專利名稱：氪和氙的回收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在空氣分離單元中分離空氣的方法，所述空氣分離單元具有高壓塔和低壓塔，其中將氪和氙從位于高壓塔的底部部分內(nèi)或位于連接到高壓塔的底部部分的輔助塔內(nèi)的傳質(zhì)接觸區(qū)域中的過熱空氣流沖洗掉，以產(chǎn)生富含氪和氙的塔底餾出物液體，其在汽提塔內(nèi)被汽提以產(chǎn)生又進一步富含氪和氙的其它塔底餾出物液體。
背景技術(shù)：
空氣通過低溫精餾被分離為其組成部分。在這種工藝中，空氣在主熱交換器內(nèi)被壓縮、凈化并冷卻至適合于其精餾的溫度，并接著引入到具有高壓塔和低壓塔的空氣分離單元中以相應(yīng)產(chǎn)生富含氮和氧的產(chǎn)物，所述高壓塔和低壓塔分別操作在高壓和低壓下。此外，空氣分離單元還可包括氬塔，以將氬從抽取自低壓塔的氬富集流中分離。冷卻后的空氣被引入到高壓塔中，以產(chǎn)生上升蒸氣相，其始終富含氮以產(chǎn)生氮富集蒸氣塔頂餾出物，其被冷凝以產(chǎn)生氮富集液體流，該氮富集液體流回流到高壓塔和低壓塔，并藉此開始形成在這種塔中每個內(nèi)的下降液相。下降液相在其下降時始終富含氧，以產(chǎn)生每個塔中的富含氧的塔底餾出物液體。作為塔底餾出物液體而收集在低壓塔內(nèi)的氧富集液體被再沸，以在這種塔內(nèi)開始形成上升蒸氣相。通過冷凝高壓塔的氮富集蒸氣塔頂餾出物可實現(xiàn)這種再沸，以產(chǎn)生氮富集的回流流。高壓塔的氧富集塔底餾出物液體流(在本領(lǐng)域已知為粗液氧或釜液(kettle liquid))用于將氧富集液體流引入到低壓塔中，用于進一步精煉。氮富集蒸氣流和在低壓塔中未蒸發(fā)的殘留氧富集液體流可引入到主熱交換器中，以有助于冷卻進入空氣并接著作為產(chǎn)物。氬富集流可以被從低壓塔移除并且在氬塔或塔系統(tǒng)進一步精煉，以產(chǎn)生氬富集流。 在所有這種塔中，傳質(zhì)接觸元件(例如規(guī)整填料、散堆填料或塔板)可用于使得液相和蒸氣相緊密接觸，以實施在這種塔中發(fā)生的蒸餾。已知的是，當液相在高壓塔中下降時，其將不僅始終富含氧，而且富含氪和氙。由于氪和氙的相對低揮發(fā)性，僅在底部若干層級具有明顯的氪和氙濃度。為了濃縮氪和氙， 還已知的是提供了在粗液氧流被帶入的點下方的傳質(zhì)接觸區(qū)域，以從進氣空氣沖洗掉氪和氙。例如，在DE 100 00 017 Al中，公開了一種空氣分離設(shè)施，其中空氣在完全冷卻之后被引入到高壓塔的底部中，該高壓塔具有構(gòu)造在其底部中的這種傳質(zhì)接觸區(qū)域，以產(chǎn)生富含氪和氙的塔底餾出物液體。然后，這種塔底餾出物液體流被引入到精餾塔內(nèi)，以產(chǎn)生被再引入到高壓塔內(nèi)的氧富含蒸氣塔頂餾出物、和可取走并進一步精煉的粗氪-氙塔底餾出物液體。類似地，在US 2006/0021380中，富含氪和氙的塔底餾出物液體流在構(gòu)造在高壓塔底部中的傳質(zhì)接觸區(qū)域中產(chǎn)生。然后，該塔底餾出物液體被引入到定位在氬塔頂部上的蒸餾塔內(nèi)。氬塔的冷凝器使這種蒸餾塔再沸，以產(chǎn)生進一步富含氪和氙的殘留液體。然后，殘留液體流在汽提塔內(nèi)被汽提，以產(chǎn)生可被進一步精煉的富含氪-氙的塔底餾出物液體。如將要討論的，本發(fā)明具有許多優(yōu)勢，并且提供了一種空氣分離方法，相比于上述討論的現(xiàn)有技術(shù)專利，在該方法中能夠從進入空氣有效地回收更多的氪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種分離空氣的方法，其中空氣被壓縮、凈化和冷卻?？諝獗焕鋮s， 使得過熱空氣流由在過熱空氣流壓力下具有高于空氣露點溫度至少大約5 K的溫度的空氣部分形成。空氣被引入到空氣分離單元中，該空氣分離單元包括高壓塔和低壓塔，空氣在空氣分離單元中被分離為富含至少氧和氮的成分餾分。該成分餾分流用于輔助空氣的冷卻。在位于高壓塔的底部部分中或連接到高壓塔的底部部分的輔助塔中的傳質(zhì)接觸區(qū)域內(nèi)從過熱空氣流的至少一部分中沖洗掉氪和氙，使得產(chǎn)生富含氪和氙的塔底餾出物液體。傳質(zhì)接觸區(qū)域以在從大約0.04至大約0.15之間的液體-蒸氣比操作。富含氪和氙的液體流在汽提塔內(nèi)被汽提為汽提氣，藉此產(chǎn)生氪-氙富集的塔底餾出物液體，其氪和氙的濃度大于在傳質(zhì)接觸區(qū)域中產(chǎn)生的富含氪和氙液體的氪和氙的濃度。從汽提塔中抽取包括氪氙富集的塔底餾出物液體的氪氙富集流。現(xiàn)有技術(shù)專利中的問題在于，在高壓塔的濃縮氪和氙的底部區(qū)段中液體-蒸氣比十分低。當被賦予低液體-蒸氣比的空氣以其露點或露點附近的溫度進入到這種塔區(qū)段中時，更多的氪將處于蒸氣狀態(tài)，且因此不會回收在液體中。在本發(fā)明中，由于進入高壓塔底部的空氣處于過熱狀態(tài)，因此液體-蒸氣比可增加，從而導(dǎo)致更多的氪被從蒸氣中沖洗掉， 并因而存在于富含氪和氙的液體中，這樣本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)允許更高的氪回收。同樣， 由于這通過簡單地引入處于過熱狀態(tài)的空氣來實施，所以本發(fā)明可得以實施而不會存在過多的能量損失。通過對本發(fā)明的其它方面的下述說明，其它優(yōu)勢將顯而易見。傳質(zhì)接觸區(qū)域可位于高壓塔的底部區(qū)域中，正好位于將粗液氧流從其中移除的點的下方，用于在空氣分離單元內(nèi)的進一步精煉?？諝夥蛛x單元可設(shè)置有氬塔，所述氬塔可操作地關(guān)聯(lián)低壓塔，以精餾含氬流，并藉此產(chǎn)生氬富集的塔的塔頂餾出物和從氬富集塔的塔頂餾出物形成的氬富集流。要注意的是，如在本文和權(quán)利要求書中所使用的，術(shù)語“氬富集流”包括具有任意氬濃度的流。例如， 氬富集流可具有足夠低的氧和氮濃度，以適合作為產(chǎn)物流。這種氬富集流由一個或多個塔產(chǎn)生，所述塔具有由低壓降規(guī)整填料提供的足夠數(shù)量的層級。同樣，這種氬富集流可以是已知為粗氬流的中間產(chǎn)物流，以便由下述裝置進一步處理，例如由除氧單元進一步處理從而降低氧濃度、以及由氮塔進一步處理以降低氬產(chǎn)物生成中的氮濃度。粗液氧流的至少一部分被減壓并且引入，以與氬富集蒸氣流間接熱交換。結(jié)果是，產(chǎn)生氬富集液體流，其至少部分地被引入到氬塔中作為回流，且粗液氧流的該至少一部分被部分地蒸發(fā)，以藉此通過部分蒸發(fā)形成蒸氣餾分流和液體餾分流。蒸氣餾分流被引入到低壓塔中，液體餾分流被引入到低壓塔和高壓塔中的一個中?？諝饪赏ㄟ^與主熱交換器中的成分餾分流的間接熱交換而冷卻。成分餾分流中的一個是包括低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流。該氧富集液體流可被泵送，且該氧富集液體流的至少一部分在被泵送后可在主熱交換器中蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流。空氣在被壓縮并凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流。 第一分支空氣流的至少一部分被進一步壓縮、通過氧富集液體流的該至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)而在主熱交換器內(nèi)被完全冷卻、并且之后被減壓以產(chǎn)生含液空氣流。在這點上，在本
