专利名称：蒸馏空气的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及空气蒸馏的方法，在该方法中空气被压缩;该压缩后的空气通过与来自空气蒸馏装置的残余气体进行热交换预先制冷的冷却水进行热交换而被冷却;压缩和冷却后的空气通过在吸附剂中进行吸附，除去其中的水分和二氧化碳;借助来自空气蒸馏装置的残余气体使大部分吸附剂再生。
采用空气蒸馏法生产大量氧和/或氮的装置通常包括制冷塔，该塔用来将冷却压缩空气用的水制冷，以使压缩空气进入吸附室即可降低其温度。用来自蒸馏装置的残余气体(不纯的氮或富氮空气)供给该制冷塔。
在通常的方法中，只有一部分残余气体供给制冷塔，而其余部分仅用于再生吸附剂。因此，通常的再生循环轮流处于加热状态和冷却状态。残余气体离开吸附室时被水饱和，且温度从约-5℃至+40℃变化很大。因此，这部分残余气体不能有效地用来使水制冷。
上述方法的缺点是，在很大程度上限制了可用于使水制冷的残余气体的流量，从而限制了水温的降低。因此，必须在从制冷塔出来的输水管道上安装一套大容量的制冷组。
本发明的目的在于改进制冷塔的性能。为达到此目的，本发明提供了一种上述类型的空气蒸馏的方法，其特征在于吸附剂的再生采用这样的方法进行将残余气体加热到基本上恒定的中等再生温度，具体包括在进入吸附室的空气温度和高于进入空气的温度至多约50℃(优选约10-20℃)的温度之间，利用至少一部分(优选全部)已进行过上述再生操作的气体使冷却压缩空气用的水制冷。
该方法可包括下列的一个或几个特征-在基本上恒定的温度下，用残余气体按单级进行吸附剂的再生，单级再生后，立即将该吸附剂返回到吸附状态;
-通过尚未经过所述冷却的压缩空气的传热，将残余的再生气体加热到所述的中等温度;
-采用从尚未经过所述冷却的压缩空气中吸热的传热液体间接地进行所述传热;
-用一部分经过再增压的压缩空气通过热交换将残余的再生气体加热到所述的中等温度;
-再使用其余来自蒸馏装置的残余气体将压缩空气用的冷却水制冷。
本发明为实现其目的，还拥有适合于实施这种方法的空气蒸馏装置。该装置包括一套蒸馏装置;一台主空气压缩机;用以使压缩空气与冷却水进行热交换的第一级热交换器;用以使所述热交换器上游的冷却水与蒸馏装置的残余气体进行热交换的水制冷塔;一套除水分和二氧化碳的装置，包括至少两个吸附剂室和使吸附室中的吸附剂轮流处于吸附阶段和再生阶段的装置;向再生阶段的吸附室供给来自蒸馏装置的残余气体的装置;以及加热残余再生气体的装置，其特征在于该加热残余再生气体的装置适合于将该气体加热到基本上恒定的中等再生温度，具体包括在进入吸附室的空气温度和高于进入空气的温度至多约50℃(优选约10-20℃)的温度之间，其特征还在于该装置包括将来自处于再生阶段的吸附室的残余再生气体送入制冷塔的装置。
现参照附图对本发明的实施例作详细说明，其中
图1所示为根据本发明用于空气蒸馏的装置示意图;
图2所示为一种变体的示意图。
图1中所示的装置包括排放管道2上的主空气压缩机1，该管道上相继串联安装了三台间接的热交换器3-5;两个轮流操作的吸附室6、7;一套装有主热交换系统9和装置10的冷却箱8，供作为空气蒸馏之用，蒸馏塔可以是专用于生产氧的双蒸馏塔，或是用于生产氮的简单蒸馏塔;管道11，用于将来自蒸馏装置的残余气体从热交换系统9的热端注入处于再生阶段的吸附室6和7(说明性实施例中的吸附室7);从热交换系统热端引出的生产管道12;安装在冷却箱11和吸附室6、7之间的管道11上的热交换器13;在热交换器3和13之间装有循环泵15的热水回路14;例如为填充塔型的水/残余气体制冷塔16;以及装有循环泵18的冷却水回路17。为使图形简化，仅示意地示出了可以转换吸附室6、7交替吸附和再生阶段的装置，图中示出的热交换器13仅与一个处于再生阶段的吸附室7连接。
现将所用的数字实例详细说明该装置的操作。
被处理的常压空气在1中压缩到6巴(绝对压力)的中压，然后在3、4、5中从约100℃经三级冷却降到13.5℃。该空气被引入处于吸附阶段的吸附室6，在18.5℃下离开吸附室，这是由于水和二氧化碳的吸附热所致。净化后的空气进入冷却箱8，在该处冷却后，按常规的方法进行蒸馏。
来自装置10的残余气体通过管道11离开冷却箱，并被分成两股气流。
-第一股气流在13中再加热到+30℃，然后进入另一个进行再生操作的吸附室7。该气体在+6℃下离开吸附室7，然后通过管道19送入制冷塔16的底部。
-其余的残余气体通过装有阀门21的管道20直接送到塔16的底部。
泵15可以使水从热交换器3(从该处去除来自压缩机1的压缩空气的热量)闭路循环到热交换器13，在其中，水将其热量释放给残余气体使其加热到所述的中等温度+30℃。
从适当来源22例如来自地下水的+20℃的冷却水，直接供给热交换器4，使压缩空气的温度降到+25℃。为使该空气继续冷却，可将相同来源22的水通过管道23送到塔16的顶部，在其中，水向下流，与通过管道19和20送入塔的底部的残余气体接触而被冷却，而残余气体则通过管道24从塔顶部排放。
这样，水在+8.5℃下离开塔16底部，并通过泵18送入热交换器5。
这就可以使压缩空气的温度在进入室6之前降低到+13.5℃，净化后的空气在18.5℃下离开室6进入冷却箱8。如果希望待净化的空气温度更低，如图中的虚线所示，可以在热交换器5的供水管道上安装一套低容量的冷却组25。
