TW442643B - Method for producing oxygen - Google Patents

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TW442643B
TW442643B TW089109665A TW89109665A TW442643B TW 442643 B TW442643 B TW 442643B TW 089109665 A TW089109665 A TW 089109665A TW 89109665 A TW89109665 A TW 89109665A TW 442643 B TW442643 B TW 442643B
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TW
Taiwan
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oxygen
liquid oxygen
heat exchanger
liquid
supply pressure
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TW089109665A
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English (en)
Inventor
Seiichi Yamamoto
Kazuhiko Asahara
Masayuki Tanaka
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Description

A7 B7 ^2 6 4 五、發明說明(I ) 本發明關於一種製造氧氣的方法,包括壓縮由深冷分 離所製得的液體氧和透過加熱蒸發液體氧來製取高壓氣體 in------------ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 氧。 大量的高壓氣體氧被用在鋼鐵工業上生產鋼鐵的轉爐 中的氧化精煉步驟中、化學工業中由乙烯氧化合成氧化乙 烯的步驟中,以及在燃料發電廠中燃料如煤和石油殘渣的 部分氧化步驟中。近年來對這種氧的需求有增加的趨勢。 以工業規模製造氧的典型方法,是深冷分離,它包括將 原料空氣在低溫下精餾分離出氧。在深冷分離中,透過沸 點差的方法將氮和氧從原料空氣中分離出來。也就是說, 將液化空氣供入精餾器,比氧具有更高揮發性的氮在精餾 器中蒸發,便得到高濃度的液體氧。 --線· 在用深冷分離法製造高壓氣體氧的方法中,從精餾器 中提取出的液體氧用一個泵進行壓縮,然後在熱交換器中 加熱使液體氧蒸發氣化。此方法的優點是,與壓縮氣體氧 相比壓縮成本費能夠大大降低。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 原料空氣含有痕量的雜質,例如烴類如甲烷、乙烷、 乙烯、乙炔、丙烷、丙烯、丁烷、丁烯及戊烷;二氧化碳 :及氧化氮類,除主要組成成分如氮、氧及氬外。由於這 些雜質比氮和氧有更高的沸點和較低的揮發性,所以它們 稱爲重雜質。這些重雜質是溶解在比氮的揮發性更低的液 體氧中。由於重雜質與氧相比具有較高的沸點和較低的揮 發性,所以當液體氧在熱交換器中進行蒸發時它們便濃集 在液體氧中,和當其濃度超過溶解於液體氧的溶解度時, 3 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规袼(210 X 297公釐) 442643 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(y) 便以固相或液相沈澱在熱交換器氧的流路中。沈澱的重雜 質易於與熱交換器中的氧反應並堵塞氧流路。結果,就降 低了熱交換器的性能和設備的綜合性能。 下面是用來解決這些問題的己公開的一些普通方法。 日本未審查的專利申請公開號7-174460公開了從液相 中提取大部分液體氧的方法,該液相在較低壓力蒸餾塔中 的最下層塔板之上的第二底部塔板上具有相對低的重雜質 濃度。而且,一小部分的液體氧是從含有最大量雜質的最 下層塔板中提取的。將所提取的液體氧壓縮到一定的壓力 ,該壓力等於或高於最後供給壓力,來提高氧的沸點,再 送入熱交換器中以提高在液體氧中所含重雜質的蒸汽壓。 重雜質的蒸發便以此而在熱交換器中變得容易了並且這些 重雜質不致聚積在熱交換器中。 日本未審査的專利申請公開號8-61843公開了一種環 流用於除去重雜質的方法。環流是指如下氣體流。