气体提纯方法和装置制造方法及图纸

披露了一种用于从包括尤其是氦气的主要气体、尤其是氮气的主要杂质、以及尤其是氧气的可选的另一次要杂质的源气流(1)对该主要气体进行提纯的方法，该方法包括部分冷凝该气流以便从中以液体形式提取杂质、尤其是该主要杂质并且产生富含主要气体的气流的阶段(2)，其特征在于，该方法在该部分冷凝阶段(2)之前包括将要处理的气体的主要杂质可溶于其中并且具有比该主要杂质的饱和蒸气压更低的饱和蒸气压的化合物注入该气流中的阶段(4)。气压的化合物注入该气流中的阶段(4)。气压的化合物注入该气流中的阶段(4)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】气体提纯方法和装置
[0001]本专利技术涉及一种气体提纯方法和装置。
[0002]本专利技术更特别地涉及一种用于从包括尤其是氦气的主要气体、尤其是氮气的主要杂质、以及尤其是氧气的可选的另一次要杂质的源气流开始对该主要气体进行提纯的方法，该方法包括部分冷凝该气流以便从中以液体形式提取杂质、尤其是该主要杂质并且产生富含主要气体的气流的阶段。
[0003]在气体提纯方法中，通常使用“洗涤”或“涤气”，即通过吸收现象，使得可以通过液相吸收来去除气体中所含的杂质。杂质优选地可溶于液体中。
[0004]氦气在商业上几乎完全从天然气的挥发性组分的混合物中获得，该混合物除了氦气之外典型地还包括甲烷、氮气、少量氢气、氩气和其他惰性气体。理论上可以从大气中获得氦气，但是由于浓度低(氦气在空气中的浓度为约5.2ppmv)，这并不经济。
[0005]因此氦气通常通过对由另一源产生并且包含氦气和尤其是氮气和氧气类型的杂质的气体流或气流进行提纯而获得。这些杂质可以使用在低于100K、典型地在60K到80K的温度下操作的低温吸附进行提纯。
[0006]当氮气和氧气的量相对较高(典型地大于混合物的1.5体积％)时，并且为了减小低温吸附器的体积，有时优选地设置对要回收的气体中的这些杂质进行液体冷凝的阶段。该冷凝可以在一个或多个阶段中进行，以便将杂质的浓度降低到它们在这些交换器中使用的温度/压力对下的平衡蒸气压。
[0007]因此，氦气的液化过程通常连接到氦气提纯过程的下游，该氦气提纯过程包括以下低温过程的组合：部分冷凝和(多个)吸附过程。这是因为为了防止在氦气的液化过程中出现不期望的冷凝，要液化的氦气流中杂质的浓度必须不超过优选10ppmv的较低值。
[0008]冷凝阶段还用于在低温吸附阶段之前对气流进行冷却。
[0009]典型地，使用60K到80K的冷凝温度。可以通过例如在接近大气压的压力下用液氮进行冷却和/或通过在低于大气压的压力下使用液氮来进行该冷凝。然后通过真空泵来保持低于大气压的压力以便获得典型地小于
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500mbarg的负压。
[0010]在气流的压力下，冷凝温度则决定吸附器中要处理的杂质的残留浓度。
[0011]吸附器的操作优选地包括捕集阶段，在该捕集阶段期间杂质被吸附在吸附剂(典型地是沸石、例如13X，或其他类型的吸附剂)上。当吸附剂饱和(或处于预定饱和度)时，吸附剂被再生，也就是说所捕集的杂质被解除吸附，这典型地是通过降低其中压力和/或通过升高温度并用清洁气体冲洗(清洗)。要去除的杂质量越大，同一捕集持续时间所需的吸附剂的体积就越大。对于相同吸附剂体积来说，杂质量越大，捕集时间越短，再生频率越高。因此该再生涉及用于处理气流的停机时间以及加热和冷却吸附器所需的公共服务(电、低温冷源等)的消耗。
[0012]例如在文件FR 3 035 656 A1中描述了此类型方法的示例。
[0013]为了限制杂质的比例并且因此限制低温吸附阶段的体积和成本，因此已知的解决方案在于对气流进行冷凝。然而，尽管如此，这可能导致非优化的吸附器体积。这尤其可能导致锅炉容器、冷却箱等体积过大。
