在与变压吸附系统集成的低温空气分离单元中用于氩回收的方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于氩回收的方法和装置，其中在低温空气分离单元内将不纯的氩流与空气分离，所述低温空气分离单元具有设置在较低压力塔内内部的除氩塔和回流式氩冷凝器。随后从所述除氩塔中回收不纯的氩流并且在集成的基于吸附剂的氩精制和纯化子系统内纯化以产生产品级氩。将来自基于吸附剂的氩精制和纯化子系统的废物流再循环回到所述除氩塔以便改进氩回收。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】在与变压吸附系统集成的低温空气分离单元中用于氩回收的方法和装置
本专利技术涉及一种用于氩回收的方法和装置，其中在低温空气分离设备内将氩与空气分离，所述低温空气分离设备具有与基于吸附剂的氩精制和纯化子系统集成的除氩或精馏塔。
技术介绍
氩为用于一些高温工业过程诸如炼钢中的高惰性元素。氩还用于各种类型的金属制造工艺诸如电弧焊接以及电子工业例如硅晶体生长工艺中。氩的其它用途包括医学、科学、防腐和照明应用。虽然氩仅占环境空气的一小部分(即，0.93体积％)，但是与也从空气分离设备中回收的氧气和氮气产物相比，它具有相对较高的值。通常在Linde型双塔低温空气分离布置中通过以下方式回收氩：从较低压力塔中提取富氩蒸气抽取物并将该流引导至“超级塔板化”塔或粗制的氩塔来回收氩。这种氩蒸馏工艺通常包括位于氩塔上方的氩冷凝单元。在将氩冷凝负荷引入低压蒸馏塔之前，通常将其传递至富氧塔底流或釜流的至少一部分。可直接通过这种“超级塔板化”蒸馏工艺以大约90个分离的塔板至180个分离的塔板产生商用液体纯度的氩(例如，氧为约1000ppm至1ppm)，或通过大约20个分离的塔板至50个分离的塔板产生中间纯度的氩(例如，氧为约15％至1％)。在一些应用中，随后常常通过采用氢的催化氧化方法对中间纯度的氩进行精制。现代空气分离设备几乎全部采用超级塔板化蒸馏工艺进行高纯度氩回收。典型的三塔式氩产生空气分离单元的缺点在于，回收高纯度氩产物需要与氩回收以及所得的塔和冷箱高度(通常超过200英尺)相关联的额外的资本成本。因此，为获得高纯度氩引起相当多的资本支出，包括单独的氩塔、多个冷箱塔段、液体回流/返回泵等的资本支出。另一种产生高纯度氩的方法为从空气分离设备中提取包含较低纯度包含氩的流，并且使用基于吸附剂的纯化系统对该包含氩的流进行纯化。已经出现将低温空气分离单元与基于吸附剂的纯化系统相结合以移除包含氩的流中的氧、氮及其它污染物的方法。参见例如美国专利4,717,406；5,685,172；7,501,009；和5,601,634；这些专利中的每个专利均在以下段落中予以简要描述。US4,717,406公开了一种液相吸附方法，其中将来自低温设备的进料流引导到基于吸附的纯化系统。基于吸附的纯化系统用于在将液化气体引入液体储罐之前对其进行纯化。目标应用包括移除电子级气体中的水和二氧化碳，并且该专利技术所公开的吸附床的再生方法为变温法。US5,685,172详述了目的在于移除各种惰性气体中的痕量氧和一氧化碳的方法。该方法还提到直接液体处理，并且引用氩作为示例性流体。详述了作为氧的吸附剂的金属氧化物(CuO、MnO2)。通过在适度温度(例如，150℃至250℃)下使用还原气体诸如氢气来实现再生。还原气体的使用使得难以将吸附床与空气分离单元集成，因为还原气体无法在空气分离单元中进行制备，而必须由外部提供以使吸附剂再生。更重要的是，在吸附床的再生过程中，富氩流体将从该工艺中损失。US7,501,009公开了用于氩纯化的循环吸附方法。该方法可在低温下操作，同时对气态粗制的氩进行处理。提到以沸石作为所公开的变压吸附(PSA)系统的可能的吸附剂。将再生气体引导回氩-氧精馏塔。US5,601,634将典型的低温空气分离单元与变压吸附(PSA)系统结合，其中在吸附床中移除来自低温空气分离单元的蒸馏塔的氩进料中所包含的氮和氧两者。所有上述现有技术解决方案都仅关注将低温空气分离单元和基于吸附的纯化布置结合的基于吸附剂的纯化系统的改进，而未解决低温空气分离单元所需的改进，包括如本专利技术的解决方案所设想的使用专门设计的氩精馏或除氩塔和各种氩冷凝器。在现有技术文献(包括教导使用分隔壁塔除氩的一些现有技术参考文献)内明确报道了分隔壁塔的用途。