专利名称：生产深冷液化工业气体的系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及工业气体的液化，更具体地涉及在生产深冷液化工业气体的同时向使用场所提供气态的工业气体。
工业气体如氧气和氮气可以以气态生产和直接从生产地运往使和场所。保存工业气体的贮存设施位于靠近使用场所，一旦从生产厂的工业气体生产停顿时可作为工业气体的备用来源。贮存设施是将工业气体保持在液态，这样可使设施的容积为最小，而当使用场所需要生产气时液化工业气可蒸发出。如果生产厂不是一个深冷精馏工厂，这种工厂除了生产气态的工业气体而生产深冷的液化工业气，这贮存设施要定期用液化工业气体来再充满，而这些液化工业气是通过桶罐车从很远的生产液化工业气的生产厂运送到贮存设施的。为再充满贮存设施的这种远距离输运昂贵的，因此也是不怎么有效的。
因此本发明的目的就是提供一种系统，此系统可用于与非深冷的或深冷的工业气体生产厂的连接，和该系统位于靠近工业体使用场所，以生产供给与该使用场所相关的贮存设施的深冷液化工业气体。
本发明可以实现上述或其它目的，当本领域技术人员读完本发明公开之后对上述目的就会更加明了。
本发明的一个方面是生产深冷液化工业气体的方法，该方法包括(A)将工业气体进料通入压缩装置，压缩工业气体进料以得到升压的工业气体，和将第一部分升压的工业气体通往使用场所；(B)将第二部分升压工业气体冷却以得到冷却的工业气体，和将第三部分升压工业气体冷凝以得到深冷液化的工业气体；(C)将冷却的工业气体涡轮膨胀(turboexpanding)以得到涡轮膨胀的工业气体，和通过间接换热器用第二和第三部分升压工业气体加热涡轮膨胀工业气体以得到热的涡轮膨胀的工业气体和所述的冷却的工业气体以及所说的深冷液化工业气体；和
(D)将热的涡轮膨胀工业气体通入所述压缩装置中作为所述工业气体进料的一部分。
本发明的另一方面是生产深冷液化工业气体的设备，此设备包括(A)压缩工业气体进料至使用压力的压缩装置；(B)换热器、将工业气体从压缩装置送往使用场所的装置和将工业气体从压缩装置送往换热器的装置；(C)涡轮膨胀机、将深冷液化工业气体从换热器抽出的装置和将工业气从换热器送入涡轮膨胀机和从涡轮膨胀机送入换热器的装置；和(D)将工业气体从换热器送入压缩装置作为工业气体进料的装置。
本文所用术语“工业气体”是指一种流体，它主要包括氧气或氢气。例子包括深冷或非深冷空分设备的初级产品或产品以及纯化的空气。
本文所用术语“间接换热器”是指两种气该引入进行热交换但相互无实体接触或气流不相混合。
本文所用术语“深冷液化工业气体”是指在正常压力下温度为150°K或更低的工业气的液体。
本文所用术语“涡轮膨胀”和“涡轮膨胀机”是分别指高压流体通过涡轮降低了气体的压力和温度从而产生冷冻的方法和设备。
本文所用术语“压缩机”是指这样一种装置，它在一种压力下接纳气流而在较高的压力下排出气流。
单独一帧附图
是表示本发明的深冷液化工业气体生产系统一个优选实施方案的简化流程图。
下面本发明将参考附图加以详述，是以氧为工业气流和氧源是非深冷工业气生产设备。
现在参考附图，非深冷工业气体生产设备1产生了工业气体产品流2，该非深冷工业气体生产设备例如可以是一真空变压吸附设备或一膜分离设备。本领域技术人员是熟悉术语“真空变压吸附设备和膜分离设备的，也了解它们的含义。当工业气体生产设备是生产氧的设备时，产品流2包含约30-99.5％(摩尔)的氧；当工业气体生产设备是生产氮的设备时，产品流2包含约98-99.999％(摩尔)的氮。本发明将结合工业气体生产设备是氧生产设备的实施方案加以详述。
来自生产设备1的氧产品流2与将在下面充分讨论的循环气流27合并而形成工业气体进料了，它送入含一个或多个压缩机的压缩装置。在附图所例示的本发明实施方案中，压缩装置包括压缩机4和8。工业气体进料3的压力一般在15-40磅/英寸绝压(psia)的范围内。通过压缩机4后工业气进料3压缩至30-65psia的压力范围内，和所得到的气流5通过冷却器6冷却压缩热。所得的气流7再经压缩机8压缩，产生在使用压力下的升压工业气流9，它一般在40-500psia的压力范围内。升压工业气流9通过冷却器10冷却压缩热而产生升压工业气11。
升压工业气11的第一部分12经阀13作为气流14送往使用场所40。第一部分12一般将占升压工业气11的约20-90％。使用场所40可能包括使用工业气的任何设施。例如，当所指工业气是氧时，使用场所40可以是一化工厂，其中氧用来进行氧化反应，可以是制玻璃厂它用氧来进行燃料燃烧，也可以是炼钢厂用氧进行熔炼，以及其它等等。当所指工业气体是氮时，使用场所可以是化工厂氮用于进行氮化反应，也可以工业设施其中氮气用于封闭或惰性气体，以及其它等等。
