如何出產(chǎn)氮氣?液氮低溫精餾辦法簡(jiǎn)介

出產(chǎn)氮氣及液氮的低溫精餾辦法，一般觸及進(jìn)料空氣的低溫精餾，更具體地說(shuō)，觸及進(jìn)料空氣低溫精餾出產(chǎn)氮的辦法。一種低溫精餾的方法，其中氮氣和液氮二者均可采用一個(gè)或多個(gè)塔通過(guò)空氣有效加以生產(chǎn)，其中驅動(dòng)低溫分離的致冷作用是通過(guò)一種多組分致冷劑流體的致冷回路，優(yōu)選為閉合回路來(lái)提供的。(此文轉載于網(wǎng)絡(luò )，內容僅供參考)

進(jìn)料空氣的低溫精餾出產(chǎn)氮氣，一般使用一種或多種工藝物流如部分進(jìn)料空氣的氣輪脹大，提供驅動(dòng)別離所需的致冷。這種氣輪脹大體系有效，但耗能很大。液氮罐廠(chǎng)家小編了解到一般出產(chǎn)氮氣時(shí)還期望出產(chǎn)液氮。這樣的體系就迫使整個(gè)低溫空氣別離工廠(chǎng)擔負很高的致冷負荷，由于相當很多的致冷要隨液氮帶出工廠(chǎng)。

因此本發(fā)明意圖在于提供一種低溫空氣別離出產(chǎn)氮氣和液氮這兩種產(chǎn)品的辦法，能夠做到消耗能量比已知辦法所需用的更少。

本范疇技能人員在閱讀本披露之后將會(huì )理解，以上和其它意圖經(jīng)過(guò)本發(fā)明均可到達，其一方面為一種經(jīng)過(guò)進(jìn)料空氣低溫精餾出產(chǎn)氮氣及液氮的辦法包含

(A)、緊縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被緊縮的多組分致冷劑流體，脹大該已被冷卻及緊縮的多組分致冷劑流體，并經(jīng)過(guò)與所述進(jìn)行冷卻的已被緊縮的多組分致冷劑流體的直接熱交換，來(lái)加熱該脹大了的多組分致冷劑流體，并又與進(jìn)料空氣的直接熱交換，來(lái)發(fā)生冷卻后的進(jìn)料空氣;

(B)、將冷卻后的進(jìn)料空氣輸送至低溫精餾塔中，經(jīng)過(guò)在低溫精餾塔內的低溫精餾，將進(jìn)料空氣別離為富氮蒸氣和富氧液體;

(C)、收回該富氮蒸氣的榜*部分作為產(chǎn)品氮氣;

(D)、冷凝第二部分的富氮蒸氣，出產(chǎn)富氮液體;以及(E)、收回至少一部分富氮液體作為產(chǎn)品液氮。

本發(fā)明的另一方面是一種經(jīng)過(guò)進(jìn)料空氣的低溫精餾出產(chǎn)氮氣及液氮的辦法包含

(A)、緊縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被緊縮的多組分致冷劑流體，脹大該已被冷卻及緊縮的多組分致冷劑流體，并經(jīng)過(guò)與所述進(jìn)行冷卻已被緊縮的多組分致冷劑流體的直接熱交換，來(lái)加熱該脹大了的多組分致冷劑流體，并又與進(jìn)料空氣的直接熱交換，來(lái)發(fā)生冷卻后的進(jìn)料空氣;

(B)、將冷卻后的進(jìn)料空氣輸送至榜*低溫精餾塔中，并經(jīng)過(guò)在榜*低溫精餾塔內的低溫精餾，將進(jìn)料空氣別離為富氮蒸氣和富氧流體;

(C)、將富氧流體送至第二低溫精餾塔中，在第二低溫精餾塔內經(jīng)過(guò)低溫精餾將富氧流體別離為較富氮的流體和較富氧的流體;

