空气的低温分离方法和设备技术

采用低温蒸馏系统由空气的低温分离生产液氧(“LOX”)产物和氪和氙增浓液态产物。该方法包括将进料空气在主蒸馏系统中分离为富氮塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物。至少一部分所述氪和氙增浓液态产物从主蒸馏系统中取出，以供进一步蒸馏生产出至少一种富氪和/或氙产物。贫氙液送入到第一附加蒸馏塔并分离为富氧塔顶蒸汽和氙浓度小于所述进料空气的所述LOX产物。贫氙液通常也贫氪。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
空气的低温分离方法和设备
本专利技术一般地涉及低温空气分离领域，特别涉及液氧(“LOX”)的生产以及提高氪和氙的回收率。专利技术背景氪和氙以非常低的浓度存在于空气中，典型含量分别为1.14ppm和约0.087ppm。它们都是高价值气体，因而在经济上促使人们尽可能提高其在空气分离过程中的回收率。在典型空气分离方法中，氪和氙集中在取自低压蒸馏塔(“LP塔”)底部的LOX产物中，因为它们的挥发性远低于氧。LOX流率越小，则该产物中浓缩的氪和氙就越多。在其中大多数氧产物以气相形式从LP塔取出的空气分离方法中，通过从LP塔底上方几个蒸馏级处移出气态氧(“GOX”)，可以保证氪和氙随气态氧损失的数量非常少。于是，几乎所有进入到空气分离装置的氪和氙便可在LOX产物中回收，而该LOX产物在总氧流率中占非常小的比例。LOX产物随后可进一步加工生成氪和氙产物。如果从蒸馏过程取出的LOX流率大得多，例如当所有氧都以LOX形式从蒸馏塔抽出，用泵加压至要求的压力并在主热交换器中蒸发时，氪和氙的损失量将大得多，即便当LOX从LP塔内与缩浓有氪和氙的液相流相隔几个蒸馏级的上方取出亦是如此。基本上全部进入空气分离装置的氪和氙都随下降液顺LP塔向下流入到LP塔釜(sump)中，因此任何液体的抽出都将移出一部分氪和氙，其正比于作为产物的总液体抽出量。就典型而言，这将造成这些宝贵产物的约30％的损失。因此，所希望的是，在至少一部分氧产物以LOX形式抽出的空气分离装置中，增加从该装置中回收氪和氙的比例。US-A-5425241(Agrawal等人，1995-06-20公开)公开一种低温空气分离方法，其中在一种辅助汽提塔中生产超高纯氧产物。第一含氧流(基本上不含诸如氪和氙之类的更重的杂质)从主蒸馏塔取出，并送入到辅助汽提塔顶部。据称，该流可以是液体、蒸汽或二者的组合。第二含氧流(基本上不含诸如氮气和氩气之类的更轻的杂质)从主蒸馏-->塔取出，并用于在辅助汽提塔中提供汽提气。超高纯氧从辅助汽提塔的中间部位取出。LOX(具有通常低于5％的总杂质浓度)从LP塔取出。未公开该产物的去向。GB-A-2346205(Rathbone；2000-08-02公开)公开从联产氩气产物的低温空气分离方法中生产富氪/氙LOX流和高纯LOX流的方法。空气在包括与LP塔热集成的高压蒸馏塔(“HP塔”)的双塔蒸馏系统进行分离。据公开，含氪和氙的LOX流从LP塔抽出，并可送往储罐并根据要求从储罐取出用于通过传统手段进一步提纯，以便生产相对纯的氪和氙产物。文中还公开，氩-氧(但贫氪和氙的(krypton-andxenon-lean))蒸汽流从LP塔取出并在另一个精馏塔中分离为氩蒸汽馏分和氩增浓(argon-enriched)液馏分。氩增浓液馏分送入到氩汽提塔，结果产出相对纯的LOX馏分。在此过程中，必须分离氩气才能实现氪和氙的高回收率。另外，GB-A-2346205要求，从LP塔抽出的该贫稀有气体的物流(rare gas lean stream)必须是贫氮(lean innitrogen)的蒸汽，并且还需要另外两个精馏步骤，以获得贫氪-氙(lean in krypton-xenon)的提纯氧产物。这些限制增加了获得所述提纯氧气流的成本。因此，所希望的是，提供一种空气分离方法，它能够生产一种供进一步加工的氪和氙增浓(kryton-and xenon-enriched)LOX产物和一种纯LOX产物，却不需要氩汽提塔的基本投资和操作成本。
技术实现思路
