專利名稱：以可變流量從空氣生產(chǎn)氣體的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在權(quán)利要求1前序部分中描述的通過空氣蒸餾生產(chǎn)氣體、尤其是氧氣的方法。
本發(fā)明尤其用于在一定壓力下以可變流量生產(chǎn)氧氣。
在這里，壓力是指絕對(duì)壓力，流量是體積摩爾流量。
申請(qǐng)人的專利EP-A-0422974中描述了一種稱為“觸發(fā)型方法”的方法，用于以可變流量生產(chǎn)氣態(tài)氧氣。提及的第二種流體是待蒸餾空氣，它可以可變流量被冷凝。
在該已知方法中，很容易看出，為使蒸餾器里供給流量與排放流量保持穩(wěn)定，必須使空氣流量沿著與氧氣需求量變化相同的方向變化。如果氧氣在一定壓力下產(chǎn)生，使空氣冷凝，再蒸發(fā)液氧，則空氣需靠一附加升壓泵增加壓力，當(dāng)氧氣需求量改變時(shí)，必須同時(shí)顯著改變加壓的流量與經(jīng)主壓縮機(jī)壓縮的流量。
因此，在該已知方法里，壓縮機(jī)、可能還有升壓泵，相對(duì)于要生產(chǎn)的額定氧氣流量，尺寸上要留有顯著的余量。另外，在它們運(yùn)行的大部分時(shí)間里，通過的流量與其能力相比要小得多，效率也相應(yīng)降低。
還有人提出把待生產(chǎn)的氣態(tài)氣體儲(chǔ)存在高于生產(chǎn)壓力的輔助容器或“緩沖器”里。然而，這種方法不能令人滿意，因?yàn)樗枰粋€(gè)很大的緩沖器來儲(chǔ)存，以滿足持續(xù)時(shí)間長的需求峰值。而且，以緩沖器的壓力生產(chǎn)所有的氣體的耗能量大。
本發(fā)明的目的在于可在特別有效和經(jīng)濟(jì)的條件下以可變流量由空氣生產(chǎn)氣體。
為此，本發(fā)明的主題是前面所述的方法，其特征即權(quán)利要求1的特征部分。
該方法可包括權(quán)利要求2至11中的一項(xiàng)或若干項(xiàng)特征。
本發(fā)明還涉及實(shí)施該方法的一種設(shè)備。這種設(shè)備在權(quán)利要求12中描述。
該設(shè)備可包括權(quán)利要求13至16中的一項(xiàng)或若干項(xiàng)特征。
下面參照附圖描述本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。附圖中-

圖1簡略地示出了根據(jù)本發(fā)明在一定壓力下以可變流量生成氧氣的一種設(shè)備。
-圖2為熱交換曲線圖，示出了在生產(chǎn)壓力下液氧的蒸發(fā)。
-圖3和圖4簡略示出了該設(shè)備的兩種變型。
圖1示出的設(shè)備主要包括一可變流量的空氣主壓縮機(jī)1、例如動(dòng)葉片離心式壓氣機(jī)，吸附式凈化器2，熱交換器3，冷卻渦輪4，空氣蒸餾器5、本身由一雙柱構(gòu)成并包括一個(gè)中壓柱6和它上面的低壓柱7及蒸發(fā)器-冷凝器8，液氧儲(chǔ)存罐10，液化空氣儲(chǔ)存罐11，兩個(gè)泵12、13，升壓機(jī)14，以及輔助容器或緩沖器15。該設(shè)備可在約15巴的壓力下，經(jīng)由生產(chǎn)管道16，制造出可變流量的氣態(tài)氧氣。
為描述該設(shè)備的運(yùn)行，首先假定生產(chǎn)管道16里的氣態(tài)氧需求量一定，且等于額定生產(chǎn)量，即約為壓縮機(jī)1壓縮的額定空氣流量的20％。
需處理的額定流量的空氣，被壓縮機(jī)1壓縮到6巴，又在空氣冷卻器或水冷卻器17里冷卻到室溫，經(jīng)過凈化器2的凈化，然后分為兩支，每支的流量均恒定。
第一支流在熱交換器3的通道19內(nèi)被冷卻；一部分氣流離開熱交換器，經(jīng)過部分冷卻，在渦輪4里減壓至1巴，再經(jīng)過管道20流進(jìn)低壓柱7里，溫度已接近其露點(diǎn)；其余氣流在6巴的壓力下繼續(xù)冷卻，直至快接近其露點(diǎn)，然后經(jīng)過管道21進(jìn)入中壓柱6底部。