7文和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“含液空氣流”是指為液體的空氣流，或者是指為液體和蒸氣的兩相流的空氣流。含液空氣流被全部引入到高壓塔中。第二分支空氣流在主熱交換器中被部分地冷卻，以產(chǎn)生過熱空氣流。液態(tài)偽空氣流在含液空氣流被引入到高壓塔的點處或在該點上方被從高壓塔移除，并且被引入到低壓塔中。液體餾分餾在粗液氧流被抽取的水平處引入到高壓塔中，從而不與粗液氧流混合，以增加氪和氙的回收。在本發(fā)明的具體實施例中，過熱空氣流的一部分可被引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中，過熱空氣流的其余部分可引入到位于汽提塔的底部的再沸器中，以再沸汽提塔，并藉此形成汽提氣。過熱空氣流的其余部分在經(jīng)過再沸器并且至少部分地冷凝之后組合液體偽空氣流，用于引入到低壓塔中。在汽提塔中產(chǎn)生含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物，且含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物流被引入到低壓塔中。在本發(fā)明的另一實施例中，過熱空氣流全部可引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中。含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物在汽提塔中產(chǎn)生，并且含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物流連同過熱空氣流一起被引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中。第一分支空氣流的第一部分可在產(chǎn)物沸騰器壓縮機內(nèi)進一步被壓縮，第一分支空氣流的第二部分可在主熱交換器內(nèi)被進一步壓縮并完全冷卻。第一分支空氣流的第二部分被引入到位于汽提塔底部的再沸器中，以再沸汽提塔，以便藉此產(chǎn)生汽提氣，第一分支空氣流的第二部分在已經(jīng)傳送通過再沸器且至少部分地冷凝后被減壓并引入到高壓塔中。空氣可通過在主熱交換器內(nèi)與成分餾分流的間接熱交換而冷卻。成分餾分流中的一個是包括低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流。該氧富集液體流被泵送，且該氧富集液體流的至少一部分經(jīng)泵送之后在主熱交換器內(nèi)被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流?？諝庠诒粔嚎s和凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流。第一分支空氣流被進一步壓縮、通過氧富集液體流的該至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在主熱交換器內(nèi)被完全冷卻、以及被減壓，以形成含液空氣流。在該實施例中，含液空氣流被分流為第一分支含液空氣流和第二分支含液空氣流。第一分支含液空氣流被引入到高壓塔中，第二分支含液空氣流被進一步減壓并且引入到低壓塔中。第二分支空氣流在主熱交換器中被部分地冷卻，以產(chǎn)生過熱空氣流。液體餾分流被引入到低壓塔中，過熱空氣流的一部分被引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中，過熱空氣流的其余部分被引入到位于汽提塔底部處的再沸器中，以使汽提塔再沸，以便藉此產(chǎn)生汽提氣。過熱空氣流的其余部分在已經(jīng)傳送通過再沸器后連同第二分支含液空氣流一起被引入到低壓塔中。在汽提塔中產(chǎn)生含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物，且含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流被引入到低壓塔中。在另一實施例中，過熱空氣流全部被引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中。含氮和氧的蒸氣流在含液空氣流的引入點處或在高于該點處被從高壓塔中移除，并且引入到位于汽提塔底部處的再沸器中，以使汽提塔再沸。含氮和氧的蒸氣流在已經(jīng)傳送通過再沸器之后被引入到高壓塔中?？諝饪赏ㄟ^在主熱交換器內(nèi)與成分餾分流的間接熱交換而冷卻。成分餾分流中的一個是包括低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流。該氧富集液體流被泵送，且該氧富集液體流的至少一部分在已經(jīng)被泵送后在主熱交換器中被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流?？諝庠趬嚎s和凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流。第一分支空氣流被進一步壓縮、通過氧富集液體流的該至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在主熱交換器內(nèi)完全冷卻、以及被減壓，以便形成含液空氣流。含液空氣流被全部引入到高壓塔中，第二分支空氣流在主熱交換器中被部分地冷卻，以產(chǎn)生過熱空氣流。液體偽空氣流在含液空氣流被引入到高壓塔中的點處或高于該點處被從高壓塔移除，并且引入到低壓塔中。
