制备氧的单膨胀器和冷压缩机法制造技术

用于空气在蒸馏塔系统中低温蒸馏的一种方法，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）超过蒸馏塔系统全部冷冻需求的作功能量，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；（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／或（３）作功膨胀一部分给料空气产生；和（ｂ）利用超过蒸馏塔系统冷冻需要所产生的功，冷压缩温度低于室温的工艺流体。（*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。因此对低压塔的常规空气膨胀法要用所提出的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中额外氮量。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，靠冷凝空气馏分提供。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气体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，高压塔冷凝器在低压塔中用作中间再沸腾器。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，其方法是，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，没有指出采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。在该专利中，Erickson也提出采用两次NEC。高压塔的氮分成两路流体，每一路流体部分膨胀到不同压力，且靠不同的液体冷凝。例如，一路膨胀氮流体靠粗LOX冷凝，而另一路靠低压塔中间高度液体冷凝。Erickson主张采用第二次NEC，增加可用于启动冷压缩机的冷冻输出，以便进一步提高氧输送压。在美国专利No.4,936,099中，Woodward等人采用与低纯度氧制备有关的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。某些空气分离厂过量的冷冻作用可自然获得。这通常是因为两个原因之一操作设备的强制力导致过量流体通过膨胀器，和蒸馏系统产品回收率低，且在提高压力下产生随后要膨胀的过量废物。这种情况下，某些专利建议，将过量冷冻作用在低温温度下用于压缩适当的工艺流体。低温温度下这种压缩方法以后就称为冷压缩。由于第一种原因产生过量冷冻作用并采用冷压缩的一个实例，可以在美国专利No.4,072,023中找到。该专利将可逆热交换剂用于从给料空气除去水和二氧化碳。这样一种可逆热交换剂的成功操作，要求采用平衡流体。平衡流体通常由蒸馏塔系统引出，随后在主热交换器的冷却部件中，同进来给料空气间接热交换而部分温热，然后在膨胀器中膨胀以提供所需要的冷冻作用。不幸，该平衡流体的流速，不能降低到低于某部分给料空气流速。对于每单位产品流量冷冻需求不是那么大的大型工厂，使平衡流体流量大于某部分给料空气流量的强制力，就能产生过量冷冻作用。该专利中，复式塔工艺的含氮占优势或含氧占优势的冷流体，是在一个膨胀器中膨胀。该膨胀器的某些作功能量，用于压缩其温度处于复式蒸馏塔和主热交换器冷端之间温度的工艺流体。该专利的这种冷压缩设计，是针对高压塔顶部同低压塔底部处于热连接的常规复式塔工艺提出的。由于第二种原因产生过量冷冻作用，并采用冷压缩的一些实例可以在美国专利No.4,966,002和No.5,385,024中找到。这两个专利，空气给到单一蒸馏塔底部附近以制备高压氮。因为单一蒸馏塔在底部不采用再沸腾器，氮的回收率低。在提高压力条件下，这产生大量富氧废流体。一部分这种富氧废流体部分温热并膨胀，以提供所需要的冷冻作用，而过量冷冻作用用于冷压缩该废流体的另一部分。冷压缩的废流体返回蒸馏塔。在美国专利No.5,475,980中，冷压缩用于改善在热交换器中的冷却效果，用于蒸发压力大于约15bar的泵打液态氧。为此，从热交换器中间位置取出中等温度辅助流体。然后，该辅助流体冷压缩并再引入热交换器进一步冷却。至少部分进一步冷却流体在膨胀器中膨胀。当要冷压缩辅助流体的压力比高压塔压力高得多时，其中仅仅一部分在冷压缩和部分冷却后膨胀到高压塔。这种情况下，在工厂温热端提供额外能量，以满足冷冻和冷压缩的需要。然而，当辅助流体是从高压塔引出时，则在其冷压缩和冷却后全部膨胀。这就保证大部分冷压缩所需能量由膨胀器回收，且用于冷压缩。结果，如在早先引用的美国专利No.4,072,0234,966,002和5,385,024，为产生作功能量而流过膨胀器的额外蒸气需要量减少，且不需要过量的冷冻作用。在丹麦专利2854508中，一部分处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态产品；(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。用于空气在蒸馏塔系统中低温蒸馏的一种方法中，蒸馏塔系统包括至少一个蒸馏塔，其中在氧制品生产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。该方法包括如下步骤(a)超过蒸馏塔系统全部冷冻需求的作功能量，是由以下三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，其方法包括，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；(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，其方法包括，对至少本文档来自技高网...

【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，其改进之处包括如下步骤：（ａ）超过蒸馏塔系统全部冷冻需求的作功能量，是由以 下三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；（２）冷却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，方法包括，对至少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；和（３）作功膨胀一部分给料空气；（ｂ）利用超过蒸馏塔系统冷冻需要所产生的功，冷压缩温度低于室温的工艺流体。

【技术特征摘要】
US 1998-1-22 09/0109661．一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，其改进之处包括如下步骤(a)超过蒸馏塔系统全部冷冻需求的作功能量，是由以下三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；(2)冷却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，方法包括，对至少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；和(3)作功膨胀一部分给料空气；(b)利用超过蒸馏塔系统冷冻需要所产生的功，冷压缩温度低于室温的工艺流体。2．根据权利要求1的方法，其中蒸馏塔系统包括较高压力塔和较低压力塔。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塔中间位置的液体。7．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，至少部分蒸发从较高压力塔引出的至少部分富氧液体。8．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，至少部分蒸发至少部分富氧液体，至少部分富氧液体是由至少部分冷凝至少部分给料空气获得。9．根据权利要求2的方法，其中至少部分第一种工艺流体冷凝后用泵送到较高压力塔。10．根据权利要求2的方法，其中至少部分第一种工艺流体用泵送入热交换器并蒸发给出产品。11．根据权利要求2的方法，其中全部第一种工艺流体冷凝后作为给料送入较低压力塔。12．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(2)第二种工艺流体是从较高压力塔引出的蒸气。13．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(2)第二种工艺流体是压力低于较高压力塔的部分给料空气。14．根据权利要求2的方法，其中步骤(a)(2)第二种工艺流体是由部分冷凝至少部分给料空气获得的蒸气，且该蒸气压力低于较高压力塔压力。15．根据权利要求2的方法，其中第二种工艺流体冷凝之前已经作功膨胀。16．根据权利要求2的方法，其中冷凝第二种工艺流体的方法是，至少部分蒸发来自较低压力塔中间位置的液体，...

【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]