专利名称：制备氧的多膨胀器法的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用低温空气分离有效制备氧的几种方法。特别是，本发明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。
本发明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。
图1-6描绘本发明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。
本发明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。本发明包括以下步骤(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)塔和低压(LP)塔组成的复式塔系统。至少部分给料空气送入HP塔。产品氧由LP塔底部产生。步骤(a)(1)中第一种工艺流体或步骤(a)(2)中第二种工艺流体，通常是HP塔引出的高压富氮蒸气流体。若采用步骤(a)(1)作功膨胀法，则高压富氮蒸气流体膨胀，且随后冷凝，其方法包括对LP塔中间高度液态流体，或对HP塔底部产生的粗液态氧(粗LOX)流体进行潜热交换，并构成LP塔的给料。该方法，粗LOX流体压力降到LP塔压力附近。高压富氮流体在膨胀前可以部分温热。若采用步骤(a)(2)的作功膨胀法，则高压富氮流体冷凝，其方法包括对压力高于LP塔压力的至少部分粗LOX流体进行潜热交换，由粗LOX至少部分蒸发获得的蒸气作功膨胀到LP塔。作功膨胀之前，由至少部分蒸发粗LOX获得的蒸气可以部分温热。作为粗LOX蒸发的一种替代方法，氧浓度大于空气的富氧液体可以从LP塔引出，并用泵打到大于LP塔压力的所需压力，然后至少部分蒸发。
当采用复式塔系统最优选模式时，则步骤(b)中第三种工艺流体可以是任何适合的工艺流体。某些实例包括作功膨胀LP塔部分给料空气；作功膨胀HP塔引出的富氮产品流体；和作功膨胀LP塔引出的流体。通常，作功膨胀HP塔给料对这种应用是次优化的，因为，需要向进来空气提供额外能量。
作功膨胀，它意味着当工艺流体在膨胀器内膨胀时，产生功。这种功可以在油制动器中分散，或用于发电，或用于直接压缩另一种工艺流体。
其它制品也可以同低纯度氧一起生产。这包括高纯度氧(纯度等于或大于99.5％)、氮、氩、氪和氙。如需要，也可副产某些液态制品，如液态氮、液态氧和液态氩。
现在参照图1对本发明进行详细说明。不含较重组分如水和二氧化碳的压缩给料空气流体表示为流体100。给料空气流体分成两路流体102和110。主要部分流体102在主热交换器190中冷却，然后作为流体106送入高压(HP)塔196的底部。高压塔给料蒸馏成顶部的高压氮蒸气流体150，和底部的粗液态氧(粗LOX)流体130。粗LOX流体最终送入低压(LP)塔198，在那蒸馏产生顶部的较低压力氮蒸气流体160，和底部的液态氧制品流体170。另外，氧制品也可以作为蒸气从LP塔底部引出。液态氧制品流体170用泵171打到需要的压力，然后靠对适当加压工艺流体热交换而蒸发，以提供气态氧制品流体172。图1中，适当加压工艺流体是管线118中部分给料空气。在LP塔底部的沸腾是通过冷凝从管线150到管线152的第一部分高压氮流体提供的，从而提供第一路高压液态氮流体153。
根据本发明步骤(a)(2)，氧浓度大于给料空气的至少部分粗LOX通过阀门135后，压力降低到HP塔和LP塔压力的中间压力。图1中，粗LOX降压之前，在再冷却器192中再冷却，方法是对LP塔返回的气态氮流体进行热交换。这种再冷却是任选的。降低压力的粗LOX流体136送到再沸腾器/冷凝器194，在那至少部分再沸腾，方法是对从管线150到管线154的第二部分高压氮流体(本发明步骤(a)(2)的第二路工艺流体)进行潜热交换，以提供第二路高压液态氮流体156。第一和第二路高压液态氮流体为HP塔和LP塔提供了所需回流。管线137中，蒸发了的部分降压粗LOX流体(以后称为粗GOX流体)，在主热交换器190中部分温热，然后在膨胀器139中作功膨胀到LP塔198，作为附加给料。粗GOX流体137的部分温热是任选的，且类似地，作功膨胀后流体140可以进一步冷却，然后将其送到LP塔。
根据本发明步骤(b)，部分冷却空气流体的一部分作为流体104(第三路工艺流体)，从主热交换器引出并在膨胀器103中作功膨胀，然后送到LP塔。该图中，从每个膨胀器提取的功都送到一台发电机中。这样就降低了总体电力需求。