粗液氧流被分流為至少第一分支粗液氧流和第二分支粗液氧流。在這種實施例中，傳質(zhì)接觸區(qū)域位于連接到高壓塔的底部部分的輔助塔中。第二分支粗液氧流連同沿過熱空氣流的部分相反方向的液體餾分流一起被引入到輔助塔中，以從其中沖洗掉氪和氙， 且塔頂餾出物的蒸氣流從輔助塔返回至高壓塔。輔助塔連接到汽提塔，使得富含氪和氙的液體流被引入到汽提塔中。汽提塔與低壓塔流體連通，使得在汽提塔中產(chǎn)生的含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流連同蒸氣餾分流一起被引入到低壓塔中。 在另一實施例中，空氣通過在主熱交換器內(nèi)與成分餾分流的間接熱交換而冷卻。 成分餾分流的一個是包括低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流。該氧富集液體流被泵送，且該氧富集液體流的至少一部分在已經(jīng)被泵送后在主熱交換器內(nèi)被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流?？諝庠谝呀?jīng)被壓縮并凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流。第一分支空氣流被進一步壓縮、通過氧富集液體流的該至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在主熱交換器內(nèi)完全冷卻、以及被減壓，以便形成含液空氣流。第二分支空氣流在主熱交換器內(nèi)被部分地冷卻，以產(chǎn)生過熱空氣流。含液空氣流被分流為第一含液空氣流和第二含液空氣流。第一含液空氣流被引入到高壓塔中，第二含液空氣流被引入到低壓塔中。粗液氧流被引入到中間壓力塔中，以產(chǎn)生含氮的塔的塔頂餾出物和含氧的塔的塔底餾出物。包括含氧液體的塔的塔底餾出物的含氧液體的塔的塔底餾出物的流被引入到低壓塔中。中間壓力塔通過從高壓塔移除的部分含氮流再沸，并且通過冷凝在中間再沸器中包括含氮的塔的塔頂餾出物的含氮塔頂餾出物流而回流。汽提塔通過含氮流的其余部分而再沸。含氮流的一部分和含氮流的其余部分被用來向高壓塔提供回流，含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物在汽提塔中產(chǎn)生，含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流被引入到低壓塔中。此外，傳質(zhì)接觸區(qū)域位于高壓塔的底部部分中、正好在粗液氧流從其中移除的點下方。氮富集蒸氣流從低壓塔的頂部被抽取，且構(gòu)成其它成分餾分流。氮富集蒸氣流被引入到主熱交換器中。氮富集蒸氣流的第一部分在主熱交換器內(nèi)被完全暖熱，且氮富集蒸氣流的其余部分被部分地暖熱并且被從主熱交換器中抽取。該其余部分在已經(jīng)從主熱交換器中被抽取之后被引入到渦輪膨脹機中，以產(chǎn)生排氣流，且排氣流被再引入到主熱交換器中并且完全暖熱以產(chǎn)生制冷。在本發(fā)明的任何實施例中，第一分支空氣流或其可應(yīng)用的部分可在液體膨脹機中被減壓。


雖然說明書以權(quán)利要求書加以總結(jié)，并且權(quán)利要求書特別指出了申請人認為是其發(fā)明的主題，但是所確信的是，結(jié)合附圖將更好地理解本發(fā)明，在附圖中
圖1是設(shè)計成實施根據(jù)本發(fā)明方法的空氣分離設(shè)施的工藝流程圖的示意性圖示； 圖2是圖1中所圖示的空氣分離設(shè)施的替代性實施例； 圖3是圖1中所圖示的空氣分離設(shè)施的替代性實施例；圖4是設(shè)計成實施根據(jù)本發(fā)明方法的空氣分離設(shè)施的另一實施例的工藝流程圖的示意性圖示；
圖5是設(shè)計成實施根據(jù)本發(fā)明方法的空氣分離設(shè)施的另一實施例的工藝流程圖的示意性圖示，所述空氣分離設(shè)施結(jié)合位于輔助塔中的分離的傳質(zhì)接觸區(qū)域；以及
圖6是設(shè)計成實施根據(jù)本發(fā)明方法的空氣分離設(shè)施的另一實施例的工藝流程圖的示意性圖示。
具體實施例方式參照圖1，圖示了用于實施根據(jù)本發(fā)明方法的空氣分離設(shè)施1?？諝饬?0在壓縮機12中被壓縮，以產(chǎn)生具有在大約75 psia至大約95 psia之間的壓力的壓縮空氣流14。在移除后冷卻器16內(nèi)的壓縮熱量之后，壓縮空氣流14被引入到預(yù)凈化單元16，以產(chǎn)生被壓縮且凈化的空氣流18。在本領(lǐng)域中公知的預(yù)凈化單元16通常包括氧化鋁床和/或分子篩，其根據(jù)溫度和/或壓力變動吸收循環(huán)來操作，其中水分和其它較高沸點的雜質(zhì)被吸收。如本領(lǐng)域已知的，這種較高沸點的雜質(zhì)通常是二氧化碳、水蒸汽和烴。當一個床在操作時，其它床被再生。可使用其它工藝，例如直接接觸水冷、基于冷卻的制冷、直接接觸冷卻水、和相分離。于是，被壓縮并凈化的空氣流18被分流為第一分支空氣流20、第二分支空氣流22 和第三分支空氣流24。第一分支空氣流20可具有在被壓縮并凈化的空氣流18的流率的大約24%至大約35%之間的流率，第一分支空氣流20被傳給增壓器或產(chǎn)物沸騰器壓縮機26， 并且在后冷卻器觀中移除壓縮熱量之后被引入到主熱交換器30中，以蒸發(fā)或偽蒸發(fā)將要討論的泵送液態(tài)氧流126。在將第一分支空氣流20傳送通過主熱交換器30之后，產(chǎn)生完全冷卻的空氣流32。要注意的是，結(jié)合泵送液態(tài)流并且在本文和權(quán)利要求書中所使用的短語“蒸發(fā)或偽蒸發(fā)”意指泵送流在泵送時可高于或低于超臨界壓力，使得在高于超臨界壓力時，密相液體被轉(zhuǎn)換為密相蒸氣，且在低于超臨界壓力時，泵送液體經(jīng)歷從液體至蒸氣的狀態(tài)變化。第三分支空氣流M優(yōu)選地具有在被壓縮并凈化的空氣流18的從大約5%至大約20%的流率，并且被傳送到增壓器壓縮機34，并且被壓縮到在大約100 psia至大約180 psia之間的壓力。在后冷卻器36內(nèi)移除壓縮熱量之后，第三分支空氣流M在主熱交換器 18中被部分地冷卻并且引入到渦輪膨脹機38中，該渦輪膨脹機可耦接到增壓器壓縮機34 以產(chǎn)生用于施加制冷的排氣流40。第二分支空氣流22在主熱交換器30內(nèi)部分地冷卻以產(chǎn)生過熱空氣流42。如要進一步注意的，在本文和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“完全冷卻”是指冷卻至在主熱交換器30的冷端處的溫度。術(shù)語“完全暖熱”是指暖熱至主熱交換器30的暖端處的溫度。術(shù)語“部分地冷卻”是指冷卻至主熱交換器30的暖端和冷端之間的溫度。最后，術(shù)語“部分地暖熱”是指暖熱至在主熱交換器30的冷端和暖端溫度中間的溫度。要注意的是，雖然在圖1的實施例以及本文所示的其它實施例中主熱交換器30示出為單一單元，但是旨在這種主熱交換器30可由分離部件形成。例如，分離的熱交換器可被提供，以通過與第一分支空氣流20的間接熱交換來蒸發(fā)或偽蒸發(fā)泵送液態(tài)氧流。在另一方面，過冷熱交換器68可組合主熱交換器30，使得形成單個熱交換裝置。同樣，主熱交換器 30可在其暖端和冷端分開。最后，雖然本發(fā)明不局限于用于主熱交換器30或其部件的具體構(gòu)造類型，但是應(yīng)當理解的是，其可結(jié)合煤粉鋁板翅式構(gòu)造(braised aluminum plate-fin construction)。