專利名稱：為使用空氣組分的設備提供加壓氣體的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種從在深冷溫度和一定壓力下可液化的帶壓氣體為耗氣設備提供至少一種空氣組分的方法。
本發(fā)明特別適用于為某些冶金設備提供氧氣和/或氮氣和/或氬氣。
下文中的壓力是絕對壓力。
某些冶金設備同時消耗加壓的氣態(tài)氧、加壓的氣壓氮和加壓的氣態(tài)氬，例如適用于生產不銹鋼的電弧爐(氬氧脫碳法)。這些氣體使用的壓力通常約為25巴，其消耗量很不同，這就需要使用能提供約30-40巴壓力的“緩沖罐”或輔助罐。
氧氣和氮氣通常使用空氣蒸餾設備就地生產，而所需的氬氣量比該蒸餾設備的氬氣生產能力要大得多，氬氣的生產能力不可能超過氧氣流量的5%。所以，必須由外部氬氣源提供給該耗氣設備。在先有技術中，這一氬氣在輔助設備如熱水浴中汽化。
此外，由于技術的發(fā)展以及生產的需要，逐漸提高了電弧爐中氧氣的消耗量，這一氧氣耗量最終會大大超過該蒸餾設備的就地分離能力。
本發(fā)明的目的是提供一種能以特別經濟的方式滿足耗氣設備氣體需要量的方法，這一氣體需要量甚至可有很大的變化。
為此，本發(fā)明提供上述類型的方法，其特征在于-空氣在與熱交換導管組相聯(lián)的蒸餾設備中蒸餾，至少一種比蒸餾設備的操作壓力高得多的產熱流體在熱交換導管組中循環(huán);
-以間歇方式給貯罐提供處于液相的所述氣體;
-使從貯罐中抽出的液相氣體處于比貯罐壓力高的汽化壓力，并使它在與蒸餾設備相聯(lián)的熱交換導管組內在該汽化壓力下汽化生產至少一部分加壓的氣體。
該法可有以下的一個或多個特征-至少一部分貯量由外部來源提供;
-所述氣體的汽化/再加熱熱量至少部分通過產生另外的液體氧和/或液體氮的方法進行回收;
-使從蒸餾設備中抽出液相空氣組分處于比抽出壓力高的汽化壓力下，并使該液相空氣組分在這一汽化壓力下，在熱交換導管組內汽化同時生產至少一種加壓的該空氣組分;
-所述的氣體是空氣，其流速大于當時通過蒸餾設備生產的該氣體流速;
-所述的汽化過程連續(xù)進行;
-在某一時期，將處于液相的氣體從蒸餾設備送到貯罐，而在另一時期則進行所述的汽化過程。
本發(fā)明另一目的是提供適合于實施這種方法的裝置。該裝置包括與熱交換導管線相聯(lián)的空氣蒸餾設備，熱交換導管組包括至少一種比蒸餾設備的操作壓力高得多的高壓產熱流體的通道，該裝置的特征在于，它包括一個適用于至少間歇提供處于液相的所述氣體的貯罐和與該貯罐上游和在熱交換導管組內加壓氣體汽化通道下游相連的所述液態(tài)氣體的壓縮設備。
該裝置可有一個或多個如下的特征-壓縮設備也可與輔助汽化設備的下游相連;
-所述的氣體是空氣，壓縮設備僅與貯罐相連，如果需要的話，將貯罐與蒸餾設備相連;
-該裝置有一臺用來傳輸處于液相的所述氣體的泵，其入口與蒸餾設備相連;
-泵的出口連接到熱交換導管組的汽化通道上，它與連接壓縮設備的熱交換導管組分開。
現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的實施方案的一些例子，其中-

圖1是本發(fā)明的裝置示意圖;
-圖2和3是兩個改進裝置示意圖。
適用于為耗氣設備1(它通常是實現(xiàn)氬氧脫碳法冶金的典型設備)提供以下氣體的設備示于圖1一方面通過管線2提供加壓的氣態(tài)氧，另一方面通過管線3提供加壓的氣態(tài)氮，以及通過管線4提供氬氣。這一設備也生產低壓氣態(tài)氮(也就是說接近常壓的氣態(tài)氮)以及液體氧和液體氮，這些液體也處于約常壓下。
