專利名稱：回收氪和/或氙的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明概括地說(shuō)涉及空氣分離領(lǐng)域，特別地涉及從空氣分離的氧產(chǎn)品中粗回收至少一種選自氪和氙的稀有氣體。
背景技術(shù)：
氪和氙以非常低的濃度，一般分別以約1.14ppm和0.087ppm存在于空氣中。它們是二種有用的氣體，因此這里有在空氣分離方法中最大限度地回收它們的經(jīng)濟(jì)上的動(dòng)力。
在一般的低溫空氣蒸餾方法中，由于氪和氙與氧相比更難以揮發(fā)，所以它們濃集在從低壓(“LP”)蒸餾塔的底部排出的液態(tài)氧(“LOX”)產(chǎn)品中。因此，LOX的流量越小，在該產(chǎn)品中氪和氙的濃度越高。
在大部分氧產(chǎn)品以氣相從LP塔中排出的低溫空氣蒸餾方法中，可以確信通過(guò)在LP塔的底部上方的幾個(gè)蒸餾階段中除去氣態(tài)氧(“GOX)非常少量的氪和酰損失在GOX中。這些塔底的保護(hù)階段主要用來(lái)防止大體上比氙更易揮發(fā)的氪的過(guò)度損失。幾乎所有的進(jìn)入空氣分離設(shè)備的氪和氙均可以被回收在LOX產(chǎn)品中，該LOX產(chǎn)品是整個(gè)氧流量中非常小的一部分。然后加工該LOX產(chǎn)品以制備純化的稀有氣體產(chǎn)品。在主要需要氙產(chǎn)品的情況下，無(wú)需塔底的保護(hù)階段，并且仍然可以回收更多的氪和幾乎所有的進(jìn)入該設(shè)備的氙在LOX產(chǎn)品中。
如果來(lái)自蒸餾級(jí)的LOX的流量非常高，例如當(dāng)將所有的氧從蒸餾塔中排放出作為L(zhǎng)OX，用泵增壓至所需的壓力并在主熱交換器中蒸發(fā)時(shí)，氪和氙的損失更大，甚至在使LOX沿著LP塔向上經(jīng)過(guò)幾個(gè)級(jí)時(shí)。基本上所有進(jìn)入該空氣分離設(shè)備的氪和氙以向下流動(dòng)的液體沿著LP塔向下流到LP塔的貯槽中，所以任何液體的排放量均與作為產(chǎn)品的整個(gè)液體的排放量成比例地排放出一部分氪和氙。一般這將導(dǎo)致約30％的這些有用產(chǎn)品損失掉。
因此希望提高從空氣分離設(shè)備(其中至少部分氧產(chǎn)品是作為L(zhǎng)OX排出的)中回收氪和氙的回收率。
當(dāng)一種設(shè)備從LP塔中排放作為蒸汽的主要氧產(chǎn)品時(shí)，可以如上所述通過(guò)加工該LOX產(chǎn)品來(lái)回收氪和氙。然而，對(duì)于現(xiàn)有的泵送的LOX循環(huán)的設(shè)備來(lái)說(shuō)，因?yàn)橐话銖腖P塔的底部排放出所有的氧產(chǎn)品時(shí)，所以通常不存在濃集稀有氣體組分的少量流體。因此，因?yàn)殡春碗浅Ｓ杏?，所以也希望能夠在現(xiàn)有設(shè)備中改裝稀有氣體回收系統(tǒng)。
此外，希望提供一種氙和/或氪回收設(shè)備，其可以加工來(lái)自外源的富含稀有氣體的進(jìn)料流。
US-A-4805412(Colley；1989年2月21日公開(kāi))公開(kāi)了一種低溫蒸餾空氣的方法和設(shè)備，其可以降低氪和氙的損失率。使氧從該蒸餾系統(tǒng)的LP塔中排放出，并輸送到用于抽提其包含的氪和氙的初級(jí)氪抽提塔中。輸送到該初級(jí)氪抽提塔的主要進(jìn)料是LOX流體，但是也可以從LP塔中提取出少量的GOX流體，并在無(wú)壓力調(diào)節(jié)下輸送到該氪抽提塔中。LP塔和該初級(jí)氪抽提塔在基本上相同的壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。將部分貧氪的塔頂蒸汽濃縮，并輸送到該初級(jí)氪抽提塔中作為向下流的沖洗液體。
US-A-6301929(Lochner；2001年10月16日公開(kāi))公開(kāi)了一種空氣分離方法，其中形成貧稀有氣體的LOX流體和富含稀有氣體的LOX流體。將這二種液體流泵送至在GOX生產(chǎn)壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)的稀有氣體分離塔中。將貧稀有氣體的LOX流體作為回流送至該塔的頂部，而富含稀有氣體的氣流被送至該塔的下部。將該貧稀有氣體的GOX產(chǎn)品作為塔頂流出物從該塔排出，并且排放出富含稀有氣體的塔底液體流。在該塔的貯槽中的再沸器/冷凝器以一定尺寸制造以蒸發(fā)幾乎所有的氧進(jìn)料流。因?yàn)樵撗踹M(jìn)料流是液體的，所以必須增大再沸器/冷凝器以蒸發(fā)所有的該進(jìn)料。
研究報(bào)告42517(1999年9月不具名公開(kāi))公開(kāi)了一種空氣分離的方法，其中使氧產(chǎn)品離開(kāi)該塔系統(tǒng)作為L(zhǎng)OX。將該LOX流用泵增壓至氧產(chǎn)品的壓力，并被分成二股流體。將第一股流體作為回流送到稀有氣體塔的頂部，而第二股流體被送到該塔的下部區(qū)域。這二股流體的相對(duì)比例是這樣確定的，即該塔可以除去甲烷。將貧稀有氣體的GOX產(chǎn)品作為塔頂流出物從該稀有氣體塔中排放出，并排放出富含稀有氣體的塔底液體流。在稀有氣體塔的貯槽中的再沸器/冷凝器必須以一定尺寸制造以蒸發(fā)幾乎所有的氧進(jìn)料流。因?yàn)樵撗踹M(jìn)料流是液體的，所以必須增大再沸器/冷凝器以蒸發(fā)所有的該進(jìn)料。
DE-A-19855485(Lochner；1999年6月10日公開(kāi))公開(kāi)了一種空氣分離方法，其中在LP塔中形成貧稀有氣體的LOX和富含稀有氣體的LOX。將這二種液體流泵送至稀有氣體塔中，其中貧流體作為回流被送至該塔的頂部，而富流體被送至該塔的下部。此外，在該稀有氣體塔的底部輸送到一些氣態(tài)氮(“GAN”)來(lái)氣提沿塔下行的液體。將貧氣體GOX塔頂流出物返回LP塔，并排放出富含稀有氣體的LOX氣體。
US-A-6378333(Dray；2002年4月30日公開(kāi))公開(kāi)了一種空氣分離方法，其中將含有氙組分的第一LOX流體從LP塔送至氙濃縮塔的上部作為回流。在該氙濃縮塔中，LOX進(jìn)料被分成富含氙的塔底液體和貧氙的GOX塔頂流出物。使含有氙組分的第二LOX流體從LP塔中排放出，壓縮并與部分進(jìn)料空氣交換熱而部分蒸發(fā)。一般來(lái)自該部分蒸發(fā)的液體餾份將也作為進(jìn)料被送至氙濃縮塔中。
US-A-5913893(Gary等；1999年6月22日公開(kāi))公開(kāi)了一種通過(guò)過(guò)濾和/或吸收純化低溫液體，特別是液態(tài)氦的方法。從該液體中過(guò)濾或吸收了雜質(zhì)，但是該雜質(zhì)不能作為有用的產(chǎn)品。
US-A-5039500(Shino等；1991年8月13日公開(kāi))公開(kāi)了從空氣分離單元(“ASU”)排出的少量LOX吹掃流體的氣化方法，并使該氣體流通過(guò)選擇性吸收氙的吸收器。在該吸收器的再生步驟中回收氙。在吹掃流體中氙濃度是約31ppm，即是空氣中氙濃度的360倍。
JP-A-09002808(Takano等；1997年1月7日公開(kāi))公開(kāi)了從ASU排出的少量LOX吹掃流體的氣化方法，并使該氣體流通過(guò)第一吸收器(其選擇性吸收氙)，然后通過(guò)第二吸收器(其選擇性吸收氪)。在吸收器的再生步驟中回收氙和氪。
在現(xiàn)有技術(shù)中，眾所周知因?yàn)殡春碗貏e低的揮發(fā)性，它們將濃集在液體氧中。因此在現(xiàn)有技術(shù)中需要加工該LOX流以便回收氪和氙。大多數(shù)的現(xiàn)有技術(shù)附加地提供少量濃集了氪和氙的氧吹掃流體，這樣粗回收系統(tǒng)將更小。上述現(xiàn)有技術(shù)中未公開(kāi)從熱產(chǎn)品氣態(tài)氧流體中回收氪和氙。
在現(xiàn)有技術(shù)的方法中，如果需要回收氪和氙，一般需要設(shè)計(jì)ASU的LP塔，這樣可以排放出少量富含稀有氣體的LOX吹掃氣體。這樣的改進(jìn)明顯增加了必需的投資成本，并且增加了LP塔的高度。
因此希望克服舉例說(shuō)明的現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷(并因此對(duì)其改進(jìn))和提供一種能夠生產(chǎn)富含稀有氣體產(chǎn)品(用于進(jìn)一步加工成純化的氪和/或氙)和純LOX產(chǎn)品的空氣分離方法，而不會(huì)涉及增加資金支出和大的再沸器/冷凝器或附加設(shè)備例如氬氣提塔的運(yùn)轉(zhuǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人已經(jīng)認(rèn)識(shí)到通過(guò)含氙-(和通常氪-)的蒸汽進(jìn)料與回流氣體接觸可以實(shí)現(xiàn)氙的粗回收，即使該蒸汽進(jìn)料具有低濃度的氪和氙或者即使該蒸汽進(jìn)料處于高壓下。氪也可以被回收。然后回收的產(chǎn)品可以進(jìn)一步被加工以提供至少一種純化的氪和/或氙產(chǎn)品。在上下文中使用的蒸汽進(jìn)料中氪和氙的“低濃度”意味著在蒸汽進(jìn)料中氪和氙的濃度比現(xiàn)有技術(shù)中吹掃流體的低但高于空氣中的濃度。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種從包含氧和至少一種選自氪和氙的混合物中回收至少一種選自氪和氙的稀有氣體的方法。該方法包括將所述的混合物或者由其產(chǎn)生的混合物輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中，并在所述的稀有氣體回收系統(tǒng)中將所述的混合物進(jìn)料分成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品。該方法的特征在于將至少約50摩爾％的所述混合物以氣相輸送到該稀有氣體回收系統(tǒng)中。當(dāng)通過(guò)選擇吸收分離該混合物進(jìn)料時(shí)，該混合物進(jìn)料中氙的濃度不大于空氣中氙濃度的50倍。