以上述方式壓縮并冷卻的空氣然后在空氣分離單元44中精餾，該空氣分離單元 44具有高壓塔46、低壓塔48和氬塔50，以產(chǎn)生氧、氮和氬產(chǎn)物。每個前述的塔都具有傳質(zhì)接觸元件，以在相關(guān)塔內(nèi)使得上升蒸氣相接觸下降液相。這種傳質(zhì)接觸元件可以是規(guī)整填料、散堆填料或塔板或者這些元件的組合。由此，在高壓塔46和低壓塔48中，上升蒸氣相在其上升時始終富含氮，下降液相始終富含氧。在高壓塔46中，這種下降液相在其下降時也始終富含氪和氙。由于氪和氙的相對低揮發(fā)性，所以僅底部若干層級具有明顯的氪和氙濃度。在高和低壓塔46中，氮富集蒸氣的塔頂餾出物形成在每個塔的頂部，在低壓塔48中， 形成氧富集液態(tài)塔塔底餾出物。在氬塔50中，氧從氬中分離，且因此在該塔中的下降液相變得始終富含氧，上升蒸氣相變得始終富含氬。更具體地，完全冷卻的空氣流32被引入到液體膨脹機33中，以產(chǎn)生含液空氣流 52，該含液空氣流52被引入到高壓塔46的中間位置。過熱空氣流42的一部分M被引入到高壓塔46的基部，排氣流40被引入到低壓塔48中。過熱空氣流42的其余部分56被引入到位于汽提塔60內(nèi)的再沸器58中，以形成完全冷凝或部分冷凝的流62。要注意的是，優(yōu)選的是增壓器壓縮機34和渦輪機38的布置，因為這減少了產(chǎn)生給定量的制冷所需的空氣量。通過液體膨脹機33使液體膨脹也產(chǎn)生制冷。然而，存在其它制冷可能性，例如廢氣和氮的膨脹。又一可能性是從具有與空氣類似成分的高壓塔中移除某一個流，從而在主熱交換器中完全暖熱該流，并接著在增壓器壓縮機34中壓縮該氣流用于制冷目的。這種可能實施例的優(yōu)勢是提供了更多的過熱空氣至傳質(zhì)接觸區(qū)域，并且繼而從這種過熱空氣沖洗掉更多的氪和氙。在另一極端，可能用閥來代替液體膨脹機33，這是因為在本發(fā)明的這種可能實施例中制冷產(chǎn)物將會丟失。在高壓塔46的底部部分處，在粗液氧流64被抽取的點的下方提供附加的塔區(qū)段， 以限定傳質(zhì)接觸區(qū)域。該部分包含在從大約2個至10個實際塔板之間、優(yōu)選地在從大約3 至大約8個塔板之間、或者其在填料中等同的任何地方。如將要討論的，可由要討論的附加輔助塔146來提供附加塔區(qū)段。然而在本實施例中，在這種區(qū)段處的高壓塔46內(nèi)的下降液相從上升蒸氣相沖洗掉氪和氙，該上升蒸氣相通過引入過熱空氣流42的一部分M而在高壓塔46內(nèi)開始。如上所述，引入過熱狀態(tài)的主空氣允許該傳質(zhì)接觸區(qū)域操作在較高液體-蒸氣比(該較高液體-蒸氣比可以另外通過較冷空氣的供給來有效地獲得)以增加氪和氙產(chǎn)物。在這點上，優(yōu)選地，過熱空氣流42的溫度高于在過熱空氣流42的壓力處空氣的露點溫度至少大約5 K。如將要討論的，空氣分離設(shè)施1的其它特征有助于進一步增加氪-氙回收。要注意的是，控制液體-蒸氣比是通過被引入到該傳質(zhì)接觸區(qū)域中的液體量來實現(xiàn)的。該液體量通過控制粗液氧流64的流率來控制。在這點上，優(yōu)選地，該傳質(zhì)接觸區(qū)域操作在從大約0. 04至大約0. 15之間任何數(shù)值的液體-蒸氣比。在低于大約0. 04的液體-蒸氣比時，將不存在沖洗掉氪的足夠液體。在另一極端情況中，在高于大約0. 15時，被確信不存在任何附加益處。由于高壓塔46的底部部分形成傳質(zhì)接觸區(qū)域，所以蒸氣相在其接觸下降液相之后繼續(xù)在高壓塔內(nèi)上升。然而，氪和氙的該沖洗產(chǎn)生了在高壓塔底部處的富含氪和氙的液體。
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富含氪和氙的液體流65通過膨脹閥66減壓并且被引入到汽提塔60的頂部，以被再沸器58所產(chǎn)生的沸騰蒸氣汽提為汽提氣。這在汽提塔60中產(chǎn)生了氪-氙富集的塔底餾出物液體，其具有比在高壓塔46底部處在傳質(zhì)接觸區(qū)域中產(chǎn)生的富含氪和氙的液體更高的氪和氙濃度。包括氪-氙富集的塔底餾出物液體的氪-氙富集流67可被抽取并且進一步處理以產(chǎn)生氪和氙產(chǎn)物。在此要注意的是，液相的向下流量必須被控制，以便不僅控制液體-蒸氣比，還防止了烴、氮氧化物和二氧化碳的不安全濃度被收集在氪-氙富集流67中。如上所述，粗液氧流64被從高壓塔46中抽取。該流在過冷單元68內(nèi)被過冷。粗液氧流64的第一部分69在過冷之后在閥70中被閥膨脹，并且被引入到低壓塔48中用于進一步精煉。粗液氧流64的第二部分72在膨脹閥74中膨脹，并接著引入到熱交換器76 的外殼或沸騰側(cè)中，以冷凝或部分地冷凝由氬塔50的氬富集蒸氣的塔頂餾出物形成的氬富集流78。該冷凝部分地蒸發(fā)粗液氧流64的第二部分72，以形成蒸氣餾分流79和液體餾分流80。蒸氣餾分流被引入到低壓塔48中，液體餾分流被泵82泵送并且在與萃取粗液氧流相同的水平處引入到高壓塔中。液體餾分流80通常將被引入到低壓塔48中。然而，出現(xiàn)在熱交換器76中的部分蒸發(fā)起作用，以濃縮液體餾分流80中已經(jīng)經(jīng)過粗液氧氣流64的大部分氪和氙。藉此，液體餾分流80的再引入趨于增加氪和氙的回收。此外，抽取這種液體餾分流80防止了不安全污物的積累。另一值得關(guān)注的點是，當熱交換器76位于足夠高度以允許液體餾分流80產(chǎn)生足夠壓頭(head)以進入高壓塔46時，可能省除泵82。此外， 粗液氧流64的第一部分69有助于增強氬回收。然而如將被理解的，粗液氧氣流64的第一部分69還包含氪和氙，并且連同閥70被省除，以便在犧牲氬回收的情況下增加對這些元素的回收。氬富集流78的冷凝產(chǎn)生了氬液體和蒸氣流84，其被引入到相分離器86以產(chǎn)生作為蒸氣的氬放泄流88和到達氬塔50的氬回流流90。流84的蒸氣含量小，通常小于總流量的大約1%。氬產(chǎn)物流91從氬塔50的頂部或頂部附近被移除。放泄流88被移除，以在氬塔50被設(shè)計用于產(chǎn)生氬產(chǎn)物流而不是粗氬流時防止氮侵入到氬產(chǎn)物流91中，用于進一步的處理。氬塔50接收含氬和氧的蒸氣流92，用于將氧從氬分離。富含氧的液體流94從氬塔50返回至低壓塔48。取決于分離級的數(shù)量和所使用的傳質(zhì)接觸元件的類型(例如，低壓降規(guī)整填料)，可能獲得實質(zhì)上完全的氧分離，使得氬產(chǎn)物流91可用作產(chǎn)物而不需要進一步處理。通常，氬塔50可分流為兩個塔，用于這種目的。然而，可能實施較少的分離，使得氬產(chǎn)物流91是將要在除氧單元和氮分離塔中進一步處理的粗氬流，除氧單元催化地消除氧， 氮分離塔則分離在粗氬產(chǎn)物中的任何氮。除了粗氧流64之外，供給到低壓塔48中的其它流包括在汽提塔60中產(chǎn)生的塔的塔頂餾出物形成的含氧和氮的流96。