發(fā)明涉及到一種分離混合氣體的方法，特別適用于離解空氣，用該法可將混合氣體壓縮并導(dǎo)送使之通過一個(gè)保留O2的分子篩，用該法還可將離開分子篩的氣體成份，特別是氮的導(dǎo)送使之通過一個(gè)與氣體壓縮機(jī)傳力連接的、可離合的減壓渦輪機(jī)。

從空氣中提取工業(yè)用氣體，例如氧和氮或氬裝置耗費(fèi)較大而且較貴，還須按通常的融解間距來放置。在約為兩周的一段時(shí)間內(nèi)須使帶入到低溫部分的烴、碳酸以及水跡通過熱態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)重新蒸發(fā)和排出，因?yàn)樯鲜鑫镔|(zhì)由于結(jié)冰堵住熱交換器通道。

已知替換低溫精餾法的是所謂壓力變動(dòng)法。但是這種方法僅在裝置很小時(shí)才使用，因?yàn)樗枰^高的能耗。結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單并可取消較長(zhǎng)的再生周期這些優(yōu)點(diǎn)已不足以保證大型工業(yè)實(shí)施該法所須要的大量的高能消耗。不過用這種壓力變動(dòng)法既不可能制造氬也不能液化氣體這種壓力變動(dòng)法借助于分子篩工作，而分子篩則是已知的，該篩可以有選擇地保留一個(gè)混合氣體的單個(gè)氣體，并在一定條件下再放出來。一種借助于壓力交變技術(shù)來分離混合氣體的方法，例如從西德公開說明書DE-OS3122701可以得知。在這種已知方法中使用多級(jí)吸收反應(yīng)，此時(shí)例如可以從焦?fàn)t煤氣中形成純氬。

從西德公開說明書DE-OS3319664使得一種用吸收反應(yīng)來凈化混合氣體的生產(chǎn)方法成為已知。最后從西德公開說明書DE-OS3307974中有一種從空氣中提取氮的方法已成公知，在該法中用保留氧的碳分子篩來工作。

從西德展出說明書DE-AS3150624可知已有一種開始時(shí)所述的方法，該法可將氮在壓力下導(dǎo)送通過一個(gè)膨脹渦輪機(jī)，該機(jī)則與壓縮機(jī)的傳動(dòng)裝置相連接。已提出的氮的予熱在壓力下通過壓縮空氣來形成最高為140℃的升溫，而且用這種方式可以回收的壓縮機(jī)傳動(dòng)能在這里仍是很小的。

發(fā)明就以這種已知方法為出發(fā)點(diǎn)，用該法總是只能較純地得到一種產(chǎn)品氣體，而且針對(duì)降低能耗該法在經(jīng)濟(jì)上是有利的，與此同時(shí)有可能做到，可以較純地提取的不僅是一種而至少是兩種混合氣體的成分。在解決上述任務(wù)時(shí)，發(fā)明是從一種方法出發(fā)的，該法則借助一種保留氧的分子篩來工作，并且按照發(fā)明所提出的，將離開分子篩的氣體成分在導(dǎo)入到減壓渦輪機(jī)內(nèi)以前加熱到200℃以上的溫度，最好是500℃至850℃，此時(shí)使至少一個(gè)熱交換器用熱態(tài)可燃?xì)怏w來加熱，而熱交換器則是對(duì)要輸入到減壓渦輪機(jī)內(nèi)的氣體成分作加熱用的。開動(dòng)保留氧的分子篩借助壓縮氣體來實(shí)現(xiàn)，而離開分子篩的氣體則是始終處于壓縮力之中的。由于該氣體的后續(xù)膨脹可以通過一臺(tái)減壓渦輪機(jī)來回收一部分壓縮能，并且可以節(jié)省用于這樣一種裝置的最大耗能器即空氣壓縮機(jī)的傳動(dòng)能。按這種方式全部傳動(dòng)功率僅在加速時(shí)才需要，而它僅是其極限功率的一個(gè)較小部分，即壓縮機(jī)與減壓渦輪機(jī)之間的差示功率是在運(yùn)轉(zhuǎn)中所使用的。