本發(fā)明涉及將進(jìn)料混合物(其大多數(shù)是氧并且其至少約一半呈氣態(tài))送至稀有氣體粗回收系統(tǒng)中。該稀有氣體粗回收系統(tǒng)可以是塔、塔系統(tǒng)、熱交換器或吸收器，但是無(wú)論該回收系統(tǒng)的特性怎樣，使氪和/或氙濃集，并且回收該濃集的產(chǎn)品(和純化的氧產(chǎn)品)。本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方案是加工大量的具有低氪和氙濃度的GOX流體，而不是少量的富含氪和氙的吹掃流體。
進(jìn)料優(yōu)選處于比其來(lái)源(即該原料最初從其中排出的低溫空氣蒸餾塔)的壓力更高的壓力下。該原料可以是從ASU中的用泵增壓的LOX循環(huán)中獲得的蒸發(fā)的氧、來(lái)自主交換器熱端的GOX(可能隨后壓縮)或者可以是來(lái)自氧管線的。LOX也可以被輸送到該粗回收系統(tǒng)中以提供冷卻利用和/或回流。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于其可以應(yīng)用到現(xiàn)有的生產(chǎn)氧氣的設(shè)備中。這樣的設(shè)備可以容易地用本發(fā)明的粗回收系統(tǒng)改裝，這樣可以回收氧產(chǎn)品流體中存在的氪和氙，而無(wú)需進(jìn)一步加工。
優(yōu)選地，該混合物進(jìn)料的至少90摩爾％是氣態(tài)的。更優(yōu)選地，所有的混合物進(jìn)料均是氣態(tài)的。
該方法可以用于生產(chǎn)富含氙的產(chǎn)品、富含氪的產(chǎn)品和富含氙和氪的產(chǎn)品。
該方法可以進(jìn)一步包括將富含氙的流體輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中。該富含流體至少部分是氣態(tài)的或者可以是液體并且可以是從低溫空氣蒸餾系統(tǒng)(其通常是一種不同于生產(chǎn)該混合物系統(tǒng)的系統(tǒng))中排出的。
該混合物也可以是從GOX管線中排出的，在這種情況下其通常處于壓力下并且可以無(wú)需進(jìn)一步壓縮。此外，在將該混合物輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)之前可以壓縮該混合物，例如如果該混合物是從ASU的LP塔排出的。
該方法可以進(jìn)一步包括在低溫空氣分離單元(“ASU”)中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和液體氧(“LOX”)，給至少部分所述的LOX施加壓力以提供壓縮的LOX，并且將所述壓縮LOX的至少一部分至少部分地蒸發(fā)以提供所述的混合物進(jìn)料。在這樣的方法中，優(yōu)選將所有所述壓縮LOX的所述至少一部分蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。該混合物進(jìn)料的壓力優(yōu)選大于生產(chǎn)所述LOX的ASU部分的操作壓力?？梢詫OX流分成至少二部分，每一部分在輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)之前均在不同壓力下被蒸發(fā)。
在本發(fā)明的實(shí)施方案中，稀有氣體回收系統(tǒng)是氣-液接觸分離系統(tǒng)，并且該方法包括使所述混合物進(jìn)料與LOX在該分離系統(tǒng)中接觸以實(shí)現(xiàn)分離。
在該實(shí)施方案的一種布置中，氣體-液體接觸分離系統(tǒng)是無(wú)蒸餾階段的氣-液接觸塔，并且該方法包括使該混合物進(jìn)料穿過(guò)所述塔中的LOX來(lái)實(shí)現(xiàn)分離。
在另一種布置中，氣-液接觸分離系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)，并且該方法包括將所述混合物輸送到蒸餾系統(tǒng)中以便分離成所述的作為塔頂蒸汽的貧稀有氣體的GOX和所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品，并將LOX輸送到所述的蒸餾系統(tǒng)中作為回流。優(yōu)選該混合物在輸送到蒸餾系統(tǒng)之前被過(guò)熱。
如果至少大部分的混合物以氣態(tài)或液態(tài)被輸送到蒸餾系統(tǒng)中，那么可以濃縮貧稀有氣體的塔頂流出物，將其壓縮至高壓(例如使用泵)，然后再蒸發(fā)。
在氣-液接觸分離系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)時(shí)，該方法進(jìn)一步包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分成富含氮的塔頂蒸汽和LOX，將LOX從ASU中排放出，給所述的LOX流體的至少一部分施加壓力以生產(chǎn)壓縮的LOX流體，將所述壓縮LOX流體分成主要部分和少量部分，將所述的主要部分至少部分蒸發(fā)以獲得所述混合物，并將所述少量LOX部分輸送到蒸餾系統(tǒng)中作為回流。優(yōu)選將所有所述的主要部分蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。在蒸餾系統(tǒng)包括單個(gè)蒸餾塔時(shí)，該方法包括將所述混合物輸送到該塔中以便分離成所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品和所述的貧稀有氣體的GOX，并將所述少量LOX部分輸送到所述塔中作為回流。
在氣-液接觸分離系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)時(shí)，該方法可以包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和LOX，將LOX流從ASU中排出，給所述LOX流的至少一部分施加壓力以生產(chǎn)壓縮LOX流，將所述壓縮LOX的至少一部分至少部分地蒸發(fā)來(lái)提供所述混合物，通過(guò)與冷卻劑的間接熱交換冷凝至少一部分所述貧稀有氣體的GOX塔頂蒸汽來(lái)自生產(chǎn)冷凝的塔頂流出物，并將至少部分冷凝的塔頂流出物輸送到蒸餾系統(tǒng)中作為回流。優(yōu)選地，將所述壓縮LOX流的所有所述的至少一部分蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。如果該蒸餾系統(tǒng)包括單個(gè)蒸餾塔，那么該方法包括將所述混合物輸送到該塔中以便分離成所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品和所述的貧稀有氣體的GOX，并將所述濃縮的塔頂流出物的至少一部分輸送到所述塔中作為回流。
該蒸餾系統(tǒng)可以包括一個(gè)或多個(gè)蒸餾塔。通常該系統(tǒng)僅具有一個(gè)塔，因?yàn)檫@可以降低最初的投資成本，但是在某些情況下優(yōu)選具有二個(gè)或三個(gè)塔的系統(tǒng)。
在該實(shí)施方案的另一布置中，蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓(“HP”)蒸餾塔和一個(gè)低壓(“LP”)蒸餾塔。HP和LP塔經(jīng)再沸器/冷凝器在熱量上成為一體。該方法包括將所述的混合物輸送到所述HP塔中，在這里其被分離成稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和富含稀有氣體的塔底液體。將富含稀有氣體的塔底液體在調(diào)節(jié)壓力之后輸送到所述LP塔中以便分離成所述貧稀有氣體的GOX和所述富含稀有氣體的產(chǎn)品。將稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與富含稀有氣體的產(chǎn)品間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的稀有氣體貧化的塔頂流出物，將其至少部分輸送到HP塔中作為回流。將來(lái)自或從HP塔產(chǎn)生的液體輸送到LP塔中作為回流?？梢詫OX輸送到HP塔中作為回流。用于回流的LOX一般是通過(guò)在低溫ASU中分離進(jìn)料空氣來(lái)制備的?？梢酝ㄟ^(guò)富含稀有氣體的塔底液體與加熱液體的間接熱交換使其至少部分蒸發(fā)來(lái)使HP塔再沸騰。