一種具 有大約40%的富氧含量和含有濃縮重雜質的液體被從較高 壓力的精餾器的底部提取出來並給以足夠的壓縮使重雜質 在熱交換器中蒸發。殘留空氣的壓力下降,然後使該空氣 向原料空氣中會聚。會聚的空氣流被供送入一種初步純化 單元裝置中以除去重雜質。 然而,這些方法仍然具有以下問題。在前一種方法中 ,從第二層底部塔板中提取出的液體氧,含有低濃度的重 雜質。因而,這種方法對於重雜質的沈澱不是一種基本對 策。當該系統連續操作很長時期,例如一年時,重雜質將 4 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;>裝: -線· 本紙張尺度適用中國國家棵準(CNS)A4規格(210 X 297公* ) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2 6 4 3 A7 ____B7 __ 五、發明說明(>?) 會顯著地沈澱在熱交換機中。因爲該系統有兩個氧流路, 因此設備和操作費用增加了,由於使用了高價的設備如液 體氧泵,和複雜的所有工藝方法。
後一種方法也要求一些附加設備例如液氧泵用於環流 。因而這種方法也需要高的設備和操作費用,由於其複雜 的系統和複雜的操作。因此,這種方法也不是一種基本對 策D 本發明的目的是提供一種生產氣體氧的方法,是採用 低費用的深冷分離,不會引起重雜質在熱交換器的氧流路 中沈澱。 在氣體氧生中,包括將通過精餾原料空氣所分離出來 的液體氧壓縮到既定壓力和在熱交換器中蒸發液體氧,本 發明完成了在各種條件下的實驗並發現當熱交換器中氧流 路的氣體氧的線性流速增加到能滿足如下參數時,上述問 題便得到克服。結果,完成了本發明。 按照本發明生產氣體氧的方法,包括將精製原料空氣 所分離出來的液.體氧壓縮到既定供送壓力並在熱交換器中 蒸發液體氧,其中在熱交換器的氧流路中的氣體氧以等於 或大於極限速度的線性速度向上流動,極限速度是根據具 有既定直徑氧滴的供送壓力算得的。 由原料空氣製造氣體氧的方法包括以下步驟:將精餾 原料空氣所分離出的液體氧壓縮到既定供送的壓力,將壓 縮後的液體氧在既定供送壓力下送入熱交換器,以及在熱 交換器中蒸發和氣化液體氧,其中氣體氧向上流動,是以 5 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4規格(210 X 297公* ) (諳先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂- .線· :b 4 :·( A7 ___ B7____ 五、發明說明(牛) 等於或高於直徑爲200μπι的液體氧滴的極限速度u的線性 速度流動,液體氧滴的極限速度u是由下列公式(1 )算得 的: u= 4g2(PL ~ΡαΫ PD y/3 (1) 225μρα 式中U :液體氧滴的極限速度, g:重力加速度, PL :在供送壓力下飽和液體氧的密度, :在供送壓力下飽和氣體氧的密度, 以:在供送壓力下飽和氣體氧的粘度,以及 :液體氧滴的直徑。 公式(1)是按照艾倫(Allen)阻力定律測定微滴的極限 速度的,它包括範圍2<Re< 500,其中Re是雷諾數。其 中’氣體氧以等於或高於直徑爲500μιη的液體氧滴極限速 度u的線性速度向上流動,液體氧滴的極限速度u是按照 公式(2)計算的: u: —pg)Dpy/2 (2)
Pg 式中u:液體氧滴的極限速度, g:重力加速度, pL:在供送壓力下飽和液體氧的密度, PG :在供送壓力下飽和氣體氧的密度, 6 (請先閱讀背面之注i項再填寫本頁) .,r •SJ· .線· 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 本紙張尺度適用中® _家揉準(CNS)A4规格(210 X 297公釐) 經濟部智慧財產局負工消费合作社印製 442643 Α7 Β7 五、發明說明(<) μ :在供送壓力下飽和氣體氧的粘度’以及 DP :液體氧滴的直徑。 公式(2)是根據牛頓阻力定律測定微滴的極限速度的 ,它包括的範圍爲500<Re< 100,000 ’式中Re是雷諾數 更佳爲,氣體氧以等於或高於按照公式(2)計算直徑 爲1mm的液體氧滴的極限速度II的線性速度向上流動。 當氣體氧以等於或高於在熱交換器的氧流路中具有一 既定直徑的滴速度的線性速度向上流動時,則重雜質的聚 積和沈澱可以預防。原因可設想如下。 當液體氧在熱交換器的氧流路中蒸發時,便形成氧微 滴,這是由於在液體氧的表面上或氣一液介面上的不規則 性所致。一般認爲氧微滴含有各種重雜質,其濃度基本上 與在熱交換器中的液體氧的濃度相同。