專利名稱：生產(chǎn)高純氬的低溫雜化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及從進(jìn)料空氣的分離中氬的生產(chǎn)，更具體地涉及高純氬的生產(chǎn)。
目前通過加工由與低溫精餾設(shè)備連在一起的氬氣塔所制得的粗氬來生產(chǎn)高純氬。通過使用將氫氣與粗氬混合然后流過一種催化劑的催化脫氧合作用來凈化粗氬。粗氬內(nèi)的氧與氫氣反應(yīng)生成水，然后在干燥步驟中將水去除。此后該氬經(jīng)過一氮去除步驟(一般通過低溫分離)得到產(chǎn)品高純氬。雖然該系統(tǒng)是有效的，但卻昂貴且復(fù)雜，而且如果不能連續(xù)提供氫氣，該系統(tǒng)是不可行的。
我們知道通過使用具有大量平衡段(一般不少于150個(gè)平衡段)的氬氣塔可生產(chǎn)基本不含氧氣的氬。然而這種超級(jí)氬氣塔同時(shí)具有高的建造費(fèi)及高的維修費(fèi)。此外，由于空氣各種組分的相對(duì)揮發(fā)度的原因，在該超級(jí)氬氣塔的操作時(shí)氮?dú)鈱⑴c氬氣在一起，因此為了生產(chǎn)高純氬還需要一個(gè)單獨(dú)的除氮步驟。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供可以生產(chǎn)高純氬而無需粗氬流的催化脫氧合作用以及無需使用一超級(jí)氬氣塔的系統(tǒng)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀本公開后將顯而易見的上述目的及其它目的由本發(fā)明來實(shí)現(xiàn)，本發(fā)明的一個(gè)方面是用于生產(chǎn)高純氬的低溫雜化方法，它包括(A)將進(jìn)料空氣送入同時(shí)也包含低壓塔和氬氣塔的低溫精餾設(shè)備的高壓塔中，在高壓塔內(nèi)通過低溫精餾分離進(jìn)料空氣以制得富氧流體，并將富氧流體送入低壓塔中；(B)將包含氧和氬作為氬氣塔進(jìn)料的流體從低壓塔送入氬氣塔中，并在氬氣塔內(nèi)通過低溫精餾分離氬氣塔進(jìn)料以制得最多含有10％(摩爾)氧的粗氬流體；
(C)將粗氬流體從氬氣塔送到含有氧選擇性吸附劑的變壓吸附單元中，并將氧從粗氬流體吸附到氧選擇性的附劑上以制得高純氬流體和含氧的殘留氣體；(D)將含氧的殘留氣體從變壓吸附單元再循環(huán)至低溫精餾設(shè)備；(E)通過與含氧的冷卻流體進(jìn)行間接熱交換而冷卻高純氬流體，并將所得的含氧冷卻流體送入低溫精餾設(shè)備中；和(F)將高純氬流體作為產(chǎn)品高純氬回收。
本發(fā)明的另一方面是用于生產(chǎn)高純氬的設(shè)備，它包括(A)包含第一塔、第二塔和氬氣塔的低溫精餾設(shè)備，將進(jìn)料空氣送入第一塔的裝置，以及將來自第一塔下部的流體送入第二塔的裝置；(B)將來自第二塔的流體送入氬氣塔的裝置；(C)含有氧選擇性吸附劑的變壓吸附單元，以及將來自氬氣塔上部的流體送入變壓吸附單元的裝置；(D)將來自變壓吸附單元的流體送入低溫精餾設(shè)備的裝置；(E)一換熱器以及將含氧冷卻流體送至換熱器和從換熱器送入低溫精餾設(shè)備的裝置；和(F)將來自變壓吸附單元的高純氬送至換熱器的裝置以及將來自換熱器的產(chǎn)品高純氬回收的裝置。
此處所用的術(shù)語“進(jìn)料空氣”指主要包含氧氣、氧氣和氬氣的混合物如環(huán)境空氣。
