專利名稱：帶有混合塔和氪-氙回收裝置的空氣分餾工藝及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種如權(quán)利要求1前序中所述的工藝。
被用作混合塔加壓的富氧餾分中氧的濃度比空氣中氧的濃度高，比如70到99.5mol％，最好為90-98mol％。混合塔被認(rèn)為是一種逆流接觸塔，其中較高揮發(fā)性的氣態(tài)餾分逆向流過較低揮發(fā)性的液體。
如本發(fā)明所述的工藝特別適用于獲取氣態(tài)高壓純氧。在本文中，術(shù)語純氧被理解為是一種混合物，其氧的含量為99.5mol％或稍低一些，特別是70-99.5mol％。產(chǎn)品壓力為，例如2.2-4.9巴，最好為2.2-4.5巴。當(dāng)然，如果需要的話，高壓產(chǎn)品可以在氣態(tài)下進一步壓縮。原理上，本發(fā)明也可用于混合塔壓力，該壓力比高壓塔壓力要高，比如4.5-16巴，特別是5-12巴。
從專利文獻EP531182A1、DE19951521A1和EP1139046A1中可了解到背景介紹中所述的這種類型的工藝。盡管在專利EP1139046A1中提到氪-氙回收裝置可連接到這種類型混合塔系統(tǒng)的下游，但是至今在實踐中并未實施過，因為在具有這種特征的系統(tǒng)中，迄今為止那些傳統(tǒng)的方法無法經(jīng)濟地獲取有效的氪和氙產(chǎn)出。
這一目標(biāo)可通過下述事實實現(xiàn)，即含氪和氙的氧氣流從氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)中被導(dǎo)入到氪-氙濃縮塔，富氪和氙的餾分在氪-氙濃縮塔中獲得，并且這一混合塔的氣態(tài)頂部產(chǎn)品被導(dǎo)入輔助塔中，在輔助塔上方得到除去氪和氙的頂部餾分。
這種氪-氙濃縮塔實現(xiàn)了氪和氙濃縮設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)功能，同時去除了甲烷。然而，單這一點還不足以滿足在混合塔工藝中獲取令人滿意的氪和氙產(chǎn)品。這是因為空氣中較低揮發(fā)性的成份中的相當(dāng)大一部分與混合塔頂部產(chǎn)品一起通常在工藝中被去除了。
因此，本發(fā)明中除氪-氙濃縮塔外，還另有一個輔助塔留取仍存在于混合塔頂部產(chǎn)品中的氪和氙。這一有價值的產(chǎn)品因此就不再與高壓氧產(chǎn)品一起失去，而是通過如示例所述方式，可被送回到混合塔或分餾塔系統(tǒng)，再從那里被導(dǎo)入到氪-氙濃縮塔。
術(shù)語“混合塔”和“輔助塔”在本文各例中被理解為功能性術(shù)語，代表相應(yīng)的逆流質(zhì)量轉(zhuǎn)換區(qū)。它們可以，但不一定必須，被布置在單獨的容器中。特別是，兩個或多個這種類型的區(qū)在一個共同的容器中一個摞一個布置，如果這些區(qū)的壓力水平都彼此接近的話。本發(fā)明中，通過示例，混合塔和輔助塔可被制成這種類型的組合塔。或者，可將一水平隔板安裝在混合塔和輔助塔之間，或者將混合塔和輔助塔各自置于完全獨立的容器內(nèi)。
最好從輔助塔中獲得的去除氪和氙的頂部餾分中的一部分是氣態(tài)高壓氧產(chǎn)品，而氪和氙不會大量地失去。
另外，如果從輔助塔中獲得的去除氪和氙的頂部餾分中的(另)一部分在一個冷凝-蒸發(fā)器中進行冷凝就更好了。在冷凝-蒸發(fā)器中生成的冷凝物大部分是氪和氙，并被作為回流用于輔助塔和氪-氙濃縮塔。
這個冷凝-蒸發(fā)器可同時被用作氪-氙濃縮塔的底部蒸發(fā)器。輔助塔和氪-氙濃縮塔因此就各自構(gòu)成一個雙塔的高壓和低壓部分。
在如本發(fā)明所述工藝的一個優(yōu)先配置中，被加入到混合塔的富氧餾分經(jīng)過1至5層理論板，最好是2至4層理論板被去除，這些理論板位于氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)的塔或其中之一的塔的底板之上。這一餾分通常來自一雙塔系統(tǒng)的低壓塔之中的相應(yīng)的中部區(qū)域。相反，用于氪-氙濃縮塔的含氪和氙的氧氣流被從該塔的底部取出。
本發(fā)明還涉及一種空氣低溫分餾用的設(shè)備，如權(quán)利要求9所述。
具體實施例方式
在

