深冷吸附净化氩制造技术

本发明专利技术涉及生产含氮和氧每一种不多于５ｐｐｍ的高纯氩的装置和方法。该高纯氩是通过深冷蒸馏氩、氧和氮的混合物以产生粗氩气流，以及该粗氩气流在二层吸附床中经受深冷交替吸附，该第一层包括氮选择性吸附剂以及在第二层包括氧选择性吸附剂。该系统的效率可通过冷凝部分的高纯氩和返还的冷凝液作为回流液至粗氩蒸馏柱而得以改进。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及氩的净化，更具体地，在深冷温度下通过吸附方法从氩气流中除去氮和氧。通过传统技术由空气深冷蒸馏生产的粗制品氩一般含有3-5%体积的氧和直至约1%体积的氮。如果需要生产较高纯度的氩，可通过各种化学或物理技术从氩气流中除去氧和氮。氧通常是通过氧与过量的氢在合适的催化剂例如一种贵金属上反应由此形成水而从氩气流中被除去。通过催化处理从氩气流中除去氧是在相对高的温度下进行的;于是，在提高粗氩产品的温度至反应温度以及再冷却后经进一步净化要耗费显著数量的能量。另外，如果氩气流含有显著数量的氧，值得考虑的是必须加入有效地全部从该气流中除去氧的氢的数量。通过催化去除氧以后，氩气流通过吸附而被干燥以及氮和过剩的氢通过一步或多步深冷蒸馏步骤从该气流中被除去。为了从氩气流中除去氧用吸气剂诸如还原性的Cu和Ni进行化学吸收，通过化学吸收是已知的方法。该技术在氩气流中氧浓度低于0.8%是基本有效的。具有如此低的含氧量的氩产品可通过位于粗氩旁边配置的填充柱中获得。氧化的吸气剂床可通过通入氢被再生。在无氧的氩气流中的任何的氮一般可通过深冷蒸馏被除去。催化、化学吸附反应步骤和深冷蒸馏步骤是复杂化的，并显著地增加高纯氩生产的成本。另外，这些工艺所需的高纯氢并不总是在任何地方可购买到的，而这些是此类净化工厂操作上所要求。于环境温度下通过加压交替吸附（PSA）从氮和氧已经可分离出氩。美国专利4，144，038和4，477，265揭示了从深冷空气分离工-->厂的精溜柱分离出来的富氧原料吸附氧和氮。这些工艺具有收率低和氩产物纯度低的缺点。在德国专利2，826，913中（它揭示了采用4A和5A沸石混合物作为吸附剂），在日本专利公开59/064，510中，（它揭示采用丝光沸石和八面沸石的混合物作为吸附剂）以及日本专利公开58/181，775（它揭示用A型沸石作为吸附剂）在低于环境温度（-100-0℃）通过PSA以及PSA和温度交替吸附（TSA）相结合的方法从氩中除去氧和氮的两者。在TSA中具体的吸附容量非常低而且需要很大的床，以及在PSA中具体的高纯氩产率是低的。通过采用4A型分子筛于深冷温度（90-173K）下单独吸附除去氧或氧和氮两者的方法揭示在：日本专利公开62/065，913;Fedorov等的Khim，Neft，Mashinostr（卷6，第14页，1990）;和Kovalev等的Energomashinostroenie（卷10，第21页，1987）中。该技术的缺点是当氮和氧两者同时存在于被处理的气体流中时，4A筛对氧具有很低的容量，为了完全除去氧而需要很大的床。如果通过深冷蒸馏在吸附前除去氮，4A沸石筛对除去氧是有效的。然而，这就增加了氩净化的成本。由于粗制品氩一般地含有氧和氮两者，因此一直试图寻求从氩气流中除去该两者杂质的单一高效步骤和高产率的工艺，而本专利技术提供了这样的一种工艺。本专利技术的主要目的是通过含氮和氧作为杂质的粗氩气流经深冷TSA生产含氮和氧每一种不多于约5ppm的高纯氩。一般地，该吸附步骤在进入吸附单元的进料气的露点至约150K以及绝对压力在约1.0-20大气压下在二层吸附床中进行，（其中第一层包括从含有氮氧和氩的气体流中优先吸附氮的吸附剂，而第二层包括从基本上无氩和氧的氮气流中优选吸附氧的吸附剂）。用于第一层的较佳的吸附剂包括钙交换型的X沸石、钙交换型的A沸石、13X沸石以及碳分子筛（CMS）。用于第二层的较佳的吸附剂包括CMS或4A型沸-->石。同时，本专利技术提供一种从氮-氩-氧气体混合物通过深冷吸附氮生产一种基本上无氮的氩-氧气混合物。该吸附较佳地在一平行按排的二层或多层的一套吸附床中而操作在不同相中进行，结果至少一床进行吸附而另一床进行再生。本方法对氧和氮每一种除去量直至约5%体积的最为有效。较佳地该吸附在约1.0-20大气压范围内的温度下进行。在吸附阶段完成后，终止进料气体流过吸附床。当从气体流中仅被除去氮气时，将温热的无氮清洗气体通过该床进行再生;当从气体流中除去氮和氧两者时，用温热的无氮和无氧清洗气体通过。该冲洗气体较佳地在约-20°至250℃的温度。较佳的清洗气体是在吸附阶段所产生的高纯氩或氩-氧气体混合物。在本专利技术的方法的其它具体例子中，从深冷分馏空气分离单元中蒸馏出来的氩气流是经过蒸馏较佳地在约90-110K产生富集氧的底部产物流和富集氩气体塔顶馏出产物。部分富集的氩产物气流然后在深冷温度经受TSA工艺以从该气流中除去残留的氮和氧，由此产生高纯度氩产物气流。该高纯氩产物气流含有不多于约5ppm的氮和氧的每一种，可以作为一种气体产物或者经冷凝压缩成高纯液氩产物。在该具体例子中，部分富集的氩塔顶溜出物气流不经吸附而被冷凝并作为回流返还到粗氩蒸馏柱。在一变换的具体例子中，所有富集的氩塔顶产物使经受深冷TSA工艺以及全部或部分高纯的氩的非吸附的产物气流被冷凝，以及全部或部分冷凝氩气流作为回流返还到粗氩蒸馏单元。