按照需求变化的模式供给气态氧的空气分离方法技术

一种用于供给气氧以满足一需求量变化的模式要求的空气分离方法。空气由一双塔低温精馏方法精馏，在高、低压塔中产生富氮汽和液氧。富氮汽在一主换热器中被部分地加热，然后通过涡轮膨胀，以产生设备制冷作用。当需要气态氧时，一股液氧产品流被泵压至传送压力，而富氮汽转向被充分地加热、压缩和冷凝，同时汽化产品流，以形成气态氧。被冷凝的氮再闪蒸到闪蒸罐中。闪蒸汽被加入转向的富氮汽，形成的流被作为回流送入低压塔中，以可放出液氧。（*该技术在2012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可按照需求变化的模式的要求供给气态氧的空气分离方法。许多工业方法对氧的需要是随时间变化的。例如，小轧钢厂在重新处理废钢时使用氧。由于废钢是由这些轧钢机一批批或一炉炉处理的，所以，氧的需求量在处理一批废钢时的高需求量阶段与各批处理之间的低需求量阶段是不同的。为了满足这样的氧需求量要求，现有技术提供了数种空气分离设备，这些设备可按照具有高和低需求量阶段的需求变化的模式而供给气态氧。这样的空气分离设备通常在低需求量阶段贮存液氧，而在高需求量阶段贮存液氮。此外，通过汽化库存的液氧，同时冷凝由该设备制取的气态氮，就可生产出液氮和气态氧产品。在有一种设备结构中，气态氧产品是直接由一空气分离设备的低压塔供给的，该设备有一通过一冷凝器/再沸器与该低压塔在运行上相关联的高压塔。在这样一种设备结构中，利用在低压塔中液氧的汽化，同时在高压塔中冷凝气态氮而制得气态氧产品。在另一种设备结构中，氮的冷凝和氧的汽化是在一位于空气分离设备之外的换热器中进行的，而不是在该设备的高、低压塔中进行。这种气态氧产品来自低压塔的空气分离设备的一个实例，报告在“林德科技报告(LindeReportsonScienceandTechnology)”(No.37，1984)中。在这出版物上揭示的该设备通过从低压塔提取汽化的氧，以一额定的生产率提供气态氧。在氧汽化的同时使在高压塔顶部制得的氮冷凝。从高压塔引出高压氮流，接着将它加热、压缩、部分地冷却和通过涡轮膨胀(turboexpanded)，以提供设备制冷作用。在上述设备中，被引出以供给设备制冷作用的高压氮的量受到控制，以调节所供给的气态氧的量，使它或高于额定生产率，或低于额定生产率。在高需求量阶段，从高压塔提取的高压氮的量被减少到低于按额定生产率生产气态氧所需提取的量。其结果，提高了在低压塔底部液氧汽化的程度和在高压塔顶部高压氮冷凝的程度。这样就增加了在高压塔顶部收集到的液氮的量，这些液氮被引出并贮存在一贮罐中。在低需求量阶段中贮存在另一贮罐中的液氧供给低压塔，以补足在低压塔底部的氧。在低需求量阶段，从高压塔引出的高压氮的量增加到超过按额定生产率生产氧时所需提取的量。这样，因为可在高压塔顶部冷凝的高压氮较少，所以增加了在低压塔底部收集到的液氧的量。这些在低压塔收集到的增加的液氧量被引出后贮存起来，在高需求量阶段使用，同时，预先贮存的高压氮作为回流被送至低压塔顶部，以冲洗氧和增加制冷作用。由于受到改变氧生产率的装置的限制，该结构的工艺中，最大氧产量与平均氧产量之比仅为约1.5。那种氧和氮的汽化和冷凝在外加的换热器和汽化器中进行的空气分离设备的一个实例揭示在美国专利3273349。在该专利中描述的空气分离设备用于以额定生产率供给液氧和废氮。在用氧量低或无用氧要求阶段，液氧贮存在一贮存容器中，而事先在高需求量阶段中制得并贮存起来的液氮返回到该空气分离设备，以用作回流返回给该设备的低压塔。在高需求量阶段，来自贮存容器的液氧被泵压通过一换热器，同时，废氮被加压并逆方向流过该换热器。其结果，液氧汽化而作为产品被送出，被加压的氮冷凝并被贮存起来，以供在低需求量阶段使用。在气态氧是直接由低压塔提供的，氧需求量可变的设备中存在着结构设计和运行问题，例如，要在需求模式的全部范围内使塔的液力设计，和氧的回收率都达到最优化是非常困难的。最大的运行问题是难以控制被回收的氧的纯度。还有，回收的氧输出时的压力太低，以致不能实际使用于工业过程中。因此，必须用一氧压机提高氧的压力。要注意的是在那些利用压送液氧经过一换热器或汽化器的方法供给氧的氧需求量可变的设备中，氧是以一可用的工作压力送出而无需使用氧压机。但是，尽管在这样设计的设备中至少部分节省了设备开支，但由于在汽化氧和在低温箱(coldbox)外冷凝氮时有能量损耗，故增加了运行费用。可以理解的是两种设计的设备均使用了附加的压缩机、换热器等，这样总之明显增加了设备开支和复杂性。如将讨论的，本专利技术提供一方法，该方法能以可用的工作压力、按一需求量可变的模式供给气态氧，并且其氧需用量范围比现有技术的要更大些。