从液态氧中回收氪和氙制造技术

在一种方法中，氙和/或氪从包含氧和氙和/或氪的液态氧流中分离，该方法包括：将至少一部分液态氧流作为回流液体提供给在5至25巴之间的压力下操作的稀有气体回收塔的顶部；在稀有气体回收塔的底部的再沸区中蒸发再沸器液体，以产生上升的蒸气和富含氙和/或氪的液体流的混合物；以及在塔的至少一个蒸馏区中使上升的蒸汽与回流液体接触，以实现将氙和/或氪从上升的蒸汽汽提至回流液体。该方法提供了大于90％的氙回收率和15％至90％的氪回收率。

【技术实现步骤摘要】
从液态氧中回收氪和氙
本专利技术总体上涉及空气分离领域，并且特别涉及从液态氧中粗回收至少一种选自由氪和氙组成的群组的稀有气体。
技术介绍
从液态氧流中回收氪和氙的常规方法和设备是公知的。这些常规方法和设备存在问题，例如：氙和/或氪回收率低、功率高、操作压力有限或受限，以及难以将回收工艺集成到主空气分离设施中。需要一种改进的方法和设备。氪和氙在空气中的浓度非常低，通常分别约为百万分之1.14(“ppm”)和约为百万分之0.087。它们都是有价值的气体，因此，在空气分离工艺中最大限度地回收它们是一种经济激励。此外，氙的价值比氪高得多，因此可以采用氙回收率高但氪回收率可调的工艺。在用于氧气回收的典型低温空气蒸馏工艺中，氪和氙浓缩在从低压(“LP”)蒸馏塔的底部取出的液态氧(“LOX”)产品中，因为它们的挥发性远低于氧气。因此，LOX流量越小，这一产品中浓缩的氪和氙的越多。在低温空气蒸馏工艺中，大部分氧气产品以气相形式从LP塔中去除，通过去除LP塔的底部上方的气态氧气(“GOX”)一级或几级蒸馏，可以确保在GOX中损失极少的氪和氙。这些底部保护级主要用于防止挥发性大大高于氙的氪的过度损失。当以蒸汽形式从LP塔中提取产品氧时，几乎所有进入空气分离设施的氪和氙都可以在LOX产品中回收，这是总氧流量的很小一部分。然后，可以对这一LOX产品进行加工，以产生纯化的稀有气体产品。如果需要的主要是氙产品，则可以省去大部分或全部底部保护级，并且仍然可以回收进入设施的、在LOX产品中的少量氪和几乎所有的氙。当今，大多数用于氧气回收的低温空气蒸馏工艺不再以蒸汽形式提取初级氧气产品。相反，所有回收的氧气作为LOX从LP塔的底部提取，泵送到所需的压力，并且在主热交换器中蒸发。在这种情况下，所有的氪和氙都损失了。即使LOX产品在LP塔的底部以上的几个级提取，并且从底部提取少量含有氪和氙的液体吹扫物，回收也受到严重限制。泵送LOX工艺概述见《AOAC国际杂志(JournalofAOACInternational)》78:1010-1018.空气液化：蒸馏(AIRLIQUEFACTION:DISTILLATION).R.Agrawal和D.M.Herron有限的回收可以解释如下。基本上所有进入空气分离设施的氪和氙都以液体形式沿LP塔流向底部。从底部以上的位置提取的任何液体都将含有氪和氙，与作为LOX产品提取的总液体成比例。这通常会导致这些有价值的产品损失大约30％。因此，希望增加从空气分离设施中氪和氙的回收率，其中，至少部分氧气产品作为LOX从塔中提取。当现有设施，例如泵送LOX循环设施以液体形式提取主要氧气产品时，通常不存在含有浓缩稀有气体成分的小的流。因此，因为氪和氙的价值如此之高，所以希望能够改进现有设施的稀有气体回收系统。此外，希望提供一种氙和/或氪回收设施，其可以处理来自外部源的富含稀有气体的进料流，例如来自储罐的液态氧。美国专利第3,779,028号公开了一种从空气分离塔中回收氪和氙的方法。欧洲专利0218740-B1公开了一种从空气分离设施中回收三种产品流的方法。GOX和LOX产品贫含稀有气体，并且第三种产品是富含氪和氙的稀有气体浓缩液体，通过从LP塔贮槽或储存处对LOX进行处理制成。美国专利第6,301,929号公开了一种空气分离方法，其中，形成贫稀有气体的LOX流和富稀有气体的LOX流。德国专利A-19855485公开了一种空气分离方法，其中，在LP塔中形成贫稀有气体的LOX和富稀有气体的LOX。美国专利第6,694,775号公开了从加压LOX中回收含有稀有气体的液体流，方法是至少部分蒸发至少一部分加压LOX，并将所得蒸汽送入稀有气体回收系统。提供一种处理氧气并产生相对浓缩的氙和氪流的分离方法和设备仍然是一个必要的目标。氙的回收率高、氪的回收率可调节的方法和设备具有高热力学效率和独立于其它工艺约束的操作压力。本专利技术的另一目的是提供一种分离方法和设备，该设备容易集成到主空气分离设施中，或者可以作为独立的或改进的选择来应用。如下文更详细阐述的，专利技术人已经发现所公开和要求保护的工艺能够实现这些目标中的每一个。