(D)、收回至少一部分較富氮流體作為產(chǎn)品液氮;并(E)、收回至少富氮蒸氣和較富氮的流體中的至少一種作為產(chǎn)品氮氣。

這兒所用術(shù)語(yǔ)“塔”指的是一種蒸餾或分餾塔，或蒸餾或分餾區，即一種觸摸塔或觸摸區，其中液相及蒸氣相進(jìn)行逆流觸摸，實(shí)現流體混合物的別離，例如可經(jīng)過(guò)裝在塔內一系列筆直間隔的塔盤(pán)或塔板上及/或諸如結構式或亂堆式的填料單元上來(lái)進(jìn)行蒸氣相與液相間的觸摸。對蒸餾塔進(jìn)一步的評論，可參考R.H.佩里及C.H.希爾頓合編的“化學(xué)工程師手冊”，第五版，第13節“接連蒸餾辦法”(邁克格偌-席爾圖書(shū)公司(McGraw-HillBookCompany)，紐約)。

蒸氣液相觸摸的別離進(jìn)程取決于組分間的蒸氣壓差。高蒸氣壓(或高蒸發(fā)性或低沸點(diǎn))的組分傾向于在蒸氣相中濃縮，而低蒸氣壓(或低蒸發(fā)性或高沸點(diǎn))的組分傾向于在液相中濃縮。蒸餾是一種可使用液體混合物的加熱在蒸氣相中濃縮較易蒸發(fā)組分，在液相中濃縮較難蒸發(fā)組分的別離進(jìn)程。部分冷凝是使用蒸氣混合物的冷卻在蒸氣相中濃縮易蒸發(fā)組分及在液相中濃縮難蒸發(fā)組分的辦法的別離進(jìn)程。

精餾，或接連蒸餾，是將接連部分汽化及冷凝結合一同的別離進(jìn)程，如經(jīng)過(guò)對蒸氣相液相逆流處理所到達的那樣。蒸氣相與液相間的逆流觸摸可所以*熱的，或非*熱的，并可包含相間積分(分段)或微分(接連)的觸摸。使用精餾原理別離混合物的別離工藝設備一般可互相通稱(chēng)為精餾塔、蒸餾塔、或分餾塔。低溫精餾是一種至少部分溫度處于或低于150°K(*對)下進(jìn)行的精餾進(jìn)程。

這兒所用術(shù)語(yǔ)“直接熱交換”指的是，使兩流體無(wú)*實(shí)體觸摸或互相互不混合情況下所進(jìn)行的熱交換。

隨收回相應液體氮量的增加，這個(gè)問(wèn)題加重。而出產(chǎn)氮氣和液氮二者的體系，能做到消耗能量比當今技能所需的更少，是*有期望的。

這里所用術(shù)語(yǔ)“膨脹”指實(shí)行壓力降低。

這里所用術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)品氮氣”指氮濃度至少99%(摩爾)的氣體。

這里所用術(shù)語(yǔ)“產(chǎn)品液氮”指氮濃度至少99%(摩爾)的液體。

這里所用術(shù)語(yǔ)“進(jìn)料空氣”指包括主要為氧及氮的一種混合物，諸如環(huán)境空氣。

這里所用術(shù)語(yǔ)“上部”和“下部”分別指一個(gè)塔的中點(diǎn)以上和以下的塔段。

這里所用術(shù)語(yǔ)“可變負荷致冷劑”指的是一種多組分流體，即兩種或多種組分其比例使這些組分的液相可在該混合物的泡點(diǎn)及露點(diǎn)間進(jìn)行連續升溫變化的混合物?；旌衔锏呐蔹c(diǎn)是，在給定壓力下全部處于液相的混合物只要加熱就招致形成與液相平衡的蒸氣相的溫度?；旌衔锏穆饵c(diǎn)溫度指的是，在給定壓力下全部處于蒸氣相的混合物只要撤熱就招致形成與蒸氣相平衡的液相的溫度。因此，在混合物泡點(diǎn)與露點(diǎn)間的溫度區就是汽液兩相平衡共存區。在實(shí)施本發(fā)明中，對于該多組分致冷劑流體的泡點(diǎn)與露點(diǎn)間的溫差至少10°K，優(yōu)選至少20°K，更優(yōu)選至少50°K。