此處所用的術(shù)語“塔”指蒸餾塔或分餾塔或區(qū)，即接觸塔或區(qū)，其中液相和氣相逆流接觸以完成流體混合物的分離，如通過氣相和液相在一系列安置于塔內(nèi)的垂直放置的塔盤或塔板和/或在如結(jié)構(gòu)填料或無規(guī)填料的填料單元上接觸。對(duì)蒸餾塔的進(jìn)一步討論，參見《化學(xué)工程師手冊(cè)》，第五版，R.H.Perry和C.H.Chilton編，Mc Graw-Hill Book Company出版，紐約，第13章，“連續(xù)蒸餾法”。術(shù)語“雙塔”用來指一高壓塔的上部與一低壓塔的下部處于熱交換關(guān)系。雙塔的進(jìn)一步討論見于Ruheman的《氣體的分離》，牛津大學(xué)出版社出版，1949，第VII章，“工業(yè)氣體分離”。
氣液接觸分離法取決于各組分蒸氣壓的不同。高蒸氣壓(或易揮發(fā)或低沸點(diǎn))組分將易于濃縮在氣相而低蒸氣壓(或難揮發(fā)或高沸點(diǎn))組分將易于濃縮在液相中。部分冷凝是一種藉氣體混合物的冷卻以將易揮發(fā)組分濃縮于氣相中而難揮發(fā)組分濃縮于液相中的分離方法。精餾或連續(xù)蒸餾是一種結(jié)合由氣液相的逆流處理獲得的連續(xù)部分蒸發(fā)和冷凝的分離方法。氣液相的逆流接觸通常是絕熱的，并可包括各相之間的積分(階段)或微分(連續(xù))接觸。利用精餾的原理以分離混合物的分離法設(shè)備?？苫Q地稱為精餾塔、蒸飽塔或分餾塔。低溫精餾是一種至少部分在溫度不大于150度開爾文(K)下進(jìn)行的精餾法。
此處所用的術(shù)語“間接熱交換”指流體之間在沒有任何物理接觸或混合的情況下將兩種流體導(dǎo)入熱交換關(guān)系。
此處所用的術(shù)語“頂部冷凝器”指從塔蒸汽中產(chǎn)生塔下流液體的熱交換設(shè)備。
此處所用的術(shù)語“汽輪膨脹”和“汽輪驟冷器”分別指高壓氣流通過汽輪機(jī)以降低氣體的壓力和溫度藉以產(chǎn)生制冷作用的方法和設(shè)備。
此處所用的術(shù)語“上部”和“下部”指分別位于塔的中點(diǎn)以上和以下的塔的那些部分。
此處所用的術(shù)語“平衡段”指氣-液接觸段，在其中離開該段的蒸汽和液體達(dá)到傳質(zhì)平衡，如具有100％效率的塔盤或一填料單元高度相當(dāng)于一理論塔板(HETP)。
此處所用的術(shù)語“氬氣塔”指處理包含氬氣的進(jìn)料并生產(chǎn)產(chǎn)品的氬氣濃度超過進(jìn)料的氬氣濃度的塔。一個(gè)氬氣塔一般包含一個(gè)頂部冷凝器。
此處所用的術(shù)語“變壓吸附單元”指進(jìn)行包含主要吸附步驟的分離過程的系統(tǒng)，在吸附期間混合物中的各成分被優(yōu)先吸附到吸附劑上，并進(jìn)行再生或解吸，其中通過減壓將各種優(yōu)先吸附的成分從吸附劑中除去。
此處所用的術(shù)語“氧選擇性吸附劑”指從包含氧和其它組分的混合物中優(yōu)先吸附氧的物質(zhì)。
此處所用的術(shù)語“氮選擇吸附劑”指從包含氮和其它組分的混合物中優(yōu)先吸附氮的物質(zhì)。


圖1是本發(fā)明一特別優(yōu)選實(shí)施方案的圖解說明，其中除了高純氬產(chǎn)品外，還制造了氧和/或氮產(chǎn)品。
圖2是可用于實(shí)施本發(fā)明的兩個(gè)變壓吸附單元的床的圖解說明。
圖3是示意變壓吸附單元操作的圖解說明。
對(duì)于各普通單元各圖中的數(shù)字是一樣的。
