制氧系统和制氧方法技术方案

一种制氧系统，该制氧系统包括制氮装置和制氧装置。该制氧系统可以在减少对现有制氮方法的影响的同时有效地生产高纯度氧气和高纯度液态氧中的至少一种。

【技术实现步骤摘要】
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]本专利技术涉及一种制氧系统和一种制氧方法。更确切地说，本专利技术涉及利用从制氮方法排出的流体有效地生产氧气和液态氧的制氧系统和制氧方法。[
技术介绍
]低温空气分离设备广泛被认为是制氧装置。该低温空气分离设备通常被设计为使用多个蒸馏柱来顺序地增加分离效率以主要生产氮气、氧气、和氩气作为最终产品。对于氮气(如用于半导体方法的氮气)的需求显著比对于其他气体如氧气的需求更高。因此，使用大量的制氮装置以便满足在消耗量与生产量之间的平衡。该制氮装置主要使用空气作为原料，并且通过压缩-纯化方法生产氮气和液态氮。该制氮装置当生产氮气时排出具有高氧浓度的气体作为废气。在现有制氮装置的附近甚至在其中仅仅主要需要氮气的工厂或区域中可能需要氧气(或者生产氧气可能是必要的)。在此类情况下，可以使用利用从该制氮装置排出的废气的制氧装置生产氧气，或者可以使用利用室温分离方法或者低温分离方法(使用空气作为原料)生产氧气的制氧装置生产氧气。例如，专利文献1披露了一种通过利用现有制氮装置生产氧气的装置。如图4中示出的，该专利文献1中披露的装置被配置为从空气(原料)去除水和二氧化碳，将该空气引入至氮气精馏塔10内以通过冷却液化该空气，从该氮气精馏塔10中收集氮气(即产物)，使用从该氮气精馏塔10获得的富氧液化空气作为冷源用于氮气冷凝器14，使用该富氧液化空气作为热源用于氧气精馏塔20的再沸器24，并且使用该富氧液化空气作为氧气原料和回流液体用于该氧气精馏塔20。该专利文献1中披露的装置在保持氮气收集比的同时生产氧气。[专利技术概述][技术问题]当在现有制氮装置的附近生产氧气时，如果附加地安装制氧装置，则成本的增加发生。此外，由于从该制氮装置和该制氧装置排出作为副产物生产的氧气或氮气，所以废气的量和能量损失增加。因此，当在现有制氮装置的附近生产氧气时，如在专利文献1中披露的，可以提供制氧装置给制氮装置。在此情况下，然而，以下问题可能发生。确切地说，专利文献1中披露的方法通过膨胀阀将在该制氮装置下的空间中储存的富氧液化空气供应给第二精馏塔的精馏段的上部部分。使向上移动的气体与逆流液体相接触，使得从该向下移动的液体中释放低沸点组分(特别是氧气)。在该第二精馏塔下的空间中储存所产生的富氧气体(即，具有高氧浓度的气体)。排出储存在第二精馏塔下的空间中的富氧气体作为产物氧气。然而，包括在该原料空气中的高沸点组分(例如，甲烷)留在该产物氧气中。确切地说，专利文献1中披露的方法不能够生产高纯度氧气(即，具有约99.9999％纯度的氧气)。因此，当所希望的是在使用专利文献1中披露的方法的同时获得高纯度氧气时，必要的是通过利用高温贵金属催化反应将高沸点组分(例如，甲烷)转化为水和二氧化碳，并且使用加压装置(使用合成沸石或类似物作为吸附剂)来纯化氧气。因此，必要的是投资于设备，提供热源用于获得对于该催化反应所要求的温度，并且提供电力用于再生在其上吸附杂质的沸石或类似物。此外，当富氧液化空气仅仅被用作供应给该制氧装置的原料时，整体生产效率未必是令人满意的。确切地说，必要的是进一步考虑整体能量-排出气平衡等等以便使用组合的该制氮装置和该制氧装置有效地生产氮气和氧气。因此，本专利技术的若干方面的目的是提供可以在减少对现有制氮方法的影响的同时有效地生产高纯度氧气和高纯度液态氧中的至少一种的制氧系统和制氧方法。