專(zhuān)利名稱(chēng)：預(yù)凈化器和交流換熱器相組合的空氣深冷分離方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及空氣的深冷分離，其中在將原料空氣引入空氣深冷分離裝置之前，用交流換熱器冷卻原料空氣。
通常，從大氣中大規(guī)模地生產(chǎn)工業(yè)氣體要用到空氣的深冷處理。除了含有所需的產(chǎn)品如氧氣、氮?dú)?、氬氣和稀有氣體以外，用作深冷處理原料的空氣(原料空氣)還含有雜質(zhì)或不希望的組分，如水蒸汽、二氧化碳和一種或多種碳水化合物。在對(duì)原料空氣進(jìn)行加工之前，必須除去這些雜質(zhì)，因?yàn)檫@些雜質(zhì)會(huì)干擾深冷處理設(shè)備的連續(xù)有效運(yùn)行，或者會(huì)出現(xiàn)危及操作者安全、損壞設(shè)備的情況?？諝夥蛛x廠的大部分費(fèi)用都與空氣凈化或純化，以及將空氣冷卻到深冷溫度有關(guān)。
用于為空氣分離系統(tǒng)提供潔凈的低溫空氣流的工藝各種各樣。熱交換器可以同時(shí)冷卻原料空氣和對(duì)產(chǎn)品流進(jìn)行再加熱。原料空氣和產(chǎn)品流沿隔開(kāi)的通道流過(guò)熱交換器。早期的空氣分離系統(tǒng)容許雜質(zhì)沉積在原料空氣通道的冷的熱交換表面上，但它最終會(huì)使熱交換器被冷凝的雜質(zhì)沉積物堵塞，或者不能將進(jìn)入的原料空氣冷卻到深冷分離所需的低溫。于是該裝置只能被停機(jī)并被熔化處置掉。后來(lái)的裝置安裝了用于除去部分水分的冷凝器和除去二氧化碳的堿性洗滌器。隨著對(duì)氣體產(chǎn)品需求的增長(zhǎng)，投入使用了如交流換熱器的裝置，在原料空氣與產(chǎn)品流之間進(jìn)行熱交換。
交流換熱器包括裝有填料的絕熱壓力容器。通過(guò)連續(xù)使溫的原料空氣流流過(guò)交流換熱器，接著是冷產(chǎn)品流流過(guò)交流換熱器，從而交替地加熱和冷卻交流換熱器。這不同于熱物流和冷物流同時(shí)流過(guò)的熱交換器。在交流換熱器中，用容器壁和填料貯存或失去熱量，它們被先前的氣流依次冷卻或加熱。當(dāng)空氣被冷卻到接近飽和溫度時(shí)，可從流過(guò)交流換熱器的原料空氣中除去水分和二氧化碳。交流換熱器是成對(duì)運(yùn)行的，交替通入原料空氣和冷回流物流，可使該裝置連續(xù)經(jīng)濟(jì)地運(yùn)行長(zhǎng)達(dá)一年的時(shí)間。美國(guó)專(zhuān)利1,945,634描述了這種系統(tǒng)。當(dāng)冷回流物流穿過(guò)交流換熱器而被加熱時(shí)，該物流將與剩余的原料空氣相混合，還會(huì)氣化任何冷凝在交流換熱器中的雜質(zhì)。如果該物流是潔凈產(chǎn)品，剩余的原料空氣和氣化進(jìn)入物流的雜質(zhì)就會(huì)污染產(chǎn)品。為了避免出現(xiàn)這一問(wèn)題，不時(shí)要用氣流吹洗交流換熱器，以氣化冷凝的雜質(zhì)，并把它們吹到大氣中，當(dāng)然這樣作要浪費(fèi)能量。美國(guó)專(zhuān)利2,825,212描述了一種在交流換熱器中使用吸附劑從原料空氣中除去雜質(zhì)的方法，但這種方案仍不可避免地要經(jīng)常吹洗交流換熱器和吸附劑，以除去冷凝的雜質(zhì)。為了無(wú)需不經(jīng)濟(jì)的吹洗就能得到潔凈的產(chǎn)品，通常在交流換熱器中嵌入盤(pán)管，為高純度的產(chǎn)品提供一個(gè)隔離通道，杜絕產(chǎn)品被原料空氣或冷凝雜質(zhì)污染的可能性。然而，已知盤(pán)管會(huì)由于穿孔而失效，產(chǎn)品仍會(huì)被原料空氣污染，這種盤(pán)管還會(huì)加速顆粒的磨損。
