專利名稱：通過(guò)蒸餾空氣生產(chǎn)至少一種加壓氣體產(chǎn)物和至少一種液體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用包括一個(gè)單個(gè)的帶有氮致冷循環(huán)的空氣蒸餾塔的裝置生產(chǎn)加壓氣體氧和/或氮及至少一種液體產(chǎn)物的方法。
本文所述壓力為絕對(duì)壓力。
本發(fā)明的目的是利用帶氮致冷循環(huán)的單個(gè)蒸餾塔的有利性能(投資低、能耗適中、產(chǎn)物純度與提取效率無(wú)關(guān))，以特別靈活和經(jīng)濟(jì)的方式生產(chǎn)以氣相存在的壓力氧和/或氮以及至少一種液體產(chǎn)物。
為此，本發(fā)明方法的特征在于-將待處理空氣壓縮到至少等于單塔壓力的一個(gè)初壓;
-將一份空氣高壓壓縮到明顯超過(guò)單塔壓力的一個(gè)高壓;
-通過(guò)使由塔底排出并用泵加壓到汽化壓力下的液氧和/或液氮汽化來(lái)冷凝該空氣的一種餾份，回收所得壓力的氣體氧和/或氣體氮作為產(chǎn)物;
-過(guò)冷已冷凝的空氣，膨脹至約等于塔壓，將至少一部分送入塔的中間部分;
-使沒(méi)有用來(lái)汽化液體氧和/或氮的空氣膨脹至塔壓，產(chǎn)生外功;和-回收由設(shè)備排出的至少一種液體產(chǎn)物。
其它特征是
-由單塔塔底排出離開(kāi)塔底汽化器的處于高壓循環(huán)的液氮;
-用一份冷凝并已膨脹的空氣冷卻與單塔相連的一個(gè)不純氬氣生產(chǎn)塔的塔頂冷凝器，離開(kāi)該冷凝器的氣態(tài)空氣進(jìn)入單塔;
-所述產(chǎn)生外功的膨脹的包括尚未高壓壓縮的空氣在第一透平中的膨脹和已高壓壓縮的空氣餾份在第二透平中的膨脹;
-第二透平的入口溫度低于第一透平的入口溫度;
-一份處于高壓循環(huán)的氮也膨脹到大約單塔壓力，同時(shí)產(chǎn)生外功;
-單塔壓力明顯高于大氣壓力。
本發(fā)明的目的還包括一種適用于實(shí)施該方法的設(shè)備。該設(shè)備的特征包括-一個(gè)用來(lái)將待處理空氣壓縮到至少等于單塔壓力的第一壓縮機(jī);
-用來(lái)高壓壓縮至少一分空氣到明顯超過(guò)單塔壓力的高壓的裝置。
-至少一臺(tái)水泵，用來(lái)從塔底抽出液體氧和/或液體氮，并將其送進(jìn)一換熱器，以使在冷凝高壓壓縮空氣的同時(shí)汽化這些液體;
-回收所得壓力下的氣態(tài)氧和/或氮作為產(chǎn)物的裝置(30，28);
-使高壓冷凝空氣過(guò)冷并將其至少一部分送到塔中間部位的裝置;和-至少一臺(tái)透平，用來(lái)使不用來(lái)汽化液氧和/或液氮的空氣膨脹到約為塔壓;和
-從設(shè)備抽出至少一種液體產(chǎn)物并將其作為產(chǎn)物回收的裝置。
該設(shè)備的第一壓縮機(jī)和氮循環(huán)壓縮機(jī)尤其可由一臺(tái)單機(jī)構(gòu)成。
現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中

圖1和圖2分別表示本發(fā)明設(shè)備的第一和第二實(shí)施方案。