图1中，为了蒸发来自泵171的泵打液态氧，给料空气流体100的一部分，流体110在一个任选增压器113中再增压，并靠冷水(图中未标出)冷却，然后在主热交换器190中冷却，方法是对泵打液态氧流体进行热交换。一部分冷却的液态空气流体118送入HP塔(流体120)，而另一部分(流体122)在再冷却器192内再冷却一些之后送入LP塔。
几种已知的改进可以应用到图1的流程实例中。例如，HP塔所有粗LOX流体130可以全送到LP塔，而一点也不送到再沸腾器/冷凝器194。代替这种作法，从LP塔中间高度引出液体，用泵将其增压至HP塔和LP塔之间压力，并送到再沸腾器/冷凝器194。在再沸腾器/冷凝器194内其余的处理，类似于早先解释过的流体134。在另一个改进中，在再沸腾器/冷凝器193和194内冷凝的两路高压氮流体152和154，各自可以不从HP塔的同一点产生。每一路可以在HP塔不同高度获得，并在其再沸腾器(193和194)内冷凝后，各自送到蒸馏系统适当位置。例如，流体154可以从高压塔顶部以下位置引出，在再沸腾器/冷凝器194内冷凝后，其一部分可以返回到HP塔中间位置，而另一部分送到LP塔。
图2表示工艺流体按照步骤(a)(1)作功膨胀的另一种实施方案。这里，再冷却的粗LOX流体134，通过阀门135后使其压力降低到非常接近LP塔的压力，然后送入再沸腾器/冷凝器194。管线154内第二部分高压氮流体(如今是步骤(a)(1)第一路工艺流体)，在主热交换器内部分温热(任选)，然后在膨胀器139内作功膨胀，以提供较低压力氮流体240。该流体240在再沸腾器/冷凝器194内经潜热交换而冷凝，提供流体242，再冷却一些后送到LP塔。来自再沸腾器/冷凝器194的蒸发流体137和液态流体142送到LP塔适当位置。若需要，管线242内一部分冷凝氮流体可以用泵打到HP塔。两路氮流体，一路在再沸腾器/冷凝器193内冷凝，和另一路在再沸腾器/冷凝器194内冷凝，再次可以从HP塔不同高度引出，并因此具有不同的组分。
图2另一种变化如图3所示，根据步骤(a)(1)采用作功膨胀。这种设计，去掉了再沸腾器/冷凝器194,HP塔底部所有粗LOX流体不做任何蒸发送到LP塔。代替再沸腾器/冷凝器194，是在LP塔中间高度采用中间再沸腾器394。如今，来自膨胀器139的作功膨胀氮流体240，在再沸腾器/冷凝器394中冷凝，方法是对LP塔中间高度液体进行潜热交换。冷凝的氮流体342以类似图2的方式进行处理。图3的其它操作特点也与图2相同。
可以对图1-3所提发明作出几种变化。其中某些变化现在作为另外的实例进行讨论。
图1-3中，使LP塔部分给料空气膨胀，以满足本发明步骤(b)的要求。如早先所述，可以膨胀任何适当的工艺流体，以满足本发明该步骤要求。某些实例包括作功膨胀来自LP塔或HP塔的流体。图4表示作功膨胀来自HP塔富氮流体的一个实例。除了去掉流体104和105的管线之外，图4与图1类似。但经管线404从HP塔顶部引出部分高压氮蒸气。该流体如今是根据本发明步骤(b)的第三工艺流体。流体404的高压氮在主热交换器内部分温热，然后在膨胀器403内作功膨胀。作功膨胀流体405在主热交换器内温热，经管线406提供较低压力氮流体。氮流体406的压力与流体164氮的压力可以相同或不同。
图1-4的实例表明，本发明步骤(a)和(b)中所有第一或第二路工艺流体和第三路工艺流体都不由相同工艺流体产生。这两路流体各自具有不同组分。然而，这种不同工艺流体设计如今很容易作出，图5表示，本发明两个步骤所有流体都从HP塔顶部引出的一个实例。HP塔顶部部分高压氮经管线554引出。该流体然后分成两路流体，504和580，且两者都在主热交换器内温热到其各自适合的温度。流体580部分温热后的流体538，提供本发明步骤(a)(1)的第一路工艺流体，且按图3流体238类似方式处理。流体504提供本发明步骤(b)的第三路工艺流体，且按图4流体404类似方式处理。注意，图5中来自膨胀器503的作功膨胀流体505，不是按本发明步骤(a)(1)指出的类似方式，靠任何出入LP塔的富氧液体冷凝。
迄今，所有实例流程显示出至少两个再沸腾器/冷凝器。然而，应该强调，本发明并不排除在LP塔采用比图1-5所显示的更多的附加再沸腾器/冷凝器。若需要，可以在LP塔底部区段采用更多的再沸腾器/冷凝器，以便在该区段里再分配蒸气的形成。任何适合的工艺流体，都可以在这些额外的再沸腾器/冷凝器中或部分或全部冷凝。也可以考虑，在位于LP塔内的再沸腾器/冷凝器中，冷凝从HP塔中间高度引出的蒸气流体的可能性。