目前，吸附工藝已廣泛用于從原料空氣中除去水分、二氧化碳和碳?xì)浠衔铩Ｔ谠S多情況下，在吸附系統(tǒng)前設(shè)置一冷凝器，用于除去大量的水分，降低吸附系統(tǒng)的脫水負(fù)荷。于是該系統(tǒng)可給處理裝置提供干燥而潔凈的空氣流。美國(guó)專(zhuān)利4,557,735描述了這種方法的應(yīng)用情況，它用分子篩作吸附介質(zhì)。它是先冷卻壓縮的原料空氣，然后使冷空氣流過(guò)吸附介質(zhì)。在將這種冷空氣輸送到深冷分離系統(tǒng)之前，仍需要將它冷卻到深冷溫度。已知被稱(chēng)為主熱交換的這種功能通常在銅鋁熱交換器(BAHX)中運(yùn)行。
本發(fā)明提供了一種通過(guò)深冷精餾分離空氣的方法，包括壓縮原料空氣，使壓縮后的原料空氣流過(guò)預(yù)凈化器，在預(yù)凈化器中，基本上除去空氣中的雜質(zhì)，在將凈化過(guò)的空氣引入深冷空氣分離裝置之前，在先前冷卻過(guò)的交流換熱器中冷卻凈化過(guò)的空氣，在深冷空氣分離裝置中將空氣分離成富氮組分和富氧組分。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，在熱交換器中冷卻部分凈化過(guò)的空氣。
在BAHX芯之前設(shè)置采用吸附劑的預(yù)凈化器的投資費(fèi)用是相當(dāng)大的。采用交流換熱器并使用預(yù)凈化器的方法具有多個(gè)優(yōu)于目前所用系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)。并明顯提高了空氣流過(guò)交流換熱器時(shí)去除冷凝雜質(zhì)的效率。此外，冷凝原料空氣中的雜質(zhì)還不會(huì)引起致冷損失。也許更重要的是，預(yù)凈化器的可靠性和安全性要高于使用可逆熱交換器或交流換熱器除去水和二氧化碳，以及隨后冷吸附碳?xì)浠衔锏目煽啃院桶踩浴?br> 此外，本發(fā)明用預(yù)凈化系統(tǒng)可基本上從進(jìn)到裝置中的空氣原料中除去所有雜質(zhì)，無(wú)需設(shè)計(jì)和運(yùn)行交流換熱器也來(lái)除去污染物。這使得特別是只完成熱轉(zhuǎn)移的裝置最佳化，由此增加了處理效率，降低了材料和運(yùn)行費(fèi)用，其經(jīng)濟(jì)效益明顯優(yōu)于普通方法。
如果產(chǎn)品流穿過(guò)BAHX，同時(shí)交流換熱器只被廢物流冷卻，則會(huì)得到更多的好處，因?yàn)榭缮a(chǎn)出高純度的產(chǎn)品，而幾乎沒(méi)有運(yùn)行問(wèn)題。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖。
圖2是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。
圖3是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其中來(lái)自熱交換器的部分冷空氣在分離之前被送入渦輪機(jī)。
圖4是本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其中來(lái)自交流換熱器的部分冷空氣在分離之前被送入渦輪。
圖5是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其中用增壓壓縮機(jī)、加壓泵和產(chǎn)品蒸發(fā)器生產(chǎn)高壓產(chǎn)品流。
圖6是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖，其中其結(jié)構(gòu)已改成可容納兩種產(chǎn)品流。