圖1所示的設(shè)備適合用來(lái)生產(chǎn)加壓氧氣，加壓氮?dú)?、液氧、液氮和氬氣。它主要包括配有環(huán)境空氣的致冷劑2或水的一個(gè)第一空氣壓縮機(jī)1;通過(guò)吸收來(lái)提純的裝置3;組裝的一臺(tái)空壓機(jī)4透平5，它的兩個(gè)葉輪裝在同一軸上。吹送氣體也配有空氣致冷劑6或水;換熱管線7;單個(gè)空氣蒸餾塔9;與蒸餾塔9相連以生產(chǎn)不純氬氣用的塔10;過(guò)冷器11;環(huán)境壓力下的液氮源12和液氧源13;液氧泵14和液氮泵15;配有空氣或水作致冷劑17以進(jìn)行氮致冷循環(huán)的壓縮機(jī)16。單塔9含有一個(gè)塔底蒸發(fā)器18，而塔10含有一個(gè)塔頂冷凝器19。該設(shè)備還包括減壓閥20至24。
為了降低投資，空氣壓縮機(jī)1和氮循環(huán)壓縮機(jī)16合并在一單一旋轉(zhuǎn)機(jī)器中。
操作時(shí)，進(jìn)入的空氣在1被壓縮到5至10巴之間，在2中冷卻到室溫，在3中除去水和二氧化碳，在4中將其全部壓縮到6.5至13巴的高壓。
在6中預(yù)冷到室溫后，高壓空氣進(jìn)入換熱管線7的熱端并冷卻到一中間溫度，此時(shí)從換熱管線中取出其流量的60至80%，在5中減壓膨脹到塔9的壓力，即1.3至2巴，稱為低壓，然后再送入換熱管線進(jìn)行冷卻，直至到達(dá)換熱管的冷端，再在11中冷卻，并由管25在中間部位送入塔9中。
未減壓膨脹的高壓空氣餾份繼續(xù)其冷卻，并在換熱管線的較冷段液化。然后在11中過(guò)冷。該空氣的一部分在20中減壓膨脹到塔9的壓力，并送入塔的中間部位，而剩余的空氣在21中減壓并送至塔10的塔頂冷凝器19，在此汽化，然后以氣相返回塔9。
設(shè)備的氮冷卻循環(huán)實(shí)際上由塔9頂部的純氮產(chǎn)物來(lái)提供，在11中進(jìn)行部分再熱，并在7中再熱到室溫。該低壓氮的一部分可在管26作為產(chǎn)物回收，剩余的由壓縮機(jī)16壓縮到一作為循環(huán)高壓的中等壓力，然后在17中降至室溫。一部分中壓氮可由管27作為產(chǎn)物回收，余下的冷卻，直至到達(dá)換熱管線的冷端，即約冷卻到其露點(diǎn)，然后在塔9的汽化器18中冷凝。
一部分冷凝的氮由泵15加壓到7至40巴的產(chǎn)生高壓力，該高壓下的液氮在換熱管線中通過(guò)冷凝高壓空氣而汽化，加熱至室溫，然后在由管28作為產(chǎn)物回收。剩余的冷凝氮在11中過(guò)冷，然后一部分在22中減壓，并作為回流送到塔9頂部，剩下的在23中減壓膨脹到常壓，并送入液氮源12。為了限制液氮源12中的蒸閃，作為改進(jìn)，可由塔頂取出的液氮作為液氮源提供。
構(gòu)成設(shè)備殘留氣體的不純氮?dú)饬髟谝旱M(jìn)口和液態(tài)空氣進(jìn)口之間的位置由塔中排出，在11中再熱，并在7中再熱至室溫，并由管29排空。
而且，液氧也由塔9底部采出，由泵14加壓至所需2至40巴的生產(chǎn)壓力，在換熱管線的冷段通過(guò)冷凝高壓空氣而汽化，再熱至室溫，并在管30作為產(chǎn)物回收。
而且，液氧也由塔9底部采出，在11中過(guò)冷和在24中降壓至大氣壓力后，送至液氧源13。
塔10的底部經(jīng)供料管31和返回管32與塔9的中間位置相連通，該塔10由管33生產(chǎn)出不純的氬氣。
圖2的設(shè)備僅在以下幾點(diǎn)不同于圖1。
一方面，該設(shè)置不包括輔助塔10，因而所有在換熱管線中液化的液體在11中過(guò)冷，然后在20中減壓后，送入單塔9。
