制备氧的多膨胀器法制造技术

本发明专利技术涉及空气在蒸馏塔系统中低温蒸馏的方法，其中在生产氧制品蒸馏塔底部的沸腾是通过冷凝氮浓度等于或大于给料空气流体氮浓度的一种流体提供的，包括：（ａ）蒸馏塔系统全部冷冻需求至少１０％的作功能量，是由（１）作功膨胀氮含量等于或大于给料空气氮含量的第一工艺流体，然后冷凝至少部分膨胀流体产生和／或（２）冷凝氮含量等于或大于给料空气氮含量的至少第二工艺流体产生；和（ｂ）作功膨胀第三工艺流体，产生额外作功能量。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及利用低温空气分离有效制备氧的几种方法。特别是，本专利技术涉及低温空气分离工艺，其中具有吸引力的是制备至少一部分总氧，其纯度低于99.5％，且优选低于97％。有几篇美国专利，教导有效制备纯度低于99.5％的氧。两个例子是美国专利4,704,148和4,936,099。美国专利No.2,753,698公开了一种用于分馏空气的方法，其中要分离的总空气在复式分馏器的高压塔中预分馏，以制备粗(不纯)液态氧(粗LOX)塔底液和气态氮塔顶馏出物。如此制备的粗LOX膨胀至中等压力，并靠氮冷凝热交换而完全蒸发。蒸发的粗氧然后稍微温热，对生产动力负载膨胀，并在复式分馏器的低压塔中用高压塔内冷凝的氮洗涤，然后进入低压塔的顶部。低压塔的底部用来自高压塔的氮再沸腾。提供冷冻作用的这种方法以后就称作CGOX膨胀法。该专利不使用其它冷冻源。因此，空气膨胀到低压塔的常规方法要用所提出的CGOX膨胀法代替。实际上，该专利引用了因额外空气送入高压塔达到的改进效果(如对低压塔没有气态空气要膨胀)，而这导致由高压塔顶部产生的额外氮回流。这说明额外氮回流量等于送入高压塔空气的额外氮量。为克服低压塔下部蒸出物不足，主张改进低压塔上部用液态氮洗涤的效率。美国专利No.4,410,343，公开了一种采用低压和中压塔制备低纯度氧的方法，其中低压塔的塔底液靠冷凝空气再沸腾，而获得的空气送入中压和低压塔两者。美国专利No.4,704,148公开了一种方法，利用高压和低压蒸馏塔分离空气，制备低纯度氧和废氮流体。主热交换器冷端的给料空气，用于再沸腾低压蒸馏塔，并蒸发低纯度氧制品。用于塔再沸腾和氧制品蒸发的热功，靠冷凝空气馏份提供。该专利中，空气给料分成三路子流体。一路子流体全部冷凝，并用于为低压和高压蒸馏塔两者提供回流。第二路子流体部分冷凝，该部分冷凝子流体的蒸气部分送入高压蒸馏塔底部，而液体部分为低压蒸馏塔提供回流。第三路子流体膨胀以回收冷冻作用，然后作为塔给料送入低压蒸馏塔。此外，高压塔冷凝器用作低压塔的中间再沸腾器。在国际专利申请#PCT/US87/01665(美国专利No.4,796,431)中，Erickson提出一种从高压塔引出氮流体的方法，部分膨胀这种氮至中等压力，然后将其冷凝，方法是对高压塔底部粗LOX或对低压塔中间高度液体进行热交换。这种冷冻方法如今就称为后跟冷凝氮膨胀(NEC)。通常，NEC提供冷箱的全部冷冻需要。Erickson指出只有单独NEC不能提供冷冻作用的那些应用，才需要通过膨胀某些空气来提供补充的冷冻作用。然而，没有指出利用这种补充冷冻作用来降低能量消耗。这种补充冷冻作用是针对一种流程提出的，其中对流程作了其它改进以降低空气供给压。这降低了氮对膨胀器的压力，并因此降低了从NEC可获得的冷冻量。在美国专利No.4,936,099中，Woodward等人采用与制备低纯度氧有关的CGOX膨胀。这种情况，气态氧制品制备方法是，对部分给料空气进行热交换，蒸发低压塔底部的液态氧。在丹麦专利2854508中，一部分在高压塔压力下的空气给料，利用对冷箱提供冷冻作用的膨胀器作功能量，在温热水平上再压缩。这种再压缩空气流体然后部分冷却，并在同一驱动压缩机的膨胀器中膨胀。在这种设计中，要再压缩然后膨胀用于冷冻的部分给料空气流体是相同的。结果，已知部分给料空气在冷箱中产生更多冷冻作用。