在該實(shí)施方案的另一布置中，該蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓(“HP”)蒸餾塔、中壓(“MP”)蒸餾塔和低壓(“LP”)蒸餾塔。該HP和MP塔僅第一再沸器/冷凝器在熱量上成為一體，而MP和LP塔經(jīng)第二再沸器/冷凝器在熱量上成為一體。該方法包括將所述的混合物輸送到所述HP塔中，在該塔中其被分離成第一稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第一富含稀有氣體的塔底液體。將第一富含稀有氣體的塔底液體在調(diào)節(jié)壓力之后輸送到所述MP塔中以便分離成第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第二富含稀有氣體的塔底液體。將第一稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與第二富含稀有氣體的塔底液體間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的第一稀有氣體貧化的塔頂流出物，將其至少一部分輸送到HP塔中作為回流。將來(lái)自或從HP塔產(chǎn)生的液體輸送到MP塔、LP塔或這二者中作為回流。將第二富含稀有氣體的塔底液體輸送到所述LP塔中以便分離成所述貧稀有氣體的GOX和所述富含稀有氣體的產(chǎn)品。將第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與所述富含稀有氣體的產(chǎn)品間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的第二稀有氣體貧化的塔頂流出物，將其至少部分輸送到MP塔中作為回流。將來(lái)自或從MP塔產(chǎn)生的液體輸送到LP塔中作為回流。該方法進(jìn)一步包括將LOX輸送到HP塔中作為回流。用于該回流的LOX優(yōu)選是通過(guò)進(jìn)料空氣的低溫分離來(lái)制備的。
在該實(shí)施方案的另一布置中，該蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一蒸餾塔和一個(gè)第二蒸餾塔，其中第一和第二蒸餾塔在相同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)。該方法包括將所述混合物輸送到所述第一塔中以便分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品，將所述混合物輸送到所述第二塔中以便分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品，將LOX輸送到所述第一塔中作為回流，并將至少一種選自來(lái)自第一塔的富含稀有氣體的產(chǎn)品和LOX的液體輸送到第二塔中作為回流。該方法進(jìn)一步包括將所述壓縮的混合物的流體分成二個(gè)相等的部分，在每個(gè)塔中輸送一份。
在另一實(shí)施方案中，該氣-液接觸分離系統(tǒng)是至少一個(gè)熱交換器。在這樣的實(shí)施方案中，該方法包括將所述混合物輸送到該熱交換器或每個(gè)熱交換器的底部，通過(guò)與冷卻劑間接熱交換而將通過(guò)該熱交換器的通道上升的部分所述混合物冷凝來(lái)生產(chǎn)冷凝的混合物，并且使該上升的混合物與下行的冷凝混合物在這些通道中接觸以通過(guò)分餾實(shí)現(xiàn)分離。優(yōu)選地，該間接熱交換在該熱交換器的上部進(jìn)行?？梢酝ㄟ^(guò)與第一加熱液體的間接熱交換使富含稀有氣體的產(chǎn)品至少部分蒸發(fā)從而使該熱交換器再沸騰。該方法可以進(jìn)一步包含通過(guò)在熱交換器內(nèi)與第二加熱液體的間接熱交換將該貧稀有氣體的GOX加熱至環(huán)境溫度，所述的熱交換在生產(chǎn)冷凝混合物的熱交換的上方進(jìn)行。
在第三實(shí)施方案中，稀有氣體回收系統(tǒng)是吸收器系統(tǒng)，并且該方法包括在該吸收器系統(tǒng)中使所述混合物進(jìn)料與選擇吸收稀有氣體的吸收劑材料接觸以實(shí)現(xiàn)分離。該方法還可以是壓力回轉(zhuǎn)吸收(“PSA”)方法或溫度回轉(zhuǎn)吸收(“TSA”)方法，這二種方法均是現(xiàn)有技術(shù)中已知的。
在混合物進(jìn)料中氙的濃度不超過(guò)空氣中氙濃度的50倍，優(yōu)選不超過(guò)20倍，更優(yōu)選是約5倍。
該分離通常是粗分離，并且富含稀有氣體的產(chǎn)品可以進(jìn)一步被加工來(lái)制備至少一種選自純化的氙產(chǎn)品、純化的氪產(chǎn)品和純化的氪和氙產(chǎn)品的產(chǎn)品。這樣的進(jìn)一步加工步驟是現(xiàn)有技術(shù)中眾所周知的，并且包括使該富含稀有氣體的產(chǎn)品燃燒以除去烴化合物，隨后進(jìn)一步通過(guò)蒸餾純化獲得的產(chǎn)品。
可以使用至少一種其它的吸收器來(lái)從進(jìn)入稀有氣體回收系統(tǒng)中的LOX或GOX進(jìn)料流中除去烴化合物、二氧化碳和/或一氧化二氮，或者從中間或最終的LOX或GOX流體中除去。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種設(shè)備，該設(shè)備用于本發(fā)明第一方面的從包含氧和至少一種選自氪和氙的的稀有氣體的混合物中回收至少一種選自氪和氙的稀有氣體的方法，所述的設(shè)備包括用于將進(jìn)料空氣分離為富含氮的塔頂蒸汽和LOX的低溫ASU，用于壓縮至少部分所述LOX以提供壓縮的LOX的加壓裝置，用于蒸發(fā)至少約50摩爾％的所述壓縮LOX以提供所述混合物的蒸發(fā)裝置，以及用于將所述混合物分離為貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的稀有氣體回收系統(tǒng)。
該稀有氣體回收系統(tǒng)可以是無(wú)蒸餾級(jí)的氣-液接觸塔。所述混合物在這樣的塔中流過(guò)(例如作泡狀通過(guò))LOX。
稀有氣體回收系統(tǒng)也可以是蒸餾系統(tǒng)。這樣的設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于在所述混合物進(jìn)入該蒸餾系統(tǒng)之前將其過(guò)熱的裝置。該設(shè)備也可以進(jìn)一步包括將來(lái)自加壓裝置(例如泵)的所述壓縮LOX的一部分輸送到蒸發(fā)裝置的輸送管道和進(jìn)一步包括將來(lái)自該泵的所述壓縮空氣的剩余部分輸送到蒸餾系統(tǒng)作為回流的輸送管道。該設(shè)備還包括用于經(jīng)冷卻劑至少部分冷凝所述貧稀有氣體GOX塔頂流出物的一部分以提供至少部分冷凝的貧稀有氣體的GOX塔頂流出物的熱交換裝置和用于將所述的至少部分冷凝的塔頂流出物的至少一部分輸送到蒸餾系統(tǒng)作為回流的輸送管道。
在稀有氣體回收系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施方案中，該設(shè)備可以進(jìn)一步包括用于將混合物分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的第一蒸餾塔、在與所述第一蒸餾塔相同的壓力下將混合物分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的第二蒸餾塔，用于將LOX輸送到第一蒸餾塔作為回流的輸送管道和用于將至少一種選自來(lái)自第一蒸發(fā)塔的富含稀有氣體產(chǎn)品和LOX的液體輸送到第二蒸餾塔作為回流的輸送管道。
稀有氣體回收系統(tǒng)可以是至少一種通過(guò)分餾來(lái)分離混合物的熱交換器。該設(shè)備可以進(jìn)一步包括裝在熱交換器上部的用于通過(guò)與冷卻劑的間接熱交換來(lái)冷凝上行混合物的第一熱交換裝置。該設(shè)備可以進(jìn)一步包括第二熱交換裝置，即裝在熱交換器下部的，用于通過(guò)與第一加熱液體間接熱交換來(lái)蒸發(fā)富含稀有氣體產(chǎn)品的裝置。該設(shè)備可以進(jìn)一步包括在熱交換器中的第一熱交換裝置上方的第三熱交換裝置，其用來(lái)通過(guò)與第二加熱液體的間接熱交換將貧稀有氣體的GOX加熱至環(huán)境溫度。


附圖1A是其中稀有氣體回收系統(tǒng)是單個(gè)蒸餾塔的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖；附圖1B是附圖1A中描述的本發(fā)明的該實(shí)施方案的不同布置的示意圖；附圖2A是附圖1中描述的本發(fā)明實(shí)施方案的另一布置的示意圖；附圖2B是附圖2A中描述的本發(fā)明實(shí)施方案的不同布置的示意圖；附圖3是在附圖1A、1B、2A和2B中描述的蒸餾塔(無(wú)蒸餾下段)的示意圖，附圖4是其中稀有氣體回收系統(tǒng)具有在不同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)的兩個(gè)蒸餾塔的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖；附圖5是附圖4中描述的本發(fā)明實(shí)施方案的不同布置的示意圖；附圖6是其中稀有氣體回收系統(tǒng)具有三個(gè)蒸餾塔，每個(gè)蒸餾塔在不同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖。
附圖7是其中稀有氣體回收系統(tǒng)具有在相同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)的二個(gè)蒸餾塔的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖。
附圖8是其中稀有氣體回收系統(tǒng)是熱交換器的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖；附圖9是描述在附圖8中的本發(fā)明實(shí)施方案的不同布置的示意圖；和附圖10是其中稀有氣體回收系統(tǒng)包括吸收器的本發(fā)明實(shí)施方案的示意圖。
具體實(shí)施例方式