這種微滴最後下降 到以公式(1)或(2)計算的極限速度。如果周圍的氣體 氧以等於或高於極限速度的線性速度上升,則這些微滴也 將隨著氣體流一起上升。捲入氣流中的氧滴通過周圍熱而 蒸發’因而含在氧滴中的重雜質也完全蒸發掉。 由於氧滴捲入氣流中’包含在氧滴中的重雜質被強制 性地蒸發。這樣的蒸發,比基於重雜質的蒸氣壓使重雜質 從液相向氣相移動,要顯著有效。 因爲這種方法和設備能夠促使在熱交換器氧流路中的 重雜質蒸發,因而無需特殊的裝置,如上述環流,來預防 重雜質沈澱。因而,這種方法可防止重雜質在液體氧中濃 7 本紙張尺度適用t國國家楳準(CNS)A4規格<210 X 297公ϋ I----— — — — — — — --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1J · *1" 線· 經濟部智慧財產局負工消費合作社印製 4^2643 Λ7 B7 五、發明說明(6) 集及重雜質在氧流路中沈澱,同時也降低了操作費用。 圖式之簡單說明 圖1是按照本發明製造氧氣的設備示意圖; 圖2是熱交換器的透視圖;及 圖3是用於本發明各實施例中的實驗設備示意圖° 最佳實施形態的描述: 圖1是按照本發明製造氣體氧方法中所使用的設備( 空氣分離設備)的示意圖。該設備可有各種構型,這依所 製造的氧的量和純度而定和依是否回收稀有氣體而定。 將原料空氣從管線1開始輸送’通過空氣篩檢程式2 除去粗粒灰塵,再進入空氣壓縮機3,在其中被壓縮(壓 縮步驟)。 將壓縮後的空氣送入濕式冷卻塔4’用來自管線8的 冷卻水來除去壓縮熱(冷卻步驟)。要供送入濕式冷卻塔 4的來自管線8的一部分冷水被送入蒸發-冷卻塔5 ’然後 被在低壓精餾器21中分離出的深冷氮氣冷卻’再由冷水泵 7送入濕式冷卻塔4。來自管線8的其餘冷卻水被通過冷水 泵6直接送入濕式冷卻塔4。深冷氮氣通過管線10從蒸發 冷卻塔5中排出,而冷卻水通過管線9從濕式冷卻塔4中 排出。 將在濕式冷卻塔4中冷卻後的原料空氣,通過管線26 送入雙塔分子篩吸附單元裝置11,以除去大部分重雜質( 純化步驟)。在此雙塔分子篩吸附裝置11中,一個塔吸附 原料空氣中的重雜質,而另一個塔脫附要再利用的所吸附 8 — — ! — — — — ___ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· 線- 本紙張尺度^用^國a家標準(CNS>A4規格(210 X 297公釐〉 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 ^ β 4 . A7 ____B7^_____ 五、發明說明(〇 ) 的重雜質。脫附過程是通過循環氮氣進行,該氮氣是在低 壓精餾器21中純化並由加熱器14進行加熱。用閥12對這 些塔吸附/脫附進行換向開關,以及脫附過程中用過的氮 氣是通過管線10排出。 在分子篩吸附裝置11中純化後的原料空氣通過管線 13被送入一個低壓精餾器21和一個高壓精餾器22。即將 一部原料空氣送入主熱交換器17,在其中液化,再送入高 壓精餾器22,而將另一部分原料空氣在膨脹汽輪機19中 壓縮,在主熱交換器17中冷卻,在膨脹汽輪機19中膨脹 ,以及送入低壓精餾器21。 高壓精餾器22,在其上部產生高純氮氣。將產生的氮 氣送給裝設在精餾器21內的主冷凝器23,並在其中放熱 液化。將此液氮環流送入高壓精餾器22。亦即,主冷凝器 23也起著低壓精餾器21的再沸器的功能,並能在高壓精 餾器22與低壓精餾器21之間進行熱交換。將從主冷凝器 23出來的環流液氮的一部分送入超冷單元20,在其中超冷 卻’再送入低壓精餾器21作爲回流液體,同時通過減壓閥 18對其減壓。 在高壓精飽器22的底部得到濃集了氧的空氣,將其從 高壓精餾器22中提取出來,在超冷單元20中進行超冷, 再送入低壓精餾器21中’同時通過另一減壓閥18對其減 壓。 該低壓精餾器21精餾空氣。在低壓精餾器21的上部 ,產生高純氮氣作爲最終產品。該高純氮氣從低壓精餾器 9 本紙張尺度適用中目目家標準(CNS)A4規辂(2ΐϋ97公釐) --------------r—— <請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂· --線- A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明(f) 21上部提取出來,並通過管路24送入超冷單元20。該氮 氣是在超冷裝置20和主熱交換器17中變熱’並從管線16 中排出作爲最後的氮氣產品。 