專利名稱：蒸餾空氣的方法和設(shè)備及其在向軋鋼廠供氣中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于蒸餾空氣的技術(shù)。
在一些工業(yè)中需要使用大量的各種壓力的不純氧，例如碳的氣化，石油殘渣的氣化，鐵礦石的直接還原熔煉，高爐的碳噴吹，有色金屬冶煉等等。
在另一方面，一些工業(yè)中需要同時供給大量的各種壓力的高純氧和不純氧。例如在具有氧氣轉(zhuǎn)爐的軋鋼廠中，高爐需要供給氧氣或富氧空氣。
本發(fā)明的目的是為了通過一種廉價的方式完成這一目的，即能夠以相對較少的投資和能量消耗生產(chǎn)任意選擇純度和壓力的不純氧，如需要的話生產(chǎn)高純氧。
為此，本發(fā)明的一個目的是提供一種使用一個聯(lián)接有一個混合塔的雙蒸餾塔來蒸餾空氣的方法，在該方法中由空氣氣體混合物組成的輔助氣體從混合塔的底部輸入，從低壓塔低段排出的比輔助氣體含氧量較高的液體從混合塔的頂部輸入，構(gòu)成產(chǎn)品氣的不純氧從混合塔的頂部排出，輸入混合塔的輔助氣和液體壓縮至相同的壓力，這壓力與均壓塔的壓力不同，一般來說要比后者高，最好至少高至2×105Pa。
所述的液體可以是低壓塔底部的液體，例如基本上無氮的氧，或是低壓塔底部幾層塔盤口排出的液體。
在本方法的范圍中，還可以通過利用聯(lián)接在低壓塔上的生產(chǎn)氬的附加蒸餾塔來生產(chǎn)不純氬。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種適合實施上述定義方法的蒸餾空氣的設(shè)備，該裝置包括一個雙蒸餾塔，一個混合塔，一條熱交換管線，一個由空氣混合物組成的輔助氣體源，將輔助氣體輸入混合塔底部的裝置，將一種比輔助氣含較多氧的液體從低壓塔下部排出的裝置，將這種液體泵壓并將其輸入混合塔頂部的裝置，以及將不純氧作為本設(shè)備產(chǎn)品氣從混合塔頂部排出的裝置，其特征在于本設(shè)備包括將輔助氣壓縮至給定的與均壓塔壓力不同壓力的裝置，在熱交換管線中輸送這種被壓縮的輔助氣體的管道和在管道中以所述給定壓力輸送該液體的泵送裝置。
本發(fā)明還有一個目的是將上述定義的方法應(yīng)用在向軋鋼廠輸送氣體中，所述產(chǎn)出的不純氧壓力是高爐的壓力并被送入高爐中。
當(dāng)所述液體是基本上無氮的氧時，最好是將所述基本無氮的氧送至軋鋼廠的轉(zhuǎn)爐。
現(xiàn)在參考附圖對本發(fā)明的實施例加以說明，其中

圖1至圖3是根據(jù)本發(fā)明的蒸餾空氣設(shè)備的三種實施方案的示意圖。
圖1所示的空氣蒸餾裝置適于生產(chǎn)不純氧，例如純度為80至97%，最好是85至95%，其壓力在給定壓力P6×105Pa絕對大氣壓上下范圍，例如2至5×105Pa或較好為至少2×105Pa其壓力可以高達大約10×105Pa，較好是在8×105Pa和15×105Pa之間。該設(shè)備實質(zhì)上包括一個熱交換管線1，一個自身包括一個均壓塔3，一個低壓塔4和一個主冷凝-蒸發(fā)器5的雙蒸餾塔2，和一個混合塔6。塔3和4一般分別在大約6×105Pa和1×105Pa下操作。
如美國專利文獻US-A4，022，030中詳細描述的那樣，混合塔是一個與蒸餾塔有相同結(jié)構(gòu)的塔，但它是用來以接近可逆的方式將一種從其底部輸入的相對較高揮發(fā)性的氣體與一種從頂部輸入的較小揮發(fā)性液體混合的塔。
這種混合產(chǎn)生冷凍能并因此能夠減少與蒸餾有關(guān)的能量消耗。在本例情況中，這種混合物如下面將要說明的那樣是用來在壓力P下直接生產(chǎn)不純氧的。
