專利名稱：加壓分餾空氣生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及加壓生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法，在該方法中-空氣在雙分餾塔中分餾，該雙分餾塔包括一臺低壓塔(在所謂的低壓下操作)和一臺中壓塔(在所謂的中壓下操作);
-全部待分餾的空氣被壓縮到至少明顯高于中壓的高壓;
-該壓縮空氣被冷卻到中溫，其中的一部分在其被送入中壓塔之前在透平機中膨脹到中壓;
-未膨脹的空氣被液化，在膨脹后被送入雙分餾塔;和-至少一種從雙分餾塔排出的液態(tài)產(chǎn)品達(dá)到生產(chǎn)壓力，該液態(tài)產(chǎn)品通過在冷卻至少一部分待分餾的空氣過程中進(jìn)行熱交換而被氣化。
本說明書中所論及的壓力均為絕對壓力。此外，措詞“液化”或“冷凝”應(yīng)在廣義上理解，也就是說在超臨界壓力的情況下包括準(zhǔn)液化或準(zhǔn)冷凝。
上述的這些步驟在FR-A-2 674 011中作了介紹。
本發(fā)明的目的在于，采取經(jīng)濟(jì)的方法調(diào)整生產(chǎn)，使其既可在加壓下生產(chǎn)液體，同時又可生產(chǎn)氣體。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明除具有以上列舉的步驟外，還具有下列特征，即從雙分餾塔排出或直接流向雙分餾塔的補充循環(huán)流體被加熱，壓縮到循環(huán)的高壓，冷卻，其中的一部分被壓縮的補充循環(huán)流體膨脹，對外作功，而其余的則被液化。
根據(jù)另外的特征-補充的循環(huán)流體是中壓空氣，在其被再加熱后與被預(yù)壓縮到中壓的待分餾空氣混合，然后將該混合物壓縮到所述的高壓;
-待分餾的預(yù)壓縮空氣與凈化前的再循環(huán)空氣混合，該混合物被壓縮到所述的高壓后，在該高壓下除去其中的水分和二氧化碳;
-待分餾的預(yù)壓縮空氣在與再循環(huán)空氣混合之前，其中的水分和二氧化碳被除去;
該循環(huán)的補充流體是從兩個塔中至少一個塔的頂部排出的氮氣，將膨脹的一部分氮氣再加熱，而液化的部分則再送入雙分餾塔或作為產(chǎn)品回收。
本發(fā)明為實現(xiàn)其目的，還具有適合于實施這種方法的裝置。該裝置包括一組雙分餾塔，該塔包括一臺低壓塔(在所謂的低壓下操作)和一臺中壓塔(在所謂的中壓下操作);壓縮設(shè)備，可將全部待分餾的空氣至少壓縮到明顯高于中壓的高壓;用于從雙分餾塔排放和泵送至少一種由分餾產(chǎn)生的液態(tài)產(chǎn)品的設(shè)備;一套熱交換系統(tǒng)，用以使所述液態(tài)產(chǎn)品在冷卻至少一部分待分餾的空氣過程中進(jìn)行熱交換;用于使一部分這種空氣膨脹的主透平機，該透平機的進(jìn)口連接到熱交換系統(tǒng)的中部，而其出口則連接到中壓塔上，其特征在于它包括一臺循環(huán)壓縮機和所述熱交換系統(tǒng)包括使從雙分餾塔排出的或流向雙分餾塔的補充循環(huán)流體再加熱的管道(連接到循環(huán)壓縮機的吸入口)、用于壓縮補充循環(huán)流體的冷卻管道(連接到循環(huán)壓縮機的輸出口)和一臺用于膨脹一部分補充循環(huán)流體的循環(huán)透平機，其進(jìn)口連接到這些冷卻管道的中部。
根據(jù)該裝置的其它特征-再加熱管道的進(jìn)口連接到中壓塔的底部，而其出口則連接到第二級空氣壓縮機(構(gòu)成所述的循環(huán)壓縮機)的吸入口，所述吸入口也連接到一臺空氣預(yù)壓縮機的出口，所述主透平機也構(gòu)成循環(huán)透平機;
-一套通過吸附凈化空氣的裝置，安裝在第二級空氣壓縮機的出口處;
-一套通過吸附凈化空氣的裝置，安裝在空氣預(yù)壓縮機和第二級空氣壓縮機之間;
-再加熱管道的進(jìn)口連接到中壓塔的頂部和/或低壓塔的頂部，冷卻管道的出口則通過膨脹閥連接到雙分餾塔上;
