与超高纯度氮净化器相结合的超高纯度氧蒸馏装置制造方法及图纸

一种由标准级液氧生产超高纯度液氧的方法，该方法包含压缩一液氮源并汽化至少一部分该压缩液氮。将产生的高压气氮流导至一高纯度液氧装置的至少一个重沸器／冷凝器内，该法还将标准级液氧净化成超高纯度液氧。该气氮对该高纯度液氧装置的这些蒸馏塔提供所需的热量。接着将该冷凝氮供给该高纯度液氧装置的至少一个顶部重沸器／冷凝器，以对该装置提供冷冻，并在同时形成气氮然后将其导至一氮净化装置。从该装置中可得到下列诸物流：（ａ）超高纯度液氧；（ｂ）一富氩废物流；（ｃ）一富烃废物流。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于由标准级液氧生产超高纯度液氧。对各种各样工业方法提供低温性能的液化常压气体例如氧、氮、氩等在工业上的使用日益增多，特别是在电子工业中对超高纯度气体的需要量更有增加。通常，给电子工业建立一家新的超高纯度气体厂所需要的时间却是长到不合乎要求。因而就需要有一种称为预装移动系统的预装移动式“拖运机”，该机可以轻易地与一较大的系统相结合，还可用适当的效率生产超高纯度气体。对于生产超高纯度氧有一些已知的方法。这些方法均针对通过低温精馏空气、而不是通过净化标准级氧来生产超高纯度氧(有时还有氮)。例如美国专利号4,560,397；4,615,716；4,977,746；5,049,173；和5,195,324均公开这类方法。由直接精馏空气来生产超高纯度液氧的耗能小于先生产标准级液氧、再接着蒸馏标准级液氧至超高纯度液氧的耗能。在有些情况下，超高纯度氧是通过蒸馏标准级液氧来生产的。例如美国专利号3,363,427公开一种净化标准级氧的方法。该法是在一单蒸馏塔内在常压下完成的。美国专利号4,780,118和法国专利申请号2,640,032公开了由标准级氧生产超高纯度氧的低温方法。按照公开的这些参考文献将这些蒸馏塔排成“直接顺序”，其中氩作为第一塔的一塔顶产物被提取，而剩余混合物则在第二塔内被分离成超高纯度氧和一富烃废物流。另一方面美国专利号4,867,772公开除“间接顺序”以外的同一方法，其中所有重杂质(例如烃)是在第一塔底部被提取的，而氩和氧的剩余混合物则是在第二塔内被分离的。美国专利号4,869,741中描述了一种生产超高纯度氧的方法。该法利用一蒸馏塔系统，其中蒸馏塔包含一主塔和一侧汽提塔。重沸和回流比由氮循环来控制。该系统需要使用一再循环压气机和相关的换热器，该法导致一复杂而有很大能耗的工艺流程图。附图说明图1为一种代表′741专利方法的示意图，其中超高纯度液氧是从标准级液氧获取的。该法包括若干耗能器。例如，一换热器18被用来加热管路17内的低压气氮至接近环境温度。然后将该热气氮在再循环压气机19内压缩至较高压力。然后将该物流用换热器20内的冷却水冷却，并且接着在该再循环换热器1 8内产生管路9内的物流。该再循环压气机排放系统内的压力这样来选择使管路9内物流压力是氮的标准压力以在重沸器/冷凝器12和13内冷凝，另一方面在冷凝和沸腾流道两端则保持所需的温差。当超高纯度氮是用催化法从标准级液氮来生产的，汽化能通常就由环境热、水、蒸汽或电提供。在图2中示有一惯用环境液氮汽化器。在该法中，管路10内的标准级液氮被压缩至一适当的压力形成管路20内的压力液氮，被汽化形成管路30内的气氮，并被导至一催化净化器(即氮净化装置)，以提取氧和一氧化碳，产生管路40内的超高纯度氮。液氮的潜在冷凝性能设有被利用。本专利技术是针对一种由标准级液氧生产超高纯度液氧的方法，此时利用液氮的冷凝性能，而液氧在供给一净化器以前必须加以汽化。这样使液氮的潜在冷凝性能不致丧失，而是用来起动该超高纯度液氧蒸馏方法。本专利技术还提供一移动式拖运机，可将该超高纯度氧系统设置在其上，而且可将该拖运机与生产超高纯度气氮的系统相接合。该移动式拖运机包括一些罐、一些蒸馏塔和一些换热器，而不包括任何泵或压气机。在本专利技术的该法中，将一液氮源压缩，并将该液氮的至少一部分汽化以形成一高压气氮流。该高压气氮流被导至一高纯度液氧装置的其中至少一个底部重沸器/冷凝器，以将热量供给该装置并形成一氮冷凝物流。标准级液氧也被导至该高纯度液氧装置以净化成超高纯度液氧。将该氮冷凝物流导至该高纯度液氧装置的其中至少一个顶部重沸器/冷凝器以提供冷凝性能(即冷冻)至该装置并形成一减压气氮流，该氮冷凝物流被供给至一氮净化装置以净化成超高纯度气氮。