技术实现思路
在一个实施例中，提供了一种从包含氧和氙和/或氪的液态氧流中回收氙和/或氪的方法，所述方法包括：提供稀有气体回收系统，该系统包括具有顶部、底部、至少一个蒸馏区和包括再沸器的再沸区的稀有气体回收塔；提供至少一种包含氧和氙和/或氪的液态氧进料；将至少一部分所述液态氧进料提供给稀有气体回收塔的所述顶部以形成回流液体；在所述再沸区蒸发再沸器液体，以产生上升的蒸汽和富含氙和/或氪的液体流的混合物；在所述至少一个蒸馏区中使所述上升的蒸汽与所述回流液体接触，以实现将氙和/或氪从所述上升的蒸汽汽提至所述回流液体，从而产生所述再沸器液体；从所述稀有气体回收塔的所述顶部去除所述上升的蒸汽，形成贫氙和/或贫氪的气态氧流；从所述稀有气体回收塔的所述底部去除富含氙和/或氪的液体流；使贫氙和/或贫氪气态氧流通过冷压缩机，形成冷压缩氧流；使所述冷压缩氧流通过所述再沸器，通过与所述再沸区中的所述再沸器液体的间接热交换产生冷凝的液态氧；以及从所述稀有气体回收系统中去除所述冷凝的液态氧作为贫氙和/或贫氪液态氧。专利技术人已经认识到，在没有显著的功率负担的情况下，可以从液态氧进料中实现高氙回收率和可变氪回收率。氙的高回收率定义为大于90％，优选大于95％。可变氪回收率定义为15％至90％，可根据工艺操作的条件进行调整。专利技术人还认识到，不是在LP塔压力或氧气产品压力下操作，而是可以调节稀有气体塔的操作压力以满足特定的性能目标，并且仍然是经济和节能的。本专利技术提供了这样的氙和/或氪回收方法。从本文提供的对本专利技术的描述中，本专利技术的这些和其它优点将变得明显。附图说明图1是本专利技术方法的一个方面的示意图。图2是本专利技术另一方面的示意图，其中，液态氧进料的源来自低压液态氧源。图3是本专利技术另一方面的示意图，其中，液态氧进料的源来自高压液态氧源。将參考附图详细描述本专利技术的方法。具体实施方式参考图1，提供了稀有气体回收系统100，並且液态氧进料作为流115提供。流115可以是过冷或饱和液体，其压力大于稀有气体回收塔127的压力。流115可以分成第一部分118和第二部分130。至少第一部分118通过控制阀121，并作为回流液体124引入塔127的顶部191。任选地，第二部分130通过控制阀133，并且作为第二进料以进料流136引入塔127。进料流136可以在塔顶191与塔底附近的再沸区193之间的任何位置引入塔127，但优选在塔底附近。在稀有气体回收塔127中，液体通过蒸馏区192下降进入再沸区193。再沸区193含有再沸器148，该再沸器为间接热交换器，将进入再沸区193的液体转化为上升的蒸汽和富含氙和/或氪的液体流151本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种从包含氧和氙和/或氪的液态氧流中回收氙和/或氪的方法，所述方法包括：/n提供稀有气体回收系统，所述系统包括具有顶部、底部、至少一个蒸馏区和包括再沸器的再沸区的稀有气体回收塔；/n提供至少一种包含氧和氙和/或氪的液态氧进料；/n将至少一部分所述液态氧进料提供给稀有气体回收塔的所述顶部以形成回流液体；/n在所述再沸区蒸发再沸器液体，以产生上升的蒸汽和富含氙和/或氪的液体流的混合物；/n在所述至少一个蒸馏区中使所述上升的蒸汽与所述回流液体接触，以实现将氙和/或氪从所述上升的蒸汽汽提至所述回流液体，从而产生所述再沸器液体；/n从所述稀有气体回收塔的所述顶部去除所述上升的蒸汽，形成贫氙和/或贫氪的气态氧流；/n从所述稀有气体回收塔的所述底部去除富含氙和/或氪的液体流；/n使贫氙和/或贫氪气态氧流通过冷压缩机，形成冷压缩氧流；/n使所述冷压缩氧流通过所述再沸器，通过与所述再沸区中的所述再沸器液体的间接热交换产生冷凝的液态氧；以及/n从所述稀有气体回收系统中去除所述冷凝的液态氧作为贫氙和/或贫氪液态氧。/n