[问题的解决方案]设想本专利技术以便解决以上问题中的至少一些，并且本专利技术可以如以下描述的实施(参见以下方面或应用实例)。根据本专利技术的一个方面，一种制氧系统包括制氮装置和制氧装置，该制氧装置包括：将冷却的加压空气引入其中的容器(A)；以及精馏塔(C)，该精馏塔包括在其下部部分中提供的冷凝器-蒸发器(B)，该制氧系统包括：第一流动通道，该第一流动通道排出储存在该容器(A)的底部的液体；第二流动通道，该第二流动通道将通过该第一流动通道排出的液体的一部分引入至该精馏塔(C)的上部部分内；第三流动通道，该第三流动通道从该制氮装置排出富氧液化空气的至少一部分、并且将该富氧液化空气引入至该精馏塔(C)的中间阶段内；第四流动通道，该第四流动通道从该第一流动通道分出、并且将该液体的至少一部分引入至该制氮装置内作为冷源；以及第五流动通道，该第五流动通道从一个位置排出由于由该液化空气产生的冷凝热已经在该冷凝器-蒸发器(B)内汽化的氧气，在该位置处从该精馏塔(C)的底部的理论塔板数是在5至10的范围内。该制氧系统可以在减少对现有制氮方法的影响的同时有效地生产高纯度氧气和高纯度液态氧中的至少一种。当仅仅使用该制氮装置时，具有等于或高于约30％的氧浓度的富氧液化空气可能典型地是多余的。根据本专利技术的制氧系统利用该富氧液化空气作为被供应到该制氧装置的原料。确切地说，该制氧系统可以通过将此类原料供应给该制氧装置生产高纯度氧气和高纯度液态氧中的至少一种作为产物。根据本专利技术的制氧系统将液化空气(对于该制氧装置是多余的)供应给该制氮装置作为冷源。这使得可能在抑制该制氮装置的性能的减少并且减少能量和排出气浪费的同时有效地生产高纯度氧气和高纯度液态氧中的至少一种。根据本专利技术的制氧系统可进一步包括：液化该汽化的氧气的氧气液化器(D)；第六流动通道，该第六流动通道从该第一流动通道分出、并且将该液体的至少一部分引入至该氧气液化器(D)内作为冷源；氧气冷凝器(E)，该氧气冷凝器被提供在该氧气液化器(D)中、并且通过该第五流动通道接收该汽化的氧气；以及第七流动通道，该第七流动通道排出在该氧气冷凝器(E)内产生的液态氧。根据此配置，可能的是利用该低温液体的一部分(对于该制氧装置是多余的)作为冷源用于液化氧气。这使得可能减少液化氧气所需要的能量的量。例如，不必要供应通常用作制冷剂的液态氮或者类似物。根据本专利技术的制氧系统可进一步包括：第八流动通道，该第八流动通道从该精馏塔(C)的上部部分排出废气；以及第九流动通道，该第九流动通道从该氧气液化器(D)的上部部分排出已经被汽化的液体。根据此配置，由于可以通过该第八流动通道将废气从该精馏塔(C)排出，可能的是适当地保持该精馏塔(C)内部的压力。由于可以通过该第九流动通道将由于热交换已经在该氧气液化器(D)内被汽化的液体从该系统排出，可能的是适当地保持该氧气液化器(D)内部的压力。根据本专利技术的制氧系统可进一步包括：该第八流动通道和该第九流动通道合并入其中的第十流动通道；加热混合气体的热交换器(G)，该混合气体流过该第十流动通道并且包括该废气和该已经被汽化的液体；以及第一加压器件，通过该第十流动通道将该已经被加热的混合气体引入至该第一加压器件内。根据此配置，流过该第十流动通道的混合气体在该热交换器(G)内被加热，并且被引入至该第一加压器件内。因此，不必要提供对应于该废气和该已经被汽化的液体的每一种的第一加压器件。由于该第一加压器件可以使用被设计为在室温下使用的压缩机或者类似物而不是被设计为在低温下使用的压缩机或者类似物来实施，例如，可能的是减少设备成本。