專利名稱：制氧裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種能得到高壓氧氣的制造裝置。
在以前，通過利用氮氣和氧氣的沸點差，用空分裝置將兩者離開而得到氧氣。這種典型的空分裝置如圖3所示，從原料空氣吸入管1吸入原料空氣，由空氣壓縮機2對其壓縮，經(jīng)過管道3后由第一和第二熱交換器4、5冷卻，然后經(jīng)過管道7，在冷卻到接近液化點狀態(tài)下進入精餾塔8的下部塔8′內(nèi)。另外，經(jīng)過上述第一熱交換器4的一部分壓縮空氣通過分流管3a送到膨脹透平11中，在該膨脹透平11內(nèi)作絕熱膨脹，產(chǎn)生必要的冷量，然后以該狀態(tài)導(dǎo)入上部塔8″中。在上述下部塔8′內(nèi)對空氣進行精餾，富氧液態(tài)空氣滯留在下部塔8′的底部，氣態(tài)氮向上方移動，從下部塔8′的頂部通過管道10流出。導(dǎo)出的氮氣在第一和第二熱交換器5、4中進行熱交換，成為接近常溫的氮氣制品，由管道19導(dǎo)出。從下部塔8頂部流出的氮氣的另一部分經(jīng)過管道17導(dǎo)入上部塔8″的凝冷器16內(nèi)，在該處被液化成為液體氮，其中一部分由管道13送到上部塔8″的頂部，其余部分由管道18流到下部塔8′內(nèi)成為回流液。來自下部塔8′底部的富氧液態(tài)空氣經(jīng)過帶膨脹閥12′的管道12導(dǎo)入上部塔8″中。在上部塔中對液態(tài)空氣精餾，液體氧氣9滯留在底部，富氮排氣從塔頂經(jīng)過管道14導(dǎo)出。該導(dǎo)出的排氣經(jīng)過第二和第一熱交換器5、4后放入大氣中。液體氧氣從上部塔8′的底部經(jīng)過管道10導(dǎo)出，然后經(jīng)過第二和第一熱交換器5、4氣化成為氧氣，然后由空氣壓縮機15壓縮，成為高壓狀態(tài)的氧氣制品以供需要。
在這種空分裝置中，要得到加壓的成品氣時就必須用壓縮機對氣態(tài)的氣體加壓。然而，為了對上述氣態(tài)氣體進行加壓，就必須消耗能量，使費用增加。
本發(fā)明的目的在于克服上述缺點，提供一種能夠以低費用高效率制造加壓狀態(tài)氧氣的制氧裝置為了完成上述發(fā)明目的，在本發(fā)明中包括壓縮原料空氣的空氣壓縮裝置，將上述壓縮空氣冷卻到超低溫的熱交換裝置、氣液化分離上述冷卻到超低溫的壓縮空氣并將氮保持氣態(tài)的精餾塔、將上述精餾塔內(nèi)的液態(tài)氧作為制冷劑導(dǎo)入上述熱交換裝置內(nèi)通過熱交換使之氣化而成為氣態(tài)氧的液氧取出通路、從上述液態(tài)氧取出通路的前端處延伸經(jīng)過上述熱交換裝置使上述氣體氧升溫而形成成品的成品氧氣取出通路，在上述液體氧取出通路上設(shè)置對流過該取出通路的液體氧加壓的加壓裝置、及在上述成品氧氣的取出通路的上述熱交換裝置上游側(cè)一部分上設(shè)計的利用在該通路通過的氣體氧氣產(chǎn)生冷量的膨脹器。
也就是說，本發(fā)明的制氧裝置取出存留在精餾塔上部的液態(tài)氧，在液態(tài)下進行加壓，然后送到熱交換器，此后導(dǎo)入膨脹透平進行絕熱膨脹產(chǎn)生冷量，并將所產(chǎn)生的冷量送到熱交交換器中，作為整個裝置的冷源。因此，在本發(fā)明中，由于對氧在液態(tài)下進行加壓，就比對氧在氣態(tài)下加壓要省很多能量，(如一摩爾氧在氣態(tài)下為22.4升，而液體不超過16克)。另外，在本發(fā)明中，如上所述，由于對液態(tài)氧進行加壓，其經(jīng)過熱交換器時被氣化，用該氧氣作為膨脹透平等冷熱用膨脹器的動力源，因此進入膨脹透平前的氧氣的壓力加大，能夠使絕熱膨脹效率大大提高。結(jié)果，能夠使由膨脹透平等的膨脹器產(chǎn)生冷量的費用大大下降，也使成品氧氣的費用大大下降。