該裝置主要有常壓空氣壓縮機5;致冷設備組6;用吸附法干燥并從空氣中脫除二氧化碳的設備7;鼓風機8以及膨脹透平9(它們的轉子同軸鍵合，鼓風機裝有空氣或水致冷器12，蒸餾設備13;相分離器17;液體氮貯罐罐8;液體氧泵19;液化氧貯罐20;液體氮泵21;液體氬泵22和液體氬貯罐23。蒸餾設備13由疊形雙塔構成，它包括在約5至6巴下操作的中壓塔14，其頂上有在約1.2巴下操作的低壓塔15，塔14的頂部通過汽化-冷凝器16與塔15的底部相連。三個貯罐18、20和23處于接近常壓下。
在操作中，要蒸餾的空氣在5中壓縮，然后在6中冷卻，在7中凈化除去水和二氧化碳，然后全部在8中進一步壓縮，并在10中使溫度達到常溫左右。處于比塔14的中壓高得多的高壓下的進一步壓縮后的空氣全部在熱交換導管組11中冷卻到中等溫度下。在這一溫度下，部分空氣被冷卻和液化，如果需要的話，通過熱交換導管組的冷端過冷，然后在膨脹閥24和25中膨脹后，在塔14和15之間分配。
在溫度T下，其余的空氣在9中膨脹到中壓，然后送入塔14底部。
圖中還示出傳統(tǒng)的管線和雙疊式管線，也就是說在低壓塔頂生產在低壓下的純氮氣。分別用于提升“富液”(富氧的空氣)、“下貧液”(不純的氮)和“上貧液”(實際上是純氮)的管線26-28分別從塔14的底部及塔14上段的中部引出，并通過冷卻器12，并各自裝有膨脹閥。
導入設備1的氧以液體的形式從塔15的底部抽出，用泵19達到使用壓力，并在熱交換導管組內汽化和再加熱到大約常溫。
同樣，導入設備1的氮以液體的形式從塔14的頂部抽出，用泵21達到使用壓力，并在熱交換導管組內汽化和再加熱。
導入設備1的氬以液體的形式貯存在貯罐23中，用槽車29供料。從該貯罐中抽出液體氬，用泵22達到使用壓力，并在熱交換導管組內汽化和再加熱。
通常，形成設備的殘留氣體的不純氮氣和塔15頂部的純氮產物先在12中然后在11中再加熱，然后分別經管線30和31離開裝置。
此外，該裝置還生產液體氮，在送入相分離器17以前通過管線28抽出并在膨脹閥32中膨脹。將該相分離器的液體送到貯罐18，而使其氣相與塔15頂部的氣態(tài)氮流合并。該裝置還生產液體氧，從塔15的底部抽出，并通過管線33送入貯罐20。正如將看到的那樣，通過液體氬的汽化和再加熱引入到熱交換導管組的外加冷量被回收，以生產液體氧和/或液體氮。
作為改進，空氣蒸餾設備可包括以通常的方式與塔15結合的氬生產塔，以便生產一部分供設備1的氬氣。
圖2和3涉及以大于蒸餾設備13的分離能力的流速為設備1提供加壓的氣態(tài)氧。在這兩張圖中，所示的是雙塔13和氧的回路;除了氬回路不同外，設備的其余部分與圖1相同，氬回路被省去。
在圖2的情況下，一方面由塔15的底部給貯罐20供料，另一方面用槽車34供料，而泵19的入口連接到貯罐20的底部。因此，可將要汽化和再加熱的液體氧以所需的流速提供給熱交換導管組。汽化的過量液體氧(也就是說由槽車提供的數(shù)量)提供冷量，它可如前那樣以送到貯罐18的外加的液體氮的形式被回收。
如圖3所示，作為改進，圖2中可增加一個第二液體氧泵36，其入口連接到塔15的底部，兩臺泵的出口連接到熱交換導管組的相同一汽化通道上，或甚至連接到分開的汽化通道。
正如混合管線表明的那樣，在必要的情況下，例如為了安全，泵19和/或泵36的出口也可連接到常用的輔助汽化設備35如浴上。在這一操作方式中，在汽化的液體氧中所含的冷量當然就損失了。
在圖2和3的每種情況下，在耗氣設備對氧的需要量低時和/或在電能費用低時，蒸餾設備的產品可逐漸裝滿貯罐20，而在高需要量和/或高電能費用時，逐漸抽空這一貯罐，如果需要的話，可由槽車供給。如果氧的需要量持續(xù)高于蒸餾設備的生產能力，當然必須定期由槽車供給。
作為改進，圖3中的貯罐20可不連接到雙塔13上，并且可只由槽車供給。在這種情況下，由槽車供給的氧的純度可能與雙塔生產的氧的純度不同。