在本發(fā)明的方法中，對(duì)含有雜質(zhì)如水蒸汽、二氧化碳和碳?xì)浠衔锏脑峡諝膺M(jìn)行預(yù)凈化，基本上除去所有雜質(zhì)，然后在交流換熱器對(duì)凈化后的原料空氣進(jìn)行冷卻。交流換熱器的設(shè)計(jì)要方便經(jīng)濟(jì)地對(duì)預(yù)凈化后的原料空氣進(jìn)行冷卻，而不是對(duì)原原料空氣進(jìn)行冷卻。例如，處理預(yù)凈化后氣流的交流換熱器可比那些處理濕空氣的交流換熱器短，因?yàn)樗鼈儫o(wú)需執(zhí)行冷凝任務(wù)。
此外，交流換熱器無(wú)需有清除冷凝雜質(zhì)的自清潔循環(huán)。這樣就無(wú)需要求在運(yùn)行過(guò)程中沿交流換熱器維持很小的溫度差，使回流的非產(chǎn)品流(下文稱(chēng)作廢氣流)穿過(guò)時(shí)，能夠氣化冷凝后的物質(zhì)。由于沒(méi)有潛在的堵塞危險(xiǎn)，故極大地改進(jìn)了交流換熱器的可操作性。去掉清潔循環(huán)還節(jié)省了動(dòng)力。由于進(jìn)入交流換熱器的空氣是干燥的，所有流過(guò)交流換熱器的空氣都可以從交流換熱器的冷端流出，并在深冷分離系統(tǒng)中處理以制成產(chǎn)品。由于沒(méi)有空氣作為被冷凝雜質(zhì)污染的廢氣流排出，即消除了被稱(chēng)為排污的過(guò)程，因而消除了該過(guò)程的大部分能量損失。
此外，由于經(jīng)過(guò)交流換熱器處理的物流是清潔的物流，所以可對(duì)交流換熱器的填料進(jìn)行多種選擇?？墒褂脗鹘y(tǒng)的陶瓷填料，如石英礫或氧化鋁球。其它填料可包括金屬材料，如鋼球或鋁球。然而，由于本發(fā)明的方法沒(méi)有冷凝和氣化循環(huán)，因而降低了顆粒的磨損，所以可以使用便宜的多孔材料，如鐵礦石球團(tuán)。鐵礦石球團(tuán)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它相對(duì)于傳統(tǒng)的石英礫或氧化鋁球填料，具有較高的熱容，由此可增加交流換熱器的效率。通常，交流換熱器是垂直的圓柱形容器，但是也可以使用其它形狀的容器。
相對(duì)于銅鋁芯熱交換器，交流換熱器的另一大優(yōu)點(diǎn)是其造價(jià)優(yōu)勢(shì)。由于釬焊爐的尺寸對(duì)單一BAHX芯實(shí)際尺寸的限制，所以處理大流量物流經(jīng)常需要多個(gè)平行的BAHX芯。而由兩個(gè)裝有顆粒的易于生產(chǎn)且比較便宜的壓力容器組成的交流換熱器可代替多個(gè)BAHX芯。交流換熱器需要開(kāi)關(guān)閥和止回閥，但這些閥門(mén)可外部隔熱，管線很簡(jiǎn)單，這正與每一BAHX芯進(jìn)料管線所需的控制空氣流過(guò)它們的復(fù)雜管線和空氣調(diào)節(jié)閥相反。由此，除了芯的造價(jià)較高以外，與兩個(gè)交流換熱器傳熱能力相等的多個(gè)BAHX芯需要更多的管線和閥門(mén)投資。此外，這些因數(shù)使生產(chǎn)BAHX芯的研制周期明顯長(zhǎng)于交流換熱器的周期。
圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的流程圖。在壓縮機(jī)30中將吸入管60引進(jìn)的原料空氣壓縮到40-200psia的運(yùn)行壓力，優(yōu)選的大于60psia。然后對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行二次冷卻，優(yōu)選地冷卻到1-40℃的溫度，通過(guò)管線61引到預(yù)凈化系統(tǒng)50。預(yù)凈化系統(tǒng)可以是任何一種工業(yè)上眾所周知的系統(tǒng)。它們可以包括冷凝器以降低減濕負(fù)荷，與去除二氧化碳和碳?xì)浠衔锏慕惶娣肿雍Y床相結(jié)合的除去水分的交替礬土床，但不必僅限于此。可通過(guò)任何眾所周知適用的方法再生吸附器。預(yù)凈化吸附劑床可由針對(duì)所有污染物的單一吸附劑床，針對(duì)每一污染物的獨(dú)立吸附劑床，或復(fù)合材料床組成。