当室6接近饱和时，转换室6和7。净化后从室7排出的空气按已确定的规程一开始即处于+30℃而不是18.5℃。因此，一股热气流进入冷却箱，但是，该热气流的热力不足，易于被热交换系统9的热惯量吸收。
由于上述的方法，用来再生吸附剂的残余气体离开室6或7时的温度接近恒定且相当低(在列举的实施例中为+6℃)，因而可以用作塔16的制冷剂。因此，所有来自蒸馏装置的残余气体可以用来使压缩机的冷却水制冷，这样，水即可冷却到低温。直接的优点是可以减小通常位于塔下游的制冷组的尺寸，甚至可以将其取消。
此外，由于再生温度较低，所需的热可以在压缩机的出口回收，压缩后的空气温度约为100℃。
作为一种变体，还可以设想在离开压缩机的空气和离开冷却箱的残余气体之间进行间接的热交换，而不使用中间的水回路14。
图2示出另一种变体，在此情况下，在进入热交换系统9之前至少将一部分净化后的空气在26中增压，残余再生气体可以在辅助的热交换器27中通过该气体与增压的空气部分进行热交换而加热。在此情况下，可以取消水回路14，如图2所示。
本发明也可以用于一些装置，包括在加压下产生残余气体的空气蒸馏装置。在此情况下，水/氮制冷塔可以关闭，且可在加压下操作。
权利要求
1.空气蒸馏的方法，在该方法中，空气被压缩(在1中)；该压缩后的空气通过与来自空气蒸馏装置(10)的残余气体进行热交换预先制冷(在16中)的冷却水进行热交换而被冷却(在5中)；该压缩和冷却后的空气通过吸附剂净化除去其中的水分和二氧化碳(在6中)；借助来自空气蒸馏装置的残余气体使吸附剂(在7中)再生；其特征在于，该吸附剂采用如下的方法制冷，将残余气体加热到基本上恒定的中等再生温度，具体包括在进入吸附室的空气温度和高于进入空气的温度至多约50℃，优选约10-20℃的温度之间，利用至少一部分，优选全部已进行过上述再生操作的气体使压缩空气用的冷却水制冷(在16中)。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于在基本上恒定的温度下，用残余气体按单级进行吸附剂的再生，单级再生后，立即将该吸附剂返回到吸附状态。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于通过尚未经过冷却的压缩空气的传热(在14中)，将残余的再生气体加热到所述的中等温度。
4.根据权利要求3的方法，其特征在于采取从尚未经过所述冷却的压缩空气中吸热(在3中)的液体间接传热的方式(在14中)进行所述传热。
5.根据权利要求1或2的方法，其特征在于用一部分经过再增压(在26中)的压缩空气通过热交换(在27中)将残余的再生气体加热到所述的中等温度。
6.根据权利要求1-5中任一项的方法，其特征在于再使用其余来自蒸馏装置的残余气体冷却(在16中)压缩空气用的冷却水。
7.空气蒸馏的装置，该装置包括一套空气蒸馏装置(10);一台主空气压缩机(1);用以使压缩空气与冷却水进行热交换的主热交换器(5);用以使所述热交换器上游的冷却水与蒸馏装置的残余气体进行热交换的水制冷塔(16);一套除水分和二氧化碳的装置，它包括至少两个吸附剂室(6、7)和使吸附室中的吸附剂轮流处于吸附阶段和再生阶段的装置;向再生阶段的吸附室(6)供给来自蒸馏装置的残余气体的装置(11);以及加热残余再生气体的装置(13;27)，其特征在于，该加热残余再生气体的装置适合于将该气体加热到基本上恒定的中等再生温度，具体包括在进入吸附室的空气温度和高于进入空气的温度至多约50℃，优选约10-20℃的温度之间，其特征还在于该装置包括将来自处于再生阶段的吸附室(7)的残余再生气体送入制冷塔(16)的装置(19)。
8.根据权利要求7的装置，其特征在于该装置包括在残余气体进入处于再生阶段的吸附室(7)之前，将压缩空气的热传给该残余气体的装置(3、13、14)，这些装置包括安装在吸附室进口的第二级热交换器(13)、安装在压缩机(1)排放口和所述第一级热交换器(5)之间的第三级热交换器(3)，以及在所述第二级和第三级之间的传热液体回路(14)。
9.根据权利要求7的装置，其特征在于该装置包括在残余气体进入处于再生阶段的吸附室(7)之前，将压缩空气的热传给该残余气体的装置(3、13、14)，这些装置包括安装在吸附室进口、使残余气体与离开空气压缩机的空气进行热交换的第二级热交换器。
10.根据权利要求7的装置，其特征在于该装置包括至少一部分净化后的空气用的再增压器(26)，和在残余气体进入处于再生阶段的吸附室(7)之前，使增压后的空气与残余再生气体进行热交换的装置(27)。
全文摘要
采用来自空气蒸馏装置(10)的残余气体再生用来除去压缩空气中的水分和二氧化碳的吸附剂，将该气体加热到基本上恒定的中等再生温度，具体包括在进入吸附室的空气温度和高于进入空气的温度至多约50℃，优选约10—20℃的温度之间。然后将该气体送入冷却压缩空气用的水制冷塔(16)。
文档编号B01D53/04GK1109964SQ9411872
公开日1995年10月11日 申请日期1994年11月19日 优先权日1993年11月19日
发明者P·阿尔犹劳, F·伯纳德, J·Y·莱曼 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司