參照附圖1A，從雙塔ASU的LP塔10中排放出LOX作為流體100。將該LOX流體100通過(guò)LOX泵泵送以提供泵送的LOX流體102，其基本上包含所有進(jìn)入雙塔ASU的氪和氙。在LOX中氪和氙的濃度是其空氣中濃度的約5倍，流體100的流量一般是ASU進(jìn)料空氣流量的20％。將泵送的LOX流體102分成二份。在熱交換器14中用冷凝壓縮空氣流體130將主要部分106蒸發(fā)至至少0.9蒸汽質(zhì)量(即該流體的90％是氣態(tài)的)。理想地，將該主要部分106完全蒸發(fā)并略微過(guò)熱。將獲得的蒸發(fā)流體108送至單個(gè)的稀有氣體粗回收塔16的下部區(qū)域中。將泵送的LOX的少量部分104作為回流送至該粗回收塔16的頂部。通過(guò)所需的氪和氙的回收率確定回流104的流量。
在粗蒸餾塔16中，進(jìn)行分離以獲得塔頂?shù)呢毾∮袣怏w的GOX，其是作為流體110排放出的，并在熱交換器14中加熱以提供GOX流體112，和富含稀有氣體的塔底液體，其是作為產(chǎn)品流體120排放出的，并且可以通過(guò)已知的方法進(jìn)一步純化。
在熱交換器14中，用壓縮的進(jìn)料空氣流130加熱LOX流體106并蒸發(fā)(雖然也可以使用其它的壓縮流體例如高壓氮來(lái)替代)。將大部分的壓縮進(jìn)料空氣流130從熱交換器14中排放出作為液化的空氣流136，但是從熱交換器14中取出一部分132并在粗塔再沸器18中液化以提供另一液化空氣流134。將這二個(gè)液化空氣流合并，并且將合并的流體138輸送到ASU雙塔系統(tǒng)中。
應(yīng)該注意到，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，用于再沸器18的加熱液體的組成無(wú)需與通過(guò)在熱交換器14中沸騰LOX而冷凝的液體的組成相同。此外，再沸器18可以布置在塔16的外邊，而不是如圖所述布置在塔的貯槽中。此外，如果再沸器18布置在塔16的外邊，那么直接向它供給來(lái)自塔16的液體，或者它可以位于一個(gè)容器中，將來(lái)自塔16的液體供給該容器。也應(yīng)該注意到，提供的氧進(jìn)料流體108是充分過(guò)熱的，那么塔16可以不需要再沸器。那么將可以通過(guò)進(jìn)料流體108的脫過(guò)熱大量蒸發(fā)下行的回流液體。
在塔16中高的回流流量更易于從上升的氧蒸汽中沖洗出氪和氙。正如所說(shuō)明的，優(yōu)選流體108應(yīng)該完全是氣體的。對(duì)此的理由是在流體108中的任何液體將不得不在再沸器18中被蒸發(fā)，這需要增大再沸器的尺寸。
粗塔16具有二個(gè)蒸餾部分。在上部分中，通過(guò)回流液體從上升氣體中沖洗掉氪和氙。下部分是任選的，并且用于提高塔底液體中氪和氙的濃度。雖然所示的用于粗塔的回流是通過(guò)LOX進(jìn)料流體104提供的，但是回流的該來(lái)源可以通過(guò)使用塔冷凝器(通過(guò)適合的冷卻劑來(lái)運(yùn)轉(zhuǎn))來(lái)補(bǔ)充或代替。
原則上，塔16不需要任何蒸餾級(jí)。氧進(jìn)料流108可以作泡狀通過(guò)塔16貯槽中的液體。氧進(jìn)料中的大多數(shù)氙將轉(zhuǎn)移到貯槽液體中。如果氧進(jìn)料108是兩相的，那么該原料中的大多數(shù)氙將在液相中。然而，除再沸器外具有至少一個(gè)蒸餾級(jí)是更優(yōu)選的。
將任選的富含稀有氣體的流體140(其由蒸餾塔產(chǎn)生，該蒸餾塔不同于產(chǎn)生氧進(jìn)料流體108的塔)輸送至塔16。一般，如果存在，流體140可以是來(lái)自不同的空氣分離設(shè)備的富含稀有氣體的吹掃流體，并且可以是液體或至少部分是氣態(tài)的。該任選的富含稀有氣體的進(jìn)料流體可適合于本發(fā)明的任何實(shí)施方案。
附圖1B中描述的方法類似于在附圖1A中描述的方法，并且相同的特征采用相同的附圖標(biāo)記。
在粗蒸餾塔16中，進(jìn)行分離以獲得塔頂流出的貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的塔底液體，其作為產(chǎn)品流體120排出，并可以通過(guò)已知的方法進(jìn)一步純化。將塔頂流出的貧稀有氣體的GOX在塔頂冷凝器20中冷凝。將獲得的液體的一部分109返回蒸餾塔16作為回流，而將剩余部分111在泵13中加壓至高壓(優(yōu)選超臨界的)，蒸發(fā)(如果是亞臨界的)并在熱交換器14中加熱以提供GOX流體12。該GOX流體的加熱(和蒸發(fā)，如果存在)主要是采用壓縮空氣流體160，其被冷卻(和，如果亞臨界，冷凝)以形成輸送到ASU雙塔系統(tǒng)中的流體162。
在熱交換器14中，通過(guò)壓縮進(jìn)料或循環(huán)空氣流體130(雖然可以使用其它的壓縮流體例如高壓氮來(lái)替代)加熱LOX流體106。將大多數(shù)的壓縮空氣流體130從熱交換器14中排出作為液化的空氣流體136，但是將一部分132從熱交換器14中排出，并在粗塔再沸器18中液化以提供另一液化空氣流134。將這二股液化空氣流合并，并降低該合并的流體137的壓力，輸送到蒸餾塔16的塔頂冷凝器20中。這里其被部分蒸發(fā)以產(chǎn)生蒸汽流150，該蒸汽流在熱交換器14中被加熱以形成流體152。將剩余的液體138輸送到ASU雙塔系統(tǒng)中。將蒸汽流152可以再壓縮以形成所有或部分的壓縮空氣進(jìn)料流130。
應(yīng)該注意到，對(duì)于本發(fā)明來(lái)說(shuō)，用于再沸器18的加熱液體的組成無(wú)需與通過(guò)在熱交換器14中沸騰LOX被冷凝的液體或冷凝器20用的冷卻液體的組成相同。也應(yīng)該注意到，冷凝器20不需要位于塔上，其在主熱交換器14中也可實(shí)現(xiàn)其功能。
現(xiàn)在參照附圖2A，從泵送的LOXAUS低溫箱20中排放出LOX的流體200，并通過(guò)LOX泵泵送以提供泵送的LOX流體，其被分成二部分。將主要部分在低溫箱20中蒸發(fā)以提供熱的壓縮GOX流204。該流體包含大多數(shù)進(jìn)入泵送LOXASU的氪和氙。GOX中氪和氙的濃度是空氣中氙濃度的約5倍，流體200的流量一般是ASU進(jìn)料空氣流量的20％。將GOX流體204在熱交換器24中冷卻以提供具有至少0.9蒸汽質(zhì)量的流體208。理想地，流體208應(yīng)該是過(guò)熱的。將流體208輸送至單個(gè)稀有氣體粗回收塔26的下部。任選地將來(lái)自泵22的泵送LOX流體的剩余部分202在熱交換器29中加熱，并作為流體203輸送至塔26的頂部以提供回流和制冷作用。
在該粗蒸餾塔26中，進(jìn)行分離以獲得塔頂?shù)呢毾∮袣怏wGOX，其作為流體210排出并在熱交換器24中加熱以提供GOX產(chǎn)品流212，和富含稀有氣體的塔底液體，其作為產(chǎn)品流體220被排出，并可以通過(guò)已知方法進(jìn)一步純化。
將泵送LOXASU壓縮進(jìn)料空氣的少量部分230在熱交換器24中冷卻，并將冷卻的流體232輸送到再沸器28中，其在這里被冷凝。將冷凝空氣流體234返回泵送LOX ASU中，任選地在過(guò)冷器29中與LOX流體202交換熱量之后。再沸器28可以位于塔26的外面，如果需要可以在其自身容器的內(nèi)部。流體230無(wú)需是增壓的空氣流。任何適合的壓縮流體(例如增壓的氮)均可被使用來(lái)提供再沸器18的加熱功能。此外，給再沸器提供加熱功能的增壓流體可以直接供給再沸器作為來(lái)自主ASU 30的冷流體，而不是在交換器24中冷卻的熱流體。交換器24可以具有與其有關(guān)的其它流體，例如流體220在其進(jìn)一步純化之前可以在所述的交換器中蒸發(fā)和加熱。
通過(guò)所需的氪和氙的回收率來(lái)確定回流203的流量。正如附圖1所示，優(yōu)選流體208完全是氣態(tài)的，因?yàn)樵诹黧w208中的任何液體將不得不通過(guò)再沸器蒸發(fā)，這將增大再沸器的尺寸。
所描述的塔26具有二個(gè)蒸餾部分。在上部分中，通過(guò)回流液體從上升氣體中沖洗掉氪和氙。該下部分是任選的，并用于提高塔底液體中氪和氙的濃度。雖然所示的用于該粗塔的回流是LOX進(jìn)料流203，但是該回流的來(lái)源可以通過(guò)使用塔冷凝器(通過(guò)適合的冷卻劑運(yùn)轉(zhuǎn))來(lái)補(bǔ)充或代替。
由該附圖可以清楚地看出，本發(fā)明適合于將氪和氙回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單地改裝在現(xiàn)有的泵送LOX ASU中。GOX流體204和壓縮進(jìn)料空氣流230是二種熱流體，并且因此便于這樣的改裝。用于回流和冷卻的LOX流體202通過(guò)將低溫箱外面與LOX泵22的排放管線連接而方便地供給。在粗回收設(shè)備中液化的壓縮空氣沿著管線234被輸送到ASU低溫箱。設(shè)計(jì)該低溫箱以容易地將該流體輸送至與主ASU液化的壓縮進(jìn)料空氣流匯合，這是簡(jiǎn)單的。因此稀有氣體回收系統(tǒng)的改裝有利于降低投入的起始資金。
在附圖2B中描述的方法類似于在附圖2A中描述的方法，并且相應(yīng)的特征采用相同的附圖標(biāo)記。從泵送LOXASU低溫箱20中排出LOX流體200，并通過(guò)LOX泵22泵送以提供泵送的LOX流體，其被分成二部分。將主要部分在低溫箱中蒸發(fā)以提供熱的壓縮GOX流體204，其可以處于超臨界壓力下。該流體包含大部分進(jìn)入泵送LOX ASU的氪和氙。當(dāng)流體200的流量一般是ASU進(jìn)料空氣流量的20％時(shí)，GOX中氪和氙的濃度是空氣中濃度的約5倍。將GOX流體204在熱交換器24中冷卻(和，如果是亞臨界的，冷凝)以提供流體205，該流體是液體或超臨界密相流體。將流體205的一部分250與LOX流體202混合，并降低剩余部分207的壓力，在熱交換器24中主要通過(guò)冷凝壓縮空氣流體230來(lái)蒸發(fā)以形成具有至少0.9蒸汽質(zhì)量的流體208。理想地，流體208應(yīng)該是過(guò)熱的。將流體208輸送至單個(gè)稀有氣體粗回收塔26的下部分。將來(lái)自泵22的泵送LOX流體的剩余部分202與LOX流體250混合，任選地在熱交換器24中進(jìn)入，降低壓力并作為流體203輸送到塔26的頂部以提供回流和冷卻。