將壓縮至6×105Pa和適當(dāng)凈化的欲蒸餾分離的空氣通過管路7送至均壓塔3的底部。該空氣的大部分在熱交換線1中冷卻并從均壓塔3的底部輸入，在8處過壓縮并冷卻的其余部分空氣在一個與增壓器8聯(lián)接的汽輪機9中膨脹為低壓，然后在低壓塔4的中部噴入。從塔3底部排出的“富液”(富氧空氣)在膨脹閥10膨脹之后在靠近噴入空氣的地方輸入到塔4中。從塔3的中點11排出的“貧液”(不純氧)經(jīng)膨脹閥12膨脹后由塔4的頂部輸入，其構(gòu)成本設(shè)備的殘氣，并與在塔3頂部產(chǎn)出的中壓純氮氣一起在熱交換線1中加熱，然后一起從本設(shè)備中排出。在圖1中兩種氣體分別由NI和NG表示。
純凈度取決于雙塔2的構(gòu)造的液氧從塔4的底部排出，由一個泵13加壓至壓力P1，然后從塔6的頂部輸入，由于裝料損失P1比上述壓力P略高(P1-P小于1×105Pa)。因此P1較好在8×105Pa和30×105Pa之間，最好在8×105Pa和16×105Pa之間。由輔助壓縮機14加壓到同樣的壓力P1并在熱交換線1中冷卻的輔助空氣由頂部輸入混合塔6。有三種流體從混合塔6排出在底部排出一種近似于富液的液體，它通過帶一個膨脹閥15A的管路15與富液匯合;在中部，排出一種基本上由氧和氮組成的混合物，它通過帶膨脹閥17的管路16輸入低壓塔4的中部;在頂部，排出不純氧，它在熱交換線中加熱后實際壓力為P，作為產(chǎn)品氣OI經(jīng)由管路18從本設(shè)備中排出。
圖1還示出了輔助熱交換器19，20，21，它們用于保證回收可用于在本設(shè)備中循環(huán)流體的冷。
應(yīng)當(dāng)理解，由于輸入塔6輔助空氣的分離回路的存在，使產(chǎn)出的不純氧的壓力P可以任意選擇。而且如上所述，雙塔的構(gòu)造使獲得各種純凈程度的這種氣體成為可能。
如圖2所示，另一種決定這種純凈度的方法是在低壓塔4中選擇塔6輸入液的排出水平，例如，通過在排出點如塔4底之間保留幾個蒸餾塔盤的方法。
圖2還顯示，本設(shè)備在塔6產(chǎn)出不純氧的同時，可通過從塔4底部排出的手段來生產(chǎn)不同純度和壓力的氧，例如基本上純凈的氧。這種氧可以由經(jīng)過熱交換線1的管路22以氣態(tài)形式供應(yīng)，其壓力可以是如低壓塔4的低壓或是高壓，例如經(jīng)熱交換線加熱之前，在23處泵壓液體;也可以將其液化后送至貯存器24。
圖3的設(shè)備與圖2的不同點在于它包括一個附加的塔25，用來生產(chǎn)不純氬，這附加塔25以已知的方式聯(lián)接在低壓塔4上。
不純氧不是由低壓塔4產(chǎn)生而是由混合塔6產(chǎn)出這一事實能夠使生產(chǎn)出的不純氧只含很少量的氬，并且還使生產(chǎn)氬成為可能，當(dāng)然只要是在13處排出并泵壓的液氧足夠純凈，例如純凈度至少達到98%。
壓力為P1的輔助空氣可以是適當(dāng)凈化過的大氣空氣，但也可以來自包括一個空壓機的附加處理過程。例如它可以是由一個汽輪機進氣口排出的空氣構(gòu)成，其壓力能夠通過增壓器或膨脹汽輪機進行調(diào)節(jié)。更為一般的是，向混合塔6底部輸入的輔助空氣，可以利用一種含氧量少于從低壓塔下部排出液體的空氣混合物，例如可以是來自設(shè)備本身的不純氮。
因此，本發(fā)明可在特別經(jīng)濟的投資和能量消耗條件下同時生產(chǎn)純凈或基本純凈的氧，不純氧和氬。
應(yīng)特別指出，塔4中產(chǎn)出的氧基本不含氮，因此可以用于軋鋼廠的轉(zhuǎn)爐。因此圖2所示的設(shè)備可以同時向轉(zhuǎn)爐供應(yīng)純氧并向軋鋼廠高爐供應(yīng)高爐鼓風(fēng)壓力的不純氧;圖3所示的本裝置可以附帶向軋鋼廠供應(yīng)氬。
權(quán)利要求
