制氧裝置的製作方法

2023-06-07 17:06:01

專利名稱：制氧裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種能得到高壓氧氣的製造裝置。
在以前，通過利用氮氣和氧氣的沸點差，用空分裝置將兩者離開而得到氧氣。這種典型的空分裝置如圖3所示，從原料空氣吸入管1吸入原料空氣，由空氣壓縮機2對其壓縮，經過管道3後由第一和第二熱交換器4、5冷卻，然後經過管道7，在冷卻到接近液化點狀態下進入精餾塔8的下部塔8′內。另外，經過上述第一熱交換器4的一部分壓縮空氣通過分流管3a送到膨脹透平11中，在該膨脹透平11內作絕熱膨脹，產生必要的冷量，然後以該狀態導入上部塔8″中。在上述下部塔8′內對空氣進行精餾，富氧液態空氣滯留在下部塔8′的底部，氣態氮向上方移動，從下部塔8′的頂部通過管道10流出。導出的氮氣在第一和第二熱交換器5、4中進行熱交換，成為接近常溫的氮氣製品，由管道19導出。從下部塔8頂部流出的氮氣的另一部分經過管道17導入上部塔8″的凝冷器16內，在該處被液化成為液體氮，其中一部分由管道13送到上部塔8″的頂部，其餘部分由管道18流到下部塔8′內成為回流液。來自下部塔8′底部的富氧液態空氣經過帶膨脹閥12′的管道12導入上部塔8″中。在上部塔中對液態空氣精餾，液體氧氣9滯留在底部，富氮排氣從塔頂經過管道14導出。該導出的排氣經過第二和第一熱交換器5、4後放入大氣中。液體氧氣從上部塔8′的底部經過管道10導出，然後經過第二和第一熱交換器5、4氣化成為氧氣，然後由空氣壓縮機15壓縮，成為高壓狀態的氧氣製品以供需要。
在這種空分裝置中，要得到加壓的成品氣時就必須用壓縮機對氣態的氣體加壓。然而，為了對上述氣態氣體進行加壓，就必須消耗能量，使費用增加。
本發明的目的在於克服上述缺點，提供一種能夠以低費用高效率製造加壓狀態氧氣的制氧裝置為了完成上述發明目的，在本發明中包括壓縮原料空氣的空氣壓縮裝置，將上述壓縮空氣冷卻到超低溫的熱交換裝置、氣液化分離上述冷卻到超低溫的壓縮空氣並將氮保持氣態的精餾塔、將上述精餾塔內的液態氧作為製冷劑導入上述熱交換裝置內通過熱交換使之氣化而成為氣態氧的液氧取出通路、從上述液態氧取出通路的前端處延伸經過上述熱交換裝置使上述氣體氧升溫而形成成品的成品氧氣取出通路，在上述液體氧取出通路上設置對流過該取出通路的液體氧加壓的加壓裝置、及在上述成品氧氣的取出通路的上述熱交換裝置上遊側一部分上設計的利用在該通路通過的氣體氧氣產生冷量的膨脹器。
也就是說，本發明的制氧裝置取出存留在精餾塔上部的液態氧，在液態下進行加壓，然後送到熱交換器，此後導入膨脹透平進行絕熱膨脹產生冷量，並將所產生的冷量送到熱交交換器中，作為整個裝置的冷源。因此，在本發明中，由於對氧在液態下進行加壓，就比對氧在氣態下加壓要省很多能量，(如一摩爾氧在氣態下為22.4升，而液體不超過16克)。另外，在本發明中，如上所述，由於對液態氧進行加壓，其經過熱交換器時被氣化，用該氧氣作為膨脹透平等冷熱用膨脹器的動力源，因此進入膨脹透平前的氧氣的壓力加大，能夠使絕熱膨脹效率大大提高。結果，能夠使由膨脹透平等的膨脹器產生冷量的費用大大下降，也使成品氧氣的費用大大下降。
以上所述，本發明的制氧裝置，取出存留在精餾塔的上部的液態氧，對該液態氧進行加壓，製成加壓狀態下的成品氧氣。由以上說明，由於氧是在液態下進行加壓，因此比氣態下對氧氣進行加壓所用費用大大下降。而且，在本發明中，上述氧是在液態下進行加壓，然後經過熱交換器進行氣化，可以作為膨脹透平等冷熱用膨脹器的動力源。因此，進入膨脹透平前的氧氣的壓力加大，能夠使絕熱膨脹效率大大提高，使成品氧氣等的製造費用大大降低。而且，本發明的裝置可有效地應用在鋼鐵製造、化工工業、火力發電等廣闊領域中。


圖1是本發明第一實施例的結構圖。
圖2是本發明另一實施例的結構圖。
圖3是已有技術的結構圖。