参见例如美国专利8,480,860；7,234,691；6,250,106；6,240,744；和6,023,945。此外，美国专利5,114,445教导了通过将氩冷凝器放置在较低压力塔内以作为将粗制的氩塔的顶部与较低压力塔热连接的装置的一部分来改进氩的回收，并且教导了最适合的氩冷凝器的位置为在较低压力塔内的中间位置，具体地是由来自较高压力塔的粗制的液氧底部的进料点与粗制的氩塔的蒸气进料抽取管线界定的较低压力塔的塔段。此外，在现有技术文献内具有巴氏灭菌塔段的回流冷凝器和/或塔用于常规空气分离设备的一般用途也是已知的。然而，具有巴氏灭菌塔段的回流冷凝器和或塔的此类用途尚未考虑与除氩和精制系统的集成，并且更具体地讲，与联接到低温空气分离单元的基于吸附的氩回收和纯化子系统的集成。上述现有技术方法和系统中的每一种提供了对低温空气分离设备的操作效率以及在一些情况下对氩的回收的渐进式改进。然而，现有技术参考文献中的每一者都具有明显的缺点或设计困难，其驱动资本成本增加、设备构造和/或氩回收效率低下。因此，仍然需要进一步改进现有的与蒸馏塔和低温空气分离单元的循环完全集成的除氩和回收工艺或布置。具体地，对于一些低温空气分离单元，需要在空气分离循环内设计灵活的除氩和回收方法，该方法避免或延迟与氩回收相关联的一些前期资本成本，但是允许将来在氩生产要求改变时将氩回收轻松添加至低温空气分离单元。
技术实现思路
本专利技术的特征可在于一种在低温空气分离单元中产生纯化的氩产物流的方法，所述方法包括以下步骤：(a)在所述低温空气分离单元的较低压力塔内，使用设置在所述较低压力塔内的氩精馏塔布置将氩从包含氧-氩的流中分离，所述氩从所述包含氧-氩的流中的分离产生具有介于约和4％和25％之间的氧杂质的不纯的氩流；(b)逆着所述纯化的氩产物流对所述不纯的氩流加温并且加压所述不纯的氩流；(c)通过向变压吸附系统中引入所述加温的、经加压的不纯的氩流，对所述加温的、经加压的、不纯的氩流进行纯化以产生所述纯化的氩产物流和包含氮杂质的废气流；以及(d)使来自所述变压吸附系统的所述废气流再循环到所述氩精馏塔布置。所述氩精馏塔布置包括设置在所述较低压力塔内的除氩塔和设置在所述较低压力塔内在所述除氩塔上方的位置处的氩冷凝组件。所述除氩塔优选地被构造成接收作为包含氧-氩的流的来自在所述较低压力塔内的一部分上升的蒸气、废物流、和来自所述氩冷凝组件的富氩回流的流，并产生一种或多种富氩蒸气流、不纯的氩流和释放到所述较低压力塔中的下降的富氧液体流。所述氩冷凝组件被构造成接收来自所述除氩塔的富氩蒸气流，并且逆着富氧液体流将所述富氩蒸气流冷凝以产生富氩回流的流。本专利技术的特征还在于一种用于产生纯化的氩产物流的空气分离系统，所述空气分离系统包括：(i)进气纯化和压缩机组或子系统，所述进气纯化和压缩机组或子系统被构造用于接收进料空气流并产生经压缩的和预纯化的空气流；(ii)主热交换子系统，所述主热交换子系统联接至所述进气纯化和压缩机组或子系统，并且被构造成将经压缩的和预纯化的进料空气流冷却至适用于精馏的温度；(iii)蒸馏塔子系统，所述蒸馏塔子系统具有较高压力塔、较低压力塔和氩精馏塔布置，所述氩精馏塔布置被构造成将经冷却的、经压缩的和预纯化的进料空气流精馏成富氧产物流、一种或多种富氮流、以及具有介于约和4％和25％之间的氧杂质的不纯的氩流；(iv)辅助热交换器，所述辅助热交换器被构造成逆着纯化的氩产物流的流将所述不纯的氩流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在低温空气分离单元中产生纯化的氩产物流的方法，所述方法包括以下步骤：在所述低温空气分离单元的较低压力塔内，使用设置在所述较低压力塔内的氩精馏塔布置将氩从包含氧‑氩的流中分离，所述氩从所述包含氧‑氩的流中的所述分离产生具有介于约和4％和25％之间的氧杂质的不纯的氩流；逆着所述纯化的氩产物流将所述不纯的氩流加温并且加压所述不纯的氩流；通过向变压吸附系统中引入所述加温的、经加压的不纯的氩流，对所述加温的、经加压的、不纯的氩流进行纯化以产生所述纯化的氩产物流和包含氮杂质的废气流；以及使来自所述变压吸附系统的所述废气流再循环到所述氩精馏塔布置；其中所述氩精馏塔布置包括设置在所述较低压力塔内的除氩塔和设置在所述较低压力塔内在所述除氩塔上方的位置处的氩冷凝组件；其中所述除氩塔被构造成接收作为所述包含氧‑氩的流的来自在所述较低压力塔内的一部分上升的蒸气、废气流、和来自所述氩冷凝组件的富氩回流的流，并产生一种或多种富氩蒸气流、所述不纯的氩流和释放到所述较低压力塔中的下降的富氧液体流；并且其中所述氩冷凝组件被构造成接收来自所述除氩塔的富氩蒸气流，并且逆着富氧液体流冷凝所述富氩蒸气流以产生所述富氩回流的流。