升压工业气的剩余部分则用来提供第二和第三部分，用它来生产深冷液化工业气。附图所例示的实施方案中，这第二和第三部分一开始先合成一股气流15，它是第一部分已分出通往使用场所40之后的升压工业气11的剩余部分。
气流15经阀16作为气流17送至换热器20。如果需要气流17在进入换热器20之前可以加压和/或预冷。通过换热器20后升压工业气流就降低了温度。在经历换热器20部分途程之后，升压工业气流17分成气流18和气流21。
气流18是升压工业气的第二部分，它占升压工业气11的约9-89％。第二部分18经由换热器18的部分途程已冷却至一般为120-170°K的温度范围。这冷却的工业气流然后通过阀19作为气流24进入涡轮膨胀机25的入口，在其中涡轮膨胀至一般为17-45psia的压力范围。所得到的涡轮膨胀工业气作为气流26从涡轮膨胀机25的出口送至换热器20的冷端。
涡轮膨胀工业气流26通过换热器20，在其中通过冷却的第二部分和冷却和冷凝的第三部分的间接热交换而被加热。以气流所标示的这第三部分占升压工业气11的约1-25％。作为气流17的一部分，这第三部分经过换热器20开始部分途程的冷却，然后作为气流21再通过换热器后续途程的冷凝而产生深冷液化工业气。此深冷液化工业气作为气流21通过阀22和作为气流23送入贮存装置50中，它通常包括一个或多个贮罐。如需要气流23中的闪蒸出蒸气也可以通至涡轮膨胀机25下游的气流26中，如图中虚线所示。
温度一般为280-320°K的被加热的涡轮膨胀工业气从换热器20的热端作为气流27抽出，和与气流2合并，而形成工业气体进料流3通至压缩装置，这正如前面所述。
表1列出了本发明一个实例的结果，是按附图所例示的相似实施方案完成的，其中工业气生产设备是生产氧气的真空变压吸附设备，氧的纯度为90％(摩尔)生产率为75吨/天。使用场所是一炼铜厂，其中氧用作助燃。表1中气流编号相应于图中编号。这一实例仅是作为说明性的而不应看作对本发明的限制。
表1气流 流量cfh温度 压力No. NTPK psia物相2 82,700 30018 蒸气3 152,20030518 蒸气11152,200314167 蒸气1475,300 314167 蒸气1776,900 314167 蒸气237,400 96 165 液体2469,500 150165 蒸气2669,500 94 20 蒸气2769,500 31118 蒸气现在，通过使用本发明人们可以结合一个工业气生产设备的操作在靠近使用场所生产深冷液化工业气。虽然上面是参考某个优选的实施方案详细描述了本发明，但本领域技术人员可以认识到本发明其它的实施方案也在本发明的构思和权利要求的范围内。
权利要求
1.生产深冷液化工业气的方法，此方法包括(A)将工业气体进料送至压缩装置，将工业气体进料压缩而产生升压的工业气，和将升压工业气的第一部分送往使用场所；(B)将升压工业气的第二部分冷却而产生冷却工业气，和将升压工业气的第三部分冷凝而产生深冷液化工业气；(C)将冷却的工业气进行涡轮膨胀而产生涡轮膨胀工业气，用第二和第三部分的升压工业气通过间接热交换来加热涡轮膨胀工业气而产生加热的涡轮膨胀工业气和所述冷却工业气以及所述深冷液化工业气；和(D)将加热的涡轮膨胀工业气作为所述工业气进料的一部分送至所述压缩装置。
2.权利要求1的方法，其中工业气是含有30-99.5％(摩尔)氧的气流。
3.权利要求1的方法，其中工业气是含有98-99.999％(摩尔)氮的气流。
4.权利要求1的方法，其中在与涡轮膨胀工业气间接热交换之前先使升压工业气的至少一个第二部分和第三部分进行加压。
5.权利要求1的方法，其中在与涡轮工业间接热交换之前先使升压工业气的至少一个第二部分和第三部分进行冷却。
6.生产深冷液化工业气的设备，包括(A)压缩工业气进料至使用压力的压缩装置；(B)换热器，将工业气从压缩装置送至使用场所的装置和将工业气从压缩装置送至换热器的装置；(C)涡轮膨胀机、将深冷液化工业气从换热器中抽出的装置和将工业气从换热器送至涡轮膨胀机和从涡轮膨胀机送至换热器的装置；和(D)将工业气作为工业气进料从换热器送至压缩装置的装置。
7.权利要求6的设备，还包括与压缩装置流动连接的真空变压吸附工业气生产设施。
8.权利要求6的设备，还包括与压缩装置流动连接的膜分离工业气生产设施。
全文摘要
生产深冷液化工业气的系统,尤其用于与非深冷工业气生产设施相结合。从工业气生产设施出来的气流进行加压,一部分送往使用场所和另一部分经涡轮膨胀机气流冷凝,该涡轮膨胀机气流也来自加压气体。
文档编号B01D53/04GK1206823SQ9811552
公开日1999年2月3日 申请日期1998年6月29日 优先权日1997年7月28日
发明者D·P·博纳奎斯特, N·R·克里宾, J·F·比林格哈, J·A·韦伯, N·T·内诺夫 申请人:普拉塞尔技术有限公司