本發(fā)明將參照各附圖做詳盡描述?，F(xiàn)參照?qǐng)D1，已去除高沸點(diǎn)雜質(zhì)如二氧化碳、水蒸汽和碳?xì)浠衔锊⑼ㄟ^進(jìn)料空氣壓縮機(jī)(圖中未示出)被壓縮成絕對(duì)壓力一般在70-500磅/平方英寸(絕對(duì)壓)(psia)范圍內(nèi)的進(jìn)料空氣1通過與主換熱器32中的回流進(jìn)行間接熱交換而得到冷卻。所得冷卻的進(jìn)料空氣流2被分成第一部分3和第二部分4。包含20-55％進(jìn)料空氣1的第二部分4可進(jìn)一步分成流6和流8。包含0-10％進(jìn)料空氣1的流8通過與換熱器33中的回流進(jìn)行間接熱交換而得到液化，來自換熱器33的所得流9被送入高壓塔37中。包含20-45％進(jìn)料空氣1的流6被送往產(chǎn)品鍋爐36，在其中通過與來自液體泵51的沸騰的高壓液氧進(jìn)行間接熱交換而得到冷凝。所得液體進(jìn)料空氣7被送入高壓塔中。在示于圖1的實(shí)施方案中，流7與流9匯合形成流10然后送入塔37。進(jìn)料空氣流3被分成主流20和次流5。流20在汽輪驟冷器35中被汽輪膨脹以產(chǎn)生制冷作用，所得流120被送入塔37。包含大約1％進(jìn)料空氣1的次流5最后也被送入塔37，這將在下面詳述。
塔37是包含塔37和第二或低壓塔38的雙塔的第一或高壓塔。雙塔和氬氣塔53包含本發(fā)明的低溫精餾設(shè)備。塔37在壓力一般在70-150psia的范圍內(nèi)操作。在塔37內(nèi)，通過低溫精餾進(jìn)料空氣被分離成富氮蒸汽和富氧液體。富氮蒸汽在管線39中被送入主冷凝器43，在其中通過與塔38的底部液體進(jìn)行間接熱交換而得到冷凝。所得富氮液體以流44被送出主冷凝器43。富氮液體的一部分45作為回流被送回高壓塔37中而富氮液體的另一部分21在換熱器33中被低溫冷卻并流經(jīng)閥46作為回流送入低壓塔38中。若需要，如流25所示的富氮液體的一部分可作為產(chǎn)品液氮回收。
富氧液體含有大部分的氧以及被送入塔37的進(jìn)料空氣中的氬。富氧液體以流11從高壓塔37的下部導(dǎo)出，迎著回流在過冷器或換熱器33中低溫冷卻，然后經(jīng)閥49送入氬氣塔頂部冷凝器48的沸騰側(cè)。氬氣濃度至少為90％(摩爾)的粗氬蒸汽被送入頂部冷凝器48的冷凝側(cè)。在頂部冷凝器48內(nèi)，富氧液體通過與粗氬流體進(jìn)行間接熱交換而至少部分得到蒸發(fā)。所得富氧氣體以流12從頂部冷凝器48被送入低壓塔38中。殘留的富氧液體可以流13從頂部冷凝器48送入低壓塔38中。
低壓塔或第二塔38在小于高壓塔或第一塔37的壓力下(一般在15-25psia的范圍內(nèi))操作。在塔38內(nèi)進(jìn)入該塔的各種進(jìn)料通過低溫精餾被分離成富氮蒸汽和富氧液體。富氮蒸汽以流29從塔38的上部導(dǎo)出，通過流經(jīng)換熱器33和32而得到加熱并以流31從系統(tǒng)中導(dǎo)出，它可作為氮?dú)鉂舛炔簧儆?9％(摩爾)的氮?dú)猱a(chǎn)品來回收。為了控制產(chǎn)品純度的目的，廢氣流40可在流29被導(dǎo)出的位置下從塔38中導(dǎo)出，通過流經(jīng)換熱器33和32而得到加熱，并以流42從系統(tǒng)中導(dǎo)出。
蒸發(fā)塔38底部的富氧液體以為塔38提供迎著冷凝的富氮蒸汽的蒸汽上流。所得的富氧氣體的一部分可直接從塔38中回收。在示于圖1的優(yōu)選實(shí)施方案中，富氧液體的一部分以流89從塔38中導(dǎo)出然后送入產(chǎn)品鍋爐36中。若需要，通過流經(jīng)液體泵51或通過由于換熱器43和36之間的高度差所造成的液體壓頭可增加富氧液體的壓力。同時(shí)若需要，如流88所示的富氧液體的一部分可作為產(chǎn)品液氧來回收。進(jìn)入產(chǎn)品鍋爐36的富氧液體通過在產(chǎn)品鍋爐36內(nèi)迎著上述冷凝的進(jìn)料空氣進(jìn)行間接換交換而得到蒸發(fā)。所得富氧氣體以流90從產(chǎn)品鍋爐36中導(dǎo)出，通過流經(jīng)主換熱器32而得到加熱，并作為流91從系統(tǒng)中除去，它可作為氧氣濃度一般在99-99.9％(摩爾)的氧氣產(chǎn)品來回收。
