制造氧气的方法技术

将从低压精馏器底部提取出并由液氧泵压缩至预定供送压力的液体氧，在主热交换器中蒸发以制备氧气产品，同时氧气在主热交换器中以这样的线性速度循环，该线性速度等于或高于按照供送压力计算的具有２００μｍ直径的氧滴的极限速度。这种方法能有效地防止重杂质在热交换器中沉淀和在低操作成本下生产高压氧气。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，包括压缩由深冷分离所制得的液体氧和通过加热蒸发液体氧来制取高压气体氧。大量的高压气体氧被用在钢铁工业上生产钢铁的转炉中的氧化精炼步骤中、化学工业中由乙烯氧化合成氧化乙烯的步骤中，以及在燃料发电厂中燃料如煤和石油残渣的部分氧化步骤中。近年来对这种氧的需求有增加的趋势。以工业规模制造氧的典型方法，是深冷分离，它包括将原料空气在低温下精馏分离出氧。在深冷分离中，通过沸点差的方法将氮和氧从原料空气中分离出来。也就是说，将液化空气供入精馏器，比氧具有更高挥发性的氮在精馏器中蒸发，便得到高浓度的液体氧。在用深冷分离法制造高压气体氧的方法中，从精馏器中提取出的液体氧用一个泵进行压缩，然后在热交换器中加热使液体氧蒸发气化。此方法的优点是，与压缩气体氧相比压缩成本费能够大大降低。原料空气含有痕量的杂质，例如烃类如甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及戊烷；二氧化碳；及氧化氮类，除主要组分如氮、氧及氩外。由于这些杂质比氮和氧有更高的沸点和较低的挥发性，所以它们称为重杂质。这些重杂质是溶解在比氮的挥发性更低的液体氧中。由于重杂质与氧相比具有较高的沸点和较低的挥发性，所以当液体氧在热交换器中进行蒸发时它们便浓集在液体氧中，和当其浓度超过溶解于液体氧的溶解度时，便以固相或液相沉淀在热交换器氧的通道中。沉淀的重杂质易于与热交换器中的氧反应并堵塞氧通道。结果，就降低了热交换器的性能和设备的综合性能。下面是用来解决这些问题的己公开的一些普通方法。日本未审查的专利申请公开号7-174460公开了从液相中提取大部分液体氧的方法，该液相在较低压力蒸馏塔中的最下层塔板之上的第二底部塔板上具有相对低的重杂质浓度。而且，一小部分的液体氧是从含有最大量杂质的最下层塔板中提取的。将所提取的液体氧压缩到一定的压力，该压力等于或高于最后供给压力，来提高氧的沸点，再送入热交换器中以提高在液体氧中所含重杂质的蒸汽压。重杂质的蒸发便以此而在热交换器中变得容易了并且这些重杂质不致聚积在热交换器中。日本未审查的专利申请公开号8-61843公开了一种再循环流动用于除去重杂质的方法。再循环流动是指如下气体流。一种具有大约40％的富氧含量和含有浓缩重杂质的液体被从较高压力的精馏器的底部提取出来并给以足够的压缩使重杂质在热交换器中蒸发。残留空气的压力下降，然后使该空气向原料空气中会聚。会聚的空气流被供送入一种初步纯化单元装置中以除去重杂质。然而，这些方法仍然具有以下问题。在前一种方法中，从第二层底部塔板中提取出的液体氧，含有低浓度的重杂质。因而，这种方法对于重杂质的沉淀不是一种基本对策。当该系统连续操作很长时期，例如一年时，重杂质将会显著地沉淀在热交换机中。因为该系统有两个氧通道，因此设备和操作费用增加了，由于使用了高价的设备如液体氧泵，和复杂的所有工艺方法。后一种方法也要求一些附加设备例如液氧泵用于循环再流动。因而这种方法也需要高的设备和操作费用，由于其复杂的系统和复杂的操作。因此，这种方法也不是一种基本对策。本专利技术的目的是提供一种生产气体氧的方法，是采用低费用的深冷分离，不会引起重杂质在热交换器的氧通道中沉淀。在气体氧生产中，包括将通过精馏原料空气所分离出来的液体氧压缩到预定压力和在热交换器中蒸发液体氧，本专利技术完成了在各种条件下的实验并发现当热交换器中氧通道的气体氧的线性流速增加到能满足如下参数时，上述问题便得到克服。结果，完成了本专利技术。按照本专利技术生产气体氧的方法，包括将精制原料空气所分离出来的液体氧压缩到预定供送压力并在热交换器中蒸发液体氧，其中在热交换器的氧通道中的气体氧以等于或大于极限速度的线性速度向上流动，极限速度是根据具有预定直径氧滴的供送压力算得的。