排出的氮氣也可以是提取自低壓精餾器21的頂部附近 ,送入分子篩吸附裝置11和蒸發冷卻塔5中。 此後作爲最後氧氣產品回收的高純液體氧,是產生於 低壓精餾器21的底部。該液體氧含有在純化步驟中沒有除 去的重雜質。本發明的特徵在於製造氣體氧的一個步驟, 這種氣體氧具有所希望的從含重雜質的液體氧的供送壓力 Q 從低壓精餾器21的底部提取出的液體氧,通過一個液 氧泵(壓縮裝置)27被壓縮至一既定輸送壓力,並通過管 線25送入主熱交換器17。液體氧通過在主熱交換器17的 氧流路中加熱而蒸發,和從管線15中回收最後的氧氣產品 。在這個實施形態中,氣體氧在氧流路中的線性速度被設 定爲高於液體氧滴極限速度,該液體氧滴具有既定直徑, 在線性速度中極限速度是依供送壓力而定。 圖2是主熱交換器17的一例。圖2中的主熱交換器 Π是一種散熱片式熱交換器,具有常規結構。亦即,主熱 交換器17帶有多個擋板172和在各擋板之間插置的一些波 折形散熱片171。主熱交換器17包括用來輸送要液化的空 氣的管線13,及該氧流路用來輸送要蒸發的液體氧的管線 25和用來輸送最後的氧氣產品的管線15。 爲了將在主熱交換器Π的氧流路中蒸發的氧氣管線 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4规格(210 X 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ;r 訂· -線 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 ___B7 五、發明說明(9 ) 15中的線性速度控制至上述既定速度或更高,對通向交換 器17中管線15的氧流路的橫截面,主熱交換器17中的熱 交換效率,及供送液體氧的流動速率都需適當地確定。 也就是說,當氧在主熱交換器I7中在〇.5〇3MPa的壓 力下蒸發時,飽和液體氧的密度是1.042kg/m3,飽和氣體 氧的密度是19.8kg/m3,以及在此壓力下飽和氣體氧的粘度 爲 9.02XHT6 Pas ( 0.00000902 Pas )。這樣,直徑爲 200μιη的氧滴的極限速度u基於公式(1 )計算爲0.430m/s ,而直徑爲500μπι的氧滴的極限速度u按照公式(2)計 算是0.874m/s,以及直徑爲1mm的氧滴的極限速度u按照 公式(2)計算爲1.24m/s。當在熱交換器產生的氧氣量或 從熱交換器出口排出的氧氣量爲l〇kg/S時,這種量便轉變 成飽和氣體氧爲〇.505m3/s的密度。這樣,當熱交換器中 氧流路的橫截面爲1.17m2或以下時,則氧氣可以等於或高 於直徑爲200μπι的氧滴的極限速度0.430m/s的線性速度流 動。當熱交換器中的氧流路的橫截面爲0.578m2或以下時 ,則氧氣可以等於或高於直徑爲500μηι的氧滴的極限速度 0.874m/s的線性速度流動。當熱交換器中流路的橫截面爲 0.407m2或以下時,則氧氣可以等於或高於直徑爲1mm的 氧滴的極限速度1.24m/s的線性速度流動。 實施例 曾對主熱交換器17的流路中氧氣的線性速度在各種條 件下進行了實驗,以防止重雜質的聚集和沈積。 圖3是實驗設備的示意圖 作爲重雜質的烴氣體53被 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公箧> (請先閱讀背面之注項再填寫本頁> .5J_ 線. 442643 A7 B7 -----------—--------- 五、發明說明(β ) 加入到液體氧si中’液體氧又通過泵μ壓縮至某一既定 供送壓力,將混合物在鋁-散熱片式熱交換器59中蒸發。 將未送入IS-散熱片式熱交換器W _龍01和從錫— 散熱片式熱交換器59排出的_ 62取樣,並測定這些樣 口口中的重雜質濃度。在該附圖中’編號54至58表示閥門 〇 實施例1 曾經使用含有典型量重雜質的原料空氣就生產氧氣作 了硏究,如表1所示…般,原料魏是在_前通過在 分子飾吸附裝置中吸附進行純化。在吸附過程中,各種重 雜質顯示出不同的除去率。重雜質的滲透率和經過吸附後 重雜質在原料空氣中的濃度如表1所示。將純化了的原料 空氣在精餾器中精餾。在精餾過程中,這些重雜質溶解在 較高沸點的氧中。因爲原料空氣含有大約20%的氧’所以 在液體氧中的重雜質便濃集大約5倍。這樣’濃集的重雜 質便溶解在液體氧中被送入熱交換器中。各重雜質的濃度 示於表1中下部各欄內。 