此外，預(yù)凈化系統(tǒng)還可包括一個(gè)或多個(gè)裝有吸附劑材料的容器。再者，預(yù)凈化系統(tǒng)可根據(jù)熱波動(dòng)、壓力波動(dòng)或溫度和壓力波動(dòng)相組合的運(yùn)行原則運(yùn)行。本發(fā)明所使用的預(yù)凈化系統(tǒng)的類(lèi)型不受限制，只要預(yù)凈化系統(tǒng)能完成除去原料空氣中水分、二氧化碳和碳?xì)浠衔镂廴疚锏墓ぷ骶涂梢?。在已有技術(shù)領(lǐng)域，眾所周知有許多不同的預(yù)凈化系統(tǒng)。
接下來(lái)，從管線62離開(kāi)預(yù)凈化系統(tǒng)50的清潔干燥空氣通過(guò)管線66和65進(jìn)入交流換熱器2和4。通過(guò)自動(dòng)開(kāi)關(guān)閥102將清潔干燥的空氣送入交流換熱器2。使來(lái)自空氣深冷分離裝置10的廢氣流通過(guò)交流換熱器，可對(duì)其中裝有填料或貯存材料的交流換熱器2進(jìn)行預(yù)先冷卻。通過(guò)冷卻的交流換熱器2的清潔空氣被冷卻到大約其飽和點(diǎn)。然后，飽和空氣或經(jīng)止回閥106、管線68、69、71和72進(jìn)入深冷空氣分離裝置10，在此進(jìn)一步對(duì)空氣進(jìn)行深冷處理，將空氣分離成所需的產(chǎn)物，或飽和空氣經(jīng)止回閥106、管線68、69、71和73進(jìn)入渦輪機(jī)31，在此，空氣經(jīng)管線74進(jìn)入分離裝置10之前，對(duì)飽和空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。通常，經(jīng)渦輪機(jī)膨脹以達(dá)裝置致冷的那部分原料空氣占總原料空氣的5-20％，優(yōu)選地占10-15％。通常深冷空氣分離裝置10如本專(zhuān)業(yè)公知的那樣是雙柱結(jié)構(gòu)，但是也可以采用單柱結(jié)構(gòu)。此外，雙柱結(jié)構(gòu)可以是本專(zhuān)業(yè)可行的方案之一。另一交流換熱器4用于處理來(lái)自分離裝置10的冷廢氣流，在廢氣流經(jīng)管線77、79和其冷端的止回閥107之后，對(duì)交流換熱器4中的填料進(jìn)行冷卻。交流換熱器4的填料或貯存材料將廢氣流傳給它的致冷量保存在其中間貯存部位，以隨后傳給清潔原料空氣。然后廢氣流經(jīng)自動(dòng)開(kāi)關(guān)閥103離開(kāi)冷卻的交流換熱器4，經(jīng)管線81排放到大氣中。產(chǎn)物流經(jīng)管線75離開(kāi)深冷空氣分離裝置。盡管圖中所示的產(chǎn)物流75直接流出深冷分離裝置10，但是應(yīng)當(dāng)知道，該產(chǎn)物流可被部分原料空氣再加熱。如果產(chǎn)品流75是液態(tài)形式，可直接從深冷分離系統(tǒng)中回收。然而，如果產(chǎn)品流75是氣態(tài)產(chǎn)品，需要在獨(dú)立的交流換熱器，在交流換熱器2和4中的嵌入盤(pán)管，或者在獨(dú)立的熱交換器中，用一部分原料空氣對(duì)產(chǎn)品流再加熱，這點(diǎn)下文將要進(jìn)一步描述。為了澄清起見(jiàn)，圖1只描述了預(yù)凈化器和廢氮?dú)饨涣鲹Q熱器相組合的實(shí)施例。