這里所用術(shù)語(yǔ)“碳氟化合物”指的是下述物質(zhì)的一種四氟代甲烷(CF4)、全氟乙烷(C2F6)、全氟丙烷(C3F8)、全氟丁烷(C4F10)、全氟戊烷(C5F12)、全氟乙烯(C2F4)、全氟丙烯(C3F6)、全氟丁烯(C4F8)、全氟戊烯(C5F10)、己氟環(huán)丙烷(cyclo-C3F6)和辛氟環(huán)丁烷(cyclo-C4F8)。

這里所用術(shù)語(yǔ)“氟代烴”指的是下述物質(zhì)的一種三氟甲烷(CHF3)、五氟乙烷(C2HF5)、四氟乙烷(C2H2F4)、庚氟丙烷(C3HF7)、己氟丙烷(C3H2F6)、戊氟丙烷(C3H3F5)、四氟丙烷(C3H4F4)、壬氟丁烷(C4HF9)、辛氟丁烷(C4H2F8)、十一氟戊烷(C5HF11)、氟代甲烷(CH3F)、二氟甲烷(CH2F2)、氟代乙烷(C2H5F)、二氟乙烷(C2H4F2)、三氟乙烷(C2H3F3)、二氟乙烯(C2H2F2)、三氟乙烯(C2HF3)、氟乙烯(C2H3F)、戊氟丙烯(C3HF5)、四氟丙烯(C3H2F4)、三氟丙烯(C3H3F3)、二氟丙烯(C3H4F2)、庚氟丁烯(C4HF7)、己氟丁烯(C4H2F6)和壬氟戊烯(C5HF9)。

這里所用術(shù)語(yǔ)“氟醚”指的是下述物質(zhì)的一種三氟甲氧-全氟甲烷(CF3-O-CF3)、二氟甲氧-全氟甲烷(CHF2-O-CF3)、一氟甲氧-全氟甲烷(CH2F-O-CF3)、二氟甲氧-二氟甲烷(CHF2-O-CHF2)、二氟甲氧-全氟乙烷(CHF2-O-C2F5)、二氟甲氧-1，2，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、二氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CHF2-O-C2HF4)、全氟乙氧-氟代甲烷(C2F5-O-CH2F)、全氟甲氧-1，1，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、全氟甲氧-1，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、環(huán)-1，1，2，2-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、環(huán)-1，1，3，3-四氟丙醚(cyclo-C3H2F4-O-)、全氟甲氧-1，1，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、環(huán)-1，1，2，3，3-戊氟丙醚(cyclo-C3H2F5-O-)、全氟甲氧-全氟丙酮(CF3-O-CF2-O-CF3)、全氟甲氧-全氟乙烷(CF3-O-C2F5)、全氟甲氧-1，2，2，2-四氟乙烷(CF3-O-C2HF4)、全氟甲氧-2，2，2-三氟乙烷(CF3-O-C2H2F3)、環(huán)-全氟甲氧-全氟丙酮(cyclo-CF2-O-CF2-O-CF3-)和環(huán)-全氟丙醚(cyclo-C3F6-O)。

這里所用術(shù)語(yǔ)“大氣氣體”指的是下述物質(zhì)氮(N2)、氬(Ar)、氪(Kr)、氙(Xe)、氖(Ne)、二氧化碳(CO2)、氧(O2)、一氧化碳、氫和氦(He)。

這里所用術(shù)語(yǔ)“無(wú)毒”指的是按照合格暴露極限處理時(shí)不造成嚴重或長(cháng)期危害的中毒。

這里所用術(shù)語(yǔ)“難燃”指的是無(wú)閃點(diǎn)或閃點(diǎn)*高，至少600°K。

這里所用術(shù)語(yǔ)“低臭氧消耗”指的是消耗臭氧的能力在0.15以下，如蒙特利爾普若托公約所規定，其中二氯氟甲烷(CCl2F2)的消耗臭氧能力為1.0。

