專利名稱：在加壓下生產(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)明涉及在加壓下生產(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(tái)在所謂的低壓下操作的低壓塔和一臺(tái)在所謂的中壓下操作的中壓塔;
-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(jī)中膨脹;
-未膨脹的空氣被液化，在膨脹后被送入雙分餾塔;和-至少一種液態(tài)產(chǎn)品在生產(chǎn)壓力下從雙分餾塔排出，該液態(tài)產(chǎn)品通過(guò)與液化溫度低于液態(tài)產(chǎn)品氣化溫度的空氣進(jìn)行熱交換而被氣化。
本說(shuō)明書中所述及的壓力均為絕對(duì)壓力。此外，應(yīng)從廣義上理解措詞“液化”，也就是說(shuō)包括超臨界壓力下的準(zhǔn)液化。
上述這種方法在FR-A-2 674 011中作了介紹。在該方法中，在加壓生產(chǎn)氣態(tài)產(chǎn)品的同時(shí)，必然伴隨產(chǎn)生各種工業(yè)應(yīng)用中所不希望有的液態(tài)產(chǎn)品。
本發(fā)明的目的在于，根據(jù)給定的加壓生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的能力，降低液態(tài)產(chǎn)品的產(chǎn)率，而不增加每種產(chǎn)品的比能。
為達(dá)到此目的，本發(fā)明提供了一種上述類型的方法，其特征在于僅將一部分空氣膨脹到中壓，膨脹作功后的空氣再部分加熱，然后在第二臺(tái)透平機(jī)中膨脹到中壓，并送入中壓塔。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中-所述中溫顯著地比所述液態(tài)產(chǎn)品的氣化溫度約低10℃;
-所述第二臺(tái)透平機(jī)的進(jìn)口溫度約為空氣液化拐點(diǎn)的溫度。
本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)其目的，還具有適合于實(shí)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(tái)在所謂的低壓下操作的低壓塔和一臺(tái)在所謂的中壓下操作的中壓塔;壓縮設(shè)備，可將全部待分餾的空氣壓縮到至少明顯高于中壓的高壓，這些設(shè)備包括一臺(tái)主空氣壓縮機(jī);用于從雙分餾塔排放和泵送至少一種在分餾過(guò)程中產(chǎn)生的液態(tài)產(chǎn)品的設(shè)備;一套熱交換系統(tǒng)，用以使空氣和所述液態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行熱交換;一臺(tái)用于使這部分空氣膨脹的膨脹透平機(jī)，該透平機(jī)的進(jìn)口連接到熱交換系統(tǒng)的中部，其特征在于，該熱交換系統(tǒng)包括進(jìn)口連接到所述透平機(jī)出口的部分再加熱管道，其特征還在于該裝置包括第二臺(tái)膨脹透平機(jī)，其進(jìn)口連接到上述再加熱管道的出口上，而其出口則連接到中壓塔上。
根據(jù)本發(fā)明的其它特征-該兩臺(tái)透平機(jī)用鍵固定在同一條轉(zhuǎn)軸上;
-該兩臺(tái)透平機(jī)的轉(zhuǎn)軸固定到用于使來(lái)自主壓縮機(jī)的空氣增壓的鼓風(fēng)機(jī)的輪軸上。
現(xiàn)根據(jù)附圖
對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案作詳細(xì)說(shuō)明，這張簡(jiǎn)單的示意圖示出了根據(jù)本發(fā)明的加壓生產(chǎn)氣態(tài)氧的裝置。
圖中所示的裝置適合于在約10-100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(tái)主空氣壓縮機(jī)1;一臺(tái)預(yù)冷卻器2;一套采取吸附法進(jìn)行凈化的裝置3;一套鼓風(fēng)機(jī)-透平機(jī)機(jī)組，其中包括一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)4和兩臺(tái)轉(zhuǎn)子固定在同一轉(zhuǎn)軸上的透平機(jī)5、6;一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)用的空氣或水冷制冷器7;一套熱交換系統(tǒng)8;一臺(tái)雙分餾塔9，它包括一臺(tái)中壓塔10和一臺(tái)低壓塔11，其間由氣化器-冷凝器12連接，該氣化器-冷凝器用來(lái)使塔10頂部的氮?dú)夂退?1底部的液態(tài)氧進(jìn)行熱交換;一臺(tái)液氧泵13;一臺(tái)常壓液態(tài)氧貯槽14;一臺(tái)常壓液態(tài)氮貯槽15;一臺(tái)分相器16;以及一臺(tái)過(guò)冷器17。
在操作中，塔11處于稍高于常壓的壓力下，而塔10則處于相當(dāng)于約5-6巴的壓力下。
全部待分餾的空氣在1中被壓縮，在2中預(yù)冷卻到+5至+20℃，在3中凈化除去其中的水分和二氧化碳并進(jìn)一步在4中被壓縮到高壓。在7中預(yù)冷卻后，在熱交換系統(tǒng)的管道18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)的管道19中冷卻而被液化，然后被分成兩部分。每一部分分別在膨脹閥20、21中膨脹，然后分別送入塔10、11。
在溫度T1下，其余高壓空氣從熱交換系統(tǒng)排出，在5中膨脹作功后降到中壓，然后，再送入熱交換系統(tǒng)，在該熱交換的管道22中部分地再加熱到等于或不等于T1的中溫T2，然后，再?gòu)脑摕峤粨Q系統(tǒng)排出，在6中膨脹作功降到中壓后送入塔10的底部。