由原料空气制造气体氧的方法包括以下步骤将精馏原料空气所分离出的液体氧压缩到预定供送的压力，将压缩后的液体氧在预定供送压力下送入热交换器，以及在热交换器中蒸发和气化液体氧，其中气体氧向上流动，是以等于或高于直径为200μm的液体氧滴的极限速度u的线性速度流动，液体氧滴的极限速度u是由下列公式(1)算得的u=(4g2(PL-PG)2DD3225μPG)1/3---(1)]]>式中u液体氧滴的极限速度，g重力加速度，PL在供送压力下饱和液体氧的密度，PG在供送压力下饱和气体氧的密度，μ在供送压力下饱和气体氧的粘度，以及DP液体氧滴的直径。公式(1)是按照艾伦(Allen)阻力定律测定微滴的极限速度的，它包括范围2＜Re＜500，其中Re是雷诺数。优选，气体氧以等于或高于直径为500μm的液体氧滴极限速度u的线性速度向上流动，液体氧滴的极限速度u是按照公式(2)计算的u=(3.03g(PL-PG)DPPG)1/2---(2)]]>式中u液体氧滴的极限速度，g重力加速度，PL在供送压力下饱和液体氧的密度，PG在供送压力下饱和气体氧的密度，μ在供送压力下饱和气体氧的粘度，以及DP液体氧滴的直径。公式(2)是根据牛顿阻力定律测定微滴的极限速度的，它包括的范围为500＜Re＜100,000，式中Re是雷诺数。更优选，气体氧以等于或高于按照公式(2)计算直径为1mm的液体氧滴的极限速度u的线性速度向上流动。当气体氧以等于或高于在热交换器的氧通道中具有一预定直径的滴速度的线性速度向上流动时，，则重杂质的聚积和沉淀可以预防。原因可设想如下。当液体氧在热交换器的氧通道中蒸发时，便形成氧微滴，这是由于在液体氧的表面上或气一液界面上的不规则性所致。一般认为氧微滴含有各种重杂质，其浓度基本上与在热交换器中的液体氧的浓度相同。这种微滴最后下降到以公式(1)或(2)计算的极限速度。如果周围的气体氧以等于或高于极限速度的线性速度上升，则这些微滴也将随着气体流一起上升。卷入气流中的氧滴通过周围热而蒸发，因而含在氧滴中的重杂质也完全蒸发掉。由于氧滴卷入气流中，包含在氧滴中的重杂质被强制性地蒸发。这样的蒸发，比基于重杂质的蒸气压使重杂质从液相向气相移动，要显著有效。因为这种方法和设备能够促使在热交换器氧通道中的重杂质蒸发，因而无需特殊的装置，如上述再循环流动，来预防重杂质沉淀。因而，这种方法可防止重杂质在液体氧中浓集及重杂质在氧通道中沉淀，同时也降低了操作费用。附图简述附图说明图1是按照本专利技术制造氧气的设备示意图；图2是热交换器的透视图；及图3是用于本专利技术各实施例中的实验设备示意图。优选实施方案的描述图1是按照本专利技术制造气体氧方法中所使用的设备(空气分离设备)的示意图。该设备可有各种构型，这依所制造的氧的量和纯度而定和依是否回收稀有气体而定。将原料空气从管线1开始输送，通过空气过滤器2除去粗粒灰尘，再进入空气压缩机3，在其中被压缩(压缩步骤)。将压缩后的空气送入湿式冷却塔4，用来自管线8的冷却水来除去压缩热(冷却步骤)。要供送入湿式冷却塔4的来自管线8的一部分冷水被送入蒸发-冷却塔5，然后被在低压精馏器21中分离出的深冷氮气冷却，再由冷水泵7送入湿式冷却塔4。来自管线8的其余冷却水被通过冷水泵6直接送入湿式冷却塔4。深冷氮气通过管线10从蒸发冷却塔5中排出，而冷却水通过管线9从湿式冷却塔4中排出。将在湿式冷却塔4中冷却后的原料空气，通过管线26送入双塔分子筛吸附单元装置11，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从原料空气制造气体氧的方法，其特征在于包括如下各步骤： 将由精馏原料空气分离出的液体氧压缩到预定供送压力； 将压缩的液体氧在预定供送压力下送入热交换器中；以及 在热交换器中蒸发和气化液体氧； 其中气体氧以这样的线性速度向上流动，该线性速度等于或高于按照公式（１）计算的直径为２００μｍ的液体氧滴的极限速度ｕ： ｕ＝（４ｇ↑［２］（Ｐ↓［Ｌ］－Ｐ↓［Ｇ］）↑［２］Ｄ↓［Ｄ］↑［３］／２２５μＰ↓［Ｇ］）↑［１／３］ （１） 式中ｕ：液体氧滴的极限速度， ｇ：重力加速度， Ｐ↓［Ｌ］：在供送压力下饱和液体氧的密度， Ｐ↓［Ｇ］：在供送压力下饱和气体氧的密度， μ：在供送压力下饱和气体氧的粘度，以及 Ｄ↓［Ｐ］：液体氧滴的直径。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：山本诚一，浅原一彦，田中正幸，
申请(专利权)人：株式会社神户制钢所，
类型：发明
国别省市：JP[日本]