用於三塔氧氣裝置的稀有氣體回收方法
2023-05-09 17:03:11
專利名稱：用於三塔氧氣裝置的稀有氣體回收方法
用於三塔氧氣裝置的稀有氣體回收方法
背景技術：
近年來，對於稀有氣體，特別是氪氣和氙氣的需求變得非常重要。電子、醫學、絕緣玻璃等的新應用和發展極大促進該高需求。氪氣和氙氣作為低溫空氣分離設備的副產物產生。基本回收方案是本領域熟知的。由於Kr和Xe比氧氣重並且會累積在液態氧中，所以回收技術通常要求將雙塔循環的低壓塔的液態氧清洗料流精製。含在清洗料流中的稀有氣體在第一濃縮塔中與液態氧中的其它重質組分如烴、CO2、氮氧化物等一起進一步濃縮。就安全考慮，該第一濃縮操作的極限對應於烴在氧氣中的可燃性極限的約10%。然後將第一濃縮料流在現場提純裝置中處理或輸送至中心提純中心，在那裡將它蒸發、加熱並在催化反應器中在約500°C的高溫下處理以除去烴。該氧化反應形成CO2和溼氣。然後將混合物乾燥，在吸附器中將它的CO2內容物除去。然後將乾燥且不含(X)2的混合物冷卻並蒸餾以得到產物，其通常為Kr和Xe的混合物。 然後將產物進一步精製以除去氧氣、氬氣和一些其它雜質如CFC化合物、溫室氣體、剩餘的痕量烴等並得到純氪氣和純氙氣作為最終產物。Kr和Xe以非常小的濃度存在於大氣中(以體積計為1. 14ppm Kr和0. 086ppm Xe)。因此，目前僅可在大氧氣裝置中，優選1000T/D以上，甚至更大的裝置中經濟地生產 Kr-Xe0如果該方法的提純部分可以是精製來自氧氣裝置、氮氣裝置、低純度或高純度氧氣裝置等的不同類型第一濃縮料流的標準化方法，則同一論述不適用於涉及從空氣分離塔中提取含有氪氣和氙氣的料流的方法。事實上，由於上述種類繁多的空氣分離裝置/方法， 所以不可能具有適用於所有類型空氣分離裝置的一種提取方法。例如，由低壓塔生產氣態氧產物的裝置要求與生產液態氧產物的裝置不同類型的稀有氣體提取以從低壓塔中泵送。重工業關於氣化、IGCC、GTL、氧燃料的需氧量顯著提高了一系列氧氣裝置的尺寸。 由於蒸餾塔尺寸受運輸規則限制，低溫方法中的技術傾向是移向高空氣壓力裝置，其中進料空氣和塔的壓力處於比傳統氧氣裝置更高的壓力。設計三塔方法以解決這類應用並且需要提供從這類方法中提取稀有氣體的技術。該三塔方法詳細描述於若干專利如美國專利5231837和美國專利5341646中。若干專利中廣泛涵蓋了從氧氣裝置中回收氪氣和氙氣的技術US 6776004 該現有技術教導了回收生產氧氣的混合塔裝置的稀有氣體的技術。 將低壓塔的清洗液體在通過混合塔塔頂氣體重沸的富集塔中處理以回收稀有氣體。PCT WO 2004/023054 將高壓塔的空氣進料分成富含氮氣的料流和2個富含氧氣的液流富含稀有氣體的液體和貧含稀有氣體的液體。將富含稀有氣體的料流在位於粗氬氣塔上方的塔中處理以在塔底得到氪氣氙氣濃縮物。US 6662593 進料空氣中的稀有氣體被限制在高壓塔的富含稀有氣體的液流中， 然後在側塔中汽提其氧氣內容物以得到稀有氣體濃縮料流。通過在低壓塔中在最後蒸餾之前提取稀有氣體，氧氣產物可以非常貧含稀有氣體，然後可作為最終產物被泵送和蒸發至高壓而不會導致稀有氣體損失。
US 6612129 將來自高壓塔的含氪氣和氙氣的液體在雙塔裝置的側臂氬氣塔的塔頂冷凝器中部分蒸發。然後將冷凝器的清洗液體和蒸發料流在富集塔中處理以在塔底得到氪氣氙氣濃縮物。US 6220054 使用塔處理粗氬氣塔的塔底液體以得到最終氧氣產物，由於粗氬氣塔的進料貧含氪氣和氙氣，所以最終氧氣產物也貧含氪氣和氙氣。在低壓塔的底部提取富集氪氣和氙氣的料流。由此可見，大多數現有技術解決對於配置有用於高純度氧氣的氬氣生產和在一些情況下混合塔的氧氣裝置的稀有氣體回收。那些方法在約1. 5-2巴的較低壓力下在低壓塔中操作，所述低壓塔會產生約6-7. 5巴的空氣壓力。比這些值高的壓力會損害蒸餾性能，尤其是對於氬氣回收。相反，高壓裝置產生低純度氧氣並在約10-16巴的空氣壓力下操作，其中低壓塔在約4-6巴下操作。為保持良好的氧氣回收率，使用中間塔以從中間塔頂部產生更多液氮回流。
發明內容
本發明是一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器。該方法包括由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中。該方法還包括從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中。該方法還包括從低壓中間塔中移出濃縮了稀有氣體的第一液體清洗料流，其中將所述第一液體清洗料流在下遊進一步濃縮。且該方法包括在第一塔底重沸器上方的至少一個塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。附圖簡述為進一步理解本發明的性質和目的，應參考以下詳細描述以及附圖，其中同樣的要素給出相同或類似的參考數字，且其中-
圖1為本發明一個實施方案的圖示；-圖2為本發明另一實施方案的圖示；-圖3為本發明又一實施方案的圖示；
