被泵壓至傳送壓力，而富氮汽轉(zhuǎn)向被充分地加熱、壓縮和冷凝，同時(shí)汽化產(chǎn)品流，以形成氣態(tài)氧。被冷凝的氮再閃蒸到閃蒸罐中。閃蒸汽被加入轉(zhuǎn)向的富氮汽，形成的流被作為回流送入低壓塔中，以可放出液氧。
文檔編號(hào)F25J3/06GK1068883SQ9210406
公開(kāi)日1993年2月10日 申請(qǐng)日期1992年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月23日
發(fā)明者羅伯特·A·莫斯特勞, 維托·克利捷斯 申請(qǐng)人:波克股份有限公司