圖1所示實施例中，經(jīng)凈化了的空氣1以，例如4.5-7.1巴，最好大約5.8巴的壓力輸入。該空氣的第一部分流經(jīng)管道2到達主熱交換器3，在那里被大約冷卻到露點并最后作為“第一加壓空氣流”經(jīng)過管道4流入到氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)中的高壓塔5。高壓塔5的作業(yè)壓力為，比如4.3-6.9巴，最好為大約5.6巴。氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)也可有一低壓塔6，其作業(yè)壓力為，比如1.3-1.7巴，最好大約為1.5巴。這兩座塔通過主冷凝器7連接在一起以交換熱能。
氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)在實施例中被設(shè)計成一個傳統(tǒng)的林德雙塔裝置。然而，本發(fā)明也可用于帶有其他類型冷凝器和/或塔配置的精餾系統(tǒng)。
從高壓塔5底部流出的富氧液體8在第一過冷逆流熱交換器9中被冷卻，經(jīng)過節(jié)流10后被導(dǎo)入低壓塔6的中部。從高壓塔5頂部流出的氣態(tài)氮11中的一部分12可在主熱交換器3中加熱，并得到加壓氮產(chǎn)品13。剩余部分14在主冷凝器7中大體上被完全冷凝。所獲得的液態(tài)氮15中的至少一部分16被作為回流加入到高壓塔5中。如果需要的話，另一部分17可以作為液態(tài)產(chǎn)品取出。從高壓塔5中流出的中間液18(不純氮)，經(jīng)過過冷9和節(jié)流19后，被作為回流用于低壓塔6。從低壓塔頂部流出的氣態(tài)不純氮20在熱交換器9和3中被加熱，并最終通過管道21取出。它也可作為再生氣體用于空氣1的凈化設(shè)備(未示出)。
液態(tài)氧22被從低壓塔6中取出作為“富氧餾分”，在泵23中被壓縮到比如5.7-8.3巴，最好大約7.0巴，在第二過冷逆流熱交換器24中加熱，并最終被加入(25)到混合塔26的頂部。去除液態(tài)氧22的位置是，在此例中，位于低壓塔6底部之上的大約4個理論板。
一條熱交換介質(zhì)流沿與液態(tài)富氧餾分25相反的方向流入混合塔，這條熱交換介質(zhì)流在實施例中是由第二加壓空氣流42、43構(gòu)成的，該第二加壓空氣流42、43是以稍高于冷端的一個中間溫度從第一加壓空氣流4中被分出并從主熱交換器3中去除，然后在第二過冷逆流熱交換器24中進一步冷卻，最后被吹入到混合塔26的底部區(qū)域。從混合塔26出來的底部液體38-39與中間液體40-41均在第二過冷逆流熱交換器24中進行過冷處理，并在與其成份相對應(yīng)的位置上被節(jié)流入低壓塔6中。
混合塔26的氣態(tài)頂部產(chǎn)品流到輔助塔27的較低一端，在該實施例中輔助塔27與混合塔26是組合在一起的。組合塔有三個部分，頂部構(gòu)成輔助塔27，兩個較低的部分構(gòu)成混合塔26。去除氪和氙的頂部餾分28的第一部分29在主熱交換器3中加熱并通過管道30作為氣態(tài)加壓氧產(chǎn)品獲得。剩余部分31在冷凝-蒸發(fā)器32中被大體上完全冷凝。形成的冷凝物33于是就只含有非常少量的氪和氙，并且該冷凝物的第一部分34被作為回流加入到輔助塔27中，而該冷凝物的第二部分35被作為回流加入到氪-氙濃縮塔36中。如果需要的話，第三部分37可作為液態(tài)氧產(chǎn)品被取出。
氪-氙濃縮塔36的作業(yè)壓力大約比輔助塔27的頂部壓力低1巴，在本例中大約為5.6巴。結(jié)果是，冷凝-蒸發(fā)器32可同時被用作氪-氙濃縮塔的底部蒸發(fā)器。氪-氙濃縮塔36(低壓部分)與輔助塔27和混合塔26的組合體(高壓部分)這時就組成一雙塔。含氪和氙的氧氣流44就以液態(tài)形式被從低壓塔6的底部取出，在泵45中被壓縮成高壓，經(jīng)過加熱24后，經(jīng)管道46、47或48被導(dǎo)入到兩個不同的位置，作為加壓餾分用于氪-氙濃縮塔36。一些甲烷與頂部氣體49-50一起離開氪-氙濃縮塔36，頂部氣體49-50被回送到低壓塔。相反，氪和氙在底部被凈化，并從該位置上富氪和氙的餾分51以液態(tài)形式被取出。