第二支流在升壓泵14里，壓力增至后面確定的冷凝高壓，又在熱交換器的通道22里被冷卻、液化，在減壓閥23里降壓至6巴后，以液態(tài)儲(chǔ)存在儲(chǔ)存罐11里。恒定流量的液化空氣由儲(chǔ)存罐的底部排出并分為兩支。第一支壓力為6巴，經(jīng)過管線24送往中壓柱，第二支在減壓閥25里降壓至1巴后，注入低壓柱7。
蒸發(fā)器-冷凝器8通過冷凝大約相等流量的中壓柱6頂部的氮?dú)?，使恒定流量的液氧在低壓?內(nèi)被汽化?！案辉Ａ黧w”(富氧空氣)從中壓柱流出，經(jīng)過減壓閥26降壓至1巴后，注入低壓柱的中間高度；“貧乏流體”(幾乎為純氮?dú)?從中壓柱6頂部流出，經(jīng)過減壓閥27降壓至1巴后，流進(jìn)低壓柱頂部。
恒定流量的液氧，大約為入口空氣流量的20％，經(jīng)過管道28，進(jìn)入儲(chǔ)存罐10。相同恒定流量的液氧從該儲(chǔ)存罐底部流出，分成恒定流量的兩支-第一支流較大，例如占整個(gè)流量的80％，在泵12里被壓縮至15巴，然后在熱交換器的通道29里被汽化，進(jìn)入生產(chǎn)管道16；-第二支流在泵30里被壓縮到一個(gè)很高的壓力，例如30巴，然后在熱交換器的通道30里被汽化，進(jìn)入生產(chǎn)管道15。
容器15通過安裝有膨脹與流量調(diào)節(jié)閥34的管道33與生產(chǎn)管道16相連，和前述的第二支流的流量相等的恒定流量在閥34里膨脹后，從容器15送入生產(chǎn)管道16。
此外，從低壓柱頂部流出的恒定流量的不純氮?dú)庠跓峤粨Q器的通道31里被加熱，作為廢氣經(jīng)管道32排出。
該設(shè)備包括一臺(tái)升壓機(jī)14，用于使過度壓縮的空氣經(jīng)過熱交換器的通道22被冷凝后，可同時(shí)使氧氣在15巴和30巴的壓力下汽化。
為此，過度壓縮空氣時(shí)所需的壓力被作為在15巴的氣壓下氧氣汽化時(shí)的“伴隨”壓力。該壓力是這樣一種壓力，空氣液化曲線的彎曲處G靠近15巴下氧氣汽化曲線的平直區(qū)段P，如圖2所示，在該圖上，縱坐標(biāo)表示熱交換量Q，橫坐標(biāo)代表溫度t。
在該壓力下，所述彎曲G所處溫度低于30巴下氧氣汽化時(shí)曲線的平直區(qū)段P′，也如圖2曲線圖中所示，但根據(jù)文獻(xiàn)FR-A-2674011，如果設(shè)備同時(shí)排出一種液體產(chǎn)品(在該例中為液氧或液氮)，這種情況完全可能發(fā)生。
在圖2中，點(diǎn)A代表渦輪4的入口溫度，選擇該溫度以便在熱交換器的熱端可獲得約幾度的最小溫差。
作為例子，過度壓縮空氣可有約40巴的壓力。
所有通往雙柱5及從其中引出的管道都裝有確保恒定流量的裝置(圖中未示出)。因此，當(dāng)氣態(tài)氧氣的需求量變化時(shí)，所述雙柱無需調(diào)節(jié)。另外，在30巴壓力下，氧氣汽化流量仍保持恒定。
當(dāng)氧氣需求量增加時(shí)，有下述幾種情況(1)如果需求峰值限制在預(yù)定的范圍內(nèi)，比如約為額定流量的120％，借助泵12，從儲(chǔ)存罐10可流出相應(yīng)的液氧附加流量，即增加泵12的泵速，通過管道22里被升壓機(jī)14過度壓縮的空氣的冷凝，在管道29的生產(chǎn)壓力下將其汽化。
這符合液氧/液態(tài)空氣觸發(fā)方法的常規(guī)操作液氧液位在儲(chǔ)存罐10里降低，而在儲(chǔ)存罐11里則升高。
(2)如果需求峰值的范圍高于所述預(yù)定值，需區(qū)別以下兩種情況(a)如果需求峰值持續(xù)時(shí)間短，高于前面所述的預(yù)定值的必需的附加氧氣流量，從容器15流出，通過增加閥門34的打開度，在閥門34中膨脹后被送至生產(chǎn)管道16。
比如，對(duì)160％額定流量的需求峰值，20％的額外流量由泵12供給，剩余的40％由容器15供給。
(b)但是，當(dāng)附加的流量從容器15流出時(shí)，容器15的壓力會(huì)降低。于是，如果需求峰值持續(xù)時(shí)間特別長，相對(duì)于額定流量來說，附加的氧氣流量必須由一些外部裝置、例如一個(gè)輔助儲(chǔ)氧罐供給。