本发明按步骤(a)(1)所指方法提取功的所有工艺设计中，所有第一工艺流体作功膨胀后，可以不经如步骤(a)(1)指出的潜热交换法冷凝。部分这种流体可以作为产品流体回收，或用于工艺设计某些其它目的。例如图2-3和5所示工艺设计中，高压塔的至少部分高压氮流体，是根据本发明步骤(a)(1)在膨胀器139中作功膨胀。离开膨胀器139的部分流体可以在主热交换器中再温热，并作为中等压力氮制品从这些工艺流程的任一个回收。
当一部分给料空气作功膨胀时，可以利用从冷箱提取的作功能量在接近室温条件下将其预压缩，然后，将其送往主热交换器。例如，图6除了流体601是从管线102的部分给料空气引出外，显示图1工艺设计；该引出流体在压缩机693增压，然后，用冷水冷却(图中未标出)并在主热交换器内再冷却，以提供流体604。该流体604以处理图1流体104类似方式进一步处理。为驱动压缩机693所需的作功能量来自冷箱中膨胀器。图6表明，压缩机693只由膨胀器103驱动。采用这种系统的优点是，它可能从膨胀器提取更多的功，并因此主热交换器(190)的体积大大减小。对管线601部分给料空气流体增压的一个替代方法是，可以首先温热要在冷箱中作功膨胀的其它工艺流体，在压缩机如693中增加它们的压力，在适当的热交换器中部分冷却它们，然后将它们送到适当的膨胀器。
本发明步骤(a)和(b)两个膨胀器提取的全部功，常常在冷箱之外使用，为此，或一个或两个膨胀器可以是发电机，负载用以发电，或者是用温热压缩机负载用于压缩室温或高于室温的工艺流体。步骤(a)或(b)的工艺流体膨胀之前，在这种温热压缩机内进行压缩时，好处是减小了主热交换器的体积。可以在这种温热压缩机内压缩的工艺流体，某些其它实例是最终靠对泵打液态氧热交换而冷凝的再加压空气流体(图1中流体110或112)，产品氮流体(图1流体164的全部或部分，或图4流体406)，气态氧流体(图1管线172)。
本发明方法也可以从HP塔有效副产高压氮制品流体。这种高压氮制品流体可以从HP塔任何适当位置引出。该特点在流程图1-6任何一个中都未显示出来，但它是本发明的一个基本部分。采用两个膨胀器的新颖性，使人们能更有效地副产这种高压氮制品。
最终，当除了氧浓度低于99.5％低纯度氧之外，还存在副产品时，可以采用本发明提出的方法。例如，高纯度氧(氧含量99.5％或更高)可以从该蒸馏系统副产。完成这个任务的一个方法是，从LP塔在其底部上方位置引出低纯度氧，而从LP塔底部引出高纯度氧。若高纯度氧流体以液态形式引出，则可以用泵将其再增压，然后靠对适当工艺流体热交换而蒸发。类似地，在提高压力条件下可以副产高纯度氮制品流体。完成该任务的一个方法就是，从一个适当的再沸腾器/冷凝器提取部分冷凝液态氮流体，并用泵将其打到所要求的压力，然后靠对适当工艺流体热交换使其蒸发。
本发明的价值在于它使能量消耗大大降低。将其与下列某些已知先有技术工艺进行比较，这一点就会得到证明第一个先有技术工艺如图7所示。这是一个复式塔工艺，带有一个对LP塔的空气膨胀器。空气膨胀器的作功能量作为电能回收。从图3工艺去掉膨胀器139和再沸腾器/冷凝器394及其有关管线，可以容易地导出图7的工艺。
第二个先有技术工艺是根据Erickson的PST/US87/011665(美国对等专利4,796,431)导出的。为此，从图2工艺去掉空气膨胀器103。因此，只留下一个膨胀器139提供工厂所需全部冷冻作用。根据Erickson的指导，膨胀器139的排料，靠再沸腾器/冷凝器194内降压的部分粗LOX流体冷凝。冷凝的氮流体242作为回流送到LP塔，而再沸腾器/冷凝器194的沸腾侧流体137和142也送到LP塔。
第三个先有技术工艺是以丹麦专利2854508为依据，如图8所示。除了要膨胀的流体在一个与膨胀器机械连结的压缩机中首先压缩之外，该工艺类似于图7所示工艺。于是，部分给料空气流体102在压缩机804内压缩，靠对冷水(未标出)热交换而冷却，给出流体806。该流体然后在主热交换器内部分冷却，在膨胀器803内作功膨胀并送到LP塔。压缩机804和膨胀器803机械连结，且膨胀器膨胀作功能量直接传递给压缩机。
对在200磅/平方英寸绝对压力条件下，每天生产2000吨95％氧制品作出了计算。对所有流程，主给料空气压缩机最后一级的排料压力为约5.3bar绝对压力。LP塔顶部压力为约1.25bar绝对压力。计算了净动力消耗，方法是计算主给料空气压缩机、增压器空气压缩机113为蒸发泵打液态氧所消耗的动力，和由任何膨胀器产生电力所供献的动力。几个流程图的相对动力消耗和主热交换器体积列表如下