在粗蒸餾塔26中，進(jìn)行分離以獲得塔頂?shù)呢毾∮袣怏w的GOX，其作為流體210被排出，和富含稀有氣體的塔底液體，其作為產(chǎn)品流體220被排出，并可以通過(guò)已知的方法進(jìn)一步純化。將GOX流體210在熱交換器24中冷凝，在泵23中加壓，并將該泵送的流體211在熱交換器24中主要通過(guò)進(jìn)入的GOX流體240再加熱(和，如果是亞臨界，蒸發(fā))以提供GOX產(chǎn)品流212。流體212的壓力與流體204相同，并且，如果該流體是超臨界的，可能更高。
泵送LOX ASU壓縮進(jìn)料空氣的流體203被分成二份，少量部分231和主要部分260。將流體231在熱交換器24中冷卻，并將該冷卻的流體232輸送到再沸器28中，其在這里被冷凝以形成流體234。將流體260冷卻，并在熱交換器24中冷凝，主要通過(guò)蒸發(fā)氧流體207，以形成流體262，其與流體234混合，并減壓以形成流體264。在熱交換器24中將該流體蒸發(fā)和加熱以形成流體266，主要通過(guò)冷凝GOX流體210和冷卻空氣流體260和261。再沸器28可以位于塔26的外邊，如果需要也可以在其本身容器的內(nèi)部。返回的空氣流體266處于比進(jìn)料流體230低的壓力下，并且可以在單獨(dú)的壓縮機(jī)(未示出)中再壓縮以形成所有或部分流體230，或者正如所示，可以返回步驟268(從該步驟中排出流體230)之后的壓縮步驟270的吸入口。流體230將是流過(guò)壓縮機(jī)268的主要部分，這樣通過(guò)降低直接進(jìn)入隨后的壓縮步驟270的剩余部分的壓力幾乎沒(méi)有造成低的效率。
由該附圖也可以清楚地看出，本發(fā)明適合于將氪和氙回收系統(tǒng)簡(jiǎn)單地改裝在現(xiàn)有的泵送LOX ASU中。GOX流體204和壓縮進(jìn)料空氣流230和返回的空氣流體266均是熱流體，并且因此便于這樣的改裝。通過(guò)將低溫箱外面與LOX泵22的排放管線連接方便地供給用于回流和冷卻的LOX流體202。因此稀有氣體回收系統(tǒng)的改裝有益于使最初的投資成本最低化。
附圖3描述了氪和氙粗回收塔36，其類似于在附圖1和2描述的方法中使用的塔。塔36與附圖1和2中的塔的不同之處在于省去了下段。
進(jìn)入塔36的主要含稀有氣體的氧進(jìn)料是流體308，其至少90％呈氣態(tài)。在塔36中將該氧進(jìn)料分離成貧稀有氣體的GOX，其作為流體310被排出，和富含稀有氣體的LOX塔底流出物，其作為流體320被排出。該塔36是通過(guò)輸送到該塔頂部的LOX流體304而回流的。LOX回流流體304的流量決定塔頂流出蒸汽中氙的損失，特別是更易發(fā)揮的氪的損失。LOX回流/進(jìn)料GOX流量的選擇決定液體與蒸汽的流量比(“L/V”)。
應(yīng)該注意，在附圖3中，流體304一般是泵送LOX的一部分，因此包含與原料GOX流體308相同濃度的氪和氙。因此，塔頂?shù)腉OX流體310將與LOX流體304處于平衡，并因此將包含一些氪和氙。在本發(fā)明的范圍中，通過(guò)使用塔冷凝器來(lái)替代或補(bǔ)充流體304，在該塔冷凝器中通過(guò)合適的冷卻劑冷凝部分塔頂氣體，并將其返回該塔中作為回流，任選地提取一小部分作為貧稀有氣體LOX產(chǎn)品。
附圖3僅顯示了單個(gè)塔部分，但是，任選地，具有位于進(jìn)料308和再沸器38之間的塔底部分。這種附加的塔部分將有助于在塔底產(chǎn)品中濃縮氪和氙。
加熱液體流332即壓縮的進(jìn)料空氣在再沸器38中通過(guò)在塔36的貯槽中使富含稀有氣體的流體沸騰而被冷凝，獲得了冷凝的加熱液體流334。應(yīng)該注意到如果進(jìn)料流308是足夠過(guò)熱的，那么可以省去再沸器38。那么該進(jìn)料流脫過(guò)熱所需的冷卻將通過(guò)蒸發(fā)塔中蒸發(fā)向下流的LOX來(lái)提供，這樣僅保留了流體320。
附圖4描述了稀有氣體粗回收系統(tǒng)，其包括經(jīng)再沸器44在熱量上與LP壓力塔42成為一體的HP塔40。將蒸汽質(zhì)量至少是0.9并與空氣相比包含更多氪和氙的氧進(jìn)料流400輸送到HP塔40的下部。理想地，進(jìn)料流體400處于氣態(tài)。
在HP塔40中，進(jìn)行分離以獲得塔頂?shù)南∮袣怏w貧化的蒸汽和富含稀有氣體的塔底液體。富含的塔底液體作為流體404被排放出，并被輸送到LP塔42的下部區(qū)域，其在這里被分離成貧稀有氣體的產(chǎn)品，其作為流體408被排出，并且如果需要被進(jìn)一步加工以提供純化的氪和/或氙產(chǎn)品，和富含稀有氣體的塔頂蒸汽，其作為流體406排放出。來(lái)自HP塔40的塔頂蒸汽在再沸器44中通過(guò)使貧稀有氣體的產(chǎn)品沸騰而被至少部分冷凝以提供至少部分冷凝的塔頂流出物。將冷凝的塔頂流出物的一部分作為HP塔40的回流使用，并將剩余部分作為流體402輸送到LP塔42作為回流。該流體402的一部分可以任選地作為稀有氣體貧化的LOX產(chǎn)品以流體412排出。
一般地，流體402的流速將是離開(kāi)再沸器44的流速的約一半，所以在這二個(gè)塔中L/V率是類似的。如果優(yōu)選氧進(jìn)料流體400均是蒸汽，那么L/V比將是約0.5。L/V比越高，對(duì)于氙和特別是對(duì)于氪來(lái)說(shuō)越難以從該塔系統(tǒng)中逃逸出。
這二個(gè)塔之間的壓力差將趨于更小，因?yàn)樵俜衅?4兩側(cè)的液體的組成是相似的。因此，這里將存在考慮將液體從HP塔40向LP塔42輸送的問(wèn)題?？赡苄枰粋€(gè)或多個(gè)泵完成該輸送。另外，可以將GOX蒸汽注入輸送管線，從而采用“蒸汽提升”來(lái)實(shí)現(xiàn)該液體輸送。
所描述的塔是將LP塔42疊置在HP塔40之上。然而，本發(fā)明也可以應(yīng)用于二個(gè)塔并排的布置中或者甚至將HP塔40疊置在LP塔42之上的布置中。
附圖4中描述的方法僅使用塔40和42中單個(gè)塔段，但是，任選地，也可以具有一個(gè)以上的塔段。例如，在LP塔42中，在進(jìn)料404和再沸器44之間可以具有一個(gè)下段，其將有助于氪和氙在塔底產(chǎn)品中的濃集。
上圖的約0.5的塔L/V比可能高于獲得所希望的氪和氙回收率所需的。如果將進(jìn)入粗回收系統(tǒng)的部分氧蒸汽進(jìn)料400直接送到LP塔42的下部區(qū)域作為任選的流體401，那么將獲得低的L/V比。LP塔的GOX進(jìn)料流401的流量越高，該塔中的L/V比越低。
對(duì)于泵送LOXASU(例如附圖1所示的)來(lái)說(shuō)，通常在主交換器中在集中壓力下將泵送氧蒸發(fā)。然而，也可以將該泵送LOX分成二股流體，并將該二股流體在略微不同的壓力下蒸發(fā)以使能量損失最小。這樣的布置將利用這樣的事實(shí)即壓縮空氣在一個(gè)溫度范圍內(nèi)冷凝(因?yàn)槠涫菤怏w混合物)。通常，因?yàn)橄M(fèi)者不需要處于二種略微不同的壓力下的氧產(chǎn)品，所以將不鼓勵(lì)利用這種能力。然而這樣的能力非常理想地與附圖4中的方法匹配，在該方法中部分GOX進(jìn)料401可以以略微低的壓力供應(yīng)。因此附圖4中描述的方法可以使任何塔L/V比最高達(dá)約0.5，取決于任選的流體401的流量和進(jìn)料流體400的質(zhì)量和/或過(guò)熱。
雖然外來(lái)的冷卻劑可以用于與來(lái)自該粗回收系統(tǒng)的適合的流體交換熱，但是最容易地是通過(guò)使用LOX進(jìn)料流對(duì)該塔回收系統(tǒng)提供冷卻作用。LOX冷卻劑流一般是來(lái)自主ASU的部分泵送LOX流，并且可以將其送至該粗回收塔系統(tǒng)的任何位置。然而，最有利的布置是其中將LOX冷卻劑作為流體410輸送到HP塔40的塔頂作為用于該塔的回流，因此允許提高進(jìn)入LP塔42的回流流體402的流量。
附圖4中描述的這種布置的明顯優(yōu)勢(shì)是其僅需要LOX與GOX連接，因此由于需要少的內(nèi)部連接，非常適合于改裝在現(xiàn)有的泵送LOXASU中。
附圖5描述了與附圖4中描述的布置類似的布置，并且相應(yīng)地在附圖5中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)表示與附圖4中的特征相應(yīng)的特征。附圖5中的布置具有HP塔40用的再沸器46。加熱液體流420被用來(lái)使HP塔40中的稀有氣體貧化的塔底液體沸騰，因此產(chǎn)生冷凝的加熱液體流422。加熱液體流420可以是用于在主ASU中蒸發(fā)泵送的LOX的壓縮空氣的一部分。因?yàn)樵摯只厥账到y(tǒng)加入了這種外部加熱，所以與附圖4中的方法相比將需要額外的制冷作用。提供這種額外制冷作用最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)提高LOX冷卻劑流410的流量。所示的流體410是作為HP塔40的回流使用的，但是替而代之地是其可以作為L(zhǎng)P塔42的回流使用。附加的制冷作用也可以通過(guò)在LP塔42的冷凝器中使用外部冷卻劑來(lái)提供。
