專利名稱：在壓力下生產(chǎn)氧和/或氮的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在壓力下生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法，該法包括-空氣在雙蒸餾塔中蒸餾，雙蒸餾塔包括一個(gè)在所謂的低壓下操作的低壓塔和一個(gè)在所謂的中壓下操作的中壓塔;
-所有要蒸餾的空氣被壓縮到至少一個(gè)比中壓高得多的高壓;
-壓縮后的空氣被冷卻到中等溫度，其中一部分空氣在送入中壓塔以前，在透平機(jī)中膨脹到中壓;
-未膨脹的空氣被液化，膨脹后送入雙蒸餾塔;
-至少一種從雙蒸餾塔中抽出的液體產(chǎn)物被置于生產(chǎn)壓力下，這種液體產(chǎn)物通過與空氣熱交換而汽化。
本說明書所述的壓力是絕對壓力。而且，術(shù)語“液化”應(yīng)從廣義上理解，也就是說包括在超臨界壓力情況下的虛擬液化。
在FR-A-2674011中描述了上述類型的方法。
本發(fā)明的目是提高這一已知的方法的能效率。
為此，本發(fā)明所述類型的方法的特點(diǎn)在于
-低壓塔在壓力下操作;
-低壓塔頂?shù)氖Ｓ鄽怏w在部分再加熱后在第二透平機(jī)中膨脹。
另外一些特點(diǎn)是-低壓塔在約1.7至5巴下操作，而中壓塔在約6.5至16巴下操作;
-第二透平機(jī)的出口溫度在空氣液化曲線的拐點(diǎn)或主拐點(diǎn)附近。
本發(fā)明也為此目的提供適合于實(shí)現(xiàn)這一方法的設(shè)備。該設(shè)備包括由在所謂的低壓下操作的低壓塔和在所謂的中壓下操作的中壓塔組成的雙蒸餾塔;給所有要蒸餾的空氣產(chǎn)生至少一個(gè)比中壓高得多的高壓的壓縮設(shè)備，從雙蒸餾塔中抽出和泵送至少一種從蒸餾中產(chǎn)生的液體產(chǎn)物的設(shè)備;使空氣和所述的液體產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)熱交換的熱交換管線;用于一部分空氣膨脹的膨脹透平機(jī)，該透平機(jī)的進(jìn)口管連接到熱交換管線的中點(diǎn)，其出口管連接到一壓力塔。該設(shè)備的特點(diǎn)在于，它有一臺(tái)第二膨脹透平機(jī)，它的進(jìn)口管連接到低壓塔殘余氣體的出口管。
附圖中表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，其中-

圖1圖示說明本發(fā)明的設(shè)備;
-圖2是對應(yīng)于本設(shè)備的一個(gè)操作例的熱交換圖，橫座標(biāo)為攝氏溫度，而縱座標(biāo)為空氣與雙蒸餾塔的產(chǎn)物之間交換的熱量。
圖1所示的設(shè)備適合于在約3至100巴高壓下生產(chǎn)氣態(tài)氧、在約1.7至5巴低壓下生產(chǎn)氣態(tài)氮、生產(chǎn)液氧和液氮。
該設(shè)備主要包括主空氣壓縮機(jī)1，預(yù)冷卻器2;吸附凈化設(shè)備3;由鼓風(fēng)機(jī)4和透平機(jī)5組成的鼓風(fēng)機(jī)-透平機(jī)機(jī)組，應(yīng)確保其轉(zhuǎn)子在同一軸上;用于鼓風(fēng)機(jī)的空氣或水致冷器6;熱交換管線7;用交流電機(jī)9制動(dòng)的第二膨脹透平機(jī)8;由中壓塔11和低壓塔12組成的雙蒸餾塔10，它通過汽化器冷卻器13連接，汽化器-冷凝器13放置在熱交換器中，13使塔11頂?shù)牡獨(dú)夂退?2底的液氧進(jìn)行熱交換;液氧泵14;常壓液氧貯罐15;常壓液氮貯罐16;相分離器17以及過冷卻器18。
在操作中，塔12處于約1.7至5巴壓力下，而塔11處于相應(yīng)的約6.5至16巴壓力下。
所有要蒸餾的空氣在1中壓縮，在2中預(yù)冷卻到5-10℃，在3中脫除水和CO2，以及在4中進(jìn)一步壓縮到高壓。在6中預(yù)冷卻后，在7中部分冷卻到中溫T1，一部分高壓下的空氣繼續(xù)在熱交換管線中冷卻液化，然后分成兩個(gè)餾分。每一餾分在各自的膨脹閥19、20中膨脹，然后分別送到塔11、12。
在溫度T1下，從熱交換管線除去其余的高壓空氣，在5中做功膨脹到中壓，并送入塔11的底部。
按常規(guī)的方式，從塔11的底部抽出的“富液”(富含氧的空氣)和從該塔的頂部抽出的“純液”(基本上是純氮)在18中過冷卻后，在各自的膨脹閥21和22中膨脹，并分別送入塔12的中部和頂部。
從塔12的底部抽出液氧。一部分在18中過冷卻后并在膨脹閥23中膨脹到常壓后直接送入貯罐15，而其余部分用泵14加壓到所需的高壓，然后在通過管線24排出以前在熱交換管線中汽化和再加熱到常溫。
而且，從塔11頂部抽出的中壓液氮在18中過冷卻，在膨脹閥25中膨脹到常壓，并送入相分離器17。將液相送入貯罐16，而汽相在18中然后在7中再加熱，并通過管線26作為產(chǎn)物(低壓氣態(tài)氮)回收。