-用于預(yù)冷卻一部分循環(huán)氮氣的制冷系統(tǒng)，安裝在最后一級循環(huán)壓縮機的出口處。
本發(fā)明實施方案的一些實施例將按照

圖1-3作詳細(xì)說明，這些示意圖分別表示根據(jù)本發(fā)明的裝置的三種實施方案。
示于圖1的裝置適合于在約3-100巴的高壓下生產(chǎn)氣態(tài)氧、液態(tài)氧和液態(tài)氮。
該裝置主要包括一臺主要的空氣預(yù)壓縮機1或中壓壓縮機，在其出口處裝有空氣或水冷制冷器2;第二級主要的空氣壓縮機3，在其出口處裝有空氣或水冷制冷器4;在需要時還裝有制冷器組5;一套用于通過吸附進(jìn)行凈化的裝置6;鼓風(fēng)機-透平機機組包括一臺鼓風(fēng)機7和一臺透平機8，它們的轉(zhuǎn)子固定在同一個轉(zhuǎn)軸上;一套用于鼓風(fēng)機的空氣或水冷制冷器9;一套熱交換系統(tǒng)10;一臺雙分餾塔11，包括一臺中壓塔12和一臺低壓塔13，其間由氣化器-冷凝器14連接，該氣化器-冷凝器用來使塔12頂部的氮氣和塔13底部的液態(tài)氧進(jìn)行熱交換;一臺液氧泵15;一個常壓液態(tài)氧貯槽16;一個常壓液態(tài)氮貯槽17;一臺分相器18;以及一臺過冷器19。
在操作中，塔13處于稍高于1巴的壓力下，而塔12則處于相當(dāng)于約5.5巴的壓力下。
全部待分餾的空氣在1中被壓縮到中壓，然后，在3中再壓縮，在4和5中預(yù)冷卻到5-10℃，在6中除去其中的水分和二氧化碳并進(jìn)一步在7中被壓縮到高壓。在9中預(yù)冷卻后，在10中部分冷卻到中溫T1，一部分高壓空氣繼續(xù)在熱交換系統(tǒng)中冷卻，液化，然后被分成兩部分。每一部分分別被膨脹閥20、21膨脹，然后被分別送入塔12、13。
在溫度T1下，其余高壓空氣從熱交換系統(tǒng)排出，在8中膨脹作功到中壓，然后，被送入塔12的底部。
按照常規(guī)的方法，從塔12底部排出的“富液”(富氧空氣)，和在該塔頂部排出的“貧液”(稍純的氮氣)在19中過冷卻和分別在膨脹閥22和23中膨脹后，分別被送入塔13的中部和頂部。
液態(tài)氧從塔13的底部排放。一部分直接進(jìn)入貯槽16，而其余部分用泵15加壓到所需的生產(chǎn)高壓，然后在通過管線24回收之前氣化并在熱交換系統(tǒng)中再加熱到環(huán)境溫度。
此外，從塔12頂部排出的處于中壓的液態(tài)氮，在19中再冷卻，在膨脹閥25中膨脹到常壓，然后送入分相器18。該液相被送到貯槽17，而氣相則與塔13頂部而來的不純氮氣混合，在19然后在10中再加熱后，通過管線26作為廢氣從該裝置中排放。
此外，數(shù)量約為進(jìn)入空氣量20%的空氣，通過管線27從塔12的底部排出，在10中再加熱到環(huán)境溫度，返回到壓縮機3的吸入口，并在該處與來自壓縮機1的中壓空氣混合。
這樣，壓縮機3、制冷器組5、凈化裝置6和鼓風(fēng)機7處理進(jìn)入裝置被通過管線27再循環(huán)的空氣流擴大的空氣流，透平機8構(gòu)成用于進(jìn)入空氣的克勞德循環(huán)透平機和再循環(huán)空氣的循環(huán)透平機?？梢赃@樣理解，再循環(huán)空氣一方面通過其在8中膨脹，可以供給生產(chǎn)大量液體所需的冷，而通過其在10中液化又可使液態(tài)氧氣化。
照這樣，通過簡單地調(diào)整再循環(huán)空氣的流量，即可按需要改變該裝置所生產(chǎn)的液體(液態(tài)氧和/或液態(tài)氮)，而且液體的比能基本上恒定。
作為數(shù)量的實例，高壓氧可以達(dá)40巴，其純度約為99.5%，壓縮機3的出口壓力為27巴，另一臺壓縮機7的出口壓力為35巴。
按照一般的方式，氧的高壓可以包括在大約3-100巴之間，而在包括大約7-100巴之間的高壓下，可以生產(chǎn)類似的氣態(tài)氮。此外，根據(jù)上文引用的FR-A-2 674 011介紹，在溫度等于或明顯高于空氣冷凝的相應(yīng)溫度時，一種或幾種液體可以產(chǎn)生氣化。同樣，通過采用幾種高氣壓，可以生產(chǎn)幾種壓力的氧和/或氮。