本發(fā)明也可適用于有單塔的空氣蒸餾設備，例如氬汽化方案，如圖1的方案，但其中設備13是單一的高純氮型的氮生產塔，與上述的方案類似的克勞德空氣循環(huán)相連。在這種情況下，氬的汽化可生產優(yōu)質液體氮。
權利要求
1.一種由在深冷溫度和一定壓力下可液化的氣體為耗氣設備(1)提供至少一種空氣組分的方法，其特征在于-空氣在與熱交換導管組(11)相連的蒸餾設備(13)中蒸餾，其中至少有一種比蒸餾設備的操作壓力高得多的產熱流體在循環(huán)；-至少以間歇方式給貯罐(23，20)提供處于液相的所述氣體；-通過從所述的貯罐抽出處于液相的氣體使它處于比貯罐壓力高的汽化壓力下，并使它在與蒸餾設備相連的熱交換導管組(11)內在該汽化壓力下汽化的方法，生產至少一部分所述的氣體。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于，貯罐(23，20)至少一部分由外部來源(29，34)供料。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于，所述氣體的汽化/再加熱的熱量至少部分被生產另外的液體氧和/或液體氮流所回收。
4.根據權利要求1-3中任何一項的方法，其特征在于，通過從蒸餾設備(13)中抽出處于液相的一種空氣組分，使它處于比抽出壓力高的汽化壓力下，并使該液體在該汽化壓力下，在熱交換導管組(11)內汽化的方法，同時生產至少一種空氣組分。
5.根據權利要求1-4中任何一項的方法，其特征在于，所述的氣體是空氣，其流速大于同時用蒸餾設備(13)生產的氣體流速。
6.根據權利要求1-5中任何一項的方法，其特征在于，所述的汽化連續(xù)進行。
7.根據權利要求5的方法，其特征在于，在某一時期處于液相的氣體從蒸餾設備(13)送到貯罐(20)，而在另一時期則進行所述的汽化過程。
8.一種由在深冷溫度和一定壓力下可液化的氣體為消耗設備提供至少一種空氣組分的裝置，該裝置包括與熱交換導管組(11)相連的空氣蒸餾設備(13)，熱交換導管組包括至少一種比蒸餾設備的操作壓力高得多的高壓產熱流體的通道，其特征在于，它包括適用于至少間歇提供處于液相的所述氣體的罐(23.20)，以及與貯罐上游和在熱交換導管組(11)內加壓氣體汽化通道下游相連的處于液態(tài)的該氣體的壓縮設備(22，19)。
9.根據權利要求8的裝置，其特征在于，壓縮設備(19)也可與輔助再汽化設備(35)的下游相連。
10.根據權利要求8或9的裝置，其特征在于，所述的氣體是空氣，壓縮設備(19)僅與貯罐(20)相連，如果需要的話，貯罐與蒸餾設備(13)相連。
11.根據權利要求10的裝置，其特征在于，該裝置有一臺處于液相的所述氣體的泵(36)，其入口與蒸餾設備(13)相連。
12.根據權利要求11的裝置，其特征在于，泵(36)的出口與熱交換導管組(11)的汽化通道相連，該通道與連接壓縮設備(19)的熱交換導管組(11)分開。
全文摘要
本發(fā)明涉及為消耗空氣組分的裝置提供加壓氣的方法及裝置。該方法包括在與熱交換導管組(11)相連的蒸餾設備(13)中蒸餾空氣，加壓產熱流體在熱交換導管組(11)中循環(huán)；至少間歇地將液態(tài)氣體供給貯罐(23)；使從貯罐抽出的液態(tài)氣體達到汽化壓力并在該汽化壓力下將其于熱交換導管組(11)中汽化。本發(fā)明也涉及供應氧氣、氮氣和氬氣給生產不銹鋼的裝置如利用氬氧脫碳法的電弧爐。
文檔編號C21C7/068GK1108698SQ9410653
公開日1995年9月20日 申請日期1994年6月6日 優(yōu)先權日1993年6月7日
發(fā)明者R·阿金斯, A·貴拉德 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司