這里所用術(shù)語(yǔ)“非臭氧消耗”指的是不含氯、溴或碘原子的組分。

這里所用術(shù)語(yǔ)“正常沸點(diǎn)”指的是在1個(gè)標準大氣壓下，即14.696磅/平方英寸(*對)下，的沸騰溫度。

進(jìn)料空氣經(jīng)返回產(chǎn)品流及廢物流和由多組分致冷劑流體產(chǎn)生的致冷作用而被冷卻。多組分致冷劑流體以206物流經(jīng)循環(huán)壓縮機220通路壓縮至一般60-600psia為的壓力范圍，構成壓縮后的多組分致冷劑流體201。該壓縮后的多組分致冷劑流體經(jīng)后冷器221通路冷卻，撤出壓縮熱，并可能被部分冷凝。然后該壓縮后的多組分致冷劑流體以202物流被輸送穿過(guò)主熱交換器1，進(jìn)一步加以冷卻，并至少部分被冷凝，和可能被全部冷凝。接著(zhù)該冷卻及壓縮后的多組分致冷劑流體203通過(guò)伐204膨脹或節流。節流優(yōu)選部分汽化該多組分致冷劑流體，冷卻流體并產(chǎn)生致冷作用。對于某些受限制的情況，取決于熱交換的條件，該壓縮后流體203在膨脹之前可以是過(guò)冷液體，并可在初期膨脹后保持液態(tài)。而后，經(jīng)熱交換器中的加熱，該流體會(huì )出現兩相。流體穿過(guò)伐的壓力膨脹借助焦耳湯姆孫效應而產(chǎn)生致冷作用，即由于在等焓條件下壓力膨脹而降低流體的溫度。但是，在某些情況下，由于膨脹功而可能使溫度降低。

再將載冷的多組分兩相流205通過(guò)主熱交換器1，使之加熱和*汽化，從而通過(guò)間接熱交換而對冷流202起作用，并也可將致冷作用傳遞給熱交換器內的幾種工藝物流，包括進(jìn)料空氣流63，由此通過(guò)將多組分致冷劑流體致冷回路產(chǎn)生的致冷作用傳送至低溫精餾工廠(chǎng)中，維持分離過(guò)程。然后所得加熱后的多組分致冷劑流體以蒸氣流206被循環(huán)至壓縮機220，再開(kāi)始新的循環(huán)。在多組分致冷劑流體的致冷循環(huán)中，在高壓混合物進(jìn)行冷凝時(shí)，低壓混合物也與其相反在沸騰，即冷凝熱沸騰了低壓液體。在每一溫度水平下，汽化與冷凝間的凈差產(chǎn)生致冷作用。對于給定的致冷組分的組合、混合物的組成、流率及壓力水平?jīng)Q定每一溫度水平上可提供的致冷作用。其中載冷的多組分流體對進(jìn)料空氣起冷卻作用并不干擾熱傳遞流體的優(yōu)選實(shí)施方案。但要明白，多組分致冷劑流體可以冷卻可接著(zhù)用于冷卻進(jìn)料空氣流的另*體。

冷卻后的進(jìn)料空氣分流為主要部分108，此部分被輸送穿過(guò)低溫精餾塔10，和次要部分，此部分經(jīng)熱交換器3通路至少被部分冷凝后以物流110進(jìn)入塔10。

低溫精餾塔10操作于一般30-200psia的壓力范圍。在低溫精餾塔10內，進(jìn)料空氣經(jīng)低溫精餾被分離為富氮蒸氣和富氧液體。富氮蒸氣以物流69從精餾塔10上部引出，富氮蒸氣的*部分91經(jīng)熱交換器3加熱，所得物流93經(jīng)主熱交換器1加熱形成產(chǎn)物流94，以回收作為產(chǎn)品氮氣。圖1說(shuō)明該優(yōu)選實(shí)施方案，其中物流94的氮氣經(jīng)壓縮機33壓縮，所得壓縮氮氣流106經(jīng)后冷器34通路冷卻移出壓縮熱，并作為升壓的產(chǎn)品氮氣以物流107加以回收，其壓力一般在50-300psia范圍。本發(fā)明的產(chǎn)品氮氣純度高達99.9%摩爾氮或更高。