傳統(tǒng)交流換熱器的缺點(diǎn)是，如果產(chǎn)品流穿過(guò)交流換熱器，它將被殘余原料空氣污染。把產(chǎn)品流隔離在與原料空氣通道分開(kāi)的通道中，將增加產(chǎn)品的純度。通?？赏ㄟ^(guò)使產(chǎn)品流流過(guò)嵌入交流換熱器填料中的獨(dú)立盤(pán)管實(shí)現(xiàn)這一目的。然而，這些盤(pán)管經(jīng)常會(huì)由于泄漏而失效，使產(chǎn)物被污染。相信它們還會(huì)增加交流換熱器中顆粒填料的磨損。可以使用另外幾種交流換熱器，在任何時(shí)候，每種交流換熱器只能容納一種物流。這種結(jié)構(gòu)的困難是，潔凈的產(chǎn)品將會(huì)被反向流動(dòng)的空氣污染，閥門(mén)安裝也會(huì)有少量滲漏，結(jié)果降低了產(chǎn)品的純度。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，通過(guò)在交流換熱器中只加熱廢物流，可解決交流換熱器中產(chǎn)品污染問(wèn)題。在該實(shí)施例中，通常在BAHX芯中加熱產(chǎn)品流。優(yōu)選地，在交流換熱器和BAHX之間分配原料空氣，以使兩者的溫度分布平衡。優(yōu)選地進(jìn)入交流換熱器的空氣部分占40-80％，更優(yōu)選的占60-80％。這種安排使芯的使用有靈活性，容易處理多種物流，并使產(chǎn)品與原料空氣隔離開(kāi)，并可使大部分熱交換器可采用成本更低的交流換熱器來(lái)實(shí)施。這種安排的另一優(yōu)點(diǎn)是，不用為交流換熱器設(shè)計(jì)獨(dú)立盤(pán)管，來(lái)給產(chǎn)品流提供清潔通道，還可以給容器裝填大結(jié)構(gòu)的填料(整料)。這種填料可包括例如波紋板。對(duì)給定的壓力降，這種填料能提供很高的傳熱速率。這也能使容器的橫截面積降低。
圖2是本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的流程圖。在壓縮機(jī)30中將吸入管60引進(jìn)的原料空氣壓縮到40-200psia的運(yùn)行壓力，優(yōu)選的大于60psia。然后對(duì)壓縮后的空氣進(jìn)行二次冷卻，優(yōu)選地冷卻到1-40℃的溫度，并通過(guò)管線61引到預(yù)凈化系統(tǒng)50。然后將從管線62離開(kāi)預(yù)凈化系統(tǒng)50的清潔干燥空氣分成兩部分，一部分經(jīng)管線64進(jìn)入交流換熱器2和4。另一部分經(jīng)管線63進(jìn)入初級(jí)熱交換器1。經(jīng)管線66和自動(dòng)開(kāi)關(guān)閥102將清潔干燥的空氣送入交流換熱器2，交流換熱器2中的填料已經(jīng)被來(lái)自空氣深冷分離裝置10的廢物流預(yù)先冷卻，因此可使清潔空氣被冷卻到大約其飽和點(diǎn)。然后，飽和空氣或經(jīng)止回閥106、管線68、69、71和72進(jìn)入深冷空氣分離裝置10，在此進(jìn)一步對(duì)空氣進(jìn)行深冷處理，將空氣分離成所需的產(chǎn)物，或飽和空氣經(jīng)止回閥106、管線68、69、71和73進(jìn)入渦輪機(jī)31，在此空氣經(jīng)管線74進(jìn)入分離裝置10之前，對(duì)飽和空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。另一交流換熱器4用于處理來(lái)自分離裝置10的冷廢物流，在廢物流經(jīng)管線77、79和其冷端的止回閥107之后，對(duì)交流換熱器4中的填料進(jìn)行冷卻。然后廢物流經(jīng)其熱端的自動(dòng)開(kāi)關(guān)閥103離開(kāi)冷卻的交流換熱器4，通過(guò)管線81排放到大氣中。
來(lái)自預(yù)凈化系統(tǒng)50和管線62的其余的清潔干燥空氣經(jīng)管線63進(jìn)入初級(jí)熱交換器1，在此與經(jīng)管線75離開(kāi)深冷分離裝置10，并以連續(xù)方式穿過(guò)初級(jí)熱交換器1和熱端管線76的產(chǎn)品流進(jìn)行熱平衡。通過(guò)產(chǎn)品流和廢物流的相對(duì)流量，確定原料空氣在交流換熱器和初級(jí)熱交換器之間的分配。
