[发明专利]生产高压氧的方法及设备

说明书

本发明涉及一种至少在大约30巴的高压下生产气体的方法，用这种方法，空气在一个双馏塔设备中蒸馏，此双馏塔设备包括一个在低压下运行的蒸馏塔和一个在中压下运行的蒸馏塔，将从设备的一个塔中抽出的液体增压，压缩的液体在焊接板式换热器中与冷却和/或液化过程中的空气进行热交换而被蒸发，最后从设备中至少抽出一种液态产品。

本发明特别适用于大量高压气态氧的生产，如典型的500吨/日以上的产量。

本发明所述压力为绝对压力。

上述的几个过程，如“增压过程”已提出过了，本发明的目的是提出一种相同类型的方法，从单位能量消耗的观点来看，该方法具有特定的优点。

为此本发明的任务是提出一种上述类型的方法，其特征在于将待蒸馏的空气分成三股流：

—第一股中压空气流被冷却到其自身的露点附近，然后进入中压塔；

—第二股高压空气流的压力约大于60巴，它被冷却和液化，然后在膨胀后进入双塔；以及

—第三股为过渡压力的空气流，这第三股空气流的至少一部分于进入中压塔之前在透平机内以中间冷却温度膨胀至中压，所选择的过渡压力应使空气在透平机叶轮的入口处接近其露点温度。

该方法可以具有一个或更多的下述特性：

—所述的液体产物至少部分是从与双塔相连的一个用于氧/氩分离的辅助塔中生产的液态氩；

—所述全部液体产品是液态氩；

—只借助透平机提供的机械能将所述第二空气流从过渡压力压缩至高压；

—所述中间温度接近于较高氧压下的氧的蒸发温度；

—氧的高压接近于40巴，并且从设备中抽出的液态产品的流量基本上由D_L＝-0.22P+22限定，其中D_L是抽出的液体产品的流量与生产的氧的总流量的百分比，而P是以巴表示的空气的绝对高压；

—抽出的液体产品的流量大约占生产的氧的总流量的2％到12％之间；

—所述第二和第三空气流分别大约为待蒸馏的空气总流量的20-25％和10-20％。

本发明的另一个目的是提供一种实现上述方法的设备。这种设备用于在至少约30巴的氧高压下生产气态氧，这种设备包括：一个含有一个以低压运行的塔和一个以中压运行的塔的双空气蒸馏塔、一个用于压缩从设备的一个塔中抽出的液体的泵、压缩进入的空气的装置、一个用于使待蒸馏的空气和压缩液体进行热交换的焊接板式换热器以及用来从设备中抽出至少一种液体产品的管子，其特征在于压缩装置包括分别以空气的中压、过渡压力和高压形成三股空气流的装置，在于热交换器包括从其热端到冷端冷却中压空气的通路、过渡压力下的空气的部分冷却通路和从其热端到冷端冷却高压空气的通路，其特征还在于该设备还包括一个至少将一部分在过渡压力下的部分冷却空气膨胀到中压的透平机和一个与双塔相连生产液态氩的塔。

在该设备的一个实施例中，该设备包括一个通过蒸发从低压塔的贮槽中抽出的液氧来使从中压塔的贮槽中抽出的液体过冷的附加换热器。

本发明应用的实施例将参照附图进行描述。

— 图1概要地图示了本发明用于生产气态氧的设备；

—图2是相应热交换的曲线图；

—图3是表示在最经济的状态下，设备中液体氧的输出随氧高压变化的函数曲线图；

—图4概要地图示了图1所示设备的另一个替换形式。

图1所示设备是用于在至少约30巴的压力下生产气态氧的设备。它主要包括一个双馏塔1、至少由一个焊接板式换热器体构成的一个主热交换段2、一个过冷器3、一个空气压缩机4、一个用于去除空气中的水份和CO₂的空气吸附净化装置5、第一空气增压器6、第二空气增压器7、一个膨胀透平机8和液氧泵9。按照常规方式，双塔由一个中压塔10和一个位于该中压塔上的低压塔11组成，其中中压塔10的工作压力大约为5-6巴，低压塔11的工作压力稍大于大气压，且在低压塔的壳体内带有一个蒸发一冷凝器12，它使来自低压塔壳体内的液氧与来自中压塔顶部的氮进行热交换。

在操作中，待蒸馏的空气全部由压缩机4压缩到中压并在5中净化，而后被分成二股流体。

中压的第一股流体在热交换段20的通路13中进行冷却，此流体从通路13的热端到达其冷端。该中压空气以接近自身露点的温度离开热交换段，并进入中压塔10的底部。

离开装置5的其余空气在6中增压至过渡压力，并再次被分成两股流体。