以上所述，本發(fā)明的制氧裝置，取出存留在精餾塔的上部的液態(tài)氧，對該液態(tài)氧進行加壓，制成加壓狀態(tài)下的成品氧氣。由以上說明，由于氧是在液態(tài)下進行加壓，因此比氣態(tài)下對氧氣進行加壓所用費用大大下降。而且，在本發(fā)明中，上述氧是在液態(tài)下進行加壓，然后經(jīng)過熱交換器進行氣化，可以作為膨脹透平等冷熱用膨脹器的動力源。因此，進入膨脹透平前的氧氣的壓力加大，能夠使絕熱膨脹效率大大提高，使成品氧氣等的制造費用大大降低。而且，本發(fā)明的裝置可有效地應(yīng)用在鋼鐵制造、化工工業(yè)、火力發(fā)電等廣闊領(lǐng)域中。


圖1是本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明另一實施例的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是已有技術(shù)的結(jié)構(gòu)圖。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
圖1表示本發(fā)明第一實施例的結(jié)構(gòu)圖。圖中，51是壓縮原料空氣的空氣壓縮機，52是排水分離器，53是預(yù)冷卻器，54是二個一組的吸收塔。在吸收塔54內(nèi)填充分子篩，用以除去由空氣壓縮機51壓縮的空氣中的水、二氧化碳、一氧化碳等不純氣體。55是輸送去掉不純部分后的壓縮空氣的壓縮空氣供給管，55a是從壓縮空氣供給管上分出來的旁路管。56是第一熱交換器，由吸收塔54除去了不純組分后的壓縮空氣被送到其中。57是第二熱交換器，將經(jīng)過第一熱交換器56壓縮空氣送到其中。經(jīng)過第一和第二熱交換器56、57的壓縮空氣以氣態(tài)送入下部塔60中。51a、51b是設(shè)在旁路管55a上的空氣壓縮機，用上游側(cè)的空氣壓縮機51a對通過壓縮空氣供給管55的壓縮空氣的一部分進行壓縮，由下游側(cè)的空氣壓縮機51b對由空氣壓縮機51a壓縮的壓縮空氣進行進一步的壓縮。上游側(cè)的空氣壓縮機51a由膨脹透平75的動力驅(qū)動。55b是第三熱交換器，將由空氣壓縮機51a、51b壓縮后又第第一熱交換器56冷卻過的壓縮空氣送入其中。經(jīng)過空氣壓縮機51a、51b、第一熱交換器和第三熱交換器56、55b的壓縮空氣成為液態(tài)進入下部塔6O。58是具有上部塔59和下部塔60上的精餾塔。下部塔60對由第一和第二熱交換器56、57冷卻到超低溫的并由壓縮空氣供給管55輸送的壓縮空氣進一步冷卻，使其中一部分液化，成為液態(tài)空氣61存留在底部，氣態(tài)的氮存留在上部。另外，經(jīng)旁路管55a送入的液態(tài)壓縮空氣存留在下部塔60的底部。在上部塔59的底部內(nèi)設(shè)了一個凝縮器62，存留在下部塔60上部的氮氣的一部分通過回液管63送凝縮器62內(nèi)。由于上部塔59內(nèi)的壓力低于下部塔內(nèi)壓力，下部塔60的底部存留的液態(tài)空氣(氮氣50-70％，氧氣30-50％)61被送到帶膨脹閥65的管66中，并在過冷器71中進行過冷，由膨脹閥65減壓后供給到上部塔59中，將上部塔內(nèi)的溫度冷卻到液體氮的沸點以下。通過冷卻，將送入到冷凝器62中氮液化。液化的氮通過第二回液管64作為回流液導(dǎo)入下部塔60的上部，這樣經(jīng)液態(tài)氮貯槽67在下部塔內(nèi)向下流，與從下部塔底部上升的壓縮空氣對流接觸，使其中的一部分被冷卻而液化。