富氮蒸氣的第二部分70被輸送通過(guò)*部冷凝器2，經(jīng)冷凝形成富氮液體，以物流71從*部冷凝器2引出。至少部分富氮液體以物流98作為產(chǎn)品液氮加以回收。也可將富氮液體物流72輸送進(jìn)入塔10作為回流。本發(fā)明產(chǎn)品液氮純度可高達99.9%摩爾氮或更高。

將富氧液體從精餾塔10下部以物流65引出，并送經(jīng)熱交換器3通路加以過(guò)冷。所得過(guò)冷富氧液體66再經(jīng)閥67節流膨脹，然后以物流68輸送進(jìn)入*部冷凝器2，通過(guò)與富氮蒸氣的間接熱交換進(jìn)行汽化，以實(shí)現前述富氮蒸氣冷凝為富氮液體。將所得富氧蒸氣從*部冷凝器2以物流102引出，經(jīng)熱交換器3的通路加熱，將所得物流104進(jìn)一步經(jīng)主熱交換器1通路加熱，接著(zhù)作為廢物流105排出系統。雖然圖1未加說(shuō)明，但形成廢物流的一部分富氧蒸氣可用于再生凈化器32。

本發(fā)明另一實(shí)施方案，其中將多組分致冷劑流體的致冷回路與該塔進(jìn)行了組合。雖然操作該致冷回路一般需較多動(dòng)力，但這種裝置可改善氮的回收。圖2中數字與圖1中表示一般設備的數字相同，對這些一般設備將不再作詳細描述。

將冷卻后的進(jìn)料空氣流64直接送至塔10內。冷卻后的多組分致冷劑流體203在膨脹前進(jìn)一步被冷卻。在圖2說(shuō)明的實(shí)施方案中，這種進(jìn)一步冷卻是通過(guò)與塔10底液，即富氧液體，在塔底再沸器7中的間接熱交換進(jìn)行的。該進(jìn)一步冷卻對物流203起進(jìn)一步冷凝和一般*冷凝的作用。接著(zhù)將液化后的多組分致冷劑流體以物流217從底部再沸器7送至伐220，使之膨脹或節流，產(chǎn)生致冷作用，然后以物流221送至*部冷凝器2進(jìn)行汽化。將所得的多組分致冷劑流體由*部冷凝器2以物流218輸送穿過(guò)熱交換器3進(jìn)行加熱，將所得物流219輸送至主熱交換器1，進(jìn)一步加熱，實(shí)現對物流202及63的冷卻，如前所述。

本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施方案。圖3中用于表示一般設備的數字與圖1中的那些相同，對這些一般設備也不再作詳細描述。在圖3所述的實(shí)施方案中，對主熱交換器用1a及1b標記的兩部分來(lái)說(shuō)明。

將富氧液體68輸送穿過(guò)*部冷凝器2，進(jìn)行部分汽化，然后作為兩相流333送至相分離器313，分離為蒸氣部分和液體部分。蒸氣部分以物流336從該相分離器313引出，經(jīng)壓縮機360通路壓縮，再以物流337送入塔10的下部。其余富氧液體的液流部分以物流339從相分離器313引出，經(jīng)伐340節流，并以物流341通過(guò)*部冷凝器2，經(jīng)與第二部分富氮蒸氣的間接熱交換進(jìn)行汽化。將所得汽化后的富氧流體以物流302從*部冷凝器2送經(jīng)熱交換器3和主熱交換器1b形成物流329，再經(jīng)氣輪膨脹器380進(jìn)行氣輪膨脹，產(chǎn)生致冷作用。將所得載冷的物流304通過(guò)主熱交換器1a、1b通路加熱，然后以物流305排出系統。

本發(fā)明采用兩塔的另一優(yōu)選實(shí)施方案，其中產(chǎn)品氮氣可以在兩個(gè)不同壓力下加以回收。圖4中用于表示一般設備的數字與圖1中的那些相同，對這些一般設備也不再作詳細描述。