圖3、4、5和6描述了本發(fā)明的其它優(yōu)選實(shí)施例。對(duì)所有普通部件，這些圖中的數(shù)字與圖1和2中數(shù)字表示的部件相同，下文將不再詳細(xì)描述。
現(xiàn)代渦輪機(jī)可用基本飽和的空氣高效率地運(yùn)行。圖1顯示的是從交流換熱器冷端進(jìn)料的渦輪機(jī)。然而，該流程不限于這種類(lèi)型的渦輪機(jī)進(jìn)料。從熱交換器或交流換熱器很容易抽出側(cè)泄的空氣，使冷端和熱端的溫度趨于相互封閉。中點(diǎn)的空氣用作渦輪機(jī)的進(jìn)料。如果需要利用來(lái)自熱交換器的熱量對(duì)渦輪機(jī)的進(jìn)料進(jìn)行預(yù)熱，本發(fā)明的另一實(shí)施例提供了這種方式，如圖3所示。經(jīng)管線82從初級(jí)熱交換器1的中點(diǎn)抽出部分冷空氣，將該冷空氣與來(lái)自管線83的一部分冷端空氣相混合，以便控制溫度，然后經(jīng)管線73流過(guò)渦輪機(jī)31。于是，在空氣進(jìn)入深冷分離裝置10之前，已被渦輪機(jī)冷卻。
圖4表示的是本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中通過(guò)在交流換熱器的中點(diǎn)經(jīng)管線85從交流換熱器2中抽出空氣，然后經(jīng)管線86和87送入渦輪機(jī)31中，由此給渦輪預(yù)熱。通過(guò)將該空氣與經(jīng)閥門(mén)106和管線68、69、71、73和87送入渦輪機(jī)的交流換熱器冷端空氣相混合，可實(shí)現(xiàn)溫度控制。當(dāng)用交流換熱器4冷卻預(yù)凈化后的原料空氣時(shí)，通過(guò)管線84而不是管線85抽出預(yù)熱物流。
本發(fā)明還可用于產(chǎn)品蒸發(fā)器，在很高的壓力下輸出產(chǎn)品。本發(fā)明的該實(shí)施例如圖5所示。此情況下，經(jīng)管線75從深冷分離裝置的主冷凝器抽出液態(tài)氧的，用泵32加壓。盡管該壓力不限于任何泵送液體的壓力，但通常液體壓力范圍為20-500psia，優(yōu)選地為50-250psia。加壓后的液態(tài)氧經(jīng)管線88，然后在產(chǎn)品蒸發(fā)器3中逆來(lái)自初級(jí)熱交換器1的冷端空氣汽化。一部分預(yù)凈化后的空氣經(jīng)管線92被增壓壓縮機(jī)33加壓，然后在初級(jí)熱交換器1中進(jìn)行處理，以為產(chǎn)品蒸發(fā)器中汽化液態(tài)氧提供所需的熱量。用于汽化加壓液態(tài)氧的原料空氣在流量和壓力方面與產(chǎn)品物流的流量和壓力相當(dāng)。通常，原料空氣的流量大約是產(chǎn)品流量的1.2倍。原料空氣的壓力大于產(chǎn)品的壓力，以便相對(duì)于氣化的產(chǎn)品可使原料空氣冷卻和冷凝。通常，原料空氣的壓力為大約50-1000psia，優(yōu)選地從大約100-500psia。氣化的氧氣經(jīng)管線89，然后在主熱交換器1中被加熱，并經(jīng)管線76輸送給消費(fèi)者。
在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了多種純凈產(chǎn)品。該實(shí)施例示于圖6中，在該實(shí)施例中，既可生產(chǎn)出純凈的氧氣產(chǎn)品，又可生產(chǎn)出純凈的氮?dú)猱a(chǎn)品。氮?dú)猱a(chǎn)品流經(jīng)管線92離開(kāi)深冷分離單元。兩種純凈的產(chǎn)品流沿各自的通道流過(guò)主熱交換器1，氮?dú)鈴墓芫€93流出，氧氣從管線76流出。兩種流體在熱力學(xué)上與相應(yīng)流量的原料空氣相平衡。因而剩余的原料空氣與交流換熱器中的廢物流相平衡。這提供了應(yīng)用本發(fā)明方法的靈活性。在本發(fā)明的所有其它優(yōu)選實(shí)施例中，廢物流77僅在交流換熱器中加熱。