在這點上，汽提塔60應(yīng)當操作在稍微高于高壓塔46 壓力的壓力下，以允許含氧和氮的流96流動到低壓塔48。此外，液體偽空氣流98 (如此稱謂是因為其具有類似于空氣的構(gòu)成)被閥膨脹并且連同從過熱空氣流42的第二部分56形成的流62 —起被引入到低壓塔98中，所述流62為此目的在膨脹閥102中被閥膨脹。引入液體偽空氣流98有助于保持氬和氧的回收，否則通過將所有液態(tài)空氣供給到高壓塔46會減少氬和氧的回收。在這點上，在本文和權(quán)利要求書中所使用的術(shù)語“液體偽空氣流”是指包含至少大約17%氧和至少大約78氮的流。高壓塔46和低壓塔48通過冷凝器再沸器104以熱傳遞關(guān)系聯(lián)接到一起。冷凝器再沸器104可以是單程向下流動類型。其還可以是常規(guī)熱虹吸管或具有泵送再循環(huán)的向下流動類型。在高壓塔46作為塔的塔頂餾出物產(chǎn)生的氮富集蒸氣的流106被引入到冷凝器再沸器104中并且冷凝，以便對抗蒸發(fā)氧富集液體，該氧富集液體被作為塔的塔底餾出物而收集在低壓塔48中。得到的液態(tài)氮流被分流成第一和第二液態(tài)氮回流流108、110，其用于在高壓塔46和低壓塔48中回流。在這點上，第二液態(tài)氮回流流110在過冷單元68中過冷，并且其一部分作為液態(tài)流112在膨脹閥114中閥膨脹并引入到低壓塔48中，且可任選地，作為液態(tài)氮流116的其余部分可作為產(chǎn)物而獲取。此外，雖然未示意出，但是高壓氮產(chǎn)物可取自氮富集蒸氣流106或液態(tài)氮回流流108。包括低壓塔48的塔頂餾出物的氮產(chǎn)物流可在過冷單元68中部分地暖熱，以有助于連同被移除的廢氣流120 —起處于其過冷運行中，以控制氮產(chǎn)物流118中的純度。然后， 這兩種流都在主熱交換器30內(nèi)完全暖熱，以有助于冷卻進入的空氣流。要注意的是，廢氣流120可按照本領(lǐng)域已知的方式在再生預(yù)凈化單元18中使用。在低壓塔48內(nèi)在由冷凝器再沸器104蒸發(fā)氧富集的塔的塔底餾出物后剩余的殘留氧富集液體可作為氧產(chǎn)物流122被移除，以及可任選地作為加壓液態(tài)氧產(chǎn)物流1 被移除，其中氧產(chǎn)物流122由泵IM泵送以產(chǎn)生泵送氧流126。泵送氧流1 在主熱交換器30 中蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以對抗第一供給空氣流20中的液化，藉此在壓力下產(chǎn)生氧產(chǎn)物流130。參照圖2，圖示了不同于圖1中實施例的空氣分離設(shè)施2，不同之處在于汽提塔60 在高壓塔46的額定壓力下操作，而不是如圖1中所示在低壓塔48的額定壓力下操作。所有過熱空氣流42連同含氮和氧的流132被引入到高壓塔中，含氮和氧的流132被作為汽提塔60內(nèi)的塔的塔頂餾出物而產(chǎn)生。在這點上，由于流132內(nèi)的壓降，所以汽提塔60可在比高壓塔46稍微更高的壓力下操作?？墒〕y66，因為不再需要這種閥。然而，由于汽提塔 60的更高操作壓力，供給到再沸器中的流必須處于更高的壓力。在這點上，通過從增壓器壓縮機沈在大約160 psia至大約250 psia之間壓力的中間壓縮級移除第一分支空氣流20 的一部分132，產(chǎn)生用于汽提塔60的再沸。在從后冷卻器132中移除第一分支空氣流20的一部分132的壓縮熱量之后，該流在主熱交換器30’中完全冷卻并且將流引入到再沸器58 中，所述主熱交換器30’具有為此目的的通道。完全冷凝或部分地冷凝的得到流136通過膨脹閥138減少壓力，并且在與含液空氣流52的相同位置處，或與含液空氣流52 —起被引入到高壓塔46中。替代地，流136可通過液態(tài)偽空氣流98供給到低壓塔48。如可以理解的，圖2圖示的實施例消除了在圖1中氪氙回收引起的氬回收損失。然而，高壓供給空氣需求增加了運行膨脹，且在增壓器壓縮機26和主熱交換器30’的設(shè)計中需要附加的復(fù)雜性。雖然未圖示，但替代增壓器壓縮機沈的修改，以提供從汽提塔60內(nèi)用于再沸目的增壓器壓縮機沈的中間壓縮級的第一分支空氣流20的一部分132，以及替代主熱交換器 30的修改，可能為此目的而冷卻過熱空氣流42的冷壓縮部分。然后，得到的冷壓縮流可用于這種再沸器的運行。雖然冷壓縮需要比圖2所示的暖熱端壓縮更少的功率，但是冷壓縮機的能量必須通過需要在渦輪膨脹機38中產(chǎn)生的附加制冷需求來平衡。關(guān)于冷壓縮，可將其它工藝流(例如，富含氮的流)用在汽提塔60內(nèi)的再沸運行。參照圖3，其圖示了作為圖1的簡化版本的空氣分離設(shè)施3，其不包括被往回送到高壓塔中的液態(tài)餾分流80。相反，在常規(guī)方式中，來自于熱交換器沈的液態(tài)餾分流140被引入到低壓塔48中。由于液態(tài)餾分流80未返回至高壓塔46，因此不存在動機將所有含液空氣流52供給到這種塔中。相反，含液空氣流被分流為兩個流5 和52b，它們被常規(guī)地供給到高壓塔46和低壓塔48。參照圖4，使用空氣分離設(shè)施4，其中通過從高壓塔46的中間位置移除蒸氣流142 并且將其引入到再沸器58來使汽提塔60再沸。該位置被選擇成，使得蒸氣流142將具有這樣的成分，該成分將使得跨再沸器58的溫差最小化。所得到的完全冷凝或部分冷凝的流 144在供給點被往回再引入到高壓塔56中。這增加了在蒸氣流142從高壓塔46移除的點下方在高壓塔46中的蒸氣和液體運輸量。結(jié)果是，高壓塔4更為有效，且產(chǎn)物氬和氧的回收得到改善。如果規(guī)整填料被用作傳質(zhì)接觸元件，那么蒸氣流142可被移除且流144返回至高壓塔中用于供給含液空氣流52的相同位置。為了將流144供給回到高壓塔46中，其必須具有足夠的壓頭，該壓頭由泵產(chǎn)生或再沸器58的物理位置產(chǎn)生。另一可能性是使得流 144的壓力下降并且供給與液態(tài)偽空氣流98相同的流。雖然未圖示，但是可能使用氮富集的蒸氣流106的一部分取代蒸氣流142用于使汽提塔再沸的目的。所得到的流可組合氮回流流110。在對于空氣分離設(shè)施4的這種修改可導(dǎo)致增加氬和氧回收時，可能不允許使用冷凝器再沸器104的向下流動類型的熱交換器。參照圖5，其圖示了空氣分離設(shè)施5，其中用于沖洗進入的過熱空氣流的傳質(zhì)接觸區(qū)域被放置在輔助塔146內(nèi)。其目的在于允許圖1中的方法作為對于現(xiàn)有空氣分離設(shè)施的改進來實施。在該實施例中，粗液氧流64被分流為第一部分148和第二部分150。粗液氧流的第一部分148被引入到過冷單元168中。粗液氧流64的第二部分150和液態(tài)餾分流 80被引入到?jīng)_洗塔146中?？商峁┍?52和153以在需要時產(chǎn)生足夠的液體壓頭，從而將前述流引入到?jīng)_洗塔146中。