將冷卻后的進(jìn)料空氣流64直接送至*低溫精餾塔110內，操作于一般100-200psia的壓力范圍內。如果需要，將富氮蒸氣的部分85輸送穿過(guò)主熱交換器1，以物流86回收產(chǎn)品氮氣。將整個(gè)富氮液體以物流71輸送至塔110作為回流。在圖3說(shuō)明的實(shí)施方案中，輸進(jìn)*部冷凝器2的部分富氧液體是未被汽化的。

將來(lái)自*部冷凝器2的富氧蒸氣以物流76輸送穿過(guò)伐77，并以物流78輸送進(jìn)入第二低溫精餾塔111。其余富氧液體以物流81從*部冷凝器引出，經(jīng)熱交換器或過(guò)冷器5加以過(guò)冷。將所得過(guò)冷的富氧液體以物流82輸送穿過(guò)伐83，接著(zhù)以物流84進(jìn)入第二低溫精餾塔111，第二低溫精餾塔操作于壓力低于*低溫精餾塔110的條件下，一般在30-130psia的范圍內。

在塔111內，通過(guò)低溫精餾將供給該塔的富氧液體分離為較富氮流和較富氧流。較富氮流以氣流188從塔上部引出，如果需要，可將191部分經(jīng)熱交換器5、3及1通路加熱，并以物流194作為產(chǎn)品氮氣加以回收。如果所需，物流194也可經(jīng)壓縮機133通路進(jìn)行壓縮，所得物流176在后冷器134中進(jìn)行冷卻，所得物流177作為產(chǎn)品氮氣加以回收。將物流188的一部分或全部以物流90輸送進(jìn)入*部冷凝器6，進(jìn)行冷凝，形成較富氮的液體，再以物流195從*部冷凝器抽出。將物流195的一部分198回收作為產(chǎn)品液氮，另一部分196輸送進(jìn)入塔111作為回流。另外，可將較富氮流以液體從塔111抽出，將*部分回收作為產(chǎn)品液氮，第二部分泵送進(jìn)入塔110上部作為回流。

將較富氧流以液流199從第二塔111的下部引出，并輸送通過(guò)伐100，再以物流101輸送進(jìn)入*部冷凝器6，通過(guò)與前述進(jìn)行冷凝的較富氮的蒸氣進(jìn)行間接的熱交換加以汽化。將所得較富氧的蒸氣以物流102從*部冷凝器6引出，經(jīng)熱交換器5、3及1通路進(jìn)行加熱，并作為廢物流178排出系統。

該多組分致冷劑流體含兩種或多種組分，以提供在各溫度下所需的致冷。致冷劑的*佳選擇取決于具體系統的致冷負荷對溫度的關(guān)系。要根據正常沸點(diǎn)、潛熱、易燃性、毒性及臭氧消耗能力來(lái)選擇適宜的組分。

一組用于實(shí)施本發(fā)明多組分致冷劑流體的優(yōu)選實(shí)施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚的至少兩種組分。

另一組用于實(shí)施本發(fā)明多組分致冷劑流體的優(yōu)選實(shí)施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚的至少一種組分，和至少一種大氣氣體。

還有另一組用于實(shí)施本發(fā)明多組分致冷劑流體的優(yōu)選實(shí)施方案，包括選自碳氟化合物、氟代烴和氟醚中的至少兩種組分和至少兩種大氣氣體。

還有另一組用于實(shí)施本發(fā)明多組分致冷劑流體的優(yōu)選實(shí)施方案，包括至少一種氟醚和至少一種選自碳氟化合物、氟代烴、氟醚和大氣氣體的組分。

在一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體是僅由碳氟化合物組成。在另一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟代烴所組成。在另一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和大氣氣體所組成。在另一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟代烴及氟醚所組成。在另一組優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體是只由碳氟化合物和氟醚和大氣氣體所組成。