具體實施例方式下面描述本發明的說明性實施方案。然而本發明可以有各種改進和替代形式，其具體實施方案例如顯示於附圖中並在此詳細描述。然而，應當理解此處具體實施方案的描述不意欲將本發明限制為所公開的具體形式，而是相反，本發明覆蓋屬於所附權利要求限定的本發明精神和範圍內的所有改變方案、等效方案和替代方案。當然，應當理解在任何這種實際實施方案的開發中，必須做出大量執行具體決策以實現開發者的具體目標，例如適應系統相關和商業相關的約束條件，所述約束條件會由一個執行至另一個變化。此外，應當理解這種開發計劃可能是複雜且耗時的，但是是受益於本公開內容的本領域技術人員負責的例行工作。如圖1所述，將約10-16巴的高壓空氣7供入高壓塔100中以在頂部形成富氮氣體並在底部形成富氧液體10。將液態空氣料流8供入塔100的中間塔板位置。從液態空氣料流8的進料塔板上方的塔板的液體中提取具有接近液態空氣的組成的液流20。冷凝富氮氣體得到至低壓塔200的第一回流40。然後將富氧液體10供入中間塔300的塔底重沸器中，其中將它蒸餾而在頂部形成第二富氮氣體並在底部形成第二富氧液體31。冷凝第二富氮氣體得到至低壓塔200的第二回流44。將料流20供入塔200或塔200和300 二者中。可以看出在料流10中收集了含在高壓塔的空氣進料7和8中的大部分Kr和Xe。塔 300在低於塔100的壓力但高於塔200的壓力的壓力下操作。為平衡該系統，在塔300的塔底重沸器上方的塔板位置提取第三富氧液體32。通過採用適當的塔板位置和料流32的流量，可得到非常貧含Kr和Xe的料流32，因此，幾乎所有進料料流10的Kr和Xe可被俘獲在料流31中。然後將料流31供入塔400的塔底重沸器72中，其通過冷凝來自中間塔頂部的氮氣而重沸。塔400含有約5-15個理論塔板，並在大約與塔200相同的壓力下操作。料流 32的部分33用作塔400的回流。然後在塔400的底部提取富含Kr和Xe的液體清洗料流 50用於進一步濃縮操作。在一些裝置中，使用將空氣進料膨脹至低壓塔200的低壓空氣膨脹器12。該膨脹料流15還含有稀有氣體，所述稀有氣體如果被送入低壓塔200中可能會損失。在這種情況下，可將膨脹空氣15送至塔400的底部以洗出所含稀有氣體並保持高Kr和Xe回收率。在沒有稀有氣體生產的方法中，中間塔300的塔底料流通常分成兩部分第一部分在中間塔的塔頂冷凝器中蒸發，第二部分作為液體進料供入低壓塔200中。如果同樣的方法應用於稀有氣體生產，則供入低壓塔200的第二部分塔底液體所含的Kr-Xe會損失在液態氧產物30中。為補救該情況，在位於塔底重沸器上方的塔板提取不含Kr-Xe的液流32 以代替該第二部分塔底液體。通過這樣做，方法效率基本不變，並可將含有稀有氣體的塔底料流31在將它送至低壓塔200中生產氧氣以前在塔或蒸發器中分離並處理，以回收稀有氣體。料流32的部分33用於使KrXe塔400回流以進一步改進稀有氣體的回收率。參考圖1所述方法，對於1000T/D含1. 14ppm Kr和0. 086ppm Xe的全部進料空氣
權利要求
1.一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中所述多塔氧氣裝置包含高壓塔、 低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器，所述方法包括〇由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中；〇從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中；〇從低壓中間塔中移出富集稀有氣體的第一液體清洗料流；和 〇在第一塔底重沸器上方至少一個塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
2.根據權利要求1的方法，其中所述中壓中間塔具有高於低壓塔且低於高壓塔的壓力。
3.根據權利要求1的方法，其中所述低壓中間塔具有大約與低壓塔相同的壓力。
4.根據權利要求1的方法，其還包含低壓空氣膨脹器，所述方法還包括 〇在低壓空氣膨脹器中使空氣進料膨脹，和〇將所述膨脹空氣進料引入低壓中間塔底部。
5.根據權利要求1的方法，其中所述第一液體清洗料流包含至少80%的回收氪氣。
6.根據權利要求1的方法，其中所述第一液體清洗料流包含至少80%的回收氙氣。
7.一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔和中間塔，所述中間塔包含塔底重沸器和塔頂冷凝器，所述方法包括〇由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入塔底重沸器中；〇從中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流在塔頂冷凝器中蒸發；從而產生蒸發的富氧料流和富集稀有氣體的液體清洗料流； 〇從塔頂冷凝器中移出富集稀有氣體的液體清洗料流；和〇在塔底重沸器上方的至少一個塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
8.根據權利要求7的方法，其還包含短塔，所述方法還包括〇將蒸發的富氧料流從塔頂冷凝器引入短塔中，其中從短塔底部移出富含稀有氣體的第二液體清洗料流。
9.根據權利要求8的方法，其中所述短塔具有大約與低壓塔的壓力相同的壓力。
全文摘要
本發明是一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器。所述方法包括由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中。所述方法還包括從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中。所述方法還包括從低壓中間塔移出富集稀有氣體的第一液體清洗料流，其中將所述第一液體清洗料流在下遊進一步濃縮。所述方法包括在第一塔底重沸器上方至少一個塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
文檔編號F25J3/02GK102278867SQ20111015350
公開日2011年12月14日 申請日期2011年6月9日 優先權日2010年6月9日
發明者B·哈 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司