该专利提出两种方法利用这种过量冷冻作用(a)从冷箱制备更多的液体产品；(b)降低通过压缩机和膨胀器的流量，并因此增加到高压塔的流量。据认为，增加到高压塔的流量会使冷箱产品产率更高。美国专利No.5,309,721中，复式塔工艺的低压塔，是在比大气压高得多的压力下操作。从低压塔顶部获得的氮流体分成两路流体，每一路流体是在不同温度水平下操作的不同膨胀器中膨胀。美国专利5,146,756也提出采用两个膨胀器，在冷却蒸馏给料空气流体的主热交换器内，在冷却和温热流体之间造成大的温差。这么做是为了减少主热交换器芯的数目。然而，为操作两个膨胀器，低压塔在压力大于2.5bar条件下运行，且离开低压塔顶部的部分氮在一个膨胀器中膨胀。部分给料空气在第二个膨胀器内膨胀到低压塔。本专利技术涉及空气在蒸馏塔系统中低温蒸馏的方法，该系统包括至少一个蒸馏塔，其中在生产氧制品蒸馏塔底部的沸腾是通过冷凝氮浓度等于或大于给料空气流体氮浓度的一种流体提供的。本方法包括以下步骤(a)蒸馏塔系统全部冷冻需求至少百分之十(10％)的作功能量，是由以下两个方法中至少一个产生(1)作功膨胀氮含量等于或大于给料空气氮含量的第一种工艺流体，然后冷凝至少部分膨胀流体，其方法是对下述两种液体中至少一种进行潜热交换(ⅰ)生产氧制品蒸馏塔的中间高度的一种液体，和(ⅱ)该蒸馏塔液体给料之一，其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度；和(2)冷凝氮含量等于或大于给料空气氮含量的至少一个第二种工艺流体，方法是对至少一部分富氧液态流体进行潜热交换，富氧液态流体其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度，且其压力也大于生产氧制品蒸馏塔压力，在至少一部分富氧液体因潜热交换蒸发成蒸气馏分后，作功膨胀至少一部分获得的蒸气流体；(b)作功膨胀第三种工艺流体，产生额外作功能量，使与步骤(a)一起产生的总功超过低温厂总的冷冻需要，且如果第三个工艺系统与步骤(a)(1)中第一个工艺系统相同，则至少部分第三种工艺流体在作功膨胀后，没有被步骤(a)(1)所述两种液态流体任何一种所冷凝。附图说明图1-6描绘本专利技术不同实施方案的示意图。在图1-6中，相同的流体采用同一流体代号。图7和8描绘了两个先技术工艺示意图。本专利技术提供一种用于制备低纯度氧的能量更有效和费用更节省的低温工艺。低纯度氧定义为氧浓度低于99.5％且优选低于97％的一种产品流体。该方法中，给料空气用包括至少一个蒸馏塔的蒸馏系统进行蒸馏。在生产氧制品蒸馏塔底部的沸腾是通过冷凝氮浓度等于或大于给料空气流体氮浓度的一种流体提供的。本专利技术包括以下步骤(a)蒸馏塔系统全部冷冻需求至少百分之十(10％)的作功能量，是由以下两个方法中至少一个产生(1)作功膨胀氮含量等于或大于给料空气氮含量的第一种工艺流体，然后冷却至少部分膨胀流体，方法是对下述两种液体中至少一种进行潜热交换(ⅰ)生产氧制品蒸馏塔的中间高度的一种液体，和(ⅱ)该蒸馏塔液体给料之一，其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度；和(2)冷凝氮含量等于或大于给料空气的至少第二种工艺流体，其方法是对至少一部分富氧液态流体进行潜热交换，富氧液态流体其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度，且其压力也大于生产氧制品蒸馏塔压力，在至少一部分富氧液体因潜热交换蒸发成蒸气馏分后，作功膨胀至少一部分获得的蒸气流体；(b)作功膨胀第三种工艺流体，产生额外作功能量，使与步骤(a)一起产生的总功超过低温厂总的冷冻需要，且如果第三个工艺系统与步骤(a)(1)中第一个工艺系统相同，则至少部分第三种工艺流体在作功膨胀后，没有被步骤(a)(1)所述两种液态流体任何一个所冷凝。在优选模式中，只采用步骤(a)(1)和(a)(2)作功膨胀方法的一个。步骤(a)(2)中第二种工艺流体往往也与步骤(a)(1)中第一种工艺流体相同。