用于實(shí)施本發(fā)明的多組分致冷劑流體可含有其它組分，諸如氫氯碳氟化合物類(lèi)及/或烴類(lèi)。優(yōu)選的是，該多組分致冷劑流體不含氫氯碳氟化合物類(lèi)。在另一組本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體不含烴類(lèi)。*優(yōu)選的是，該多組分致冷劑流體既不含氫氯碳氟化合物類(lèi)，也不含烴類(lèi)。*優(yōu)選的是，該多組分致冷劑流體是無(wú)毒、難燃和不消耗臭氧的，和*優(yōu)選的是該多組分致冷劑流體的各組分都是碳氟化合物、氟代烴、氟醚或大氣氣體。

本發(fā)明特別有利的是，用于有效地從環(huán)境溫度達到低溫溫度。表1至表8列出了可用于實(shí)施本發(fā)明的多組分致冷劑流體混合物的優(yōu)選實(shí)施例。表中所列濃度范圍均為摩爾百分數。

本發(fā)明特別適用于提供寬溫度范圍，包括低溫溫度范圍的致冷。在一組本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案中，致冷劑混合物兩個(gè)或數個(gè)組分中的每一組分所具有的正常沸點(diǎn)都應與其致冷劑混合物中每一另外組分的正常沸點(diǎn)差異至少5°K，更優(yōu)選至少10°K，*優(yōu)選至少20°K。這樣就可提高寬溫度范圍內包括低溫溫度范圍內的致冷效率。在本發(fā)明特別優(yōu)選實(shí)施方案中，該多組分致冷劑流體混合物中沸點(diǎn)*高組分的正常沸點(diǎn)比該多組分致冷劑流體混合物中沸點(diǎn)*低組分的正常沸點(diǎn)至少高50°K，優(yōu)選高至少100°K，*優(yōu)選高至少200°K。

盡管在多組分致冷劑流體流回路都是封閉單流回路，但利用其它流回路的裝置也是理想的。例如，可能*好利用多獨立流回路，各回路有其自己的致冷劑混合物和過(guò)程條件。這樣的多回路更易于在不同溫度范圍內形成致冷作用，并可降低致冷劑系統的復雜性。此外，可能*好在一個(gè)或數個(gè)溫度下的流動(dòng)回路中包括相分離過(guò)程，以構成某些致冷劑流體的內循環(huán)。致冷劑流體的這種內循環(huán)可避免致冷劑液體不必要的冷卻，并防止致冷劑液體的凍結。優(yōu)選的是，由多組分致冷回路所產(chǎn)生的致冷將是操作該工藝及產(chǎn)生目的產(chǎn)品所需全部致冷。但是，其它源的致冷，諸如某一工藝流的氣輪膨脹，也可以用于實(shí)施本發(fā)明。

構成用于實(shí)施本發(fā)明的多組分致冷劑流體的組分及其濃度，都要達到能形成可變負荷的多組分致冷劑流體程度，并優(yōu)選在本發(fā)明方法的全溫度范圍內可保持這種可變負荷的特征。這樣顯然會(huì )提高效率，正因為如此在這樣寬的溫度范圍內才能產(chǎn)生和利用致冷。這樣定義的組分優(yōu)選組合還有另外一個(gè)好處，即可利用它們來(lái)構成無(wú)毒、難燃及低或無(wú)臭氧消耗的流體混合物。這就具備了優(yōu)于有毒、易燃和消耗臭氧的傳統致冷劑的另外一些長(cháng)處。

一種用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選可變負荷的多組分致冷劑流體，即無(wú)毒、難燃和不消耗臭氧的多組分致冷劑流體，包括選自下述組合的兩組份或更多組分C5F12、CHF2-O-C2HF4、C4HF9、C3H3F5、C2F5-O-CH2F、C3H2F6、CHF2-O-CHF2、C4F10、CF3-O-C2H2F3、C3HF7、CH2F-O-CF3、C2H2F4、CHF2-O-CF3、C3F8、C2HF5、CF3-O-CF3、C2F6、CHF3、CF4、O2、Ar、N2、Ne及He。