下列诸物流是从该高纯度液氧装置提取的(a)超高纯度液氧；(b)一富氩废物流；和(c)一富烃废物流。按照本专利技术的一最佳实施例，只有一部分液氮(来自该液氮起始源)被汽化。剩余部分液氮则与该氮冷凝物合并以形成一合并物流，将该物流导至该高纯度液氧装置的一顶部重沸器/冷凝器。该高纯度液氮装置包括至少一蒸馏塔并可设成任何已知的一些配置。该高纯度液氧装置必须是可以从标准级液氧分离一富烃废物流和一富氩废物流以生产超高纯度液氧。要理解的是上面一般性说明和下列详述两者都是示例性的，并不是对本专利技术的限制。结合附图阅读时可用下面详述来更好地理解本专利技术。图1为现有技术方法的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图2为一已知环境液氮汽化器/净化方法的一综合示意图；图3为本专利技术方法的一综合示意图；图4为本专利技术第一个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图5为本专利技术第二个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图6为本专利技术第三个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图7为本专利技术第四个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图8为本专利技术第五个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置；图9为本专利技术第六个实施例的一示意图，表示该高纯度液氧装置的配置。本专利技术属于一种方法由一高纯度液氧装置中的标准级液氧生产超高纯度液氧，该法通过使用由液氮净化流程中的液氮所提供的冷凝性能。标准级液氧包括约99.5摩尔百分数氧，0.5摩尔百分数氩(氩比氧更易挥发)，和一痕量数(约40ppm)烃(烃比氧不易挥发)。用本专利技术可以使用任何已知适合于分离该三元混合物的蒸馏塔顺序。对于分离一三元混合物的一些蒸馏顺序的排列可在C.J.金(C.J.King)的分离诸法(Separation Processes)中得知，麦克格雷·海尔书社(McGraw-Hill Book Co)出版，纽约1980，711页。现参看附图，其中相同件全部用相同的标号，图3表示本专利技术的一综合示意图，在图4-9中示有该高纯度液氧装置52的各种实施例详图。如图3中所示，一液氮源被压缩至一高于供给一氮净化装置净化氮所需的压力。特别是管路10内的液氮流是由一泵压缩的产生管路20内的一高压液氮流。至少一部分管路20内的物流被汽化形成管路9内供给高纯度液氧装置52的一高压气氮流。可选用的是，并不是所有该液氮流都在管路20内被汽化，而剩余部分即管路15内的液氮流则在一不同的位置被导至高纯度液氧装置52，以提供一些冷冻。供给高纯度液氧装置52的液氮对气氮比将取决于泄热至高纯度液氧装置52的程度。泄热愈大，将需要更多冷凝性能，因而将需要较大量的液氮。从高纯度液氧装置52提取的这些物流包括至少一个管路33内的废物流(含有烃和氩)和管路38内的一超高纯度液氧产物流(如图3中所示)。通常，在该高纯度液氧装置52中(如图4-9中详示)，管路9内的高压气氮流是在其中至少一个底部重沸器/冷凝器内被冷凝的，以对该装置的这些蒸馏塔提供必要的热量。由于该底部重沸器/冷凝器内的热量放出，使该高压气氮冷凝。然后将该冷凝氮减压，并且供给其中至少一个顶部重沸器/冷凝器，以对高纯度液氧装置52的这些蒸馏塔提供必要的冷凝。任何对这些蒸馏塔所需的回流是由供给该顶部重沸器/冷凝器的该液氮产生的。由于承受该顶部重沸器/冷凝器的热量使该液氮汽化以形成管路17内一减压气氮流。该蒸馏塔的压力是这样调整的，使管路17内的汽化氮流是在一稍高于离开氮净化装置54的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由标准级液氧生产超高纯度液氧的方法，该法包含下列步骤：压缩一液氮源；汽化至少一部分所述液氮以形成一高压气氮流；将所述标准级液氧导至一高纯度液氧装置以使所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧；将所述高压气氮流导至所述高纯度液氧的至少一个底部重沸器／冷凝器，以对所述高纯度液氧装置提供热量，并且形成一氮冷凝物流；将所述氮冷凝物流导至所述高纯度液氧装置的至少一个顶部重沸器／冷凝器，以对所述高纯度液氧装置提供冷凝，并且形成一减压气氮流；将所述减压气氮流导至一氮净化装置；和从所述高纯度液氧装置提取：（ａ）所述超高纯度氧；（ｂ）一富氩废物流；和（ｃ）一富烃废物流。