在本發(fā)明的實(shí)施中頂部冷凝器48是氬氣塔53的一部分。氬氣塔53也包含具有大約40至65個(gè)平衡段的塔區(qū)，并制得氬氣濃度在90-99％(摩爾)范圍內(nèi)的粗氬流體。含有大約8-25％(摩爾)的氬和余下大部分為氧的流體以流115作為氬氣塔進(jìn)料從低壓塔38送入氬氣塔53中。優(yōu)選低壓塔38根據(jù)Bianchi等人在美國專利第5133790號(hào)(通過引用并入本文)中所述并權(quán)利要求的實(shí)施來操作，使得氬氣塔進(jìn)料流115具有很低的氮?dú)鉂舛?一般不超過5ppm，優(yōu)選不超過1ppm)。在氬氣塔53內(nèi)，氬氣塔進(jìn)料115通過低溫精餾被分成富氧液體和粗氬蒸汽。富氧液體以流116從氬氣塔53被送回進(jìn)低壓塔38中。最多含有大約10％(摩爾)氧氣的粗氬蒸汽在管線56中被送入頂部冷凝器48的冷凝側(cè)，在其中迎著上述來自塔37的富氧液體11粗氬蒸汽至少部分被冷凝。所得粗氬流體在管線57中被送往用于回流的氬氣塔區(qū)。粗氬流體的一部分以氣態(tài)或液態(tài)的形式作為粗氬流體被送往變壓吸附(PSA)單元52以做進(jìn)一步的精煉。
在示于圖1的優(yōu)選實(shí)施方案中，粗氬流體以流125作為液體從氬氣塔53中送出，并通過由于頂部冷凝器48和氬氣鍋爐15之間的高度差所造成的液體壓頭而得到加壓，在其中粗氬液體迎著上述進(jìn)料空氣流5而被蒸發(fā)。這個(gè)最多可達(dá)70psia的高壓排除了對(duì)粗氬壓縮機(jī)的需要。所得高壓的粗氬蒸汽以流126從氬氣鍋爐15被送往換熱器34，在其中通過迎著高純氬流體117和從PSA單元52返回的含氧殘留氣流54進(jìn)料間接加熱而被加熱至PSA單元52的操作溫度。然后離開換熱器34的加熱的粗氬蒸汽流127被進(jìn)料至PSA單元52以最后除去氧。
PSA單元52含有氧選擇吸附劑。可用于本發(fā)明實(shí)施的氧選擇性吸附劑當(dāng)中可以提及碳分子篩、斜發(fā)沸石、A型沸石以及Ramprasad等人在美國專利第5294418中所公開的各種吸附劑。
在粗氬流體也含有大量氮?dú)獾那闆r下，PSA單元52也可以在與氧選擇吸附劑分開的層中含有氮選擇吸附劑。可在用于本發(fā)明實(shí)施的氮選擇吸附劑當(dāng)中，可以提及A型沸石如CaA，X型沸石如LiX、NaX和CaX，以及含有選自元素周期表族I和族II的混合陽離子的A型和X型的各種沸石如LiNaX。
當(dāng)粗氬流經(jīng)PSA單元52時(shí)，氧從粗氬氣中被吸附到氧選擇吸附劑上。如果在粗氬氣中存在氮?dú)?，則氮從粗氬氣中被吸附到氮選擇吸附劑上。結(jié)果作為流117離開PSA單元52產(chǎn)生了氬氣濃度一般至少為99.9％(摩爾)、優(yōu)選至少為99.999％(摩爾)的高純氬流體。在解吸中，含氧的殘留氣體以流54從PSA單元52中導(dǎo)出。
含氧的殘留氣體從PSA單元被再循環(huán)至低溫精餾設(shè)備。參照回圖1，含氧的殘留氣體以流54從PSA單元52中導(dǎo)出，并在壓縮機(jī)55中壓縮。在冷卻器92中將壓縮熱冷卻后，所得壓縮的殘留氣流93被送經(jīng)換熱器34，在其中通過與熱的粗氬進(jìn)行間接熱交換而得到冷卻。所得的殘留氣體94最好作為分離的附加塔進(jìn)料被送入氬氣塔53中以生產(chǎn)粗氬。若需要，如虛線94A所示，流94的一些或全部可被送入低壓塔38中以在此分離。此外，流54的一些或全部可在循環(huán)至低溫精餾設(shè)備前被送往進(jìn)料空氣壓縮機(jī)。