下面結合附圖對本發明的實施例進行說明。
圖1表示本發明第一實施例的結構圖。圖中，51是壓縮原料空氣的空氣壓縮機，52是排水分離器，53是預冷卻器，54是二個一組的吸收塔。在吸收塔54內填充分子篩，用以除去由空氣壓縮機51壓縮的空氣中的水、二氧化碳、一氧化碳等不純氣體。55是輸送去掉不純部分後的壓縮空氣的壓縮空氣供給管，55a是從壓縮空氣供給管上分出來的旁路管。56是第一熱交換器，由吸收塔54除去了不純組分後的壓縮空氣被送到其中。57是第二熱交換器，將經過第一熱交換器56壓縮空氣送到其中。經過第一和第二熱交換器56、57的壓縮空氣以氣態送入下部塔60中。51a、51b是設在旁路管55a上的空氣壓縮機，用上遊側的空氣壓縮機51a對通過壓縮空氣供給管55的壓縮空氣的一部分進行壓縮，由下遊側的空氣壓縮機51b對由空氣壓縮機51a壓縮的壓縮空氣進行進一步的壓縮。上遊側的空氣壓縮機51a由膨脹透平75的動力驅動。55b是第三熱交換器，將由空氣壓縮機51a、51b壓縮後又第第一熱交換器56冷卻過的壓縮空氣送入其中。經過空氣壓縮機51a、51b、第一熱交換器和第三熱交換器56、55b的壓縮空氣成為液態進入下部塔6O。58是具有上部塔59和下部塔60上的精餾塔。下部塔60對由第一和第二熱交換器56、57冷卻到超低溫的並由壓縮空氣供給管55輸送的壓縮空氣進一步冷卻，使其中一部分液化，成為液態空氣61存留在底部，氣態的氮存留在上部。另外，經旁路管55a送入的液態壓縮空氣存留在下部塔60的底部。在上部塔59的底部內設了一個凝縮器62，存留在下部塔60上部的氮氣的一部分通過回液管63送凝縮器62內。由於上部塔59內的壓力低於下部塔內壓力，下部塔60的底部存留的液態空氣(氮氣50-70％，氧氣30-50％)61被送到帶膨脹閥65的管66中，並在過冷器71中進行過冷，由膨脹閥65減壓後供給到上部塔59中，將上部塔內的溫度冷卻到液體氮的沸點以下。通過冷卻，將送入到冷凝器62中氮液化。液化的氮通過第二回液管64作為回流液導入下部塔60的上部，這樣經液態氮貯槽67在下部塔內向下流，與從下部塔底部上升的壓縮空氣對流接觸，使其中的一部分被冷卻而液化。在該過程中，壓縮空氣中的高沸點成分氧氣被液化存留在下部塔60的底部，低費點成分的氮氣存留在下部塔的上部。64a是氣液分離器。68是將存留在下部塔60的頂部的氮氣作為成品氮氣取出的取出管，超低溫的氮氣導入第三和第一熱交換器55、56中與送入其中的壓縮空氣進行熱交換而成為常溫，作為成品氧氣送出。另一方面，從下部塔60的底部經過管66送入上部塔59中的液態空氣，在上部塔內受到精餾作用，因此其中的高沸點成分氧被液化成為液態氧存留在上部塔59的底部。80是在該制氧裝置起動時向上部塔59內供給液態氧的管路。該管路80從圖中未示出的液態氧貯存庫中延伸出來。在該庫中貯存著其它裝置生產的並由油罐車運輸來的液態氧以在該裝置生產液態氧時使用。81是液氧供給控制閥，根據液面計82的液面，當運轉中如果冷卻平衡量出現冷卻量不足時，打開閥門將極冷的液態氧供給到精餾塔中保護其平衡，含氧的低沸點成分氣體從上部塔59的頂部通過管70作為排氣導出，作為過冷器71的冷源作用後，經過第二和第一熱交換器57、56後向大氣排放。存留在上部塔59底部的液氧71通過液氧導出管72導出，通過液態氧加壓泵73加壓後，在加壓狀態下導入第三熱交換器55b中氣化，成為成品氧氣。這些氣體導入氧氣取出管74中。在氧氣導出管74上設有膨脹透平75，成品氧氣作為膨脹透平75的動力源產生冷量，然後以該狀態進入第二和第一熱交換器57、56，在此與原料空氣進行熱交換放出冷量，其自身成為常溫，從成品氧氣取出管74的前端作為成品氣取出。特別是，由於成品氧氣作為動力源，因此上述膨脹透平75要由與氧氣不發生反應的材料構成，如銅合金(黃銅等)、鎳合金(Ni-Cr-Fe)、不鏽鋼(SUS316L)、鋁合金(Al-Zn)，以防止爆炸等的事故發生。另外，由於使用上述氧氣加壓泵73，防止了已有技術中的問題(氧氣壓縮機15作一次點火時，由於氧氣的激發反應等引起的安全問題，要特別注意地採取安全措施)，使安全性大幅度提高。
