[发明专利]按照需求变化的模式供给气态氧的空气分离方法

说明书

本发明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（Linde    Reports    on    Science    and    Technology）”（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（cold    box）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，本发明提供一方法，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。本发明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，本发明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。