一般來說保留氧的分子篩均可在-20°至+40℃溫度范圍內(nèi)工作。因此可使離開空氣壓縮機(jī)的氣體在導(dǎo)入到保留氧的分子篩內(nèi)以前經(jīng)受一次冷卻。減壓渦輪機(jī)就能以很高的溫度運(yùn)轉(zhuǎn)，而效率則可通過加熱離開保留氧的分子篩的氣體來顯著提高。因此按照發(fā)明采取的措施是，將離開分子篩的氣體成分在導(dǎo)入到減壓渦輪機(jī)以前加熱到200℃以上的溫度，最好是500℃至850℃。加熱要輸入到減壓渦輪機(jī)內(nèi)的氣體成分可通過燃燒燃料來進(jìn)行。這意味著雖則引進(jìn)了另一種能量，可是按這種方式創(chuàng)造的先決條件卻是為能同時(shí)得到不僅是氮而且還有氧的良好純度。從保留氧的分子篩中解吸氧同樣是有利的，所以可采取措施，將分子篩加熱到至少為150℃的溫度，最好至少為200℃，并且在減壓后要防止大氣壓力被抽成沒有壓力或是處在負(fù)的大氣壓力之中。加熱離開分子篩的氣體成分在導(dǎo)入到減壓渦輪機(jī)內(nèi)以前可以就借助于燃燒器來進(jìn)行，有利的是將熱態(tài)燃燒廢氣通過至少另一個(gè)熱交換器來導(dǎo)送，這個(gè)熱交換器是用于加熱一種進(jìn)行氧解吸的分子篩的加熱介質(zhì)。

在該法范圍內(nèi)有利的是使分子篩不致載有過多的雜質(zhì)，分子篩應(yīng)保留氧，而在以后，它的氧在加熱后則應(yīng)再次釋放。為此目的對(duì)實(shí)施該法有利的是在保留O2的分子篩前面，由壓縮氣體來流過另一個(gè)特別是保留H20和CO2的分子篩，該分子篩通過一部分離開減壓渦輪機(jī)的氣體成分，特別是N2，是可以回收的。要是將氣體在進(jìn)入到減壓渦輪機(jī)內(nèi)以前加熱到500℃至850℃的溫度，則由此可以認(rèn)為在減壓渦輪機(jī)內(nèi)的溫度下降是在300°至400℃之間。因此有一種較熱的產(chǎn)品氣體可供使用，這種氣體按特別有利的方式可直接用于凈化其它分子篩。

按照發(fā)明實(shí)施該法的裝置其特征基本上在于，與一臺(tái)氣體壓縮機(jī)相聯(lián)接的是一臺(tái)減壓渦輪機(jī)。此時(shí)，有利的配置是使用保留O2的分子篩與減壓渦輪機(jī)相聯(lián)的管路經(jīng)過至少一個(gè)用燃燒器供氣的熱交換器，此時(shí)最好串聯(lián)另一個(gè)熱交換器，將離開減壓渦輪機(jī)的氣體均通過上述熱交換器傳導(dǎo)。按這種方式可使減壓渦輪機(jī)的效率大為提高，同時(shí)還創(chuàng)造了先決條件，提出一種予熱分子篩的熱介質(zhì)，可供從保留氧的分子篩中解吸氧使用。為此設(shè)置成，從保留O2的分子篩中解吸氧時(shí)，使至少有部分氣體在回路中通過一個(gè)熱交換器，該熱交換器則是從用燃燒器供氣的熱交換器供給燃燒廢氣的，還設(shè)置成，與分子篩相連接的是一個(gè)可關(guān)閉的減壓管路，此時(shí)有利于達(dá)到解吸氧所需轉(zhuǎn)換作用的做法是通過在保留O2的分子篩上可連接一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，而在鼓風(fēng)機(jī)的對(duì)面則配置有一個(gè)第一旁通閥，該閥在某個(gè)位置上使氣流經(jīng)過熱交換器回導(dǎo)到分子篩內(nèi)，而在另一個(gè)位置上則使鼓風(fēng)機(jī)與排氧管路相通。因此，在加熱保留氧的分子篩時(shí)所用的介質(zhì)沒有附加的，只有一種直接在裝置內(nèi)流動(dòng)的介質(zhì)，該介質(zhì)在解吸氧的溫度達(dá)到要求值以前可以在回路中使用，而在壓力平衡后則可抽吸至沒有壓力或是處于負(fù)壓之中，此時(shí)，這種被抽吸的介質(zhì)在壓力平衡后基本上含有純氧。為在以后能對(duì)吸氧過程作快速重新調(diào)整，裝置可進(jìn)一步設(shè)置成，將另一個(gè)旁通閥配置到加熱解吸O2分子篩用的回路中，該閥在某個(gè)位置上接通經(jīng)過用熱態(tài)燃燒廢氣供氣熱交換器的回路，而在另一個(gè)位置上則接通經(jīng)過一個(gè)冷卻器的回路，此時(shí)所用的冷卻器可以有選擇地接通來使分子篩作冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)，接著可將重新壓縮的空氣在較低的溫度下導(dǎo)送通過分子篩。對(duì)于作冷態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)分子篩的冷卻可用簡(jiǎn)單的方法來保證，此時(shí)將冷卻器配置在旁通于連接分子篩與減壓渦輪機(jī)的管路內(nèi)。在分子篩達(dá)到所需溫度后，為了回收氧在鼓風(fēng)機(jī)的對(duì)面設(shè)置了一個(gè)旁通閥，該閥在達(dá)到所需溫度之前使用回路中的氣流，并且用于回收氧則將該閥放置到某個(gè)位置上使得鼓風(fēng)機(jī)與排氧管路相通。在上述位置上，第一旁通閥的對(duì)面可以連接一臺(tái)壓縮機(jī)，以提取并儲(chǔ)存按該方式壓縮的氧。