本發(fā)明的方法不限于優(yōu)選實(shí)施例所示的在一對(duì)交流換熱器中運(yùn)行，它同樣可采用三個(gè)一組的交流換熱器或其它任何數(shù)量的交流換熱器運(yùn)行，這可根據(jù)壓力降、溫度差、容器或填料價(jià)格以及閥門(mén)和管線的綜合經(jīng)濟(jì)來(lái)確定。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)深冷精餾分離空氣的方法，包括以下步驟(a)壓縮含有雜質(zhì)的原料空氣；(b)使壓縮后的原料空氣流過(guò)預(yù)凈化系統(tǒng)，在預(yù)凈化系統(tǒng)中，基本上除去空氣中所含的雜質(zhì)；(c)使凈化過(guò)的空氣通過(guò)冷卻過(guò)的交流換熱器，以冷卻凈化過(guò)的空氣；(d)將冷卻過(guò)的空氣引入深冷空氣分離裝置；(e)從空氣分離裝置中排出產(chǎn)品流。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在使凈化過(guò)的空氣通過(guò)冷卻過(guò)的交流換熱器之前，利用來(lái)自深冷空氣分離裝置的廢物流流過(guò)交流換熱器，以冷卻交流換熱器。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于還包括在熱交換器中冷卻部分來(lái)自預(yù)凈化系統(tǒng)的凈化過(guò)的空氣，并使由此得到的空氣流入深冷空氣分離裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于還包括在熱交換器對(duì)部分凈化過(guò)的空氣進(jìn)行冷卻的同時(shí)，在熱交換器中加熱產(chǎn)品流的步驟。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在冷卻過(guò)的空氣進(jìn)入深冷空氣分離裝置之前，利用渦輪機(jī)對(duì)一部分冷卻過(guò)的空氣進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于從交流換熱器的中點(diǎn)引出要被渦輪機(jī)冷卻的這部分空氣。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于從熱交換器的中點(diǎn)引出要被渦輪機(jī)冷卻的這部分空氣。
8.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于還包括從深冷分離裝置抽出第二種產(chǎn)品流，使第二種產(chǎn)品沿與所述產(chǎn)品流過(guò)熱交換器的通道相分開(kāi)的通道流過(guò)熱交換器。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過(guò)深冷精餾分離空氣的方法,包括壓縮原料空氣,使壓縮后的原料空氣流過(guò)預(yù)凈化器,在預(yù)凈化器中,基本上除去空氣中的雜質(zhì),此后在冷卻過(guò)的交流換熱器中冷卻凈化過(guò)的空氣,然后將它引入深冷空氣分離裝置,在深冷空氣分離裝置中將空氣分離成富氮組分和富氧組分。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1207491SQ9811662
公開(kāi)日1999年2月10日 申請(qǐng)日期1998年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月30日
發(fā)明者J·F·比林哈姆, D·P·波納奎斯特, J·R·德萊 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司