示于圖2的裝置與圖1所示的不同，其差別僅在于制冷器組5和凈化裝置6系統(tǒng)安裝在制冷器2和壓縮機3之間。因此，裝置6僅處理進(jìn)入的空氣流，而且處于中壓，壓縮機3處理干燥的和不含二氧化碳的空氣。根據(jù)該工藝過程的參數(shù)進(jìn)行計算的結(jié)果表明，圖1和圖2的一種或另一種配置可以獲得最佳的經(jīng)濟(jì)效益。
圖3的實施方案中，未標(biāo)出配件16和19，該再循環(huán)流體是氮氣，一部分通過管線28從中壓塔12的頂部而來，一部分通過管線29從低壓塔13的頂部而來，該塔屬于“尖塔”型，即是說在其頂部可以生產(chǎn)出幾乎純的氮氣。因此，圖1中的管線27以及壓縮機3和其制冷器4均被省略，而單獨由壓縮機1將全部進(jìn)入的空氣加壓到原來為壓縮機3的出口壓力。
低壓氮在10中再加熱，然后通過第一級循環(huán)壓縮機30(其后是制冷器30A)壓縮到中壓，與同樣在10中再加熱的中壓氮氣混合。這兩種中壓的氮氣流通過第二循環(huán)壓縮機31(其后是制冷器31A)被壓縮到高循環(huán)壓力。再加熱的低壓氮氣可以通過管線32部分回收作為產(chǎn)品，同樣，來自壓縮機31的高壓氮氣可以通過管線33部分回收作為產(chǎn)品。其余從壓縮機33而來的氮氣進(jìn)一步通過鼓風(fēng)機34(其后是制冷器34A，并與膨脹透平機35連接)壓縮。經(jīng)過再壓縮的氮氣(其中的一部分最好通過制冷器組36預(yù)冷卻)在10中被冷卻到中溫T2;在此溫度下，一部分從熱交換系統(tǒng)排出，在35中膨脹到中壓，然后，再送入中壓氮氣循環(huán)的再加熱管道。未膨脹的高壓氮氣繼續(xù)冷卻，而被液化，直到熱交換系統(tǒng)的冷端，在膨脹閥37中被膨脹到中壓，然后，送入塔12的頂部。
此外，調(diào)整用作補充循環(huán)流體的氮氣流速和高循環(huán)壓力，可以在寬的范圍內(nèi)改變該裝置所生產(chǎn)的液體產(chǎn)品，而且也可以使能耗最佳化。另外，將氮氣循環(huán)結(jié)合到熱交換系統(tǒng)10中可以獲得只需中等投資的效果。
當(dāng)然，該整體化的氮氣循環(huán)可以包括幾臺并聯(lián)的膨脹透平機，以便使能量效率最佳化。
權(quán)利要求
1.一種加壓生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法，在該方法中-空氣在雙分餾塔(11)中分餾，該雙分餾塔包括一臺低壓塔(13)(在所謂的低壓下操作)和一臺中壓塔(12)(在所謂的中壓下操作)；-全部待分餾的空氣被壓縮(在1、3、7中)到至少明顯高于中壓的高壓；-該壓縮空氣被冷卻到中溫，其中的一部分在其被送入中壓塔(12)之前在透平機(8)中膨脹到中壓；-未膨脹的空氣被液化，膨脹后(在20、21中)被送入雙分餾塔；和-至少一種從該雙分餾塔排出的液態(tài)產(chǎn)品達(dá)到生產(chǎn)壓力，該液態(tài)產(chǎn)品通過在冷卻至少一部分待分餾的空氣過程中進(jìn)行熱交換而被氣化，其特征在于從雙分餾塔(11)排出的或流向該塔的補充循環(huán)流體被加熱，壓縮到(在3；30、31中)循環(huán)的高壓，冷卻，其中被壓縮的補充循環(huán)流體一部分膨脹(在8；35中)，對外作功，而其余的則被液化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于補充的循環(huán)流體是中壓空氣，在其被再加熱后與被預(yù)壓縮到中壓(在1中)的待分餾空氣混合，然后將該混合物壓縮到所述的高壓(在3中)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于預(yù)壓縮(在1中)的待分餾空氣與凈化前的再循環(huán)空氣混合，將該混合物壓縮到所述的高壓，然后，在該高壓下(在6中)(圖1)將其中的水分和二氧化碳除去。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的方法，其特征在于預(yù)壓縮(在1中)的待分餾空氣在與再循環(huán)空氣(圖2)混合之前(在6中)，其中的水分和二氧化碳被除去。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該補充的循環(huán)流體是從兩個塔(12、13)中至少一個塔的頂部排出的氮氣，將膨脹的一部分氮氣再加熱，液化的部分則再送入雙分餾塔或作為產(chǎn)品回收。