1.一種利用聯(lián)接有一個混合塔的雙蒸餾塔來蒸餾空氣的方法，其中從混合塔的底部輸入由空氣混合物組成的輔助氣體，從頂部輸入一種比輔助氣體含氧量高的從低壓塔下部排出的液體，構(gòu)成產(chǎn)品氣的不純氧從混合塔的頂部排出，其中輸入混合塔的輔助氣和液體加壓至基本相同的且與均壓塔不同的第一壓力。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述液體是來自低壓塔底部的液體。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述液體是基本不含氮的氧。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述液體是從低壓塔底部以上的幾層塔盤上排出的。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氧是由低壓塔底部排出而構(gòu)成一種第二產(chǎn)品氣。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于利用一個聯(lián)接在低壓塔上的附加的不純氬生產(chǎn)蒸餾塔附帶生產(chǎn)氬。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述第一壓力至少比均壓塔壓力高2×105Pa。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述第一壓力在8×105Pa和16×105Pa之間。
9.一種蒸餾空氣的設(shè)備，它包括一個雙蒸餾塔，一個混合塔，一條熱交換線，一個由空氣混合物組成的輔助氣體源，將輔助氣輸入混合塔的裝置，將低壓塔下部中的含氧量高于輔助氣的液體排出的裝置，泵壓并將該液體輸入混合塔頂部的裝置，將不純氧作為本裝置產(chǎn)品氣從混合塔排出的裝置，本設(shè)備還包括將輔助氣壓縮到一給定的與均壓塔不同的壓力的裝置，和將壓縮的輔助氣體供入熱交換線的管路，其中泵壓裝置使液體在所述給定壓力下輸送。
10.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述液體是由低壓塔底部排出的。
11.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于所述液體是由低壓塔底部以上的幾層塔盤上排出的。
12.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于包括將氧作為本裝置第二產(chǎn)品氣從低壓底部排出的裝置。
13.如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于包括一個聯(lián)接在低壓塔上的生產(chǎn)不純氬的塔。
14.如權(quán)利要求1所述的方法應(yīng)用于向設(shè)有高爐的軋鋼廠供應(yīng)氣體;在高爐壓力下生產(chǎn)不純氧并將其送入高爐。
15.如權(quán)利要求14所述的應(yīng)用，其特征在于將基本上不含氮的氧供給軋鋼廠的轉(zhuǎn)爐。
全文摘要
本發(fā)明是關(guān)于具有一個雙蒸餾塔和一個混合塔的設(shè)備。輔助空氣從混合塔的底部輸入，輔助空氣的壓力與均壓塔的壓力不同，從頂部泵入從低壓塔底部排出的與輔助空氣壓力相同的液體。不純氧作為產(chǎn)品氣從混合塔的頂部排出，基本純凈的氧在低壓塔底部生成。
文檔編號F25J3/04GK1071000SQ9211064
公開日1993年4月14日 申請日期1992年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月7日
發(fā)明者F·坎伯萊因, J·L·吉勞特, P·馬齊瑞斯, J·P·特尼爾 申請人:喬治·克勞德工藝研究開發(fā)有限公司