另一種用于實(shí)施本發(fā)明的優(yōu)選可變負荷的多組分致冷劑流體，即無(wú)毒、難燃和不消耗臭氧并加熱總能量低的多組分致冷劑流體，包括選自下述組合的兩組份或更多組分CHCl2F3、CHF2-O-C2HF4、C3H3F5、C2F5-O-CH2F、C3H2F6、CHF2-O-CHF2、CHClF4、CF3-O-C2H2F3、C3HF7、CH2F-O-CF3、C2H2F4、CHF2-O-CF3、C2HF5、CF3-O-CF3、CHF3、CF4、O2、Ar、N2、Ne及He。

盡管參照某些優(yōu)選實(shí)施方案對本發(fā)明已經(jīng)進(jìn)行了詳述，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員均會(huì )認識到，在本發(fā)明精神和權利要求的范圍內，還存在本發(fā)明的一些其它實(shí)施方案。

權利要求

1.一種進(jìn)料空氣低溫精餾生產(chǎn)氮氣和液氮的方法，包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過(guò)與所述進(jìn)行冷卻的已被壓縮的多組分致冷劑流體間接熱交換，來(lái)加熱該膨脹的多組分致冷劑流體，并又與進(jìn)料空氣的間接熱交換，來(lái)形成冷卻后的進(jìn)料空氣;(B)、將冷卻后的進(jìn)料空氣輸送至低溫精餾塔中，通過(guò)在低溫精餾塔內的低溫精餾將進(jìn)料空氣分離為富氮蒸氣和富氧液體;(C)、回收該富氮蒸氣的*部分作為產(chǎn)品氮氣;(D)、冷凝第二部分的富氮蒸氣，產(chǎn)生富氮液體;以及(E)、回收至少一些富氮液體作為產(chǎn)品液氮。

2.按照權利要求1的方法，其中第二部分的富氮蒸氣的冷凝以生產(chǎn)富氮液體，是通過(guò)與富氧液體的間接熱交換完成的。

3.按照權利要求1的方法，還包括在該多組分致冷劑流體膨脹之前冷卻已被壓縮的多組分致冷劑流體。

4.按照權利要求3的方法，其中進(jìn)一步冷卻該多組分致冷劑流體是通過(guò)與富氧液體的間接熱交換完成的。

5.按照權利要求1的方法，其中該多組分致冷劑流體的每一組分是碳氟化合物、氟代烴和氟醚或大氣氣體。

6.按照權利要求1的方法，其中該富氧液體經(jīng)部分汽化形成蒸氣部分和液體部分，液體部分通過(guò)與富氮蒸氣的第二部分的間接熱交換而被汽化而產(chǎn)生富氮液體，和蒸氣部分經(jīng)壓縮，然后被送入低溫精餾塔。

7.一種通過(guò)進(jìn)料空氣低溫精餾生產(chǎn)氮氣和液氮的方法包括(A)、壓縮一種多組分致冷劑流體，冷卻該已被壓縮的多組分致冷劑流體，膨脹該已被冷卻及壓縮的多組分致冷劑流體，并通過(guò)與所述進(jìn)行冷卻的已被壓縮的多組分致冷劑流體間接熱交換，來(lái)加熱該膨脹的多組分致冷劑流體，并又與進(jìn)料空氣的間接熱交換，來(lái)形成冷卻后的進(jìn)料空氣;(B)、將冷卻后的進(jìn)料空氣輸送至*低溫精餾塔中，通過(guò)*低溫精餾塔內的低溫精餾將該進(jìn)料空氣分離為富氮蒸氣和富氧流體;(C)、將富氧流體送至第二低溫精餾塔，在第二低溫精餾塔內通過(guò)低溫精餾，將將富氧流體分離為較富氮的流體和較富氧的流體;(D)、回收至少一些較富氮的流體作為產(chǎn)品液氮;并(E)、回收至少一些富氮蒸氣和較富氮的流體中的至少一種作為產(chǎn)品氮氣。

8.按照權利要求7的方法，其中富氮蒸氣和較富氮的流體二者都被回收作為產(chǎn)品氮氣。

9.按照權利要求7的方法，其中將富氧流體作為液體和蒸氣輸送進(jìn)入第二低溫精餾塔。

10.按照權利要求7的方法，其中該多組分致冷劑流體的每一組分是碳氟化合物、氟代烴和氟醚或大氣氣體。