氩气热泵的低温精馏系统技术方案

低温精馏系统，其中在氩塔的上部使冷凝的热泵流体再冷却，然后冷却进料和被压缩，最后相对于低温精馏装置的底部被冷凝以再沸，这样改善了回流比和提高氩的回收。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术一般说来涉及流体混合物的低温精馏，此混合物包括：氧、氮和氩（例如空气）。更具体地说，本专利技术涉及生产氩的低温精馏。在众多工业应用中，氩愈来愈重要。例如，不锈钢生产、电子工业以及如钛工艺的活性金属生产。一般是从空气的低温精馏来生产氩。空气含有约78%的氮、约21%的氧和不足1%的氩。因为空气中氩的浓度很低，因此在主要的大气气体中它的单元价值最高。但是，常规的低温空分工艺仅能回收进料空气中约70%的氩。因此，希望在空气低温精馏生产工艺中提高氩的回收。据此，本专利技术的目的是提供一个低温精馏系统，它能以提高的回收率生产氩。显然，本领域的技术人员根据本专利技术的公开就可以实现上述或其它目的。本专利技术的一个方面是，低温精馏的空分方法，此方法包括：（A）将冷却了的进料空气供给低温精馏装置，此装置包括至少一个塔和通过低温精馏在低温精馏装置中使进料空气分离，以产生富氮流体（nitrogen-enriched  fluid）和富氧流体（oxygen-enriched  fluid）;（B）将含氩流体从低温精馏装置送入氩塔和通过低温精馏在氩塔中使含氩流体分离，产生粗氩和较富氧流体（oxygen-richer  fluid）;（C）从氩塔上部抽出热泵蒸气，温热抽出的热泵蒸气，压缩温热的热泵蒸气和冷却压缩了的热泵蒸气;和（D）通过与富氧流体的间接热交换来冷凝经冷却和压缩了的热泵蒸-->气和将产生的冷凝热泵流体送入氩塔。本专利技术的另一方面是，低温空分设备，此设备包括：（A）主热交换器，低温精馏装置，此装置包括至少一个塔，一个氩塔，从主热交换器向低温精馏装置提供流体的装置，和从低温精馏装置向氩塔提供流体的装置;（B）热泵压缩机，从氩塔的上部向主热交换器提供流体的装置，和从主热交换器向热泵压缩机提供流体的装置;（C）从热泵压缩机向主热交换器提供流体的装置，和从主热交换器向低温精馏装置的下部提供流体的装置;和（D）从低温精馏装置的下部向氩塔的上部提供流体的装置。本文所用的术语“上部”和“下部”是分别指塔的中点之上和之下的塔的那部分。本文所用的术语“进料空气”是指主要包括氮、氧和氩（如空气）的混合物。本文所用的术语“涡轮膨胀（turboexpansion）”是指高压气体通过一涡轮机流动来使气体减压和降温，藉此产生冷冻作用。本文所用的术语“塔”是指蒸馏或分馏塔或区，即接触塔或区，其中液相和蒸气相逆流接触，使流体混合物进行分离，例如，蒸气相和液体相在一系列固定在塔内的垂直隔开的塔盘或塔板上接触和/或在整齐和/或散乱堆积的填料元件上接触。如欲进一步探讨蒸馏塔，可参阅《化学工程手册》第五版（the  Chemicad  Engineer′s  Handbook，fifth  edition，edited  by  R.R.Perry  and  C.H.Chilton，Mc  Graw-Hill  Book  Company，Nwew  York，Section  13，the  Continuous  Distillation  process。本文所用的术语“双塔（double  column）”是指高压塔的上端与低压塔的下端有热交换关系。对双塔的进一步讨论可参见《气体分离》（Ruheman“The  Separation  of  Gases”Oxford  University-->press，1949，Chapter  Ⅶ，Commercial  Air  Separation）。气液接触分离过程由这些组分的蒸气压的差别决定。较高蒸气压的（或难挥发的或高沸点的）组分易于在气相浓集，而较低蒸气压的（或难挥发的或高沸点的）组分则易于在液相中浓集。分凝（partial  condensation）是分离方法，用此法蒸气混合物的冷却可用于在气相中浓集易挥发性组分和在液相中浓集难挥发组分。精馏或连续蒸馏也是分离方法，此方法将气液相的逆流处理所获得的连续部分蒸发与冷凝结合起来。气液相的逆流接触是绝热的和可以包括相之间的整体或局部接触。应用精馏原理来分离混合物的分离方法设计常常可以互相转化地称之为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是至少一部分在温度等于或低于123°K下进行精馏过程。本文所用的术语“间接热交换”是指引入两种流体物流进行热交换，但两流体之间不发生物理接触和混合。本文所用的术语“氩塔”是指一个塔，此塔处理包括氩的进料和生产氩浓度超过进料的氩，此塔可包括热交换器或在它上部的上冷凝器。本文所用的术语“平衡级（equili  brium  stage）”是指蒸气和液相之间的接触过程，使存在的蒸气流和液流处于平衡状态。本文所用的术语“低温精馏装置”是指一装置，其中，虽然其它辅助工艺组件或设备可以在高于123°K下工作，但气/液接触的分离过程至少一部分是在等于或低于123°K的温度下进行。本文所用的术语“富氧流体（oxygen-enriched  fluid）包括在单塔低温精馏装置中产生的含氧流体（oxygen-containing  fluid）或在双塔低温精馏装置的高压塔中产生的含氧流体，但不包括在双塔低温精馏装置的低压塔中产生的含氧流体。图1是本专利技术一个优选实施方案的流程示意图，其中低温精馏装置包括一双塔。-->图2是本专利技术另一实施方案的流程示意图，其中氩塔包括一上冷凝器。图3是本专利技术一优选实施方案的流程示意图，其中氩热泵回路包括一涡轮膨胀器。图4是本专利技术另一实施方案的流程示意图，其中低温精馏装置包括一单塔。一般来说，本专利技术包括在低温空分装置的下部和氩塔的上部之间引入一特定的氩热泵回路，藉此，将主要传热移至高温，同时对低压分离提供更多回流，从而提高氩的回收。下面参考附图详述本专利技术。现在参考图1，进料空气30通过压缩机1压缩，通过冷却器32冷却和通过吸附器2净化和干燥。与返回气流（下将详述）间接热交换，此净化了的经压缩的空气81通过主热交换器冷却。在图1所示的实施方案中，包括占25-45%的净化了的经压缩的空气81的部分33通过压缩机4进一步被压缩，通过冷却器34被冷却、通过主热交换器3进一步冷却、通过热交换器4再冷却和通过阀20进入塔6，此塔为双塔低温精馏装置的高压塔和在65-220psia压力下工作。另一路净化了的经压缩的空气81的部分35直接通入主热交换器3。气流35的部分36仅部分地通过主热交换器3和通过为产生冷冻的涡轮膨胀器5而冷却至更低温度。所得的物流37再通过主热交换器和然后进入低压塔7，此塔即双塔低温精馏装置的低压塔和在低于塔6的压力下工作，其压力范围在15-75psia。进料空气的主要部分38则从主热交换器通入塔6。在塔6中进料空气通过低温精馏而分离为富氮（nitrogen-enriched）蒸气和富氧（oxygen-enriched）液体。富氧液体作为液流39从塔6中抽出、通过热交换器12再冷却和通过阀16进入塔7。富氮蒸气作为气流40从塔6中抽出、经与塔7的沸腾塔底进行间接热交换而在主冷凝器9中冷凝，部分41作为回流返回塔6，而另一部分42则通过热交换器11再冷-->却和通过阀15进入塔7。如需要，液流39中一部分富氧液体也可用于冷却氩塔的上部，和得到的富氧蒸气及其余液体通入塔7。在塔7内，各种进料通过低本文档来自技高网...