借助于按照發(fā)明的裝置可以用分子篩回收液態(tài)壓縮氮、熱態(tài)無壓氮，還可以提取氧。加熱離開分子篩的壓縮氮在導(dǎo)入到減壓渦輪機(jī)以前導(dǎo)致功率收益的提高并可加熱到接近1000℃的溫度，因?yàn)楝F(xiàn)代燃?xì)廨啓C(jī)葉片組是處在一種諸如干燥氮的很純凈的流體之中，其含水量早在一個(gè)串聯(lián)的分子篩內(nèi)除去，引起的腐蝕現(xiàn)象很輕微。使用一個(gè)保留氧的篩子和一臺(tái)用較為純凈的和干燥的氮作熱態(tài)供氣的燃?xì)廨啓C(jī)就能使功率收益大大改善，但此處對(duì)于加熱氮所規(guī)定的極限值給出通過燃?xì)廨啓C(jī)葉片組低于通過熱交換器用廢氣供氣管的疲勞強(qiáng)度。在用高爐煤氣點(diǎn)火加熱時(shí)略微超過800℃的溫度就已經(jīng)能夠耗盡所用管料的疲勞強(qiáng)度。

可以借助于一個(gè)普通熱交換器，將從減壓氮中回收的余熱輸送到冷態(tài)壓縮氮中，上述減壓氮是指離開氣體減壓渦輪機(jī)的氮，因此例如用高爐煤氣來加熱要提升的溫度僅僅是該熱交換器的溫差和氣體在渦輪機(jī)減壓過程中的溫度下降。充分利用這些要升溫附加的熱量，在實(shí)際上是以渦輪機(jī)效率的方式被轉(zhuǎn)換成機(jī)械功率的，而個(gè)別較大的由于補(bǔ)充對(duì)熱態(tài)壓縮氣體加熱形成的附加損耗則在于作上述加熱時(shí)的廢氣損耗。

耗氧裝置，例如氣化反應(yīng)器、環(huán)氧吹頂轉(zhuǎn)爐鋼廠或部分氧化裝置大多具有可燃?xì)怏w作為附屬產(chǎn)品。因此可以直接從耗氧裝置引用為開動(dòng)設(shè)備所需的可燃?xì)怏w，把用設(shè)備所制的氧輸入到耗氧裝置內(nèi)或使之與所開動(dòng)的設(shè)備連接。特別是在高爐中產(chǎn)生相當(dāng)大量的高爐煤氣，此時(shí)沒有多大困難就可以使用這種煤氣。熱交換器漏損時(shí)僅使放出廢氣中或氮中增加氧，因而不致產(chǎn)生附加危險(xiǎn)。

下面借助于一個(gè)用圖表示于附圖中的實(shí)施例來詳述發(fā)明。

將濾過的空氣輸入到壓縮機(jī)1內(nèi)，壓縮機(jī)具有一個(gè)流量控制機(jī)構(gòu)2，例如具有一個(gè)螺旋導(dǎo)向裝置，供調(diào)節(jié)使用。壓縮空氣由于壓縮處在較高溫度中可用一個(gè)空氣凈化器3來冷卻，而在以后則首先進(jìn)到一個(gè)第一分子篩4內(nèi)，篩內(nèi)保留有水、CO2和烴。接著設(shè)置有一個(gè)保留氧的分子篩5。從氧廣泛逸出的氣體成分經(jīng)過一個(gè)旁通閥6進(jìn)入到一個(gè)第一熱交換器7內(nèi)，接著進(jìn)入另一個(gè)用可燃?xì)怏w供氣的熱交換器8。將按這種方式加熱的干燥壓縮氮向一個(gè)減壓渦輪機(jī)9輸入，而該渦輪機(jī)則通過一個(gè)軸10與壓縮機(jī)1相接合。壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)馬達(dá)標(biāo)有件號(hào)11并有一個(gè)傳動(dòng)裝置12。驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11的全部傳動(dòng)功率僅對(duì)起動(dòng)設(shè)備是必須的。在運(yùn)行期間驅(qū)動(dòng)馬達(dá)11引用壓縮機(jī)1與燃?xì)廨啓C(jī)9之間的差示功率并經(jīng)計(jì)算確定，使具有限定輸送率的機(jī)組可以加速。一旦一種重要的氣體成分通過減壓渦輪機(jī)9被減壓，就由減壓渦輪機(jī)9通過離合器軸10來提供大部分傳動(dòng)功率。