另一方面，進(jìn)氣線路包括兩個(gè)串聯(lián)的空壓機(jī)4和4A，空壓機(jī)分別帶有它們的空氣或水冷卻器6和6A，還包括兩個(gè)分別與兩個(gè)空壓機(jī)相連的空氣膨脹透平5和5A。
在這種改型中，將進(jìn)氣流的30至40%不經(jīng)高壓壓縮就送入換熱線路7的熱端，冷卻到一個(gè)第一中間溫度T1，由換熱管線排出，在透平5中減壓膨脹到塔9的壓力，再送入換熱管線，并在其冷端冷卻，經(jīng)管31離開(kāi)換熱管線。
其余60至70%的入口空氣在4中壓縮，然后在4A中壓縮到6.5至13巴的溫度，此后送進(jìn)換熱管線的熱端。將其冷卻到一個(gè)低于T1的第二中間溫度T2，60至70%的該流體在該溫度下離開(kāi)換熱管線，并在透平5A中減壓膨脹，基本上在塔9壓力下由管離開(kāi)透平。
管31、32并入管33。管33所載空氣再在11中冷卻，然后如上述那樣由管25送入塔中。
未在5A中膨脹的高壓空氣在換熱管線的冷卻段繼續(xù)冷卻，通過(guò)蒸發(fā)高壓液氧和液氮而像前述那樣液化。
最后，來(lái)自氮循環(huán)的一種高壓氮?dú)饬髟谝恢虚g溫度下離開(kāi)換熱管線，在帶有制動(dòng)器35的透平34中膨脹到約為塔9壓力的循環(huán)的低壓，并在換熱管線的冷端再送入循環(huán)的低壓氮管路中。
兩臺(tái)空氣透平5和5A的存在改善了設(shè)備的性能，而氮?dú)馔钙?4可以提高其液體產(chǎn)量(液氧和/或液氮)。
權(quán)利要求
1.利用包括一個(gè)帶有氮致冷循環(huán)的單一空氣蒸餾塔(9)的設(shè)備生產(chǎn)加壓氧氣和/或氮?dú)饧爸辽僖环N液體產(chǎn)物的方法，其特征在于-將待處理空氣(在1中)壓縮到至少等于單塔壓力的一個(gè)第一壓力；-將至少一部分空氣(在4；4，4A中)進(jìn)一步壓縮到一個(gè)明顯超過(guò)單塔壓力的高壓；-通過(guò)使由塔底排出并用泵(14，15)加壓到汽化壓力下的液氧和/或液氮汽化來(lái)冷凝該空氣的一部分(在7中)，并在所得壓力下(在30，28中)回收氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮作為產(chǎn)物；-(在11中)過(guò)冷已冷凝的空氣，在(20，21中)膨脹到塔壓，并將至少-部分送入塔的中間部位；-使沒(méi)有用來(lái)汽化液氧和/或液氮的空氣膨脹到塔壓，并產(chǎn)生外功(5，5A)；和-回收由設(shè)備排出的至少一種液體產(chǎn)物作為產(chǎn)物。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，循環(huán)高壓下的液氮來(lái)自單塔(9)塔底離開(kāi)塔底汽化器(18)的液氮。
3.按權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是，用冷凝和(在21)膨脹的一部分空氣冷卻與單塔(9)相連的不純氬氣生產(chǎn)塔(10)的塔頂冷凝器(19)，并將冷凝器的氣態(tài)空氣送入單塔(9)。
4.按照權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)的方法，其特征是，所述產(chǎn)生外功的膨脹包括未進(jìn)一步壓縮的空氣在第一透平(5)的膨脹和部分高壓空氣在第二透平(5A)的膨脹。