該裝置製造下面的成品氧氣。也就是說，用空氣壓縮機51壓縮原料空氣，通過除水分離器52、前冷卻器53，吸收塔54除去該壓縮空氣中不純組分，經過第一和第二熱交換熱56、57，冷卻到超低溫的氣態被送入精餾塔58的下部塔60中。同時，經過上述吸收塔54的壓縮空氣的一部分導入旁路管55a，經過空氣壓縮機51a、51b、第一和第三熱交換器56、55b，成為超低溫的液體狀態，被送入下部塔60內。在下部塔60中，上述送入的壓縮空氣與從液態氮67貯槽溢流的液態氮接觸，使空氣冷卻，一部分液化，作為液態空氣存留在下部塔60的底部。在該過程中，由於氮和氧沸點的差，壓縮空氣中的高沸點成分的氧先被液化，而氮氣仍存在於氣體中。殘存氮氣的氣體從氮氣取出管68取出，經過第三和第一熱交換器55b、56進行熱交換，使其升溫至常溫作為成品氮氣送出。另一方面，存留在下部塔60的頂部的一部分氮氣，經過第一回流管63導入設在上部塔59中的凝縮器62中，存留在上部塔59的底部的液態氧作用下而被冷卻液化，經過第二回液用管64作為回流液67導到下部塔60。貯存在下部塔60底部的液態空氣經過管66、經冷卻器71a、膨脹閥65以絕熱膨脹狀態送入上述上部塔59中並進行精餾。因此，高沸點成分的氧液化而存留底部，含氮的低沸點成分氣體作為排氣在上部塔59的頂部經過管70被送出。被送出的氣體，經過冷卻器71a、第二和第一熱交換器57、56，升溫至接近常溫的狀態排放到大氣中。存留在上部塔59底部的液態氧71，經過管72在液態下由泵73對液態氧進行加壓，在該狀態下導入第三熱交換器55b，在其中經過熱交換成為氣體，作為成品氧氣導入取出管74中。因此，在設在該成品取出管74上的膨脹透平75的作用下被導入的氧氣產生絕熱膨脹裝置整體所必要的冷量，又經過在第三和第一熱交換器中與原料空氣進行熱交換，其自身成為常溫下的氧氣，從成品氧氣取出管74的前端取出。
圖2表示本發明的一個實施例的裝置、在該裝置中的液態氧的加壓泵容納在密封殼73c內，將液態氧導入該殼73c內由加壓泵72導出。因此，設置了返回管23b，該管將在上述殼73c的上部所生成的氣體氧返回到上部塔59中。此外，其餘部分與圖1的裝置相同。由以上構成，防止了液態氧加壓泵吸入氧氣氣泡而產生空轉的現象。23a是驅動液態氧加壓泵73的驅動馬達。
權利要求
1.一種制氧裝置，其中有壓縮原料空氣的空氣壓縮裝置，將上述壓縮空氣冷卻到超低溫的熱交換裝置，將冷卻到超低溫的壓縮空氣液化分離保持氣態氧的精餾塔，將上述精餾塔內的液態氧作為製冷劑導入上述熱交換器，通過熱交換而氣化成為氣體氧氣的液態氧取出迴路，從上述液態氧取出迴路前端延伸的經過上述熱交換裝置使上述氣體氧化升溫至成品的成品氧氣取出迴路，其特徵在於在上述液態氧取出路上設有對通過該迴路的液態氧進行加壓的加壓裝置，在上述成品氧取出迴路的上述熱交換裝置的上遊側設有利用通過該迴路的氣態氧產生冷量的膨脹器。
2.如權利要求1所述氧氣製造裝置，其特徵在於產生冷量的膨脹器是由與氧氣反應小的材料製成的膨脹透平。
全文摘要
制氧裝置包括液化分離經熱交換器冷卻至低溫的壓縮空氣的精餾塔，將精餾塔內的液態氧作為製冷劑導入熱交換器，通過熱交換而氣化成為氣體氧氣的液態氧取出迴路，從液態氧取出迴路前端延伸的經熱交換裝置使氣體氧升溫至成品的成品氧氣取出迴路。還設有在液態氧取出迴路對液態氧加壓的加壓裝置，在成品氧氣取出迴路上的熱交換裝置的上遊側設有膨脹透平。由精餾塔取出的液態氧在液態下加壓後導入膨脹透平內產生冷量，將冷量送到熱交換器中作為裝置的冷源。
文檔編號F25J3/04GK1137020SQ9510852
公開日1996年12月4日 申請日期1995年6月1日 優先權日1995年6月1日
發明者吉野明 申請人:大同北產株式會社