根据本专利技术的制氧系统可进一步包括：第十一流动通道，该第十一流动通道将已经被该第一加压器件加压的该混合气体引入至该热交换器(G)内；以及第十二流动通道，该第十二流动通道将该已经在该热交换器(G)内被冷却的混合气体引入至该容器(A)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制氧系统，包括制氮装置和制氧装置，该制氧装置包括：将冷却的加压空气引入其中的容器(A)；以及精馏塔(C)，该精馏塔包括在其下部部分中提供的冷凝器‑蒸发器(B)，该制氧系统包括：第一流动通道，该第一流动通道排出储存在该容器(A)的底部的液体；第二流动通道，该第二流动通道将通过该第一流动通道排出的液体的一部分引入至该精馏塔(C)的上部部分内；第三流动通道，该第三流动通道从该制氮装置排出富氧液化空气的至少一部分、并且将该富氧液化空气引入至该精馏塔(C)的中间阶段内；第四流动通道，该第四流动通道从该第一流动通道分出、并且将该液体的至少一部分引入至该制氮装置内作为冷源；以及第五流动通道，该第五流动通道从一个位置排出由于由该液化空气产生的冷凝热已经在该冷凝器‑蒸发器(B)内汽化的氧气，在该位置处从该精馏塔(C)的底部的理论塔板数是在5至10的范围内。

【技术特征摘要】
2015.10.20 JP 2015-2061221.一种制氧系统，包括制氮装置和制氧装置，该制氧装置包括：将冷却的加压空气引入其中的容器(A)；以及精馏塔(C)，该精馏塔包括在其下部部分中提供的冷凝器-蒸发器(B)，该制氧系统包括：第一流动通道，该第一流动通道排出储存在该容器(A)的底部的液体；第二流动通道，该第二流动通道将通过该第一流动通道排出的液体的一部分引入至该精馏塔(C)的上部部分内；第三流动通道，该第三流动通道从该制氮装置排出富氧液化空气的至少一部分、并且将该富氧液化空气引入至该精馏塔(C)的中间阶段内；第四流动通道，该第四流动通道从该第一流动通道分出、并且将该液体的至少一部分引入至该制氮装置内作为冷源；以及第五流动通道，该第五流动通道从一个位置排出由于由该液化空气产生的冷凝热已经在该冷凝器-蒸发器(B)内汽化的氧气，在该位置处从该精馏塔(C)的底部的理论塔板数是在5至10的范围内。2.如权利要求1所述的制氧系统，进一步包括：液化该汽化的氧气的氧气液化器(D)；第六流动通道，该第六流动通道从该第一流动通道分出、并且将该液体的至少一部分引入至该氧气液化器(D)内作为冷源；氧气冷凝器(E)，该氧气冷凝器被提供在该氧气液化器(D)中、并且通过该第五流动通道接收该汽化的氧气；以及第七流动通道，该第七流动通道排出在该氧气冷凝器(E)内产生的液态氧。3.如权利要求2所述的制氧系统，进一步包括：第八流动通道，该第八流动通道从该精馏塔(C)的上部部分排出废气；以及第九流动通道，该第九流动通道从该氧气液化器(D)的上部部分排出该已经被汽化的液体。4.如权利要求3所述的制氧系统，进一步包括：该第八流动通道和该第九流动通道合并入其中的第十流动通道；加热混合气体的热交换器(G)，该混合气体流过该第十流动通道并且包括该废气和该已经被汽化的液体；以及第一加压器件，通过该第十流动通道将该已经被加热的混合气体引入至该第一加压器件内。5.如权利要求4所述的制氧系统，进一步包括：第十一流动通道，该第十一流动通道将已经被该第一加压器件加压的该混合气体引入至该热交换器(G)内；以及第十二流动通道，该第十二流动通道将该已经在该热交换器(G)内被冷却的混合气体引入至该容器(A)内。6.如权利要求4或5所述的制氧系统，进一步包括：第二加压器件，通过该第七流动通道将该液态氧引入至该第二加压器件内；第十三流动通道，该第十三流动通道将已经被该第二加压器件加压的该液态...

【专利技术属性】
技术研发人员：广濑献儿，梶川豪，守屋享祐，永田大祐，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：法国;FR