過熱空氣流42的一部分IM被引入到?jīng)_洗塔146中，使得在沖洗塔146中產(chǎn)生上升相。如圖1所示，過熱空氣流142的其余部分56用于使汽提塔再沸。 然而與圖1不同，含氮和氧的流96與來自與氬塔50相關(guān)的熱交換器76的蒸氣餾分流79 組合，以便引入到低壓塔48中。沖洗塔76連接到高壓塔的底部區(qū)域，使得作為流158的上升相從沖洗塔146傳送到高壓塔46中并且在其中上升。如圖1所示，所得到的富含氪和氙的液態(tài)流65被引入到汽提塔60中。參照圖6，其示出了空氣分離設(shè)施6，其采用設(shè)計成以高壓和高速率產(chǎn)生低純度氧和氮的低純度氧循環(huán)?？諝夥蛛x設(shè)施6采用了可操作在大約200 psia的壓力下的高壓塔 46;可操作在大約135 psia的壓力下的中間壓力塔47 ；以及可操作在大約65 psia的壓力下的低壓塔48’。這種循環(huán)的優(yōu)勢從為此目的被操作的雙塔系統(tǒng)的上下文中能夠最佳地被理解。在這種雙塔循環(huán)中，在低壓塔48的基部具有過量的分離能力，但是在低壓塔的頂部該分離能力將減少。在空氣分離設(shè)施6中，這通過減少在低壓塔48基部處的傳質(zhì)驅(qū)動力并且增加在低壓塔48頂部處的傳質(zhì)驅(qū)動力來補救。這通過使用中間壓力塔47以萃取附加的氮來完成， 因為液態(tài)氮是針對低壓塔48’回流。另外，低壓塔48’在中間水平被再沸。在低壓塔48’內(nèi)的最低冷凝器再沸器(即，冷凝器再沸器104)之間將存在減少的再沸，藉此減少在不需要低純度氧產(chǎn)物的低壓塔48’的這種區(qū)段中的傳質(zhì)驅(qū)動力。增加的來自于中間壓力塔47的氮回流則增加了在低壓塔48’的頂部區(qū)段中的傳質(zhì)驅(qū)動力，且因此消除了成分減少。這使得更多的高壓氮產(chǎn)物以將要討論的方式從高壓塔46中抽取。如本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的， 空氣分離設(shè)施6的能力十分適合于包括集成氣化組合循環(huán)的應(yīng)用，其中氣化器和供給至氣體渦輪的氮需要低純度氧從而產(chǎn)生功率。在該特定循環(huán)中，第一供給空氣流20和第二供給空氣流22在主熱交換器160中冷卻。不存在第三供給空氣流，這是因為這種設(shè)施的制冷需求的主要部分通過膨脹氮產(chǎn)物流118的一部分來提供。在部分地暖熱氮產(chǎn)物流118之后，氮產(chǎn)物流被分流為第一氮產(chǎn)物流 118’和中間溫度氮流162。中間溫度氮流162在渦輪膨脹機164中膨脹，以產(chǎn)生在主熱交換器160內(nèi)被完全暖熱的排氣流，以產(chǎn)生第二氮產(chǎn)物流118’ ’，其壓力比第一氮產(chǎn)物流118’ 的壓力更低。還由液態(tài)膨脹機33供應(yīng)制冷。在這點上，源自液態(tài)膨脹機的含液空氣流52被分流為第一、第二和第三分支含液空氣流166、168和170，其分別被引入到高壓塔46、中間壓力塔47和低壓塔48’中。膨脹閥174和176將第二和第三分支含液空氣流168、170的壓力減少至用于將其引入到中間壓力塔47和低壓塔48’中的合適壓力。粗液氧流64傳送通過過冷單元68，由閥70閥膨脹到中間壓力塔47的壓力并且引入到中間壓力塔47中。從高壓塔46抽取的含氮蒸氣流174的一部分176被引入到位于中間壓力塔47的基部處的再沸器178中，含氮蒸氣流174的其余部分180傳送到位于汽提塔 60中的再沸器58中，其在汽提塔60中至少部分地冷凝，藉此使這種塔再沸。所得到的流 182和184組合成組合流186，其被引入到高壓塔46中以提供用于這種塔的附加回流。要注意的是，可能需要泵，以允許流182組合冷凝流184。含氮流188被從中間壓力塔47的頂部抽取，并且在中間再沸器190中冷凝。如所示的，中間再沸器190可位于低壓塔48’內(nèi)或者可定位在這種塔之外，其中所述流從低壓塔48’傳送到這種外部中間再沸器。所得到的液態(tài)氮流191被分流為第一和第二分支液態(tài)氮流192和194。第一分支液態(tài)氮流192用于回流中間壓力塔，第二分支液態(tài)氮流194在所有第二液態(tài)氮回流流110已經(jīng)過冷并且分別在膨脹閥196和197中閥膨脹之后組合所有第二液態(tài)氮回流流110，以回流低壓塔48’。如上所述，中間再沸器190被定位成減少低于其水平的再沸，和從第二分支液態(tài)氮流194得到的增加氮回流，所有第二液態(tài)氮回流流110增加了在低壓塔48’的頂部區(qū)段中的傳質(zhì)驅(qū)動力以消除成分的減少。通過氮分離從中間壓力塔47內(nèi)的粗液氧流64產(chǎn)生的得到的含氧流 198在閥199中被閥膨脹并且引入到低壓塔48’中，以供應(yīng)從粗液氧流64得到的氧并且用于進一步精煉。作為汽提塔60的塔的塔頂餾出物的蒸氣產(chǎn)生的含氮和氧的流200被引入到低壓塔48’中。氮富集蒸氣流106被分流為第一氮富集蒸氣流201和第二氮富集蒸氣流202。 第一氮富集蒸氣流201被引入到冷凝器再沸器104中，而第二氮富集蒸氣流202在主熱交換器160內(nèi)被完全暖熱以產(chǎn)生高壓氮產(chǎn)物流204，其可以高速率被抽吸，用于向氣體渦輪供應(yīng)氮。如在圖1圖示的實施例中的，在高壓塔46的底部部分處，在粗液氧流64被抽取的點下方提供附加的塔區(qū)段，以限定與空氣分離設(shè)施1相同方式設(shè)計的傳質(zhì)接觸區(qū)域。在這種區(qū)段處在高壓塔46內(nèi)的下降液相沖洗來自于上升蒸氣相的氪和氙，該上升蒸氣相在高壓塔46內(nèi)通過將按照與圖1相同程度地過熱的所有過熱空氣流42引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域的質(zhì)量中來開始。再次優(yōu)選地，該傳質(zhì)接觸區(qū)域操作在處于從大約0. 04至大約0. 15之間任何數(shù)值的液體-蒸氣比。由于高壓塔46的底部部分形成傳質(zhì)接觸區(qū)域，所以蒸氣相在其接觸下降液相之后繼續(xù)在高壓塔內(nèi)上升。在該實施例中，大部分粗液氧在編號為64的流中被
15抽取。然而，存在足夠的液體以獲得上述的液體-蒸氣比。再次，富含氪和氙的液體流65 通過膨脹閥66減壓并且被引入到汽提塔60的頂部，以被再沸器58所產(chǎn)生的沸騰蒸氣汽提為汽提氣。如上所述，含氮蒸氣流174的其余部分180為此目的傳送到再沸器58。這產(chǎn)生了在汽提塔60內(nèi)的氪-氙富集塔底餾出物液體，其比在高壓塔46的底部處的傳質(zhì)接觸區(qū)域中所產(chǎn)生的富含氪和氙的液體具有更高的氪和氙濃度。包括氪-氙富集塔底餾出物液體的氪-氙富集流67可被抽取并且進一步進行生產(chǎn)，以產(chǎn)生氪和氙的產(chǎn)物。下述表格是示意出可在圖1所示的空氣流分離設(shè)施1中預(yù)期的流概述的計算示例。