在該過程中，壓縮空氣中的高沸點成分氧氣被液化存留在下部塔60的底部，低費點成分的氮氣存留在下部塔的上部。64a是氣液分離器。68是將存留在下部塔60的頂部的氮氣作為成品氮氣取出的取出管，超低溫的氮氣導(dǎo)入第三和第一熱交換器55、56中與送入其中的壓縮空氣進行熱交換而成為常溫，作為成品氧氣送出。另一方面，從下部塔60的底部經(jīng)過管66送入上部塔59中的液態(tài)空氣，在上部塔內(nèi)受到精餾作用，因此其中的高沸點成分氧被液化成為液態(tài)氧存留在上部塔59的底部。80是在該制氧裝置起動時向上部塔59內(nèi)供給液態(tài)氧的管路。該管路80從圖中未示出的液態(tài)氧貯存庫中延伸出來。在該庫中貯存著其它裝置生產(chǎn)的并由油罐車運輸來的液態(tài)氧以在該裝置生產(chǎn)液態(tài)氧時使用。81是液氧供給控制閥，根據(jù)液面計82的液面，當(dāng)運轉(zhuǎn)中如果冷卻平衡量出現(xiàn)冷卻量不足時，打開閥門將極冷的液態(tài)氧供給到精餾塔中保護其平衡，含氧的低沸點成分氣體從上部塔59的頂部通過管70作為排氣導(dǎo)出，作為過冷器71的冷源作用后，經(jīng)過第二和第一熱交換器57、56后向大氣排放。存留在上部塔59底部的液氧71通過液氧導(dǎo)出管72導(dǎo)出，通過液態(tài)氧加壓泵73加壓后，在加壓狀態(tài)下導(dǎo)入第三熱交換器55b中氣化，成為成品氧氣。這些氣體導(dǎo)入氧氣取出管74中。在氧氣導(dǎo)出管74上設(shè)有膨脹透平75，成品氧氣作為膨脹透平75的動力源產(chǎn)生冷量，然后以該狀態(tài)進入第二和第一熱交換器57、56，在此與原料空氣進行熱交換放出冷量，其自身成為常溫，從成品氧氣取出管74的前端作為成品氣取出。特別是，由于成品氧氣作為動力源，因此上述膨脹透平75要由與氧氣不發(fā)生反應(yīng)的材料構(gòu)成，如銅合金(黃銅等)、鎳合金(Ni-Cr-Fe)、不銹鋼(SUS316L)、鋁合金(Al-Zn)，以防止爆炸等的事故發(fā)生。另外，由于使用上述氧氣加壓泵73，防止了已有技術(shù)中的問題(氧氣壓縮機15作一次點火時，由于氧氣的激發(fā)反應(yīng)等引起的安全問題，要特別注意地采取安全措施)，使安全性大幅度提高。
該裝置制造下面的成品氧氣。也就是說，用空氣壓縮機51壓縮原料空氣，通過除水分離器52、前冷卻器53，吸收塔54除去該壓縮空氣中不純組分，經(jīng)過第一和第二熱交換熱56、57，冷卻到超低溫的氣態(tài)被送入精餾塔58的下部塔60中。同時，經(jīng)過上述吸收塔54的壓縮空氣的一部分導(dǎo)入旁路管55a，經(jīng)過空氣壓縮機51a、51b、第一和第三熱交換器56、55b，成為超低溫的液體狀態(tài)，被送入下部塔60內(nèi)。在下部塔60中，上述送入的壓縮空氣與從液態(tài)氮67貯槽溢流的液態(tài)氮接觸，使空氣冷卻，一部分液化，作為液態(tài)空氣存留在下部塔60的底部。在該過程中，由于氮和氧沸點的差，壓縮空氣中的高沸點成分的氧先被液化，而氮氣仍存在于氣體中。殘存氮氣的氣體從氮氣取出管68取出，經(jīng)過第三和第一熱交換器55b、56進行熱交換，使其升溫至常溫作為成品氮氣送出。另一方面，存留在下部塔60的頂部的一部分氮氣，經(jīng)過第一回流管63導(dǎo)入設(shè)在上部塔59中的凝縮器62中，存留在上部塔59的底部的液態(tài)氧作用下而被冷卻液化，經(jīng)過第二回液用管64作為回流液67導(dǎo)到下部塔60。