附圖4中的塔L/V比被限于約0.5。然而，在附圖5的方法中再沸器46的使用可以達(dá)到更高的L/V比，主要取決于再沸器46的功能。對(duì)于具有非常高的塔運(yùn)轉(zhuǎn)壓力的情況可以采用這樣高的L/V比來(lái)提高氪的回收率。
附圖6描述了包括HP塔60、MP塔62和LP塔66的粗回收系統(tǒng)的布置。再沸器64使塔60和62在熱量上成為一體，再沸器68使塔62和66在熱量上成為一體。
將包含比空氣中濃度更高的氪和氙的氧進(jìn)料流600輸送到HP塔60的下部分。流體600的蒸汽質(zhì)量至少是0.9，并且理想地呈氣態(tài)。在HP塔60中，進(jìn)行分離以獲得第一稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第一富含稀有氣體的塔底液體，其作為進(jìn)料流604被輸送至MP塔62的下部區(qū)域。將來(lái)自HP塔60的塔頂蒸汽在再沸器64中冷凝。將獲得的冷凝蒸汽的一部分作為回流用于HP塔60，并且將剩余部分作為流體602輸送到LP塔66作為回流(雖然任選地將所有或部分該流體作為回流送到MP塔62)。流體602的一部分任選地可以作為稀有氣體貧化的LOX產(chǎn)品被排出。
在MP塔62中，進(jìn)行分離以便獲得第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第二富含稀有氣體的塔底液體，其作為進(jìn)料流606被輸送至LP塔66。將來(lái)自MP塔62的第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽在再沸器68中冷凝。將獲得的冷凝流體的一部分作為回流用于MP塔62，并且將剩余部分作為流體608輸送到LP塔66作為回流。流體608的一部分任選地可以作為稀有氣體貧化的LOX產(chǎn)品流體612被排放出。
在LP塔66中，進(jìn)行分離以獲得貧稀有氣體的塔頂蒸汽，其作為產(chǎn)品流610被排放出，和富含稀有氣體的液體產(chǎn)品，其作為流體620被排出，并可以通過(guò)已知方法來(lái)進(jìn)一步純化。通過(guò)在該塔系統(tǒng)中注入LOX流體例如作為流體630進(jìn)入HP塔60的塔頂來(lái)給該塔系統(tǒng)提供冷卻作用。
一般地，將每個(gè)再沸器中冷凝的蒸汽的三分之一作為回流以流體602和608輸送到LP塔66中，因此允許這三個(gè)塔的每一個(gè)在約0.67的L/V比下運(yùn)轉(zhuǎn)。為了要求這樣高的L/V比來(lái)防止氪的損失，該塔的操作壓力將不得不升高，例如大于約30巴。三個(gè)塔之間的壓力差將趨于變小，因?yàn)閷?duì)于每個(gè)再沸器，在再沸器的每側(cè)的液體的組成是相似的。因此這是塔之間的液體輸送將要考慮的問(wèn)題?？梢宰C明必須使用泵或者將GOX蒸汽注入液體輸送管線(以獲得蒸汽提升)來(lái)實(shí)現(xiàn)液體輸送。
所示的塔是將LP塔66疊置在MP塔62的上面，而該MP塔在HP塔60的上面。然而，本發(fā)明也涉及其中塔并排或以不同方式疊置的布置，甚至將HP塔60疊置在LP塔66的上面。
附圖7中描述的布置是包括二個(gè)在相同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)的塔70和72的粗回收系統(tǒng)。再沸器74位于塔72的下部區(qū)域。這種布置表明附圖3中的塔如何通過(guò)僅在每個(gè)塔中加工主要含稀有氣體的氧進(jìn)料的部分(一般一半)來(lái)降低其直徑。將至少主要呈氣態(tài)的氧進(jìn)料700在這二個(gè)塔之間分配。將GOX流體702輸送到塔70的下部區(qū)域，在這里其與回流LOX流體720接觸以形成貧稀有氣體的GOX，其作為流體704被排出，和富含稀有氣體的塔底液體，其作為流體722被排出。將氧進(jìn)料流體700的剩余部分作為流體706輸送到塔72的下部區(qū)域。塔72的回流可以通過(guò)作為流體722的富含稀有氣體的液體和/或通過(guò)LOX流體726來(lái)提供(其可以是氧進(jìn)料流體720的一部分)。流體722也可以被輸送到塔72的下部區(qū)域，用流體724表示，而不是被用作塔72的塔頂回流。
塔72具有通過(guò)加熱液體730、732運(yùn)轉(zhuǎn)的再沸器74，所述的加熱液體730、732可以是用于在主ASU中蒸發(fā)泵送LOX的壓縮空氣的一部分。在塔72中，進(jìn)行分離以獲得貧稀有氣體的GOX，其作為流體708被排出并與貧稀有氣體的流體704匯合以提供純化的氧流體710，和富含稀有氣體的產(chǎn)品，其作為流體728被排放出，并可以通過(guò)已知方法進(jìn)一步純化。
塔70和72可以是分開(kāi)的塔而不是所示的疊置的塔。再沸器74可以位于塔系統(tǒng)的外面，也許在其自身的容器中。塔70也可以具有其本身的再沸器，那么來(lái)自塔70的富含稀有氣體的產(chǎn)品流722可以與來(lái)自塔72的富含稀有氣體的產(chǎn)品流728匯合。塔70和72的每一個(gè)或這二種可以具有一個(gè)以上的接觸部分，即在塔72中在進(jìn)料流體706的下面可以有一個(gè)下段。
通過(guò)在每個(gè)塔中加工蒸汽進(jìn)料的一半，與附圖3中的塔相比塔的橫截面將是一半。
附圖8中描述的實(shí)施方案是包括熱交換器80和再沸器84的粗回收系統(tǒng)。交換器80將在很大程度上起分餾柱的作用以使上升的GOX蒸汽與下降的LOX接觸來(lái)產(chǎn)生富含稀有氣體的塔底液體。將至少90％是蒸汽的主要氧進(jìn)料流800輸送到交換器80的豎管部分82，并向上通過(guò)交換器的通道。將其在該交換器中通過(guò)與冷卻劑流830、832的熱傳遞而被部分冷凝，并且冷凝物向下與上升的GOX在相同的交換器通道中逆向移動(dòng)。因此在該氧通道中發(fā)生了分餾作用。與上升的GOX接觸的LOX被分成作為流體802被排出的貧稀有氣體的GOX塔頂流出物和作為流體804被排出的富含稀有氣體的LOX塔底液體。
如圖所示，在再沸器84中用加熱液體流820(其可以是在主ASU中用來(lái)使泵送LOX沸騰的增壓空氣流的一部分)使該塔底液體的一部分808再沸騰，因此產(chǎn)生冷凝流體822。將再沸騰的流體810(其可以是二相或均是蒸汽)返回豎管82。剩余的塔底液體可以作為產(chǎn)品被排出，并通過(guò)已知的方法進(jìn)一步被純化。如果氧進(jìn)料流體800是過(guò)熱的，那么因?yàn)樵撨M(jìn)料的脫過(guò)熱將提供熱量來(lái)使一些下降的液體蒸發(fā)，所以可以省去再沸器84。
冷卻劑流體830、832不需要與上升的GOX在交換器80的整個(gè)長(zhǎng)度上交換熱量。事實(shí)上，如圖所示，優(yōu)選該熱交換僅在熱交換器80的上部區(qū)域進(jìn)行，因此導(dǎo)致與熱傳遞在整個(gè)長(zhǎng)的區(qū)域進(jìn)行的情況相比交換器上部區(qū)域的L/V比更高。高的L/V比降低了過(guò)熱氣體流802中氪和氙的損失。如果與冷卻劑流830的熱交換僅在該交換器的上部區(qū)域進(jìn)行，那么該交換器80的下部區(qū)域可以形成交換器80的絕熱部分。雖然在該部分中無(wú)熱傳遞，但是由于LOX和GOX的接觸引起的分離將仍然發(fā)生。
可以通過(guò)將LOX注入交換器80上部區(qū)域的GOX通道來(lái)代替或補(bǔ)充冷卻劑的功能。這里存在幾種完成該替代或補(bǔ)充的已知方法。
在附圖8中，由于氣態(tài)的塔頂流出物流802剛已經(jīng)被冷卻劑流體830部分冷凝，所以其作為飽和蒸汽離開(kāi)交換器80。一般在另一交換器中用冷卻流體將流體802加熱至環(huán)境溫度。該附加的交換器可以作為交換器80的上部區(qū)域而并入。
附圖9中的布置類似于附圖8中的布置，并且，相應(yīng)地，在附圖9中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)描述與附圖8的特征相當(dāng)?shù)奶卣鳌Ｔ诟綀D9中，附圖8的再沸器84已經(jīng)被并入交換器80的下部區(qū)域，并且給交換器80加上了一個(gè)上部區(qū)域，在其中將純化的GOX產(chǎn)品用加熱液體流840、842加熱。
附圖10中描述的實(shí)施方案是包括吸收器容器90的粗回收系統(tǒng)。使GOX進(jìn)料流900通過(guò)該吸收器，并使純化的氧產(chǎn)品作為流體902離開(kāi)。流體900的溫度可以是低溫或環(huán)境溫度。在吸收器90內(nèi)部，將氙和/或氪吸附在一個(gè)或多個(gè)吸收器的吸收床92上。必須周期性地再生該吸收器，并回收吸收的稀有氣體組分。
再生方法可以包括吸收器容器90的減壓和使少量再生氣體910(一般是氮)通過(guò)該吸收器。再生排放的流體920富含從吸附劑上脫吸附的稀有氣體組分，該流體作為產(chǎn)品排放出，并且可以進(jìn)一步通過(guò)已知的方法純化。再生的方法是眾所周知的壓力回轉(zhuǎn)吸附(“PSA”)。
吸收器90的再生也可以通過(guò)眾所周知的溫度回轉(zhuǎn)吸附(“TSA”)來(lái)進(jìn)行。再生流體910也可以已經(jīng)在上游的加熱器中被加熱來(lái)提供這種眾所周知的再生方法用的解吸附熱量。另外(或者附加地)，可以通過(guò)位于容器90內(nèi)的某些點(diǎn)的加熱元件或者吸附劑92來(lái)提供熱量。
附圖10描述了單個(gè)的吸收器容器90?？梢允褂枚€(gè)或多個(gè)例如并聯(lián)的容器以便從進(jìn)料流體910中連續(xù)地吸收稀有氣體組分。