表
權(quán)利要求
1.一種分離空氣的方法，包括 壓縮、凈化和冷卻所述空氣；所述空氣被冷卻，使得過熱空氣流由空氣中具有高于所述空氣在所述過熱空氣流的壓力下的露點溫度至少約5 K的溫度的部分形成；將空氣引入到包括高壓塔和低壓塔的空氣分離單元中、將所述空氣在空氣分離單元內(nèi)分離為富含至少氧和氮的成分餾分、以及使用所述成分餾分的流以輔助冷卻所述空氣；從位于所述高壓塔底部部分中或在連接到所述高壓塔的底部部分的輔助塔中的傳質(zhì)接觸區(qū)域內(nèi)的過熱空氣流的至少一部分中沖洗掉氪和氙，使得產(chǎn)生富含氪和氙的塔底餾出物液體，所述傳質(zhì)接觸區(qū)域操作在處于從大約0. 04至大約0. 15之間的液體-蒸氣比；用汽提氣在汽提塔內(nèi)汽提所述富含氪和氙的液體流，藉此產(chǎn)生氪-氙富集塔底餾出物液體，其氪和氙的濃度高于在所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中所產(chǎn)生的富含氪和氙的液體的氪和氙的濃度；以及從所述汽提塔抽取包括氪-氙富集塔底餾出物液體的氪-氙富集流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述傳質(zhì)接觸區(qū)域位于所述高壓塔的底部區(qū)域中、正好在粗液氧流從其中移除的點的下方，用于在所述空氣分離單元內(nèi)進一步精煉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述空氣分離單元具有與所述低壓塔可操作地相關(guān)聯(lián)的氬塔，以精餾含氬流并藉此產(chǎn)生氬富集的塔的塔頂餾出物和由所述氬富集的塔的塔頂餾出物形成的氬富集流；所述粗液氧流的至少一部分被減壓并且被引入與氬富集蒸氣流的間接熱交換，藉此產(chǎn)生至少部分地被引入到氬塔作為回流的氬富集液體流、部分地蒸發(fā)所述粗液氧流的所述至少一部分、以及通過所述部分蒸發(fā)形成蒸氣餾分流和液體餾分流；以及所述蒸氣餾分流被引入到低壓塔中，所述液體餾分流被引入到低壓塔和高壓塔中的一個中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述空氣通過與主熱交換器中的成分餾分流的間接熱交換而被冷卻； 所述成分餾分流中的一個是包括所述低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流；所述氧富集液體流被泵送，并且所述氧富集液體流的至少一部分在已經(jīng)被泵送后在所述主熱交換器中被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流；所述空氣在被壓縮和凈化后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流； 所述第一分支空氣流的至少一部分被進一步壓縮、通過氧富集液體流的所述至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在所述主熱交換器內(nèi)被完全冷卻、以及之后被減壓，以產(chǎn)生含液空氣流；所述含液空氣流全部被引入到所述高壓塔中；第二分支空氣流在所述主熱交換器中被部分地冷卻，以產(chǎn)生所述過熱空氣流； 液態(tài)偽空氣流在所述含液空氣流被引入到所述高壓塔的點上方從所述高壓塔移除、并且引入到所述低壓塔中；以及所述液體餾分流在一定水平處被引入到高壓塔中以增加氪和氙的回收，在所述水平處粗液氧流被抽取而不會與粗液氧流混合。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述過熱空氣流的一部分被引入到所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中，且所述過熱空氣流的其余部分被引入到位于所述汽提塔的底部處的再沸器中，以再沸所述汽提塔，并藉此形成所述汽提氣；所述過熱空氣流的其余部分在傳送通過所述再沸器并且至少部分地冷凝之后組合所述液體偽空氣流，用于引入到所述低壓塔中；以及在所述汽提塔中產(chǎn)生含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物，且所述含氮和氧的蒸氣塔頂餾出物的流被引入到所述低壓塔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述過熱空氣流全部被引入到所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中；在所述汽提塔中產(chǎn)生所述含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物，且所述含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流連同所述過熱空氣流一起被引入到所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中；所述第一分支空氣流的第一部分在產(chǎn)物沸騰器壓縮機中被進一步壓縮，所述第一分支空氣流的第二部分在所述主熱交換器中被進一步壓縮并完全冷卻；所述第一分支空氣流的第二部分被引入到位于所述汽提塔的底部處的再沸器中，以再沸所述汽提塔；以及所述第一分支空氣流的第二部分在傳送通過所述再沸器和至少部分地冷凝之后被減壓并被引入到所述高壓塔中。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述空氣通過在所述主熱交換器內(nèi)與成分餾分流的間接熱交換被冷卻； 所述成分餾分流中的一個是包括所述低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流；所述氧富集液體流被泵送，且所述氧富集液體流的至少一部分在被泵送之后在所述主熱交換器內(nèi)被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流；所述空氣在被壓縮并且凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流； 所述第一分支空氣流被進一步壓縮、通過所述氧富集液體流的所述至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在所述主熱交換器內(nèi)被完全冷卻、以及減壓，以形成含液空氣流；所述含液空氣流被分流為第一分支含液空氣流和第二分支含液空氣流，所述第一分支含液空氣流被引入到所述高壓塔中，所述第二分支含液空氣流被進一步減壓并引入到所述低壓塔中；所述第二分支空氣流在所述主熱交換器中被部分地冷卻，以產(chǎn)生所述過熱空氣流； 