經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 •*6 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 X 297公釐> 3 4 β ;>f Α7Β7 五、發明說明(|丨) 表1 重雜質 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊院 在典型原料空氣中 的濃度 3ppm lOppb 20ppb lOppb 20ppb 5ppb 5ppb 在吸附過程中的滲 透率 100% 100% 100% 5% 25% 10% 10% 經吸附過程之後在 空氣中的濃度 3ppm lOppb 20ppb 0.5ppb 5ppb 0,5ppb 0,5ppb 在液體氧中的濃度 15ppm 50ppb lOOppb 2.5ppb 25ppb 2.5ppb 2.5ppb 表2
ΙΟΟμπι氧滴的極限速度 壓力 極限速度 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊院 0.3Mpa 0.27m/s NP NP NP NP NP P P 0.5Mpa 0.22m/s NP NP NP NP NP NP P IMpa 0.16m/s NP NP NP NP NP NP P 2Mpa O.lOm/s NP NP NP NP NP NP NP 4Mpa 0.053m/s NP NP NP NP NP NP NP (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 線' 經濟部智慈財產局員工消費合作杜印製 注:ΝΡ是指“沒有沈澱”和Ρ是指“沈澱”。 13 本紙張尺度適用中國國家標準(CNSXA4規格(210 X 297公釐) _B7 五、發明說明(β) 表3200μιη氧滴的極限速度
壓力 橄限速度 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊烷 0.3Mpa 0.51m/s NP NP NP NP NP NP NP 0.5Mpa 〇.44m/s NP NP NP NP NP NP NP IMpa 〇.31m/s NP NP NP NP NP NP NP 2Mpa 0.20m/s NP NP NP NP NP NP NP 4Mpa 0.10m/s NP NP NP NP NP NP NP 注:ΝΡ是指“沒有沈澱”和Ρ是指“沈澱”。 表4 重雜質 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊院 在原料空氣中的濃 度 4ppm 20ppb 40ppb 20ppb 40ppb 20ppb 20ppb 在吸附過程中的滲 透率 100% 100% 100% 5% 25% 10% 10% 經吸附過程之後在 空氣中的濃度 4ppm 20ppb 40ppb Ippb lOppb 2ppb 2ppb 在液體氧中的濃度 20ppm lOOppb 200ppb 5ppb 50ppb lOppb lOppb (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝 SJ· --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 含有表1的下面一行中所示重雜質量的液體氧是使用 上述設備製得的。將液體氧在熱交換器中蒸發以製備氣體 氧並觀察是否重雜質聚積和沈澱在熱交換器中。 實驗是在5個壓力水平0.3MPa、0.5MPa、IMPa、 2MPa、和4MPa下進行。蒸發後的氣體氧,按照公式(i 14 本紙張尺度適用中S國家標準(CNS)A4规袼(210 X 297公着) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 Α7 Β7 五、發明說明(ο ) )計算,以相當於直徑爲ΙΟΟμπι或2〇Ομιη的氧滴的極限速 度的線性速度循環進入熱交換器’在每次供送壓力下對比 了送入熱交換器的液體氧中的重雜質濃度和從熱交換器中 排出的氣體氧中的重雜質濃度。實驗速度是基於在該壓力 下的飽和氣體密度。 表2和表3分別表示直徑爲ΙΟΟμιη和200μπι的氧滴極 限速度的結果。 如表2所示,當氣體氧是以線性速度相當於直徑 ΙΟΟμιη的氧滴和極限速度循環進入熱交換器時,在IMPa 或之下輸送的丁烷和戊烷聚積的水平高於溶解度並沈澱在 熱交換器中。據認爲,熱交換器中的氣體氧在低線性速度 下,捲入氣相中的這些重雜質不能夠充分遷移。這樣,重 雜質的遷移基本上決定於重雜質的蒸汽壓。結果,就不能 促進具有低蒸汽壓的丁烷和戊烷氣化。 