需注意的是，本發(fā)明還可應(yīng)用于以下的情況氧氣在約1巴的壓力下產(chǎn)生，而且氧氣的需求量總是高于所確定的最小值。等于該最小值的氣態(tài)氧氣流量可直接從低壓柱7底部經(jīng)過管道35流出，如圖1中的點(diǎn)劃線所示，然后在熱交換器里被加熱。這種變型可容許儲(chǔ)存罐11與12里的容量降低。同樣，液氧和/或氣態(tài)氮和/或液態(tài)氮可以通過雙柱，經(jīng)過管道36和/或37和/或38來同時(shí)生產(chǎn)，這也在圖1中以點(diǎn)劃線示出。
本發(fā)明的其它變型也可考慮。
這樣，在圖3所示的變型中，沒有泵13。附加氧氣流以氣態(tài)經(jīng)過管道39，從低壓柱7的容器流出，在管道30里低壓下加熱，再在輔助壓縮機(jī)40里經(jīng)一定壓力壓縮，最后進(jìn)入容器15里面。
同樣作為變型，用來汽化兩支氧氣流中至少一支的流體是氮?dú)?。尤其在圖4所示的變型中，大約在1巴的壓力下生產(chǎn)氧氣，主流的汽化通過雙柱里的蒸發(fā)器8進(jìn)行。于是，該主流以氣態(tài)經(jīng)過管道41，從低壓柱7的容器流出，再在管道29里被加熱。于是，泵12的出口與柱的容器相連接，它靠重力作用供給儲(chǔ)存罐10。
在這種情況下，可變流量的氧氣汽化引起中壓柱6里液氮流量的變化。為此，管道38連接氮儲(chǔ)存罐42，該儲(chǔ)存罐底部連著泵43，以將可變流量的液氮送回中壓柱6的頂部。
該變型的方法是氧/氮觸發(fā)方法，恒定液位的儲(chǔ)存罐11可取消。
如果把圖3和圖4的變型結(jié)合起來，在熱交換器3里就不再有氧氣汽化。因此，部件14、22、23、11、24及25就被取消，所有進(jìn)入的空氣在壓縮機(jī)1中被壓縮至6巴，然后送至通道19。
權(quán)利要求
1．通過空氣蒸餾以可變流量生產(chǎn)氣體、尤其是氧氣的方法，其中，把待生產(chǎn)氣體的至少一部分，以第一種流體的形式儲(chǔ)存在第一個(gè)儲(chǔ)存罐(10)里；流量可變的第一種流體從該儲(chǔ)存罐里流出，變?yōu)闅鈶B(tài)(在12,29；12,8,29中)，并達(dá)到生產(chǎn)壓力，此可變流量通過冷凝相應(yīng)的第二種流體、尤其是待蒸餾的空氣被汽化(29；8)；該第二種冷凝流體以第二種流體的形式存放在第二個(gè)儲(chǔ)存罐(11)里；把該第二種流體以控制流量送入蒸餾器里；所述方法的特征在于，使待生產(chǎn)氣體的輔助流量呈氣態(tài)，且壓力高于生產(chǎn)壓力，然后在所述一定壓力下把它儲(chǔ)存在輔助容器(15)里，當(dāng)達(dá)到所述氣體的某些需求峰值時(shí)，多余氣體中的至少一部分在膨脹閥(34)里膨脹至生產(chǎn)壓力后，從該輔助容器流出。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述輔助流量以液態(tài)的形式被壓縮至一定壓力，再在該高壓下使壓縮的輔助流量汽化，最后讓其流入輔助容器(15)。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，壓縮的輔助流量的汽化通過與所述第二種流體進(jìn)行熱交換完成。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述可變流量與所述壓縮的輔助流量的汽化是在單一冷凝壓力下，通過與所述第二種流體進(jìn)行熱交換完成的。
5．根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述的單一冷凝壓力使得第二種流體的冷凝溫度至少在所述的高壓下低于所述氣體的汽化溫度。
6．根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述冷凝壓力下，所述第二種流體的冷凝溫度與生產(chǎn)壓力下所述氣體的汽化溫度是一致的。