【技术保护点】
低温精馏的空分方法，此方法包括：（Ａ）向至少包括一个塔的低温精馏装置供给冷却了的进料空气和通过低温精馏在低温精馏装置中使进料空气分离，产生富氮流体和富氧流体；（Ｂ）将含氩流体从低温精馏装置送入氩塔和通过低温精馏在氩塔中使含氩流体分离，产生粗氩和较富氧流体；（Ｃ）从氩塔上部抽出热泵蒸汽，温热抽出的热泵蒸汽，压缩温热的热泵蒸汽和使压缩的热泵蒸汽冷却；和（Ｄ）通过与富氧流体的间接热交换来冷凝经冷却和压缩了的热泵蒸汽和将产生的冷凝了的热泵流体送入氩塔。

【技术特征摘要】
US 1992-2-27 842,4941、低温精馏的空分方法，此方法包括：(A)向至少包括一个塔的低温精馏装置供给冷却了的进料空气和通过低温精馏在低温精馏装置中使进料空气分离，产生富氮流体和富氧流体；(B)将含氩流体从低温精馏装置送入氩塔和通过低温精馏在氩塔中使含氩流体分离，产生粗氩和较富氧流体；(C)从氩塔上部抽出热泵蒸汽，温热抽出的热泵蒸汽，压缩温热的热泵蒸汽和使压缩的热泵蒸汽冷却；和(D)通过与富氧流体的间接热交换来冷凝经冷却和压缩了的热泵蒸汽和将产生的冷凝了的热泵流体送入氩塔。2、根据权利要求1的方法，其中低温精馏装置包括双塔，此塔分为一高压塔和一低压塔，其中富氮流体和富氧流体从高压塔送入低压塔，和在其中通过低温精馏而分离为富氮流体和富氧流体和其中含氩流体从低压塔送入氩塔。3、根据权利要求1的方法，其中低温精馏装置包括单塔，和含氩流体从单塔送入氩塔。4、根据权利要求1的方法，其中热泵流体包括氩。5、根据权利要求1的方法，其中热泵蒸汽通过与进料空气的间接热交换而温热，同时使进料空气冷却。6、根据权利要求1的方法，其中一部分压缩的热泵流体经涡轮膨胀而致冷，并与进料空气间接热交换而温热，同时使进料空气冷却，从而提供低温精馏所需的致冷作用。7、根据权利要求1的方法，其中热泵流体包括氮，和一部分冷凝的热泵流体通入低温精馏装置。8、根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：HE霍华德，
申请(专利权)人：普拉塞尔技术有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]