高純氬流體以流117從PSA單元52中導(dǎo)出，并通過流經(jīng)換熱器34與含氧的冷卻流體進(jìn)行間接地交換而得到冷卻。然后將含氧冷卻的流體送入低溫精餾設(shè)備中。在示于圖1的優(yōu)選實(shí)施方案中，含氧的冷卻流體是已流經(jīng)閥110并流入換熱器34的進(jìn)料空氣流5。然后所得的進(jìn)料空氣流105從換熱器34被送入高壓塔37中。或者含氧的冷卻液體可以是取自高壓塔的富氧流體，并且在流經(jīng)換熱器34后可被送入低壓塔中。本領(lǐng)域技術(shù)人員也將意識(shí)到示于圖1的單元15和單元34可以合并成一單一的換熱器。此外，如果粗氬流體作為蒸汽從氬氣塔中取出，那么可以排除對(duì)粗氬鍋爐的需要。
冷卻的高純氬流體以流118從換熱器34中導(dǎo)出并作為產(chǎn)品高純氬回收。
圖2和圖3更詳細(xì)地示意了PSA單元52的操作。圖2顯示了圖1中所述PSA單元52的細(xì)節(jié)，而圖3則顯示了用于PSA方法的塔循環(huán)。參照?qǐng)D2和圖3，PSA法完成下述單獨(dú)或任何組合形式的步驟步驟I進(jìn)料(粗氬流體)加壓(FP)。
步驟II恒高壓吸附和產(chǎn)品制造(AD)。
步驟III并流減壓(CD)至中等解吸壓力。
步驟IV逆流排放(BD)/抽空(EV)。
步驟V逆流清洗(PG)。
步驟VI輕組分(Ar)加壓至中等吸附壓力(PP)。
本發(fā)明的PSA單元的基本特征可通過描述兩床PSA法的操作來示意。本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到也可以將超過兩床的情況應(yīng)用于本發(fā)明的實(shí)施?，F(xiàn)參照?qǐng)D2和圖3，按超過一個(gè)循環(huán)來描述PSA法的操作。
這里所述的PSA法包含兩個(gè)每個(gè)用一個(gè)或多個(gè)吸附劑層(A&B)裝填的床210和212。氬氣進(jìn)口管214分別向進(jìn)料閥門222和224以及床進(jìn)口226和228提供壓縮的粗氬。一對(duì)排氣閥230和232將床進(jìn)口226和228連接到與可選的真空泵236連接的管234上。
床210和212包括經(jīng)閥242和244連接到產(chǎn)品管246并經(jīng)控制閥248連接到產(chǎn)品儲(chǔ)槽250的產(chǎn)品出口管238和240。管252和閥254和256使產(chǎn)品氣體的進(jìn)料可分別從儲(chǔ)槽250到床210和212。管252提供回流所需的額外氣體(清洗和產(chǎn)品加壓)。
出口管238和240還分別經(jīng)閥258和260相連，以使由并流減壓步驟所獲得的氣體進(jìn)入均衡槽262。示于圖2的所有閥門都經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)程序邏輯來電子化操作。在本發(fā)明的實(shí)施中，用于清洗所需的氣體首先取自均衡槽262。如果需要額外的清洗氣，則從產(chǎn)品儲(chǔ)槽250經(jīng)管252取得較高純度的氣體。
完成清洗步驟后開始進(jìn)行產(chǎn)品的加壓。用于產(chǎn)品加壓步驟所需的氣體取自產(chǎn)品儲(chǔ)槽250。然而如果清洗后均衡槽262含有殘留氣體，那么該殘留氣體用于產(chǎn)品加壓的早期階段。一旦均衡槽262中的氣體用完，那么采用來自儲(chǔ)槽250的較高純度的氣體來完成產(chǎn)品的加壓。