7．根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一種流體以一定流量從蒸餾器(5)流出，所述第二種流體以一定流量從第二個(gè)儲(chǔ)存罐(11)流到蒸餾器。
8．根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，輔助流量占據(jù)了所述第一種流體的小部分，尤其是在額定運(yùn)轉(zhuǎn)中后者的25％。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述輔助流量恒定。
10．根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述需求峰值是幅度大于預(yù)定值的峰值。
11．根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，直到所述氣體的預(yù)定額外流量，該額外流量是通過增加所述可變流量而獲得的。
12．通過空氣蒸餾以可變流量生產(chǎn)氣體、尤其是氧氣的設(shè)備，包括空氣蒸餾器(5)；熱交換器(3)，它通過與來自蒸餾器的產(chǎn)物進(jìn)行熱交換來冷卻待蒸餾的空氣；以第一種流體形式存在的所述氣體的第一儲(chǔ)存罐(10)；第一裝置(12,29；12,8,29)，用來使第一種可變流體流出第一儲(chǔ)存罐，并使其以氣態(tài)在生產(chǎn)壓力下運(yùn)行，所述第一裝置包括第二裝置(29；8)，所述第二裝置可使相應(yīng)的可變流量通過冷凝相應(yīng)的第二種流體、尤其是待蒸餾的空氣而被汽化；第二種流體的第二儲(chǔ)存罐(11)；其特征在于，它包括第三裝置(13；30)，可使待生產(chǎn)的輔助氣流在高于生產(chǎn)壓力的一定壓力下以氣態(tài)運(yùn)行，然后進(jìn)入一輔助容器(15)與一個(gè)管道(33)，該管道配有膨脹與流量調(diào)節(jié)閥(34)，并連接該輔助容器和生產(chǎn)管道(16)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，所述第三裝置(13；30)包括壓縮所述液態(tài)輔助流量的泵(13)和汽化該壓縮的輔助流量的裝置(30)。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，其特征在于，所述泵(13)與所述第一儲(chǔ)存罐(10)相連。
15．根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的設(shè)備，其特征在于，它包括一臺(tái)升壓機(jī)(14)，以使所述第二種流體在單一的冷凝壓力下，通過與所述可變流量及所述輔助流量進(jìn)行熱交換而運(yùn)行。
16．根據(jù)權(quán)利要求12至15中任一項(xiàng)所述的設(shè)備，其特征在于，它包括使所述恒定流量的第一流體從蒸餾器(5)流出的排放裝置(28)，及使所述恒定流量的第二流體從第二儲(chǔ)存罐(11)流進(jìn)蒸餾器的裝置。
全文摘要
該設(shè)備用于制造一定壓力的氧氣,它一方面包括一個(gè)觸發(fā)器,例如液氧/液態(tài)空氣觸發(fā)器,用來滿足相對(duì)長期的需求峰值和短期的、幅度小的需求峰值,另一方面包括一個(gè)將氧氣壓縮到高于生產(chǎn)壓力的回路(13,30),該回路通向一個(gè)輔助容器(15),該輔助容器用來至少部分滿足短期且幅度大的需求峰值。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1226312SQ9719674
公開日1999年8月18日 申請(qǐng)日期1997年7月25日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月25日
發(fā)明者貝納德·達(dá)雷多, 阿蘭·吉亞爾德 申請(qǐng)人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司