任選地，在任何上述附圖中，可以包括一個(gè)或多個(gè)吸收器來(lái)至少部分地除去烴、二氧化碳或一氧化二氮。這樣的吸附器可以運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)加工進(jìn)入該回收系統(tǒng)的LOX或GOX進(jìn)料或者該系統(tǒng)中間或最終的GOX或LOX流體。
實(shí)施例借助于本發(fā)明的實(shí)施例，已經(jīng)完成了附圖1中描述的方法模擬試驗(yàn)。在該模擬試驗(yàn)中，回收富含氙的流體，而氪的回收僅是第二重要的。該模擬試驗(yàn)的結(jié)果列于表1中。
表1

結(jié)果表明，盡管操作壓力非常高和粗回收塔進(jìn)料中氙濃度低，還是獲得了高的氙回收率。將氧總進(jìn)料的15％作為回流使用。將氧總進(jìn)料的剩余部分以略微過(guò)熱的蒸汽形式作為塔的初始進(jìn)料。在低的壓力下氪和氙的揮發(fā)性將更低，這將意味著需要降低回流LOX流量。
在整個(gè)說(shuō)明書中，在用于完成”一種功能的裝置”中的術(shù)語(yǔ)“裝置”是指至少一種適合于和/或被構(gòu)造來(lái)實(shí)現(xiàn)這種功能的裝置。
顯然本發(fā)明將不限于參照該優(yōu)選實(shí)施方案的上述的詳細(xì)描述，但是可以進(jìn)行許多改進(jìn)和改變而不會(huì)偏離本發(fā)明的宗旨和下面的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種從包含氧氣和至少一種選自氪和氙的稀有氣體的混合物中回收至少一種選自氪和氙的稀有氣體的方法，所述的方法包括將所述的混合物或由其得到的混合物輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中；和在所述的稀有氣體回收系統(tǒng)中將所述的混合物分離成貧稀有氣體的氣態(tài)氧(“GOX”)和富含稀有氣體的產(chǎn)品，其改進(jìn)之處包括將所述混合物的至少50摩爾％以氣相輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中，前提條件是當(dāng)通過(guò)選擇吸收分離所述的混合物進(jìn)料時(shí)，在該混合物進(jìn)料中氙的濃度不大于空氣中氙濃度的50倍。
2.權(quán)利要求1的方法，其中，所述混合物進(jìn)料的至少90摩爾％是氣態(tài)的。
3.權(quán)利要求1的方法，其中，所有的所述混合物均呈氣態(tài)。
4.權(quán)利要求1的方法，其中，富含稀有氣體的產(chǎn)品富含氙。
5.權(quán)利要求1的方法，其中，富含稀有氣體的產(chǎn)品富含氪。
6.權(quán)利要求1的方法，其中，富含稀有氣體的產(chǎn)品富含氙和氪這二者。
7.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括將富含氙的流體輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中。
8.權(quán)利要求7的方法，其中，富含氙的流體至少部分呈氣態(tài)。
9.權(quán)利要求7的方法，其中，富含氙的流體是液體。
10.權(quán)利要求1的方法，其中，將該混合物從氧的管線中取出，并且在將其輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)之前不壓縮。
11.權(quán)利要求1的方法，其中在輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)之前提高該混合物的壓力。
12.權(quán)利要求1的方法，其進(jìn)一步包括在低溫空氣分離單元(“ASU”)中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和液態(tài)氧(“LOX”)；對(duì)所述LOX的至少一部分施加壓力以提供壓縮LOX；和將所述壓縮LOX的至少一部分至少部分蒸發(fā)以提供所述的混合物進(jìn)料。
13.權(quán)利要求12的方法，其中將所述壓縮LOX的所述至少一部分全部蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。
14.權(quán)利要求12的方法，其中該混合物進(jìn)料的壓力大于生產(chǎn)所述LOX的ASU部分的操作壓力。
15.權(quán)利要求12的方法，其中將所述LOX流體分成至少二部分，在輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)之前，將每一部分在不同的壓力下蒸發(fā)。
16.權(quán)利要求1的方法，其中，該稀有氣體回收系統(tǒng)是氣-液接觸分離系統(tǒng)，所述的方法進(jìn)一步包括使所述的混合物進(jìn)料與LOX在分離系統(tǒng)中接觸以實(shí)現(xiàn)分離。
17.權(quán)利要求16的方法，其中，該氣-液接觸分離系統(tǒng)是無(wú)蒸餾級(jí)的氣-液接觸塔，所述的方法包括使所述混合物進(jìn)料通過(guò)所述塔中的LOX以實(shí)現(xiàn)分離。
18.權(quán)利要求16的方法，其中該氣-液接觸分離系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)，該方法進(jìn)一步將所述混合物輸送到該蒸餾系統(tǒng)以分離成所述的作為塔頂蒸汽的貧稀有氣體的GOX和所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品，并將LOX輸送到所述的蒸餾系統(tǒng)中作為回流。
19.權(quán)利要求18的方法，其中將該混合物在輸送到蒸餾系統(tǒng)之前過(guò)熱。
20.權(quán)利要求18的方法，其進(jìn)一步包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和LOX；從ASU中排除LOX流體；對(duì)所述LOX流體的至少一部分施加壓力以提供壓縮的LOX流體；將所述的壓縮的LOX流體分成主要部分和少量部分；將所述主要部分至少部分蒸發(fā)以提供所述的混合物；和將所述少量LOX輸送到蒸餾系統(tǒng)中作為回流。
21.權(quán)利要求20的方法，其中，將所有的所述主要部分均蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。
22.權(quán)利要求20的方法，其中，該蒸餾系統(tǒng)包括單個(gè)蒸餾塔，所述的方法包括將所述混合物輸送到該塔中以便分離成所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品和所述的貧稀有氣體的GOX，并且將所述的少量LOX部分輸送到所述塔中作為回流。
23.權(quán)利要求18的方法，其進(jìn)一步包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和LOX；從ASU中排除LOX流體；對(duì)所述LOX流體的至少一部分施加壓力以生產(chǎn)壓縮的LOX流體；將所述的壓縮的LOX流體的至少一部分至少部分地蒸發(fā)以提供所述的混合物；通過(guò)與冷卻劑的間接熱交換使所述貧稀有氣體的GOX塔頂蒸汽的至少一部分冷凝以生產(chǎn)冷凝的塔頂流出物；和將冷凝塔頂流出物的至少一部分輸送到蒸餾系統(tǒng)中作為回流。
24.權(quán)利要求23的方法，其中，將所述壓縮LOX流體的所有的所述至少進(jìn)一步均蒸發(fā)以生產(chǎn)所述混合物。
25.權(quán)利要求23的方法，其中，該蒸餾系統(tǒng)包括單個(gè)蒸餾塔，所述的方法包括將所述混合物輸送到該塔中以便分離成所述的富含稀有氣體的產(chǎn)品和所述的貧稀有氣體的GOX，并且將所述冷凝塔頂流出物的至少一部分輸送到所述塔中作為回流。
26.權(quán)利要求18的方法，其中所述的蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓(“HP”)蒸餾塔和一個(gè)低壓(“LP”)蒸餾塔，所述的HP和LP塔經(jīng)再沸器/冷凝器在熱量上成為一體，該方法包括將所述的混合物輸送到所述HP塔中，在這里其被分離成稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和富含稀有氣體的塔底液體；將富含稀有氣體的塔底液體在調(diào)節(jié)壓力之后輸送到所述LP塔中以便分離成所述貧稀有氣體的GOX和所述富含稀有氣體的產(chǎn)品；將稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與富含稀有氣體的產(chǎn)品間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的稀有氣體貧化的塔頂流出物；將至少部分冷凝的稀有氣體貧化的塔頂流出物的至少一部分輸送到HP塔中作為回流；和將來(lái)自或從HP塔產(chǎn)生的液體輸送到LP塔中作為回流。
27.權(quán)利要求26的方法，其進(jìn)一步包括將LOX輸送到HP塔或LP塔中作為回流。
28.權(quán)利要求27的方法，其進(jìn)一步包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和LOX，并使用部分所述的LOX來(lái)提供所述的LOX回流。
29.權(quán)利要求26的方法，其中通過(guò)富含稀有氣體的塔底液體與加熱液體的間接熱交換使其至少部分蒸發(fā)來(lái)使HP塔再沸騰。