本专利技术的方法是完全一体化的，它比现有技术的氧需求量可变的设备的方法要简单得多。另外，本专利技术的方法中的塔运行起来很稳定。这样就可避免产生那些在氧直接由低压塔供给的氧需求量可变的设备所有的结构设计和运行问题。本专利技术提供一种用于供给气态氧，以满足需求量可变的模式的要求的方法。按照这样的方法，由一双塔低温精馏方法精馏空气。该精馏方法利用在运行上相互关联的高压和低压塔，以分别生产富氮汽和液氧。富氮汽和液氧从高压和低压塔放出。该放出的富氮汽经部分地加热，然后经发动机膨胀以做功。膨胀后，该放出的富氮汽流被送入低温精馏过程以供设备制冷，这样，在需求量模式的过程中保持了热平衡。当需要气态氧时，从放出的液氧形成的产品流被用泵加压至传送压力，而不是用氧压机压缩至传送压力。同时，至少有一部分富氮汽从被部分地加热和膨胀的过程转移出来，并被充分地加热、压缩后再被冷凝，同时使产品流汽化，从而形成气态氧。该富氮汽以一足以汽化产品流的流速转移，而产品流以一足够大的流速泵出，以满足需用量要求。从转向的富氮汽冷凝的液氮被闪蒸(flash)，以产生一股含液相和汽相的两相氮流(twophaseflowofnitrogen)。液相和汽相彼此被分离，而将汽相流返回补充到被充分加热前的转向的富氮汽中，以提高气态氧的生产率。如前面提到的，现有技术的氧需求量可变的设备只能生产约为该设备的额定生产率的1.5倍的气态氧。汽相流，实际上是一再循环流(recyclestream)的补充，可使更多的液氧被汽化，以将气态氧的生产率提高到该设备的氧额定生产率的两倍之多。在一双塔精馏方法或设备中，液氮作为回流被加入，以将氧推向两个塔的底部。为了从低压塔提取液氧，也必须将回流加入低压塔。在本专利技术中，由闪蒸所得的液相组成的液氮流被作为这样的回流而送入低压塔。未被送入低压塔的多余液氮以及放出后用来形成产品流的多余液氧被贮存起来。本专利技术的一个重要方面是液氮流以一随着设备制冷量输入的多少而变化的产率加入低压塔，这样，能以基本上恒定的产率生产出液氧。正如会理解的，随着气态氧需求量的降低，增加了富氮汽的通过发动机膨胀(engineexpansion)，以致也提高了设备制冷量。由于液氮回流用作对氧的冲洗和制冷源，故必须减少液氮回流量，以保持一基本上恒定的液氧生产率。相反运行情况，就是随着气态氧需求量的增加，加入更多的液氮回流，因为此时来自通过发动机的膨胀的制冷量较少。比起那些从低压塔取出气态氧产品的现有技术中的诸方法，本专利技术方法的稳定运行能使塔的设计和液氧生产最佳化。此外，由于液氧生产量是恒定的，比起这样的现有技术方法，它更易保持产品纯度。从上述可指出能使用该设备的主换热器实现液氧与氮之间的热传递，以产生气态氧产品和用作回流的液氮。另外，单股富氮气流用于三个目的，即汽化液氧、用作回流和用于设备制冷。该富氮气流的多用途本身就可能制出比现有技术方案更简单而开支更省的设备，这是因为它不需使用附加的压缩机和膨胀器。另外，由于氧是从低压塔之外部输出的，所以，可将液氧经过主换热器泵出，而不需用一氧压机压缩气态氧产品，就可比较经济地升高氧本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种供给气态氧，以满足一需求量可变的模式（ｖａｒｉａｂｌｅｄｅ－ｍａｎｄｐａｔｔｅｒｎ）的要求的方法，包括：通过一双塔低温精馏方法精馏空气，以分别产生富氮汽和液氧，该精馏方法使用在运行上相关联的高压塔和低压塔；从高压塔和低压塔放出富氮汽和液氧；部分地加热和通过发动机膨胀该放出的富氮汽，以使其作功，在通过发动机膨胀后将该放出的富氮汽送入该低温精馏过程以提供制冷作用，使在需求模式（ｄｅｍａｎｄｐａｔｔｅｒｎ）过程中保持热平衡；当具有对气态氧的需求时，将一由放出的液氧形成的产品流泵压至一传送压力；将至少一部分放出的富氮汽从被部分地加热和膨胀的过程转移（ｄｉｖｅｒｔ）出来；以及，充分加热、压缩和接着冷凝该被转向的富氮汽，同时，汽化产品流，从而形成气态氧；富氮汽以一足以汽化产品流的流速转向，而产品流则以一足够的流速被泵压，以满足需求；闪蒸从转向的富氮汽冷凝的液氮，以产生一含有液相和汽相的两相氮流（ｔｗｏｐｈａｓｅｆｌｏｗｏｆｎｉｔｒｏｇｅｎ），并将液相和汽相彼此分开；将一股由汽相组成的汽相流加到被转向的富氮汽中，以提高气态氧的生产率；以及，将一股由液相组成的液氮流作为回流加到低压塔中，以使从低压塔中放出液氧；以及将未送入高压塔中的过量的液相和未用于形成产品流的过量的放出的液氧贮存起来。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特A莫斯特劳，维托克利捷斯，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]