相反,如表3中所示,當氣體氧是以線性速度相當於 直徑200μπι的氧滴的極限速度循環進入熱交換器時,在熱 交換器中的液體氧中的各重雜質的濃度是保持在低於其在 液體氧中的溶解度的水平,並且從熱交換器中排出的氣體 氧中各組成成分的濃度已達到送入熱交換器的液體氧中相 應的組成成分的漉度。這樣以來,這是一種穩態,並且這 些重雜質不會沈積在熱交換器中。 據認爲,在足夠高的線性氣體氧速度下,重雜質向氣 相中的遷移通過卷帶而促進。 這些實驗結果表明,這些重雜質在熱交換器中的聚積 本紙張尺度適用中國國家標準<CNS)A4规格(210 * 297公釐) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -is · 線 4 A7 __B7_ 五、發明說明(4 ) 和沈澱,在設備以線性速度相當於直徑爲200μηι的氧滴的 極限速度操作時,是能夠預防的。 <請先閱讀背面之注寺項再填寫本頁) 實施例2 對氧的生產已用含有大量重雜質的原料空氣作了硏究 ,如表4所示。這種高含量的重雜質有時可在工業區觀察 到。已經計算了分離自原料空氣的液體氧中所含重雜質的 濃度,如實施例1所述。送入熱交換器的液體中重雜質的 濃度,已列示於表4的最下一行中。 如表4中所示,隨著原料空氣中重雜質增加,送入熱 交換器的液體氧中的重雜質的濃度也增加了並且這些重雜 質趨於沈積在熱交換器中。 --線- 含有表4最下面一行所示濃度的重雜質的液體氧,是 用實施例1所述的設備生產的。將液體氧在熱交換器中蒸 發來製備氣體氧並觀察看是否有重雜質聚積和沈澱在熱交 換器中。 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 實驗是在5個壓力水平0.3MPa、0.5MPa、IMPa、 2MPa及4MPa下進行。蒸發的氣體氧在熱交換器中循環, 其線性速度按照公式(1)計算相當於直徑爲200μιη的液 體氧滴的極限速度,而具有直徑爲500μπι的液體氧滴的極 限速度按照公式(2)計算,或者具有直徑爲1mm的極限 速度是按照公式(2)計算,以及對比了在每種輸送壓力下 送入熱交換器的液體氧中重雜質的濃度和從熱交換器中排 出的氣體氧中重雜質的濃度。 表5至表7分別表示在氧滴直徑爲200μιη、500μιη、 16 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS)A4規格(210 χ 297公釐> A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五 '發明說明(〆) 及1mm情況下的結果。 表5 200μιη氧滴的極限速度 壓力 極限速度 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊烷 0.3MPa 0.51m/s NP NP NP NP NP NP P 0.5MPa 0.44m/s NP NP NP NP NP NP P IMPa 0.31m/s NP NP NP NP NP NP P 2MPa 0.20m/s NP NP NP NP NP NP P 4MPa O.lOm/s NP NP NP NP NP NP NP 注:NP表示“沒有沈澱”和P表示“沈澱”。 表6 500μπι氧滴的極限速度 壓力 極限速度 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊烷 0.3MPa l.lm/s NP NP NP NP NP NP P 0.5MPa 0.87m/s NP NP NP NP NP NP NP IMPa 0.60m/s NP NP NP NP NP NP NP 2MPa 0.39m/s NP NP NP NP NP NP NP 4MPa 0.20m/s NP NP NP NP NP NP NP 注:NP表示“沒有沈澱”和P表示“沈澱”。 _ί_ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中®國家楳準(CNS)A4規格(210χ 297公釐) 442643 A7 B7 五、發明說明() 表7 1 mm氧滴的極限速度 壓力 極限速度 甲烷 乙烷 乙烯 乙炔 丙烷 丁烷 戊烷 0.3MPa 1.6m/s NP NP NP NP NP NP NP 0,5MPa 1.2m/s NP NP NP NP NP NP NP IMpa 0.84m/s NP NP NP NP NP NP NP 2Mpa 0.55m/s NP NP NP NP NP NP NP 4Mpa 0.28m/s NP NP NP NP NP NP NP 注:NP表示“沒有沈澱”和P表示“沈澱”。 ------------— ^ M i I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 如表5所示,當氣體氧以相當於直徑爲200μιη的氧滴 的極限速度的線性速度在熱交換器中循環時,這時的輸送 壓力爲2MPa或以下至高於溶解度的水平,戊烷便發生聚 積並沈澱在熱交換器中。可以認爲,在熱交換器中氣體氧 的較低線性速度下,重雜質通過捲入氣相中的移動是不夠 充分的。因而,重雜質的遷移基本上決定於重雜質的蒸汽 壓。結果,有較低蒸汽壓的戊烷的蒸發,沒有得到促進。 與此相反,如表6所示,當氣體氧以相當於直徑爲 500μπι的氧滴的極限速度的線性速度在熱交換器中循環時 ,重雜質沒有發生沈澱,只有戊烷在輸送壓力爲〇.3MPa 情況下發生了沈澱。 而且,如表7所示,當氣體氧以相當於直徑爲lmm的 氧滴的極限速度的線性速度在熱交換器中循環時,在熱交 換器的液體氧中每種雜質的濃度保持在低於其溶解於液體 18 本紙張尺度適用中國困家標準(CNS>A4規格<210 X 297公* > -線. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 442 6 4 3 A7 B7 五、發明說明(θ) 氧的溶解度的水平’以及從熱交換器中排出的氣體氧中的 每種組成成分的濃度達到送入交換器的液體氧中相應組成 成分的濃度。因而*這是一種穩態並且這些重雜質沒有沈 積在熱交換器中。 可以認爲,在不夠高的氣體氧的線性速度下,重雜質 移入氣相中的遷移透過夾帶捲入而促進了。 這些實驗結果表明,各種重雜質在熱交換器中聚積和 沈澱是能夠防止的,條件是設備操作必須以相當於直徑爲 500μπι以上,較佳1mm的氧滴的極限速度的線性速度進行 〇 下面的實施形態也可適用於本發明。 A _本發明可應用於任何已知生產廠來生產氧氣自由 精餾器分離出的液體氧,除過上述工廠之外。 B ·除過上述散熱片式熱交換器之外,本發明可應用 於任何已知的熱交換器中。 •v5 4¾ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)
經濟部智慧財產局貝工消費合作杜印製 19 本紙張尺度適用中a國家標準(CNS>A4魔格<210 X 297公釐〉

Claims (1)

  1. 六、申請專利範圍 1·一種從原料空氣製造氣體氧的方法,其特徵在於包 括如下各步驟: (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 將由精餾原料空氣分離出的液體氧壓縮到既定供送壓 力; 將壓縮的液體氧在既定供送壓力下送入熱交換器中; 以及 在熱交換器中蒸發和氣化液體氧; 其中氣體氧以這樣的線性速度向上流動,該線性速度 等於或高於按照公式(1)計算的直徑爲200μιη的液體氧 滴的極限速度u : 225^c U ; 式中u :液體氧滴的極限速度, g:重力加速度, PL :在供送壓力下飽和液體氧的密度, 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 PG :在供送壓力下飽和氣體氧的密度, μ :在供送壓力下飽和氣體氧的粘度,以及 DP :液體氧滴的直徑。 2 *如申請專利範圍第1項的製造氣體氧的方法,其特 徵在於氣體氧以這樣的線性速度向上流動,該線性速度等 於或高於以公式(2)計算的直徑爲500μπι的液體氧滴極 限速度u : 本紙張尺度逋用中國國家揉率(CNS > Α4说格(210X297公釐) 、:, m C8 D8 六、申請專利範圍 u= (3.03g(^ -Pc)Df)1/2 (2) Pc, 式中u :液體氧滴的極限速度, g:重力加速度, Pl :在供送壓力下飽和液體氧的密度, PG :在供送壓力下飽和氣體氧的密度, μ :在供送壓力下飽和氣體氧的粘度,以及 DP :液體氧滴的直徑。 3 ·如申請專利範圍第2項的製造氣體氧的方法,其特 徵在於氣體氧是以這樣的線性速度向上流動的,該線性速 度等於或高於以公式(2)計算的具有直徑爲lmm的液體 氧滴的極限速度u。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 、1T 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 I張 -紙 本 率 橾 家 國 國 中 用 適 2 釐 公 7 29
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