在大部分优选模式中，蒸馏系统包括一个由高压(HP)塔和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空气在蒸馏塔系统内低温蒸馏的方法，蒸馏塔系统包括至少一个蒸馏塔，其中在生产氧制品蒸馏塔底部的沸腾是通过冷凝氮浓度等于或大于给料空气流体氮浓度的一种流体提供的，其改进之处包括步骤：（ａ）蒸馏塔系统全部冷冻需求至少１０％的作功能量，是由以下两个方法中至少一个产生：（１）作功膨胀氮含量等于或大于给料空气的第一种工艺流体，然后冷凝至少部分膨胀流体，其方法是对下述两种液体中至少一种进行潜热交换：（ｉ）氧制品生产蒸馏塔中间高度的一种液体；和（ｉｉ）该蒸馏塔液体给料之一，其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度；和（２）冷凝氮含量等于或大于给料空气氮含量的至少第二种工艺流体，方法是对至少一部分富氧液态流体进行潜热交换，富氧液态流体其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度，且其压力也大于生产氧制品蒸馏塔压力，在至少一部分富氧液体因潜热交换蒸发成蒸气馏分后，作功膨胀至少一部分获得的蒸气流体；（ｂ）作功膨胀第三种工艺流体，产生额外作功能量，使与步骤（ａ）一起产生的总功超过低温厂总的冷冻需要，且如果第三个工艺系统与步骤（ａ）（１）中第一个工艺系统相同，则至少部分第三种工艺流体在作功膨胀后，没有被步骤（ａ）（１）所述两种液态流体任何一个所冷凝。...

【技术特征摘要】
US 1998-1-22 09/0109651．一种空气在蒸馏塔系统内低温蒸馏的方法，蒸馏塔系统包括至少一个蒸馏塔，其中在生产氧制品蒸馏塔底部的沸腾是通过冷凝氮浓度等于或大于给料空气流体氮浓度的一种流体提供的，其改进之处包括步骤(a)蒸馏塔系统全部冷冻需求至少10％的作功能量，是由以下两个方法中至少一个产生(1)作功膨胀氮含量等于或大于给料空气的第一种工艺流体，然后冷凝至少部分膨胀流体，其方法是对下述两种液体中至少一种进行潜热交换(ⅰ)氧制品生产蒸馏塔中间高度的一种液体；和(ⅱ)该蒸馏塔液体给料之一，其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度；和(2)冷凝氮含量等于或大于给料空气氮含量的至少第二种工艺流体，方法是对至少一部分富氧液态流体进行潜热交换，富氧液态流体其氧浓度等于或优选大于给料空气氧浓度，且其压力也大于生产氧制品蒸馏塔压力，在至少一部分富氧液体因潜热交换蒸发成蒸气馏分后，作功膨胀至少一部分获得的蒸气流体；(b)作功膨胀第三种工艺流体，产生额外作功能量，使与步骤(a)一起产生的总功超过低温厂总的冷冻需要，且如果第三个工艺系统与步骤(a)(1)中第一个工艺系统相同，则至少部分第三种工艺流体在作功膨胀后，没有被步骤(a)(1)所述两种液态流体任何一个所冷凝。2．根据权利要求1的方法，其中蒸馏塔系统包括压力较高塔和压力较低塔。3．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(1)中第一种工艺流体是从较高压力塔引出的蒸气流体。4．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(1)中第一种工艺流体是部分给料空气。5．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(1)中第一种工艺流体是部分冷凝至少部分给料空气获得的蒸气。6．根据权利要求2的方法，其中冷凝第一种工艺流体的方法是至少部分蒸发来自较低压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：R阿格拉沃，DM赫伦，张燕屏，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]