通過減壓再次冷卻、但仍處于較高溫度水平中的氣體在以后通過熱交換器7進(jìn)到一個(gè)管路13內(nèi)，在上述熱交換器內(nèi)冷態(tài)壓縮氣體在熱交換器8內(nèi)加熱以前被予熱，無壓力的氮可以從上述管路引用。一部分這種還較熱的、經(jīng)過大大減壓的氣體可以使之通過一個(gè)混合噴咀14，此時(shí)一個(gè)要吸入無壓力氮用的調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)15是由一個(gè)測(cè)溫機(jī)構(gòu)16來控制的，可供具有要求溫度的再生氣體用于再生第一分子篩4，該篩內(nèi)則保留有水蒸汽，CO2和烴。再生氣體管路此時(shí)標(biāo)有件號(hào)17并在通過第一分子篩4后通入到一個(gè)排放煙囪18中，該煙囪用于因分子篩再生形成的潮濕再生廢氣。

為了加熱壓力介質(zhì)，在進(jìn)入到減壓渦輪機(jī)9以前，在熱交換器8內(nèi)通過一個(gè)管路19輸入可燃?xì)怏w，此時(shí)使這種可燃?xì)怏w也象輸入的燃燒用空氣那樣是通過熱交換器22加熱的，上述燃燒用空氣則由一臺(tái)具有相應(yīng)流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)21，例如一個(gè)螺旋導(dǎo)向裝置的鼓風(fēng)機(jī)20來輸入。予熱過的燃燒氣體和予熱過的燃燒用空氣以后經(jīng)過管路23被輸入到熱交換器8內(nèi)的燃燒室，此時(shí)使熱態(tài)燃燒廢氣通過管路24排出，并且在所示情況下向用來予熱燃燒空氣的熱交換器22供汽。廢氣通一個(gè)煙囪25被排出。

對(duì)于再生保留的分子篩5，將一部分從管路24來的這種燃燒廢氣在通過熱交換器22以前經(jīng)一個(gè)調(diào)溫的截止機(jī)構(gòu)或調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)26輸入到一個(gè)熱交換器27內(nèi)。用于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)26的測(cè)溫敏感元件標(biāo)有件號(hào)28，并且處于一個(gè)加熱分子篩5的循環(huán)管路內(nèi)。為此目的在分子篩5上配置一個(gè)管路29和一個(gè)帶有附屬的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如螺旋導(dǎo)向裝置31的鼓風(fēng)機(jī)30，還設(shè)置有一個(gè)第一多路旁通閥，借助該閥可將來自分子篩5經(jīng)過鼓風(fēng)機(jī)30引出的氣體成份通過一個(gè)管路33和一個(gè)第二多路旁通閥34輸入到熱交換器27中。加過熱的離開熱交換器27的介質(zhì)可以通過循環(huán)管路35回送到分子篩5內(nèi)，此時(shí)分子篩5在這種逐漸加熱狀態(tài)下仍可在壓力下或是已在無壓力中工作。在此一個(gè)使分子篩5沒有壓力的減壓閥36是與一個(gè)排放煙囪37相通的。

分子篩5達(dá)到要求溫度以后可以轉(zhuǎn)換第一旁通閥32，此時(shí)在分子篩5減壓后可以通過管路38將純氧排出。接入到管路38內(nèi)的有一個(gè)氧流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)39，做成抽吸節(jié)流閥，此時(shí)流量測(cè)量段標(biāo)有件號(hào)40，以后設(shè)置有一臺(tái)氧氣壓縮機(jī)41，該機(jī)具有常用的安全控制裝置，特別是具有一個(gè)泵極限予防調(diào)節(jié)器42，由一個(gè)終端壓力測(cè)量計(jì)43和一個(gè)輸送測(cè)量段42來控制。上述調(diào)節(jié)器對(duì)一個(gè)氧轉(zhuǎn)送閥45起作用，該閥在開啟狀態(tài)使一部分壓縮氧通過管路46回送到壓縮機(jī)41的抽吸側(cè)。按該方式壓縮的氧可以儲(chǔ)存在一個(gè)儲(chǔ)存器47內(nèi)或是直接作為壓縮氧通過管路48排出。

利用燃料輸送管路19內(nèi)的高爐煤氣，可使熱交換器8中的溫度達(dá)到約為850℃以下而且沒有多大腐蝕。

借助于這種線路布置可使熱交換器8的為了加熱分子篩5以解吸氧的廢氣再次被利用，此時(shí)將該廢氣在離開熱交換器27后通過一個(gè)管路49回送到廢氣煙囪25中。

減壓渦輪機(jī)9還可裝備一個(gè)相應(yīng)的流量調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，例如一個(gè)螺旋導(dǎo)向裝置50。