從塔12頂部抽出的殘余氣體(不純的氮?dú)釽NZ)在18中再加熱，然后部分在7中再加熱到中溫T2。在這一溫度下，從熱交換管線抽出殘余氣體，在透平機(jī)8中膨脹到常壓，并經(jīng)冷卻，在相應(yīng)的溫度下送入熱交換管線，然后被再加熱到常溫，再通過管線27排出。
用2.2巴低壓、8.2巴中壓、32巴高壓(空氣)和40巴高壓(氧氣)計(jì)算得到圖2的熱交換圖。在透平機(jī)5的進(jìn)口處的溫度T1略低于氧汽化的恒溫線P的溫度，而在透平機(jī)8的進(jìn)口處的溫度T2接近空氣液化拐點(diǎn)G的溫度。在再加熱曲線中的R點(diǎn)對應(yīng)于再送入剩余膨脹功的氣體的熱交換管線，而曲線斜率增加的區(qū)段(R點(diǎn)與溫度T2之間)導(dǎo)致該方法的熱力學(xué)改進(jìn)所對應(yīng)的冷卻部分的圖變窄。
隨著高壓氣態(tài)氧的生產(chǎn)比能下降，還可生成更多的液體量。
在塔12的壓力下操作;其結(jié)果使生產(chǎn)的氧的純度下降。例如，貯存在15中的高壓氣態(tài)氧和液氧的純度通常約為95%。但是，有可能在貯罐15的一端液氧抽出口和泵14的另一端之間安幾塊蒸餾塔板，這樣，可生產(chǎn)一部分(例如20%的氧)有更高純度、一般為99.5%純度的液氧餾分。
本發(fā)明還可用于生產(chǎn)高壓氣態(tài)氮?dú)?，?或生產(chǎn)有幾個(gè)壓力的氧和/或氮，前者用泵(未示出)產(chǎn)生所需的高壓，然后在熱交換管線中汽化，后者使用若干個(gè)高的空氣壓。而且，液體的汽化可不伴隨空氣的液化(如上述的例子)，也可伴隨空氣的液化。
權(quán)利要求
1.一種在壓力下生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法，該法包括-空氣在雙蒸餾塔(10)中蒸餾，雙蒸餾塔包括一個(gè)在所謂的低壓下操作的低壓塔(12)和一個(gè)在所謂的中壓下操作的中壓塔(11)；-所有要蒸餾的空氣被壓縮(在1、4中)到至少一種比中壓高得多的高壓；-壓縮后的空氣被冷卻到中等溫度，其中一部分空氣在送入中壓塔(11)以前在透平機(jī)(5)中膨脹到中壓；-未作功膨脹的空氣被液化，膨脹后(在19、20中)送入雙蒸餾塔中；-至少一種從雙蒸餾塔中抽出的液體產(chǎn)物置于生產(chǎn)壓力下，這種產(chǎn)物通過與空氣熱交換而汽化；該法的特點(diǎn)在于-低壓塔(12)在壓力下操作；-低壓塔頂?shù)氖Ｓ鄽怏w在部分再加熱后在第二透平機(jī)中膨脹。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，低壓塔(12)，在約1.7至5巴下操作，而中壓塔(11)在約6.5至16巴下操作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于，第二透平機(jī)(8)進(jìn)口處的溫度(T2)在空氣液化拐點(diǎn)(G)或主液化拐點(diǎn)附近。
4.一種在壓力下生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的設(shè)備，該設(shè)備包括由在所謂的低壓下操作的低壓塔(12)和在所謂的中壓下操作的中壓塔(11)組成的雙蒸餾塔(10);給所有要蒸餾的空氣產(chǎn)生至少一個(gè)比中壓高得多的高壓的壓縮設(shè)備(1、4)，從雙蒸餾塔中抽出和泵送至少一種從蒸餾中產(chǎn)生的液體產(chǎn)物的設(shè)備(14);使空氣和所述的液體產(chǎn)物實(shí)現(xiàn)熱交換的熱交換管線(7);用于一部分空氣膨脹的膨脹透平機(jī)(5)，該透平機(jī)的進(jìn)口管連接到熱交換管線的中點(diǎn)，其出口管連接到中壓塔(11)，該設(shè)備的特點(diǎn)在于，它有一臺(tái)第二膨脹透平機(jī)(8)，其進(jìn)口管連接到低壓塔(12)殘余氣體的出口管。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的設(shè)備，其特征在于，低壓塔(12)在去貯存的液氧下部抽出口至連接到泵(14)的進(jìn)口管的液氧抽出口之間有蒸餾段。
全文摘要
所有進(jìn)入設(shè)備的空氣都壓縮到高壓，然后冷卻到中等溫度。在這一溫度下，一部分空氣在5中做功膨脹到中壓，其余的空氣被液化。低壓塔在大約1.7-5巴的絕對壓力下操作，其剩余氣體在部分再加熱后在第二透平機(jī)(8)中膨脹。本發(fā)明適用于在壓力下生產(chǎn)不純的氧，同時(shí)產(chǎn)生至少一種液體產(chǎn)品。
文檔編號F25J3/04GK1093158SQ9410252
公開日1994年10月5日 申請日期1994年2月25日 優(yōu)先權(quán)日1993年2月25日
發(fā)明者里斯·諾伯特 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司