在组合的蒸馏-TSA工艺的较佳的具体例子中，吸附在上述类型的二层吸附床中进行，即：第一层含有一种或多种吸附剂，它较佳地含有吸附氮的吸附剂，而在第二层含有一种或多种吸附剂，它较佳地含有吸附氧的吸附剂。作为在主要的具体例子的情况中，用在第一层中的较佳的吸附剂包括钙交换型X沸石，钙交换型的A-->沸石，13X混石和CMS，而用在第二层的较佳的吸附剂包括CMS或4A型沸石。在其它方面，本专利技术包括从粗氩气流中生产高纯氩的装置。该装置的第一单元具有为除去富集氩气流的顶部出口和为除去富集氧底部气流的底部出口的蒸馏柱。在靠近蒸馏柱的底部提供引导含氩气流进入柱的进口。本专利技术的设备的较佳具体例子中，某些或所有蒸馏柱的部分均包含配置的填料。该装置的第二个单元为TSA系统，它包括含有一种或多种吸附剂的吸附床。该吸附剂从氩气流中除去氮和氧。该吸附系统的进口与蒸馏柱的顶部出口连接。同时，该吸附系统具有一非吸附的产物出口和解吸产物的出口。在本专利技术的装置例子的一种布置中，冷凝器入口也连接到粗氩蒸馏柱的顶部出口。冷凝器的出口连接到蒸馏柱的顶部。这就提供了存在于蒸馏柱冷凝部分的富集氩气流的装置，并将该冷凝的富集的氩气流作为回流返还到该柱。剩余的富集的氩气流通入TSA系统。在另外一个布置中，TSA系统的非吸附的产物出口连接到冷凝器而和冷凝器出口连接到粗氩蒸馏柱的顶部。这就允许将部分或全部的冷凝的高纯氩产品作为回流被返回到该蒸馏柱。在本专利技术系统的较佳的布置中，在TSA系统中的吸附剂包括第一层的钙交换的X沸石，钙交换的A混石，CMS，13X沸石或其二种或多种的混合物，而第二层包括CMS或4A沸石，或其混合物。在另一个较佳布置中，粗氩蒸馏柱为部分或全部充填有低压力降的配置的填料。在进一步的其它较佳例子中，该TSA系统包括装填有优先于氧和氮的情况下吸附氮的吸附剂的单一吸附剂床。本专利技术将附图和实施例进一步加以说明，其中：图1，说明按本专利技术的原则从粗氩进料中回收基本上纯的氩的-->一种系统。图2，说明在图1中所说明的该体系的一种变化。整个的图中类似的符号表示类似的或相应部分。辅助的阀门、管线和装备对理解本专利技术不需要者已从图中省略。本专利技术的主要目的是将一种含氮和氧杂质的氩进料气流流经在深冷温度下的单层吸附床，由此从进料气流中去本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种净化从含氮杂质的氩气流的温度交替吸附方法，其特征在于其步骤包括将所述的气体氩气流于低于约１５０Ｋ的温度下通过氮选择性附剂的床。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 1992-10-1 955,1811、一种净化从含氮杂质的氩气流的温度交替吸附方法，其特征在于其步骤包括将所述的气体氩气流于低于约150K的温度下通过氮选择性附剂的床。2、一种净化含氮和氧杂质的气体氩气流的温度交替吸附方法，其特征在于其步骤包括将所述的氩气流首先通过低于约150K的第一层氮选择性吸附剂床，然后通过氧选择性吸附剂床。3、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氮选择性吸附剂为选自钙交替型A沸石、钙交换型的X沸石、13X沸石、碳分子筛以及其混合物。4、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的氧选择性吸附剂为选自碳分子筛、4A型沸石以及其混合物。5、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于进一步包括所述的吸附剂于约-20到250℃温度下再生。6、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的氩气流含有直至约10%的氮。7、如权利要求2所述的方法，其特征在于所述的氩气流含有直至约5%的氧。8、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的吸附方法在绝对压力约为1.0-20大气压下进行。9、如权利要求1或2所述的方法，其特征在于至少一床进行吸附而另一床进行再生的复合吸附床中以不同相进行操作。10、一种从含有不大于约5ppm氮的空气生产含氧氩产品的温度交替吸附方法，其特征在于其步骤包括：（a）深冷蒸馏所述的空气，由此产生含氮和氧每一种小于约5%的富氩气体流;以及（b）将所述的富集的氩气体流于所述的气体富氩气流露点F和约1540K温度下，以及在绝对压力1-20大气压下，选择性进行氮吸附从所述的富氩气流中吸附氮。11、一种从含有不大于约5ppm氮和氧的每一种的空气生产氩产品气流的温度交替吸附方法，其特征在于其步骤包括：（a）深冷蒸馏所述的空气，由此产生含氮和氧每一种小于约5%的富氩气体流，以及（b）将所述的富集的氩气体流于富氩气体露点F和约150K以及在绝对压力1-20大气压下，首先通过氮选择性吸附剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉夫吉英，麦克丁安得烈柯维奇，
申请(专利权)人：波克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]