[发明专利]加压生产气体氧的方法和装置

说明书

本发明涉及在一套装置中加压分馏空气生产气体氧的方法。该装置包括一套热交换系统和一组双塔式分馏塔，塔组中包括一个一号塔，系在中压下操作，通常称为中压塔；另一个是二号塔，在低压下操作，通常称为低压塔。从低压塔的底部排出的液体氧，用泵送去与高气压下的压缩空气进行热交换，从而使压缩后的氧气化。

下文中所涉及的压力均为绝对压力。此外，“冷凝”和“气化”的概念要根据所论及的压力是亚临界的还是超临界的来理解是冷凝还是气化，严格地说，是假冷凝还是假气化。

上述的这种方法为“泵压”法，可以省去任何气体氧的压缩机。为使能耗达到允许水平，必须将大流量(约为待气化的氧流量的1.5倍)的空气压缩到足够的压力，使得通过逆流热交换可以将氧液化。要做到这一点，常规的技术需用两台串联的压缩机，其中第二台压缩机只处理一部分适于使液体氧气化的空气，这样就使装置的投资费用明显增加。

本发明目的是提出一种用单段空压机的方法，而且该方法具有高的综合热力学效果。

本发明这种方法的特征在于：

全部待处理的空气均被压缩到第一级高压P₁，此压力明显高于中压；

上述空气的第一部分被冷却到第一级中温T₁，在此温度下最初的一部分气流在第一级透平机中膨胀，其余部分则被冷却和液化，经膨胀后引入中压塔；

处于第一级高压P₁的其余空气被进一步压缩到第二级高压P₂，然后冷却到第2级中温T₂，在此温度下，最初的一部分气流在第二级透平机中膨胀，而该空气的其余部分则被冷却和液化，经膨胀后引入中压塔；

如果需要，可将透平机之一的出口压力调节到压力P₃(介乎上述第一级高压P₁和中压之间)；

至少大部分分离出的氧以液体状态从低压塔排出，用泵压缩到至少第一级气化压力，在此条件下借助空气在上述P₁、P₂和P₃之一的高压下的冷凝作用使其气化，也可以在上述一种或几种压力下借助空气冷凝作用而气化。

按照其余的特征：

选择中温T₁和T₂，使其中之一介乎约0℃和-60℃之间，另一温度在约-80℃和-130℃之间；

供给热透平机的空气流量约为被处理空气流量的20—30％。

从低压塔排出的另一部分液体氧用泵压缩到至少第二级气化压力，并在上述的一种或几种压力下在热交换系统中气化；

从双塔式分馏塔排出的液体氮用泵压缩到至少氮气化压力，并在上述的一种或几种压力下在热交换系统中气化；

来自第一或第二级透平机的空气至少有一部分在第三级透平机中膨胀到低压，从第三级透平机而来的空气被引入低压塔或引入从该塔上部抽出的尾气中；

上述所有来自第一或第二级透平机的空气均在第三级透平机中膨胀，该空气以及从中压塔底部排出的补充空气基本上处于中压；

空气的进一步压缩采用至少两台串联的鼓风机各与透平机中的一台连接的方法来实现。

本发明另一目的是提出适用于实施本方法所用装置。

按照第一种方式，本发明装置包括：双塔式空气分馏塔，其中包括在低压下操作的塔，通常称为低压塔；以及在中压下操作的塔，通常称为中压塔；用于压缩来自低压塔底部排出的液体氧的泵；将待分馏的空气压缩到明显高于中压的高压的空压设备；使高压空气和压缩的液体氧进行热交换的热交换系统，该装置特征在于，压缩设备包括将所有待分馏空气压缩到明显高于中压的第一级高压P₁的压缩机，和将处于第一级高压下的部分空气压缩到第二级压P₂的设备，其中包括至少两台串联，并各与膨胀透平机连接的鼓风机，其中一台与处于第一级高压P₁下的第一级空气透平机连接，另一台与部分进一步压缩空气的第二级透平机相连；热交换系统包括来自透平机的高进口温度空气冷却管道，用于冷却。