在該工藝中，制冷過程是通過下述方式實現(xiàn)的，即對第三加壓空氣流52-55-56作業(yè)膨脹57至大體為低壓塔的作業(yè)壓力。在通過主熱交換器3冷卻的上游，渦輪空氣可以在帶有再冷卻室54的再壓縮室53中被進一步壓縮，再冷卻室54由膨脹渦輪57驅(qū)動。膨脹了的第三加壓空氣流58最終在59處被吹入到低壓塔6中。
在如本發(fā)明所述工藝中，實際上加壓空氣1中所含有的所有氪和氙都經(jīng)過氪-氙濃縮塔36的底部并因此成為濃縮物51被從該處取出。從第一加壓空氣流4中取出的較低揮發(fā)性的餾分與從高壓塔5中取出的底部液體8一起被送入低壓塔。在混合塔空氣(第二加壓空氣流)42-43中含有的氪和氙通過輔助塔27防止其與高壓氧產(chǎn)品28、29、30一起泄漏，并且與液體38-39和40-41一起被送入低壓塔6。渦輪空氣(第三加壓空氣流)58-59的較低揮發(fā)性的餾分也最終停留在低壓塔的底部。如果送入混合塔26的液態(tài)氧22也含有氪和氙，這也被阻留在輔助塔27中并被送回到低壓塔。
通過低壓塔6中的底部液體44去除大體上全部的氪和氙，并在氪-氙濃縮塔36中被進一步濃縮，同時排掉甲烷，這樣做的結(jié)果就是，如本發(fā)明所述，獲得很高的氪和氙產(chǎn)量。
圖2與圖1僅有一點不同，即輔助塔27布置在一個容器中，該容器獨立于混合塔26。氪-氙濃縮塔36和輔助塔27在這種情況下與冷凝-蒸發(fā)器32一起組成了一個雙塔。
根據(jù)工藝工程，單獨布置塔26和27等同于如圖1所示的組合塔，因為混合塔26中的所有氣態(tài)頂部產(chǎn)品260都被導(dǎo)入輔助塔27的底部，相反來自輔助塔27的所有底部液體261都流回到混合塔26的頂部。
圖2所示變型被特別推薦用于現(xiàn)有混合塔裝置中，該裝置被改裝以具有一個氪-氙回收裝置。
盡管圖1和圖2所示工藝可適用于小于或等于高壓塔內(nèi)壓力的氧產(chǎn)品壓力，圖3示出了一種工藝可得到更高的產(chǎn)品壓力。(否則，圖3與圖1沒有不同之處。)在這種情況下，第二加壓空氣流342-343通過管道362被從主熱交換器3的上游的全部空氣1中分離出。由帶有再冷卻器364的再冷凝器363加壓，于是混合塔26的作業(yè)壓力就為，例如7.0-17巴，最好大約12.0巴。
權(quán)利要求
1.一種氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)(5，6)中的工藝，用于空氣的低溫分餾，在該工藝中，·第一加壓空氣流(4)被導(dǎo)入氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)，·來自氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)的富氧餾分(22)以液態(tài)形式被增壓(23)并被加入(25)到混合塔(26)中，·一熱交換介質(zhì)流，特別是第二加壓空氣流(43，343)，被導(dǎo)入到混合塔(26)的下方區(qū)域，并與富氧餾分(22，25)逆流接觸，·氣態(tài)頂部產(chǎn)品(260)在混合塔(26)的上方區(qū)域獲得，并且其中，·來自混合塔的下方或中部區(qū)域的液體(38，39，40，41)被導(dǎo)入氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)，其特征在于·來自氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)的含氪和氙的氧氣流(44，46，47，48)被導(dǎo)入氪-氙濃縮塔(36)，·富氪和氙的餾分(51)在氪-氙濃縮塔(36)中獲得，并且·混合塔(26)的氣態(tài)頂部產(chǎn)品(260)被導(dǎo)入輔助塔(27)，在其上方區(qū)域獲得除去氪和氙的頂部餾分(28)。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其特征在于，來自輔助塔(27)的除去氪和氙的頂部餾分(28)中的一部分(29，30)以氣態(tài)高壓氧產(chǎn)品的形式獲得。
3.如權(quán)利要求1或2所述的工藝，其特征在于，來自輔助塔(27)的除去氪和氙的頂部餾分(28)中的一部分(31)在冷凝-蒸發(fā)器(32)中被冷凝。