按照本专利技术第一方面，提供从空气的低温分离中生产液氧(“LOX”)产物和一种氪和氙增浓液态产物的方法，其中采用包括主蒸馏系统和至少一个第一附加蒸馏塔的低温蒸馏系统，所述方法包括：将进料空气在所述主蒸馏系统中分离为富氮(nitrogen-rich)塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物；从所述主蒸馏系统中取出至少一部分所述氪和氙增浓液态产物，以供进一步加工生产至少一种富氪和/或氙(krypton-and/orxenon-rich)产物；从所述主蒸馏系统取出的或由取出液衍生的贫氙(xenon-lean)液，送入到所述第一附加蒸馏塔中；以及将所述部分的贫氙液在所述第一附加蒸馏塔中分离为富氧-->(oxygen-rich)塔顶蒸汽和氙浓度低于所述进料空气的所述LOX产物。术语“氪和氙增浓产物”是指，该产物的氪和氙的浓度大于各自在空气中的浓度。另外，术语“贫氙液”是指，该液体的氙浓度小于在空气中的。贫氙液一般也贫氪，即，其氪浓度小于在空气中的。由取自主蒸馏系统的贫氙液生产LOX产物的优点在于，该LOX产物可以在单一分离步骤中由该液体生产。本专利技术不要求设置附加产生氩产物的氩分离步骤，就能提供氪和氙的高回收率。另外，它不要求该贫氙液同时也贫氮(像GB-A-2346205中所要求的)，这给贫氙液来源的选择提供更大灵活性。优选的是，该方法还包括进一步加工所述氪和氙增浓液态产物以生产至少一种选自富氪产物、富氙产物和富氪和氙产物的产物。任何已知的方法都可用于该进一步加工步骤，例如，蒸馏、吸附或膜分离。在主蒸馏系统包括至少一个高压(“HP”)蒸馏塔和一个低压(“LP”)蒸馏塔，且所述塔通过再沸器/冷凝器热集成(thermallyintegrated)的优选实施方案中，该方法还包括：将进料空气在HP塔中分离为氮增浓(nitrogen-enriched)塔顶蒸汽和粗液氧(“CLOX”)塔底液；将所述CLOX塔底液的至少一部分在经过压力调节后送入到所述LP塔中；将所述CLOX塔底液在LP塔中分离为所述富氮塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物；将所述氮增浓塔顶蒸汽的至少一部分在所述再沸器/冷凝器中通过与氪和氙增浓液态产物间接换热而冷凝，产生冷凝的氮增浓塔顶蒸汽；将所述冷凝的氮增浓塔顶蒸汽的至少一部分送入到HP塔作为回流；以及将来自或由HP塔衍生的液体在经过压力调节后送入到LP塔中作为回流。该贫氙液可取自LP塔或HP塔，或由取自LP塔或HP塔的液体衍生。在贫氙液由取自HP塔的液体衍生的实施方案中，低温蒸馏系统还-->可包括第二附加蒸馏塔并且该方法还包括：从HP塔取出贫氙化(xenon-depleted)的液体并将所述液体的至少一部分送入到所述第二附加蒸馏塔中；将该贫氙化液体在所述第二附加蒸馏塔中分离为氧增浓塔顶蒸汽和所述贫氙液；从所述第二附加蒸馏塔中取出贫氙液并将所述液体的至少一部分在经过压力调节后送入到所述第一附加蒸馏塔中以便分离为所述富氧塔顶蒸汽和所述LOX产物。术语“贫氙化液体”是指氙浓度小于其在空气中浓度的液体。贫氙化液体通常也是贫氪化的，即，其氪浓度小于空气中的。贫氙化液体中的氪和氙的浓度不一定等于它们在贫氙液中的浓度。优选的是，贫氙化液体基本上不含氪和氙。通常，氧增浓塔顶蒸汽的至少一部分送入到HP塔中。在采用第二附加蒸馏塔的实施方案中，贫氪和氙化的蒸汽优选从HP塔送入到第二附加蒸馏塔作为汽提气。在本专利技术优选实施方案中，贫氪和氙蒸汽从主蒸馏系统送入到第一附加蒸馏塔作为汽提气。在此种实施方案中，第一附加蒸馏塔优选基本上在该贫氪和氙蒸汽的压力下操作。富氪和氙蒸汽可取自主蒸馏系统并送入到第一附加蒸馏塔中。随后，LOX产物可取自第一附加蒸馏塔中的中间部位，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从空气的低温分离中生产液氧(“LOX”)产物和氪和氙增浓液态产物的方法，其中采用包括主蒸馏系统和至少一个第一附加蒸馏塔的低温蒸馏系统，所述方法包括：将进料空气在所述主蒸馏系统中分离为富氮塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物；从所述主蒸馏系统中取出至少一部分所述氪和氙增浓液态产物，以供进一步加工生产至少一种富氪和/或氙产物；将从所述主蒸馏系统取出的或由取出液衍生的贫氙液送入到所述第一附加蒸馏塔中；以及将所述部分的贫氙液在所述第一附加蒸馏塔中分离为富氧塔顶蒸汽和氙浓度低于在所述进料空气中的所述LOX产物。