貯存在下部塔60底部的液態(tài)空氣經(jīng)過管66、經(jīng)冷卻器71a、膨脹閥65以絕熱膨脹狀態(tài)送入上述上部塔59中并進行精餾。因此，高沸點成分的氧液化而存留底部，含氮的低沸點成分氣體作為排氣在上部塔59的頂部經(jīng)過管70被送出。被送出的氣體，經(jīng)過冷卻器71a、第二和第一熱交換器57、56，升溫至接近常溫的狀態(tài)排放到大氣中。存留在上部塔59底部的液態(tài)氧71，經(jīng)過管72在液態(tài)下由泵73對液態(tài)氧進行加壓，在該狀態(tài)下導(dǎo)入第三熱交換器55b，在其中經(jīng)過熱交換成為氣體，作為成品氧氣導(dǎo)入取出管74中。因此，在設(shè)在該成品取出管74上的膨脹透平75的作用下被導(dǎo)入的氧氣產(chǎn)生絕熱膨脹裝置整體所必要的冷量，又經(jīng)過在第三和第一熱交換器中與原料空氣進行熱交換，其自身成為常溫下的氧氣，從成品氧氣取出管74的前端取出。
圖2表示本發(fā)明的一個實施例的裝置、在該裝置中的液態(tài)氧的加壓泵容納在密封殼73c內(nèi)，將液態(tài)氧導(dǎo)入該殼73c內(nèi)由加壓泵72導(dǎo)出。因此，設(shè)置了返回管23b，該管將在上述殼73c的上部所生成的氣體氧返回到上部塔59中。此外，其余部分與圖1的裝置相同。由以上構(gòu)成，防止了液態(tài)氧加壓泵吸入氧氣氣泡而產(chǎn)生空轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。23a是驅(qū)動液態(tài)氧加壓泵73的驅(qū)動馬達。
權(quán)利要求
1.一種制氧裝置，其中有壓縮原料空氣的空氣壓縮裝置，將上述壓縮空氣冷卻到超低溫的熱交換裝置，將冷卻到超低溫的壓縮空氣液化分離保持氣態(tài)氧的精餾塔，將上述精餾塔內(nèi)的液態(tài)氧作為制冷劑導(dǎo)入上述熱交換器，通過熱交換而氣化成為氣體氧氣的液態(tài)氧取出回路，從上述液態(tài)氧取出回路前端延伸的經(jīng)過上述熱交換裝置使上述氣體氧化升溫至成品的成品氧氣取出回路，其特征在于在上述液態(tài)氧取出路上設(shè)有對通過該回路的液態(tài)氧進行加壓的加壓裝置，在上述成品氧取出回路的上述熱交換裝置的上游側(cè)設(shè)有利用通過該回路的氣態(tài)氧產(chǎn)生冷量的膨脹器。
2.如權(quán)利要求1所述氧氣制造裝置，其特征在于產(chǎn)生冷量的膨脹器是由與氧氣反應(yīng)小的材料制成的膨脹透平。
全文摘要
制氧裝置包括液化分離經(jīng)熱交換器冷卻至低溫的壓縮空氣的精餾塔，將精餾塔內(nèi)的液態(tài)氧作為制冷劑導(dǎo)入熱交換器，通過熱交換而氣化成為氣體氧氣的液態(tài)氧取出回路，從液態(tài)氧取出回路前端延伸的經(jīng)熱交換裝置使氣體氧升溫至成品的成品氧氣取出回路。還設(shè)有在液態(tài)氧取出回路對液態(tài)氧加壓的加壓裝置，在成品氧氣取出回路上的熱交換裝置的上游側(cè)設(shè)有膨脹透平。由精餾塔取出的液態(tài)氧在液態(tài)下加壓后導(dǎo)入膨脹透平內(nèi)產(chǎn)生冷量，將冷量送到熱交換器中作為裝置的冷源。
文檔編號F25J3/04GK1137020SQ9510852
公開日1996年12月4日 申請日期1995年6月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月1日
發(fā)明者吉野明 申請人:大同北產(chǎn)株式會社