T1可以特別地選擇比氧的氣化溫度約低10℃，而T2則接近高壓空氣的液化拐點(diǎn)，該拐點(diǎn)低于氧的氣化溫度且低于T1。
按照已知的方法，從塔10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?dú)?在17中過(guò)冷卻和分別在膨脹閥22和23中膨脹后，分別被送入塔11的中部和頂部。
液態(tài)氧從塔11的底部排放。一部分經(jīng)管道24直接進(jìn)入貯槽15，而其余部分用泵13加壓到所需的高生產(chǎn)壓力，在熱交換系統(tǒng)的通管道25中氣化并再加熱到室溫之后，再通過(guò)管道26排放。
此外，從塔10頂部排出的處于中壓的液態(tài)氮，在17中過(guò)冷卻，在膨脹閥27中膨脹到常壓，然后送入分相器16。分離出的液相被送到貯槽15，而氣相則與塔11頂部的不純氮?dú)饣旌?，然后將該混合物?7、繼而在熱交換系統(tǒng)的管道28中再加熱后，作為殘余的廢氮?dú)釽N2通過(guò)管道29從該裝置中排放。
在40巴壓力下，以每天生產(chǎn)248噸純度為99.5%的氧氣為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明，與上述FR-A-2 674 011中單級(jí)透平機(jī)方案的30巴對(duì)比，空氣的高壓可降低到25.5巴。在相同的條件下，液態(tài)產(chǎn)品與分離氧的能力之比可從30%降到22%，而每種產(chǎn)品的比能仍可保持不變。
本發(fā)明還可以應(yīng)用于在高壓下生產(chǎn)氣態(tài)氮，即通過(guò)泵(未示出)加壓到所需的高壓，然后在熱交換系統(tǒng)中氣化，和/或通過(guò)利用不同高壓的空氣，在不同的壓力下生產(chǎn)氧和/或氮。
權(quán)利要求
1.一種在加壓下生產(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(9)中分餾，該雙分餾塔包括一臺(tái)在所謂的低壓下操作的低壓塔(11)和一臺(tái)在所謂的中壓下操作的中壓塔(10)；-全部待分餾的空氣被壓縮(在1、4中)到至少明顯高于中壓的高壓；-該壓縮空氣被冷卻到中溫(T1)，其中的一部分在其被送入中壓塔(10)之前在透平機(jī)(5)中膨脹到中壓；-未膨脹的空氣被液化，膨脹(在20、21中)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)品加壓(在13中)到生產(chǎn)壓力，該液態(tài)產(chǎn)品通過(guò)與液化溫度低于液態(tài)產(chǎn)品氣化溫度的空氣進(jìn)行熱交換(在8中)而被氣化，其特征在于一部分所述空氣僅膨脹到中壓，膨脹作功后的空氣再部分加熱(在22中)，然后在第二臺(tái)透平機(jī)(6)中膨脹到中壓，并送入中壓塔(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于所述中溫(T1)顯著地比所述液態(tài)產(chǎn)品的氣化溫度約低10℃。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于所述第二臺(tái)透平機(jī)(6)的進(jìn)口溫度(T2)接近空氣液化拐點(diǎn)的溫度。
4.一套在加壓下生產(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(9)，該雙分餾塔包括一臺(tái)在所謂的低壓下操作的低壓塔(11)和一臺(tái)在所謂的中壓下操作的中壓塔(10)，這些設(shè)備包括主空氣壓縮機(jī)(1);壓縮設(shè)備(1、4)，可將全部待分餾的空氣壓縮到至少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(13);一套熱交換系統(tǒng)(8)，用以使空氣和所述液態(tài)產(chǎn)品進(jìn)行熱交換;和用于使這部分空氣膨脹的透平機(jī)(9)，該透平機(jī)的進(jìn)口連接到熱交換系統(tǒng)的中部，其特征在于該熱交換系統(tǒng)(8)包括其進(jìn)口連接到所述透平機(jī)(5)的出口上的部分再加熱的管道(22)，其特征還在于該裝置包括第二臺(tái)膨脹透平機(jī)(6)，該透平機(jī)的進(jìn)口連接到上述再加熱管道的出口，而其出口則連接到中壓塔(10)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其特征在于該兩臺(tái)透平機(jī)(5、6)用鍵固定在同一個(gè)轉(zhuǎn)軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，其特征在于該兩臺(tái)透平機(jī)(5、6)的轉(zhuǎn)軸固定到用于使來(lái)自主壓縮機(jī)(1)的空氣增壓的鼓風(fēng)機(jī)(4)的輪軸上。
全文摘要
在加壓下生產(chǎn)氣態(tài)氧和/或氣態(tài)氮的方法中，空氣在雙分餾塔(9)中分餾，泵送(在13中)至少一種從低壓塔(11)底部排出的液態(tài)產(chǎn)品，通過(guò)與加壓到高壓的空氣熱交換的壓縮的液態(tài)產(chǎn)品被汽化(在8中)，全部待分餾的空氣被加壓縮到高壓，過(guò)量的空氣在串聯(lián)的兩臺(tái)透平機(jī)(5、6)中膨脹到中壓塔(10)的壓力，該空氣在這兩臺(tái)透平機(jī)間部分地再加熱(在22中)。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1102701SQ94115629
公開日1995年5月17日 申請(qǐng)日期1994年8月31日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月1日
發(fā)明者A·吉拉德, N·里斯 申請(qǐng)人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司