重新參照?qǐng)D2和圖3，現(xiàn)描述兩床PSA法以示意循環(huán)的每個(gè)步驟各閥門的開啟和關(guān)閉。在本描述中，除非明確表示在某個(gè)步驟中處于開啟的位置，否則假設(shè)在循環(huán)的每個(gè)步驟中所有閥門都是關(guān)閉的。
步驟I(FP)在床的一端導(dǎo)入進(jìn)料(粗氬流體)。在床210的情況中，開啟閥222使進(jìn)料氣體進(jìn)入床并加壓床210。在此期間開啟閥232而另一床(床212)進(jìn)行步驟IV(排放/抽空)。該步驟期間來自床212的流出物的部分或全部如流54所示被循環(huán)至低溫精餾設(shè)備。
步驟II(AD)總產(chǎn)品制造步驟。這里閥222和242是開啟的。當(dāng)控制閥248將開啟以使產(chǎn)品氣體進(jìn)入儲(chǔ)槽250時(shí)控制邏輯執(zhí)行支配任務(wù)。例如，如果需要恒壓，那么當(dāng)床210達(dá)到預(yù)定的壓力水平時(shí)僅開啟閥248以使產(chǎn)品氣體進(jìn)入儲(chǔ)槽250。產(chǎn)品制造步驟期間，開啟閥232和260以清洗床212。清洗步驟所需的氣體來自均衡槽262。然而如果需要額外的氣體用于清洗，那么關(guān)閉閥260而開啟閥256，使較高純度的氣體從儲(chǔ)槽250進(jìn)入床212。該步驟期間來自床212的流出物的部分或全部如流54所示被循環(huán)至低溫精餾設(shè)備。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施中，所有清洗氣均來自均衡槽。
步驟III(CD)半閉閥門222和242而開啟閥門258使床210進(jìn)行并流減壓(CD)步驟。在此期間關(guān)閉閥門232而開啟閥門256，使得從儲(chǔ)槽250中獲得產(chǎn)品氣體用于床212的產(chǎn)品加壓步驟。如果床212完成清洗步驟后均衡槽262含有殘留氣體，那么在開啟閥門256之前在產(chǎn)品加壓的早期階段開啟閥門260以使用來自均衡槽262中的任何殘留氣體。消耗完所有均衡槽262中的殘留氣體后關(guān)閉閥門260而開啟閥門256以完成床212的產(chǎn)品加壓步驟。
步驟IV(BD)關(guān)閉閥門258而開啟閥門230以逆流排放/抽空床210。該步驟期間來自床210的流出物的部分或全部如流54所示被循環(huán)至低溫精餾設(shè)備。在此期間，關(guān)閉閥門256而開啟閥門224使啟得床212在床的一端進(jìn)行進(jìn)料加壓。
步驟V(PG)開啟閥門258使得床210獲得來自均衡槽262的氣體用于清洗。如果需要額外的氣體用于清洗，那么關(guān)閉閥門258而開啟閥門254以使來自儲(chǔ)槽250的較高純度的氣體進(jìn)入床210。在本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施中，所有的清洗氣體均來自均衡槽262。該步驟期間來自床210的流出物的部分或全部以流54被循環(huán)至低溫精餾設(shè)備。在此期間，開啟閥門224和244使得產(chǎn)床212處于生產(chǎn)狀態(tài)?？刂七壿嫴僮鏖y門248以使來自床212的產(chǎn)品氣體能流向產(chǎn)品槽250。
步驟VI(PP)在床210的產(chǎn)品加壓步驟(PP)期間，關(guān)閉閥門230而開啟閥門254使得從儲(chǔ)槽250中獲得產(chǎn)品氣體用于床210的產(chǎn)品加壓。如果在床210的清洗步驟后均衡槽262含有殘留氣體，那么在開啟閥門254之前開啟閥門258以在產(chǎn)品加壓的早期階段使用來自均衡槽262中任何殘留的氣體。消耗完所有均衡槽262中的殘留氣體后關(guān)閉閥門258而開啟閥門254以完成床210的產(chǎn)品加壓步驟。在此期間關(guān)閉閥門224和244而開啟閥門260以將來自正在進(jìn)行并流減壓(CD)步驟的床212的流出物導(dǎo)入到均衡槽262。