所述液體餾分流被引入到所述低壓塔中；所述過熱空氣流的一部分被引入到所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中，并且所述過熱空氣流的其余部分被引入到位于所述汽提塔底部的再沸器中，以再沸所述汽提塔并藉此形成所述汽提氣；所述過熱空氣流的其余部分在傳送通過所述再沸器之后連同所述第二分支含液空氣流一起被引入到所述低壓塔中；以及含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物在所述汽提塔中被產(chǎn)生，且所述含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流被引入到所述低壓塔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述過熱空氣流全部被引入到所述傳質(zhì)接觸區(qū)域中；所述含氮和氧的蒸氣的流在高于所述含液空氣流的引入點處被從所述高壓塔移除，并且被引入到位于所述汽提塔底部的再沸器中以再沸所述汽提塔；以及所述含氮和氧的蒸氣的流在傳送通過再沸器之后被引入到所述高壓塔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中所述空氣通過在主熱交換器中與所述成分餾分流的間接熱交換而冷卻； 所述成分餾分流的一個是包括所述低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流；所述氧富集液體流被泵送，且所述氧富集液體流的至少一部分在已經(jīng)被泵送之后在所述主熱交換器中被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流；所述空氣在被壓縮并凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流； 所述第一分支空氣流被進一步壓縮、通過所述氧富集液體流的所述至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在所述主熱交換器中被完全冷卻、并且減壓，以形成含液空氣流； 所述含液空氣流全部被引入到所述高壓塔中；所述第二分支空氣流在所述主熱交換器內(nèi)被部分地冷卻，以產(chǎn)生所述過熱空氣流； 所述液體偽空氣流在所述含液空氣流被引入到所述高壓塔的點的上方被從所述高壓塔移除、并且被引入到所述低壓塔中；所述粗液氧流被至少分流為第一分支粗液氧流和第二分支粗液氧流，所述第一分支粗液氧流構(gòu)成所述粗液氧氣流中被引入從而與所述氬富集的蒸氣流進行間接熱交換的所述至少一部分；所述傳質(zhì)接觸區(qū)域位于連接到所述高壓塔的底部部分的所述輔助塔中； 所述第二分支粗液氧流連同在所述過熱空氣流部分的相反方向上的液體餾分流一起被引入到所述輔助塔中，以從其中沖洗掉氪和氙，并且所述塔頂餾出物的蒸氣流從所述輔助塔返回至高壓塔；所述輔助塔連接到所述汽提塔，使得所述富含氪和氙的液體流被引入到所述汽提塔內(nèi)；以及所述汽提塔與所述低壓塔流動連通，使得在所述汽提塔中產(chǎn)生的含氮和氧蒸氣塔頂餾出物的流連同所述蒸氣餾分流一起被引入到所述低壓塔中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述空氣通過在主熱交換器內(nèi)與成分餾分流的間接熱交換而冷卻； 所述成分餾分流的一個是包括所述低壓塔的氧富集液體的塔的塔底餾出物的氧富集液體流；所述氧富集液體流被泵送，且所述氧富集液體流的至少一部分在已經(jīng)被泵送后在所述主熱交換器中被蒸發(fā)或偽蒸發(fā)，以產(chǎn)生加壓氧產(chǎn)物流；所述空氣在已經(jīng)被壓縮和凈化之后被分流為第一分支空氣流和第二分支空氣流； 所述第一分支空氣流被進一步壓縮、通過所述氧富集液體流的所述至少一部分的蒸發(fā)或偽蒸發(fā)在所述主熱交換器內(nèi)被完全冷卻、減壓以形成含液空氣流；所述第二分支空氣流在所述主熱交換器內(nèi)被部分地冷卻以產(chǎn)生所述過熱空氣流；所述含液空氣流被分流為第一含液空氣流和第二含液空氣流； 所述第一含液空氣流被引入到所述高壓塔中，所述第二含液空氣流被引入到所述低壓塔中；所述粗液氧流被引入到所述空氣分離單元的中間壓力塔中，以產(chǎn)生含氮的塔的塔頂餾出物和含氧的塔的塔底餾出物；包括所述含氧液體的塔的塔底餾出物的含氧液體的塔的塔底餾出物的流被引入到所述低壓塔中；所述中間壓力塔通過從所述高壓塔移除的含氮流的一部分再沸、通過在中間再沸器中冷凝包括含氮的塔的塔頂餾出物的含氮塔頂餾出物的流而回流； 所述汽提塔通過所述含氮流的其余部分而再沸；所述含氮流的所述部分和所述含氮流的所述其余部分被用于向所述高壓塔提供附加回流；以及在所述汽提塔中產(chǎn)生所述含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物，所述含氮和氧的蒸氣的塔頂餾出物的流被引入到所述低壓塔中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述傳質(zhì)接觸區(qū)域位于所述高壓塔的底部區(qū)域中、正好在所述粗液氧流從其移除的點的下方。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中氮富集蒸氣流抽取自所述低壓塔的頂部，并且構(gòu)成所述成分餾分的其它流；所述氮富集蒸氣流被引入到所述主熱交換器中；所述氮富集蒸氣流的第一部分在所述主熱交換器中被完全暖熱；所述氮富集蒸氣流的其余部分被部分地暖熱，并且被從所述主熱交換器中抽取；所述其余部分在抽取自所述主熱交換器之后被引入到渦輪膨脹機，以產(chǎn)生排氣流；以及所述排氣流被再引入到所述主熱交換器中并完全暖熱，以產(chǎn)生制冷。
13.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，第一分支空氣流的所述至少一部分在液體膨脹機內(nèi)減壓。
14.根據(jù)權(quán)利要求7、9或10所述的方法，其中，所述第一分支空氣流在液體膨脹機內(nèi)減壓。
全文摘要
一種分離空氣的方法，其中過熱空氣流被引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域中，該傳質(zhì)接觸區(qū)域與空氣分離單元的高壓塔相關(guān)聯(lián)。氪和氙被從引入到傳質(zhì)接觸區(qū)域的過熱空氣流沖洗掉，藉此形成氪和氙富集的液體。氪和氙富集的液體在汽提塔內(nèi)被汽提，以產(chǎn)生氪-氙富集的塔底餾出物液體。產(chǎn)生由來自于汽提塔的氪-氙富集塔底餾出物液體構(gòu)成的氪-氙富集流，用于進一步精煉。
文檔編號F25J3/04GK102216712SQ200980140742
公開日2011年10月12日 申請日期2009年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月14日
發(fā)明者J·B·桑德斯, N·M·普羅塞爾 申請人:普萊克斯技術(shù)有限公司