【技术特征摘要】
2002.12.12 US 10/3175931.一种从空气的低温分离中生产液氧(“LOX”)产物和氪和氙增浓液态产物的方法，其中采用包括主蒸馏系统和至少一个第一附加蒸馏塔的低温蒸馏系统，所述方法包括：将进料空气在所述主蒸馏系统中分离为富氮塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物；从所述主蒸馏系统中取出至少一部分所述氪和氙增浓液态产物，以供进一步加工生产至少一种富氪和/或氙产物；将从所述主蒸馏系统取出的或由取出液衍生的贫氙液送入到所述第一附加蒸馏塔中；以及将所述部分的贫氙液在所述第一附加蒸馏塔中分离为富氧塔顶蒸汽和氙浓度低于在所述进料空气中的所述LOX产物。2.权利要求1的方法，还包括进一步加工所述氪和氙增浓液态产物以生产至少一种选自富氪产物、富氙产物和富氪和氙产物的产物。3.权利要求1的方法，其中主蒸馏系统包括至少一个高压(“HP”)蒸馏塔和一个低压(“LP”)蒸馏塔，所述塔通过再沸器/冷凝器热集成，所述方法还包括：将进料空气在HP塔中分离为氮增浓塔顶蒸汽和粗液氧(“CLOX”)塔底液；将所述CLOX塔底液的至少一部分在经过压力调节后送入到所述LP塔中；将所述CLOX塔底液在LP塔中分离为所述富氮塔顶蒸汽和所述氪和氙增浓液态产物；将所述氮增浓塔顶蒸汽的至少一部分在所述再沸器/冷凝器中通过与氪和氙增浓液态产物间接换热而冷凝，产生冷凝的氮增浓塔顶蒸汽；将所述冷凝的氮增浓塔顶蒸汽的至少一部分送入到HP塔作为回流；以及将来自或由HP塔衍生的液体在经过压力调节后送入到LP塔中作为回流。4.权利要求3的方法，其中所述贫氙液取自LP塔或衍生自由LP塔取出的液体。5.权利要求3的方法，其中所述贫氙液取自HP塔或衍生自由HP塔取出的液体。6.权利要求5的方法，其中低温蒸馏系统还包括第二附加蒸馏塔，所述方法还包括：从HP塔取出贫氙化的液体并将所述液体的至少一部分送入到所述第二附加蒸馏塔中；将该贫氙化的液体在所述第二附加蒸馏塔中分离为氧增浓塔顶蒸汽和所述贫氙液；从所述第二附加蒸馏塔中取出贫氙液并将所述液体的至少一部分在经过压力调节后送入到所述第一附加蒸馏塔中以便分离为所述富氧塔顶蒸汽和所述LOX产物。7.权利要求6的方法，其中贫氙化液体基本上不含氪和氙。8.权利要求6的方法，其中氧增浓塔顶蒸汽的至少一部分送入到HP塔中。9.权利要求6的方法，其中将贫氪和氙化的蒸汽从HP塔送入到第二附加蒸馏塔作为汽提气。10.权利要求1的方法，其中贫氪和氙蒸汽从主蒸馏系统送入到第一附加蒸馏塔作为汽提气。11.权利要求10的方法，其中第一附加蒸馏塔基本上在贫氪和氙的蒸汽的压力操作。12.权利要求1的方法，还包括：从主蒸馏系统取出富氪和氙蒸汽并将所述蒸汽送入到第一附加蒸馏塔中；从第一附加蒸馏塔中一个中间部位取出所述LOX产物；以及将取自第一附加蒸馏塔的塔底液送入到主蒸馏系统中。13.权利要求1的方法，其中一部分所述LOX产物通过在设在第一附加蒸馏塔中的再沸器/冷却器中与冷凝工艺流间接换热而沸腾，产生汽提气。14.权利要求1的方法，其中氩不从所述贫氙液中分离出去。15.权利要求1的方法，其中氩在氩汽提塔中分离出来，所述方法还包括从所述氩汽提塔的液体进料中取出所述贫氙液。16.权利要求1的方法，其中氪和氙增浓液态产物采用选自蒸馏、吸附或膜分离的至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·希金博瑟姆，R·阿格拉瓦，A·A·布罗斯托，K·G·哈耶斯，D·M·赫尔伦，D·P·奥纳，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：美国;US