4.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于，在冷凝-蒸發(fā)器(32)中生成的冷凝物(33)的一部分(34)被作為回流加入到輔助塔(27)中。
5.如權(quán)利要求2或4所述的工藝，其特征在于，在冷凝-蒸發(fā)器(32)中生成的冷凝物(33)中的一部分(35)被作為回流加入到氪-氙濃縮塔中。
6.如權(quán)利要求2或3所述的工藝，其特征在于，在冷凝-蒸發(fā)器(32)中來自氪-氙濃縮塔(36)下方區(qū)域的液體被蒸發(fā)。
7.如權(quán)利要求1-6中之一所述的工藝，其特征在于，富氧餾分(22)通過1至5層理論板被去除，這些理論板位于氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)的塔或其中之一塔的底部上方，特別是帶有一高壓塔(5)的雙塔系統(tǒng)中的低壓塔(6)。
8.如權(quán)利要求1-7中之一所述的工藝，其特征在于，含氪和氙的氧氣流(44)從氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)的塔或其中之一塔的底部被去除，特別是帶有一高壓塔(5)的雙塔系統(tǒng)中的低壓塔(6)。
9.一種空氣低溫分餾用設(shè)備，包括氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)(56)，并且具有一混合塔(26)，并且·具有第一加壓空氣管道(4)，它被連接到氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)，·具有第一液氧管道(22，25)，它被連接到氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)并且通過增加液體壓力用裝置(23)接入混合塔(26)，·具有一條熱交換介質(zhì)管道，特別是一條第二加壓空氣管道(43，343)，它接入混合塔(26)的下方區(qū)域，·具有用于在混合塔(26)上方區(qū)域獲取氣態(tài)頂部產(chǎn)品(260)的裝置，·具有一條液體管道(38，39，40，41)，它從混合塔的下方或中部區(qū)域出來并接入到氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)，其特征在于，·一個氪-氙濃縮塔(36)用于獲取富氪和氙餾分(51)·一條第二液態(tài)氧管道(44，46，47，48)用于把含氪和氙的氧氣流從氮-氧分離用分餾塔系統(tǒng)導(dǎo)入到氪-氙濃縮塔(36)，·裝置(260)用于把混合塔(26)中的氣態(tài)頂部產(chǎn)品導(dǎo)入到輔助塔(27)，并且·用于在氪-氙濃縮塔(36)的上方區(qū)域獲取除去氪和氙的頂部餾分(28)的裝置。
全文摘要
本發(fā)明所涉及的工藝和設(shè)備用于氮－氧分離用分餾塔系統(tǒng)(5，6)中的空氣低溫分餾。第一加壓空氣流(4)被導(dǎo)入到氮－氧分離用分餾塔系統(tǒng)。來自氮－氧分離用分餾塔系統(tǒng)的富氧餾分(22)以液態(tài)形式被加壓(23)并被加入(25)到混合塔(26)中。熱交換介質(zhì)流，特別是第二加壓空氣流(43，343)，被導(dǎo)入混合塔(26)的下方區(qū)域并與富氧餾分(22，25)逆流接觸。氣態(tài)頂部產(chǎn)品(260)在混合塔(26)的上方區(qū)域獲得。來自混合塔(26)下方或中部區(qū)域的液體(38，39，40，41)被導(dǎo)入氮－氧分離用分餾塔系統(tǒng)。來自氮－氧分離用分餾塔系統(tǒng)的含氪和氙的氧氣流被導(dǎo)入氪－氙濃縮塔(36)。富氪和氙的餾分(51)在氪－氙濃縮塔(36)中獲得?；旌纤?26)中的氣態(tài)頂部產(chǎn)品(260)被導(dǎo)入輔助塔(27)，并在其上方區(qū)域獲得除去氪和氙的頂部餾分(28)。
文檔編號C01B13/02GK1470836SQ0314863
公開日2004年1月28日 申請日期2003年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2002年6月24日
發(fā)明者迪特里?！ち_特曼, 迪特里希 羅特曼, 克里斯蒂安·孔茨, 蒂安 孔茨 申請人:林德股份公司