【技术特征摘要】
US 1996-10-25 7389891.一种由标准级液氧生产超高纯度液氧的方法，该法包含下列步骤压缩一液氮源；汽化至少一部分所述液氮以形成一高压气氮流；将所述标准级液氧导至一高纯度液氧装置以使所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧；将所述高压气氮流导至所述高纯度液氧的至少一个底部重沸器/冷凝器，以对所述高纯度液氧装置提供热量，并且形成一氮冷凝物流；将所述氮冷凝物流导至所述高纯度液氧装置的至少一个顶部重沸器/冷凝器，以对所述高纯度液氧装置提供冷凝，并且形成一减压气氮流；将所述减压气氮流导至一氮净化装置；和从所述高纯度液氧装置提取(a)所述超高纯度氧；(b)一富氩废物流；和(c)一富烃废物流。2.按权利要求1所述的方法，其中该汽化至少一部分所述液氮形成一高压气氮流的步骤包含汽化第一个部分所述液氮；和所述方法还包含将剩余部分所述液氮与所述氮冷凝物流合并以形成一合并物流，并将所述合并物流导至所述高纯度液氧装置的所述至少一个顶部重沸器/冷凝器。3.按权利要求1所述的方法，其中将所述标准级液氧导至所述高纯度液氧装置以将所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧的步骤包含将所述标准级液氧导至第一个蒸馏塔以分离成所述富烃废物流和一包含氩和氧的顶部蒸汽物流；和将所述顶部蒸汽物流导至第二个蒸馏塔以分离成一富氩蒸汽塔顶馏出物和所述超高纯度液氧作为一底部产物。4.按权利要求3所述的方法，其中所述高纯度液氧装置的第一个所述其中至少一个顶部重沸器/冷凝器是与所述第二蒸馏塔相结合的；和将所述标准级液氧导入所述高纯度液氧装置以将所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧的步骤还包含(a)将一部分所述富氩蒸汽塔顶馏出物在所述第一顶部重沸器/冷凝器内冷凝，并将所述部分所述冷凝富氩废物流作为对所述第二蒸馏塔的回流；(b)提取该剩余部分所述富氩蒸汽塔顶馏出物作为所述富氩废物流；和(c)从所述第二蒸馏塔提取一副产物液流，并将所述副产物液流导至所述第一蒸馏塔作为回流。5.按权利要求3所述的方法，其中所述高纯度液氧装置的第一个所述其中至少一个顶部重沸器/冷凝器是与所述第一蒸馏塔相结合的；所述高纯度液氧装置的第二个所述其中至少一个顶部重沸器/冷凝器是与所述第二蒸馏塔相结合的；将所述标准级液氧导至所述高纯度液氧装置使所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧的步骤还包含(a)将所述包含氩和氧的顶部蒸汽物流在所述第一个顶部重沸器/冷凝器内冷凝。并将一部分所述包含氩和氧的冷凝顶部蒸汽物流作为回流返回至所述第一蒸馏塔；和(b)将一部分所述富氩蒸汽塔顶馏出物在所述第二顶部重沸器/冷凝器内冷凝，并将所述部分所述冷凝富氩废物流作为回流返回至所述第二蒸馏塔；和(c)提取所述富氩蒸汽塔顶馏出物的剩余部分作为所述富氩废物流。6.按权利要求1所述的方法，其中将所述标准级液氧导至所述高纯度液氧装置使所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧的步骤包含将所述标准级液氧导至第一个蒸馏塔以分离成所述富氩废物流和一包含烃和氧的底部物流；和将所述包含烃和氧的底部物流导至第二个蒸馏塔以分离成所述超高纯度液氧和所述富烃废物流。7.按权利要求1所述的方法，其中将所述标准级液氧导至所述高纯度液氧装置使所述标准级液氧净化成所述超高纯度液氧的步骤包含(a)将所述标准级液氧导...

【专利技术属性】
技术研发人员：ZT菲德基奥斯基，R阿格拉瓦尔，LW普鲁内斯基，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[]