雖然本發(fā)明已參照特定的優(yōu)選實(shí)施方案做了詳述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識(shí)到在權(quán)利要求的精神和范疇內(nèi)還有本發(fā)明的其它實(shí)施方案。
權(quán)利要求
1.用于生產(chǎn)高純氬的低溫雜化方法，它包括(A)將進(jìn)料空氣送入同時(shí)也包含低壓塔和氬氣塔的低溫精餾設(shè)備的高壓塔中，在高壓塔內(nèi)通過低溫精餾分離進(jìn)料空氣以制得富氧流體，并將富氧流體送入低壓塔中；(B)將包含氧和氬作為氬氣塔進(jìn)料的流體從低壓塔送入氬氣塔中，并在氬氣塔內(nèi)通過低溫精餾分離氬氣塔進(jìn)料以制得最多含有10％(摩爾)氧的粗氬流體；(C)將粗氬流體從氬氣塔送到含有氧選擇性吸附劑的變壓吸附單元中，并將氧從粗氬流體吸附到氧選擇性的附劑上以制得高純氬流體和含氧的殘留氣體；(D)將含氧的殘留氣體從變壓吸附單元再循環(huán)至低溫精餾設(shè)備；(E)通過與含氧的冷卻流體進(jìn)行間接熱交換而冷卻高純氬流體，并將所得的含氧冷卻流體送入低溫精餾設(shè)備中；和(F)將高純氬流體作為產(chǎn)品高純氬回收。
2.權(quán)利要求1的方法，其中殘留氣體被再循環(huán)至氬氣塔。
3.權(quán)利要求1的方法，其中殘留氣體被再循環(huán)至低壓塔。
4.權(quán)利要求1的方法，其中含氧冷卻流體是進(jìn)料空氣。
5.權(quán)利要求1的方法，其中含氧冷卻流體是富氧流體。
6.權(quán)利要求1的方法，其中變壓吸附單元還含有氮選擇性吸附劑。
7.權(quán)利要求1的方法，其中粗氬流體在被送入變壓吸附單元前先加壓。
8.權(quán)利要求1的方法，其中產(chǎn)品氮和產(chǎn)品氧中的至少一個(gè)是從低溫精餾設(shè)備中回收的。
9.用于生產(chǎn)高純氬的設(shè)備，它包括(A)包含第一塔、第二塔和氬氣塔的低溫精餾設(shè)備，將進(jìn)料空氣送入第一塔的裝置，以及將來自第一塔下部的流體送入第二塔的裝置；(B)將來自第二塔的流體送入氬氣塔的裝置；(C)含有氧選擇性吸附劑的變壓吸附單元，以及將來自氬氣塔上部的流體送入變壓吸附單元的裝置；(D)將來自變壓吸附單元的流體送入低溫精餾設(shè)備的裝置；(E)一換熱器以及將含氧冷卻流體送至換熱器和從換熱器送入低溫精餾設(shè)備的裝置；和(F)將來自變壓吸附單元的高純氬送至換熱器的裝置以及將來自換熱器的產(chǎn)品高純氬回收的裝置。
10.權(quán)利要求9的設(shè)備，其中變壓吸附單元還含有氮選擇性吸附劑。
全文摘要
用于生產(chǎn)高純氬的系統(tǒng),其中在低溫精餾設(shè)備中制得的粗氬在變壓吸附單元中得到處理。來自變壓吸附單元的殘留氣體被循環(huán)至低溫精餾設(shè)備,高純氬在回收之前迎著含氧的流體被冷卻,隨后被送入低溫精餾設(shè)備中。
文檔編號(hào)F25J3/04GK1199851SQ9810585
公開日1998年11月25日 申請(qǐng)日期1998年3月24日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月26日
發(fā)明者T·C·古吟, M·S·A·巴克思, J·A·維貝爾, D·P·波納奎斯特 申請(qǐng)人:普拉塞爾技術(shù)有限公司