5.按照權(quán)利要求4的方法，其特征是，第二透平(5A)的入口溫度低于第一透平(5)的入口溫度。
6.按照權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)的方法，其特征是，循環(huán)高壓的一部分氮也膨脹到大約單塔(9)的壓力，產(chǎn)生外功(在34中)。
7.按照權(quán)利要求1至6中任意一頂?shù)姆椒ǎ涮卣魇?，單?9)壓力明顯超過(guò)大氣壓力。
8.利用帶有氮致冷的單一空氣蒸餾塔(9)生產(chǎn)加壓氧氣和/或氮?dú)庖约爸辽僖环N液體產(chǎn)物的設(shè)備，其特征在于它包括-一個(gè)用來(lái)壓縮待處理空氣到至少等于單塔壓力的第一壓力的第一壓縮機(jī)(1);-用來(lái)進(jìn)一步壓縮至少一部分空氣到明顯高于單塔壓力的高壓的裝置(4;4，4A);-至少一臺(tái)水泵(14，15)，用來(lái)從塔底抽出液氧和/或液氮，并將其送入一個(gè)換熱器(7)，以使在冷凝高壓空氣的同時(shí)汽化這些液體;-回收所得壓力下的氧氣和/或氮?dú)庾鳛楫a(chǎn)物的裝置(30，28);-使冷凝的高壓空氣過(guò)冷并將其至少一部分送到塔中間部位的裝置(11);-至少一臺(tái)透平(5;5，5A)，用來(lái)使不用來(lái)汽化液氧和/或液氮的空氣膨脹到大約塔壓;和-從設(shè)備抽出至少一種液體產(chǎn)物并將其作為產(chǎn)物回收的裝置。
9.按照權(quán)利要求8的設(shè)備，其特征是，它還包括一個(gè)與單塔(9)相連并配有塔頂冷凝器(19)的不純氬氣生產(chǎn)塔(10)，向該冷凝器供給過(guò)冷高壓空氣的裝置，和從該冷凝器向單塔送回氣態(tài)空氣的裝置。
10.按照權(quán)利要求8或9的設(shè)備，其特征在于，它包括一臺(tái)用來(lái)膨脹至少一部分未高壓壓縮的空氣的第一透平(5)和用來(lái)膨脹一部分高壓空氣的第二透平(5A)。
11.按照權(quán)利要求10的設(shè)備，其特征是，第二透平(5A)的入口溫度低于第一透平(5)的入口溫度。
12.按照權(quán)利要求8至11中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征是，它還包括一臺(tái)用來(lái)膨脹一部分循環(huán)高壓下的氮到單塔(9)壓力的第三透平(34)。
13.按照權(quán)利要求8至12中任意一項(xiàng)的設(shè)備，其特征是，第一壓縮機(jī)(1)和氮致冷循環(huán)的壓縮機(jī)(16)由一個(gè)單機(jī)構(gòu)成。
全文摘要
在該方法中，利用帶有氮致冷循環(huán)的單一蒸餾塔(9)。來(lái)自塔底的液氧和/或液氮用泵(14，15)加壓到一高生產(chǎn)壓力，并通過(guò)冷凝高壓空氣而汽化。同時(shí)，生產(chǎn)液氧和/或液氮。該設(shè)備可以包括一個(gè)與該單塔相連的不純氬氣生產(chǎn)塔(10)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1093797SQ94101920
公開(kāi)日1994年10月19日 申請(qǐng)日期1994年1月4日 優(yōu)先權(quán)日1993年1月5日
發(fā)明者N·里斯 申請(qǐng)人:喬治·克勞德方法的研究開(kāi)發(fā)空氣股份有限公司