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.03.01 US 15/0571601.一种在低温空气分离单元中产生纯化的氩产物流的方法，所述方法包括以下步骤：在所述低温空气分离单元的较低压力塔内，使用设置在所述较低压力塔内的氩精馏塔布置将氩从包含氧-氩的流中分离，所述氩从所述包含氧-氩的流中的所述分离产生具有介于约和4％和25％之间的氧杂质的不纯的氩流；逆着所述纯化的氩产物流将所述不纯的氩流加温并且加压所述不纯的氩流；通过向变压吸附系统中引入所述加温的、经加压的不纯的氩流，对所述加温的、经加压的、不纯的氩流进行纯化以产生所述纯化的氩产物流和包含氮杂质的废气流；以及使来自所述变压吸附系统的所述废气流再循环到所述氩精馏塔布置；其中所述氩精馏塔布置包括设置在所述较低压力塔内的除氩塔和设置在所述较低压力塔内在所述除氩塔上方的位置处的氩冷凝组件；其中所述除氩塔被构造成接收作为所述包含氧-氩的流的来自在所述较低压力塔内的一部分上升的蒸气、废气流、和来自所述氩冷凝组件的富氩回流的流，并产生一种或多种富氩蒸气流、所述不纯的氩流和释放到所述较低压力塔中的下降的富氧液体流；并且其中所述氩冷凝组件被构造成接收来自所述除氩塔的富氩蒸气流，并且逆着富氧液体流冷凝所述富氩蒸气流以产生所述富氩回流的流。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述氩冷凝组件为回流式氩冷凝器，所述回流式氩冷凝器被构造成从所述包含氧-氩的流和所述废气流中移除所述氮杂质，并且将所述氮杂质释放到所述较低压力塔中。3.根据权利要求2所述的方法，其中在所述氩冷凝组件内的所述下降的液体流的流动足以保持所述氩冷凝组件的表面润湿并防止所述氩冷凝组件沸腾至干燥。4.根据权利要求2所述的方法，其中所述富氧液体流在所述回流式氩冷凝器中的分离相当于在所述较低压力塔中的约2个分离的塔板和10个分离的塔板之间的分离。5.根据权利要求1所述的方法，其中所述除氩塔还包括氩蒸馏塔段和氩巴氏灭菌塔段，并且其中所述富氩蒸气流从所述氩蒸馏塔段的顶部并在所述氩巴氏灭菌塔段下方提取，并且塔顶馏出富氮和氩的蒸气从所述氩巴氏灭菌塔段的顶部提取以移除所述氮杂质。6.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括以下步骤：经由与来自所述低温空气分离单元的液氮流间接热交换使所述纯化的氩产物流过冷以产生纯化的液氩产物流。7.根据权利要求1所述的方法，其中逆着所述纯化的氩产物流将所述不纯的氩流加温的所述步骤还包括逆着所述纯化的氩产物流并且逆着来自所述低温空气分离单元的进气纯化和压缩机组的平衡空气流，将所述不纯的氩流加温。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述富氩蒸气流为富氩塔顶馏出蒸气流，并且其中所述氩冷凝组件被构造成接收所述富氩塔顶馏出蒸气流的全部或一部分，并且逆着富氧液体流将所述富氩塔顶馏出蒸气流冷凝以产生所述富氩回流的流。9.根据权利要求1所述的方法，其中：所述氩精馏塔布置还包括辅助氩冷凝器，所述辅助氩冷凝器与所述除氩塔操作相关联地设置在所述除氩塔上方的位置处；所述氩冷凝组件被构造成接收来自所述除氩塔的第一富氩蒸气流，并且逆着富氧液体流冷凝所述富氩蒸气流以产生所述富氩回流的流的一部分；并且所述辅助氩冷凝器为回流式氩冷凝器，所述回流式氩冷凝器被构造成接收第二富氩塔顶馏出蒸气流的全部或一部分，将所述第二富氩塔顶馏出蒸气流冷凝，同时从所述第二富氩塔顶馏出蒸气流中移除氮，并且将冷凝的富氩流返回到所述除氩塔，同时排出移除的氮。10.一种空气分离系统，所述空气分离系统用于产生纯化的氩产物流，所述空气分...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·M·普罗塞，Y·罗，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US