30.權(quán)利要求18的方法，其中該蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)高壓(“HP”)蒸餾塔、中壓(“MP”)蒸餾塔和低壓(“LP”)蒸餾塔，所述HP和MP塔經(jīng)第一再沸器/冷凝器在熱量上成為一體，而MP和LP塔經(jīng)第二再沸器/冷凝器在熱量上成為一體，該方法包括將所述的混合物輸送到所述HP塔中，在該塔中其被分離成第一稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第一富含稀有氣體的塔底液體；將第一富含稀有氣體的塔底液體在調(diào)節(jié)壓力之后輸送到所述MP塔中以便分離成第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽和第二富含稀有氣體的塔底液體；將第一稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與第二富含稀有氣體的塔底液體間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的第一稀有氣體貧化的塔頂流出物；將至少部分冷凝的第一稀有氣體貧化的塔頂流出物的至少一部分輸送到HP塔中作為回流；將來(lái)自或從HP塔產(chǎn)生的液體輸送到至少一個(gè)選自MP塔和LP塔的塔中作為回流；將第二富含稀有氣體的塔底液體輸送到所述LP塔中以便分離成所述貧稀有氣體的GOX和所述富含稀有氣體的產(chǎn)品；將第二稀有氣體貧化的塔頂蒸汽通過(guò)與所述富含稀有氣體的產(chǎn)品間接熱交換至少部分冷凝以生產(chǎn)至少部分冷凝的第二稀有氣體貧化的塔頂流出物；將至少部分冷凝的第二稀有氣體貧化的塔頂流出物的至少一部分輸送到MP塔中作為回流；將來(lái)自或從MP塔產(chǎn)生的液體輸送到LP塔中作為回流。
31.權(quán)利要求30的方法，其進(jìn)一步包括將LOX輸送到這些塔至少之一中。
32.權(quán)利要求31的方法，其進(jìn)一步包括在低溫ASU中將進(jìn)料空氣分離成富含氮的塔頂蒸汽和LOX，并且使用一部分所述LOX來(lái)提供所述的LOX回流。
33.權(quán)利要求18的方法，其中該蒸餾系統(tǒng)包括至少一個(gè)第一蒸餾塔和一個(gè)第二蒸餾塔，所述的第一和第二蒸餾塔在相同壓力下運(yùn)轉(zhuǎn)，該方法包括將所述混合物輸送到所述第一塔中以便分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品；將所述混合物輸送到所述第二塔中以便分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品；將LOX輸送到所述第一塔中作為回流；將至少一種選自來(lái)自第一塔的富含稀有氣體的產(chǎn)品和LOX的液體輸送到所述第二塔中作為回流。
34.權(quán)利要求33的方法，其進(jìn)一步包括將所述混合物的流體分成二個(gè)相等的部分，并在每個(gè)塔中輸送一份。
35.權(quán)利要求16的方法，其中所述的氣-液接觸分離系統(tǒng)是至少一個(gè)熱交換器，所述的方法進(jìn)一步包括將所述混合物輸送到該熱交換器或每個(gè)熱交換器的底部；通過(guò)與冷卻劑間接熱交換而將通過(guò)該熱交換器的通道上升的部分所述混合物冷凝來(lái)生產(chǎn)冷凝的混合物；使該上升的混合物與下行的冷凝混合物在所述通道中接觸以通過(guò)分餾實(shí)現(xiàn)分離。
36.權(quán)利要求35的方法，其中該間接熱交換在熱交換器的上部進(jìn)行。
37.權(quán)利要求35的方法，其中通過(guò)與第一加熱液體的間接熱交換使富含稀有氣體的產(chǎn)品至少部分蒸發(fā)從而使所述熱交換器再沸騰。
38.權(quán)利要求35的方法，其進(jìn)一步包括通過(guò)在熱交換器內(nèi)與第二加熱液體的間接熱交換將該貧稀有氣體的GOX加熱至環(huán)境溫度，所述的熱交換在生產(chǎn)冷凝混合物的熱交換的上方進(jìn)行。
39.權(quán)利要求1的方法，其中稀有氣體回收系統(tǒng)是吸收器系統(tǒng)，該方法包括在該吸收器系統(tǒng)中使所述混合物進(jìn)料與選擇吸收稀有氣體的吸收劑材料接觸以實(shí)現(xiàn)分離。
40.權(quán)利要求39的方法，其中該方法選自壓力旋轉(zhuǎn)吸收(“PSA”)方法或溫度旋轉(zhuǎn)吸收(“TSA”)方法。
41.權(quán)利要求1的方法，其中在混合物進(jìn)料中氙的濃度不超過(guò)空氣中氙濃度的50倍。
42.權(quán)利要求1的方法，其中在混合物進(jìn)料中氙的濃度不超過(guò)空氣中氙濃度的20倍。
43.權(quán)利要求1的方法，其中在混合物進(jìn)料中氙的濃度是空氣中氙濃度的5倍。
44.權(quán)利要求1的方法，其中所述的分離是粗分離，并且富含稀有氣體的產(chǎn)品可以進(jìn)一步被加工來(lái)制備至少一種選自純化的氙產(chǎn)品、純化的氪產(chǎn)品和純化的氪和氙產(chǎn)品的產(chǎn)品。
45.一種設(shè)備，該設(shè)備用于權(quán)利要求1的從包含氧和至少一種選自氪和氙的的稀有氣體的混合物中回收至少一種選自氪和氙的稀有氣體的方法，所述的設(shè)備包括用于將進(jìn)料空氣分離為富含氮的塔頂蒸汽和LOX的低溫ASU；用于壓縮至少部分所述LOX以提供壓縮的LOX的加壓裝置；用于蒸發(fā)至少約50摩爾％的所述壓縮LOX以提供所述混合物的蒸發(fā)裝置；和用于將所述混合物分離為貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的稀有氣體回收系統(tǒng)。
46.權(quán)利要求45的設(shè)備，其中該稀有氣體回收系統(tǒng)是無(wú)蒸餾級(jí)的用于使該混合物與LOX接觸的氣-液接觸塔。
47.權(quán)利要求45的設(shè)備，其中該稀有氣體回收系統(tǒng)是蒸餾系統(tǒng)。
48.權(quán)利要求47的設(shè)備，其進(jìn)一步包括將來(lái)自加壓裝置的所述壓縮LOX的一部分輸送到蒸發(fā)裝置的輸送管道和將來(lái)自該加壓裝置的所述壓縮LOX的剩余部分輸送到蒸餾系統(tǒng)作為回流的輸送管道。
49.權(quán)利要求47的設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于經(jīng)冷卻劑至少部分冷凝所述貧稀有氣體的GOX塔頂流出物的一部分以提供至少部分冷凝的貧稀有氣體的GOX塔頂流出物的熱交換裝置和用于將所述的至少部分冷凝的塔頂流出物的至少一部分輸送到蒸餾系統(tǒng)作為回流的輸送管道。
50.權(quán)利要求47的設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于將混合物分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的第一蒸餾塔；在與所述第一蒸餾塔相同的壓力下將混合物分離成貧稀有氣體的GOX和富含稀有氣體的產(chǎn)品的第二蒸餾塔；用于將LOX輸送到至少一個(gè)蒸餾塔作為回流的輸送管道；和用于將至少一種選自來(lái)自第一蒸發(fā)塔的富含稀有氣體產(chǎn)品和LOX的液體輸送到第二蒸餾塔的輸送管道。
51.權(quán)利要求45的設(shè)備，其中稀有氣體回收系統(tǒng)是至少一種通過(guò)分餾來(lái)分離混合物的熱交換器。
52.權(quán)利要求51的設(shè)備，其進(jìn)一步包括至少裝在熱交換器上部的用于通過(guò)與冷卻劑的間接熱交換來(lái)冷凝上行混合物的第一熱交換裝置。
53.權(quán)利要求51的設(shè)備，其進(jìn)一步包括用于通過(guò)與第一加熱液體間接熱交換來(lái)蒸發(fā)富含稀有氣體的產(chǎn)品的第二熱交換裝置。
54.權(quán)利要求51的設(shè)備，其進(jìn)一步包括在熱交換器中的第一熱交換裝置上方的第三熱交換裝置，其用來(lái)通過(guò)與第二加熱液體的間接熱交換將貧稀有氣體的GOX加熱至環(huán)境溫度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從包含氧氣和至少一種選自氪和氙的稀有氣體的混合物中粗分離氪和氙的方法，所述的方法包括將所述的混合物或由其得到的混合物輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中，并在所述的稀有氣體回收系統(tǒng)中將所述的混合物分離成貧稀有氣體的氣態(tài)氧(“GOX”)和富含稀有氣體的產(chǎn)品。該方法的特征在于將所述混合物的至少約50摩爾％以氣相輸送到稀有氣體回收系統(tǒng)中，前提條件是當(dāng)通過(guò)選擇吸收分離所述的混合物進(jìn)料時(shí)，在該混合物進(jìn)料中氙的濃度不大于空氣中氙濃度的50倍。本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的優(yōu)點(diǎn)是其可以非常容易地改裝在現(xiàn)有的泵送LOX循環(huán)ASU中。
文檔編號(hào)F25J3/02GK1506302SQ20031012336
公開(kāi)日2004年6月23日 申請(qǐng)日期2003年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月12日
發(fā)明者P·希格金博塔姆, P 希格金博塔姆, K·G·哈耶斯, 哈耶斯, D·P·奧康諾爾, 奧康諾爾 申請(qǐng)人:氣體產(chǎn)品與化學(xué)公司