6.一套在加壓下生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的裝置，該裝置包括一組雙分餾塔(11)，該雙分餾塔包括一臺低壓塔(13)(在所謂的低壓下操作)和一臺中壓塔(12)(在所謂的中壓下操作);壓縮設(shè)備(1、3、7)，可將全部待分餾的空氣至少壓縮到明顯高于中壓的高壓;用于從雙分餾塔排放和泵送至少一種由分餾產(chǎn)生的液態(tài)產(chǎn)品的設(shè)備(15);一套熱交換系統(tǒng)(10)，用以使所述液態(tài)產(chǎn)品在冷卻至少一部分待分餾的空氣過程中進(jìn)行熱交換;和用于使一部分這種空氣膨脹的主透平機(8)，該透平機的進(jìn)口連接到熱交換系統(tǒng)的中部，而其出口則連接到中壓塔(12)上，其特征在于它包括一臺循環(huán)壓縮機(3、7;30、31、34)，所述熱交換系統(tǒng)(10)包括使從雙分餾塔(11)排出的或流向該塔的補充循環(huán)流體再加熱的管道(連接到循環(huán)壓縮機的吸入口)、用于壓縮補充循環(huán)流體的冷卻管道(連接到循環(huán)壓縮機的輸出口)和一臺用于膨脹一部分補充循環(huán)流體的循環(huán)透平機(8;35)，其進(jìn)口連接到這些冷卻管道的中部。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于再加熱管道的進(jìn)口連接到中壓塔(12)的底部，而其出口則連接到第二級空氣壓縮機(3)(構(gòu)成所述的循環(huán)壓縮機)的吸入口，該吸入口也連接到空氣預(yù)壓縮機(1)的出口，所述主透平機(8)也構(gòu)成循環(huán)透平機。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于一套通過吸附凈化空氣的裝置(6)，安裝在第二級壓縮機(3)的出口處。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于通過吸附凈化空氣的裝置(6)，安裝在空氣預(yù)壓縮機(1)和第二級壓縮機(3)之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于再加熱管道的進(jìn)口連接到中壓塔(12)的頂部和/或低壓塔(13)的頂部，冷卻管道的出口則通過膨脹閥(37)連接到該雙分餾塔上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于用于預(yù)冷卻一部分循環(huán)氮氣的制冷系統(tǒng)(36)，安裝在最后一級循環(huán)壓縮機(34)的出口處。
全文摘要
全部進(jìn)入的空氣被加壓到某一高壓，然后冷卻到中溫。在此溫度下，一部分空氣膨脹作功到中壓，其余部分被液化。允許在需要時調(diào)整生產(chǎn)液態(tài)的氧和/或氮，從雙分餾塔排出的補充循環(huán)流體被再加熱，壓縮到循環(huán)的高壓，冷卻，其中的一部分被壓縮的補充循環(huán)流體膨脹，同時對外作功，而其余的則被液化。
文檔編號F25J3/04GK1096578SQ94103958
公開日1994年12月21日 申請日期1994年3月22日 優(yōu)先權(quán)日1993年3月23日
發(fā)明者B·達(dá)雷德奧, C·加尼爾, A·吉爾拉德, P·弗雷斯, J·-Y·萊曼, N·雷斯 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司