【技术特征摘要】
20191218 US 16/7189781.一种从包含氧和氙和/或氪的液态氧流中回收氙和/或氪的方法，所述方法包括：
提供稀有气体回收系统，所述系统包括具有顶部、底部、至少一个蒸馏区和包括再沸器的再沸区的稀有气体回收塔；
提供至少一种包含氧和氙和/或氪的液态氧进料；
将至少一部分所述液态氧进料提供给稀有气体回收塔的所述顶部以形成回流液体；
在所述再沸区蒸发再沸器液体，以产生上升的蒸汽和富含氙和/或氪的液体流的混合物；
在所述至少一个蒸馏区中使所述上升的蒸汽与所述回流液体接触，以实现将氙和/或氪从所述上升的蒸汽汽提至所述回流液体，从而产生所述再沸器液体；
从所述稀有气体回收塔的所述顶部去除所述上升的蒸汽，形成贫氙和/或贫氪的气态氧流；
从所述稀有气体回收塔的所述底部去除富含氙和/或氪的液体流；
使贫氙和/或贫氪气态氧流通过冷压缩机，形成冷压缩氧流；
使所述冷压缩氧流通过所述再沸器，通过与所述再沸区中的所述再沸器液体的间接热交换产生冷凝的液态氧；以及
从所述稀有气体回收系统中去除所述冷凝的液态氧作为贫氙和/或贫氪液态氧。


2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述液态氧进料分成第一部分和第二部分，并将所述液态氧进料的所述第二部分在所述至少一个蒸馏区与所述再沸区之间的位置提供给所述稀有气体回收塔。


3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀有气体回收塔在5至25巴之间的操作压力下操作。


4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述稀有气体回收塔在10与20巴之间的操作压力下操作。


5.根据权利要求3所述的方法，进一步包括提供低压液态氧流，在泵中将所述低压液态氧流压缩至压力大于所述稀有气体回收塔的所述操作压力...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗序昆，A·D·伯格，D·M·赫伦，
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