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这些计算清楚表明，本发明工艺比情况1-3所采用的任何先有技术工艺都优越得多。与第一和第二个先有技术工艺比较，本发明不仅需要较少的动力，而且采用较小的主热交换器体积。这使本发明能量有效且费用节省。对于大规模工厂，非常希望在主热交换器体积和能量消耗两个方面有所降低。与第三个先有技术工艺比较，在主热交换器体积相似时，本发明工艺动力需要低4.4％。若希望再减小主热交换器体积，则一个或两个膨胀器的输出功，可以用于压缩最终要膨胀的部分空气流体；这样一个实例如图6所示。与图8第三个先有技术比较，图6工艺动力消耗较低和主热交换器体积较小。
本发明既无文献提出过，也无文献建议。Erickson(PCT/U.S.87/01665)只是在其它膨胀器不能提供全部所需冷冻作用时，顺便提到采用空气膨胀器。我们这里没有那种情况。第二个先有技术实例清楚表明，当产品是以气态为主时，一个膨胀器，如图2中139，完全能够单独提供全部所需冷冻作用。对实例1和3的空气膨胀器这同样是正确的。Erickson既没提出也没建议，如在该实例中提出的，采用两个膨胀器会降低动力需要以及主热交换器体积。实际上，Jakob(美国专利2,753,698)提出，当一个膨胀器，如图1中139，用于膨胀沸腾的粗GOX时，由于不采用空气膨胀器和全部空气在HP塔内预分馏，方法得到改善。显然，对本发明实例4的结果，Jakob的美国专利2,753,698既没提出也没建议。丹麦专利2854508提出，图8流程为生产液态制品或提高产品回收率提供额外冷冻作用。实际上，实例3(第三个先有技术)氧回收率为98.04％，比实例4(本发明)的95.88％高。然而，丹麦专利2854508为低纯度气态氧生产消耗更多的动力。丹麦专利2854508既没提出也没建议，采用相似主热交换器体积时如何节省更多能量。
特别是，当HP塔压力大于约63磅/平方英寸绝对压力(4.3bar绝对压力)，和小于约160磅/平方英寸绝对压力(11bar绝对压力)时，本发明更有用。原因是，通常高压塔压力低于63磅/平方英寸绝对压力，意味着部分给料空气流体要在LP塔底部再沸腾器内冷凝。这降低蒸馏塔可获得的液态氮回流量。因此，没有空气膨胀器，要使更多空气加入到HP塔，以帮助产生更多的液态氮回流。此外，因为膨胀器进口压力如今较低，所提取的功量不大。HP塔压力大于160磅/平方英寸绝对压力，蒸馏塔对液态氮回流的需要急剧增加，这种情况下，对LP塔采用给料空气膨胀器就变得没有吸引力。
尽管本文参照某些特殊实施方案进行描述，但并不意味着本发明限于已做出的详细说明。更确切地说，详细说明可做出的各种改进都在本权利要求书的等同范围之内，且没有离开本发明的思想。
权利要求
1．一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)的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)的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)的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急剧膨胀。
16．根据权利要求2的方法，其中第二种工艺流体冷凝的方法是，至少部分蒸发来自较低压力塔中间位置的液体，且该液体蒸发之前用泵打。
17．根据权利要求2的方法，其中第二种工艺流体冷凝的方法是，至少部分蒸发从较高压力塔引出的至少部分富氧液体。
18．根据权利要求2的方法，其中第二种工艺流体冷凝的方法是，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。
19．根据权利要求2的方法，其中至少部分第二种工艺流体，如需要，冷凝后用泵送到较高压力塔。
20．根据权利要求2的方法，其中至少部分第二种工艺流体用泵送入热交换器并蒸发给出产品。
21．根据权利要求2的方法，其中全部第二种工艺流体，冷凝后作为给料送到较低压力塔。
全文摘要
本发明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。
文档编号F25J3/04GK1233739SQ9910134
公开日1999年11月3日 申请日期1999年1月21日 优先权日1998年1月22日
发明者R·阿格拉沃, D·M·赫伦, 张燕屏 申请人:气体产品与化学公司