[0014]此外可能发生的是要提纯的气流的成分或流速发生变化并且需要增加用于捕集的吸附剂的量。特定尺寸的单元、尤其是吸附剂则尺寸过小。因此该设备不是非常灵活。
[0015]本专利技术的一个目的是克服上述现有技术的全部或部分缺点。
[0016]为此，根据本专利技术、此外根据以上前序部分中给出的对其的一般定义的方法的实质性特征在于，该方法在该部分冷凝阶段之前包括将要处理的气体的主要杂质可溶于其中并且具有比该主要杂质的饱和蒸气压更低的饱和蒸气压的化合物注入该气流中的阶段。
[0017]也就是说，该方法通过将气体与要处理的气体的杂质可溶于其中的另一种气态化合物混合来对气体进行洗涤，然后通过冷凝来对气体进行提纯。
[0018]此外，本专利技术的实施例可以包括以下特征中的一个或多个：
[0019]‑
该方法在该部分冷凝阶段之后包括经由低温吸附装置来对该富含主要气体的气流进行提纯的阶段，也就是说使用温度低于100K、尤其在60K到80K之间的交变压力吸附系统，
[0020]‑
该注入阶段包括将气态氧气注入该气流中，
[0021]‑
该注入阶段将该气流中氧气的比例提高到0.5体积％到10体积％之间、尤其在2体积％到10体积％之间的值，
[0022]‑
该方法在该部分冷凝阶段之前包括至少一个上游提纯阶段，并且其特征在于，该注入阶段在该上游提纯阶段期间和/或该上游提纯阶段的上游和/或下游进行，
[0023]‑
该至少一个上游提纯阶段包括以下中的至少一个：使用催化反应器的氧化阶段，该催化反应器提供一方面是一种或多种次要杂质、比如氢气和/或碳氢化合物与另一方面是氧气之间的反应，
[0024]‑
该源气流在9巴到10巴的压力下包括0.5体积％到3体积％的氮气、90体积％到99体积％的氦气、2ppmv到10ppmv的氖气、20ppm到80ppm的氩气和1000ppm到2000ppm的氧气。
[0025]本专利技术还涉及一种用于从包括比如是氦气的主要气体、比如是氮气的主要杂质、以及比如是氧气的可选的至少另一种次要杂质的气流开始对该主要气体进行提纯的设备，该设备包括设有用于部分冷凝该气流以便从中提取杂质的构件的流体回路，其特征在于，该设备包括用于将要处理的气体的主要杂质可溶于其中并且具有比该主要杂质的饱和蒸气压更低的饱和蒸气压的化合物注入该气流中的装置。
[0026]根据其他可能的区别特征：
[0027]‑
该流体回路在该部分冷凝构件的下游包括用于对该富含主要气体的气流进行提纯的低温吸附类型的装置，也就是说包括温度低于100K、尤其在65、60到80K之间的交变压力吸附系统，
[0028]‑
该提纯装置包括用于通过交替增压和/或温度(PSA/TSA/PTSA)来进行分离的装置，该装置包括若干个储箱，该若干个储箱装有吸附剂、比如沸石并且与该回路并联并且根据吸附阶段和再生阶段交替操作以便对该气流进行提纯，所述储箱在制冷剂浴中冷却，
[0029]‑
该部分冷凝构件包括：至少一个储箱，该至少一个储箱装有被放置成与该流体回路的一部分进行热交换的热交换器或一种液化气体浴液；以及用于在穿过该浴液后获得的液相和气相的分离器，
[0030]‑
该部分冷凝构件的浴液的液化气体包括压力在2巴到30巴之间的液氮。
[0031]本专利技术还可以涉及在权利要求的范围内的包括以上或以下特征的任何组合的任
何替代装置或方法。
[0032]通过阅读下文参考附图给出的描述，进一步的独特特征和优点将变得显而易见，在附图中：
[0033][图1]表示展示了根据本专利技术的实现示例的氦气提纯设备的结构和操作示例的示意局部视图，
[0034][图2]表示展示了冷凝出口处、要提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于从包括尤其是氦气的主要气体、尤其是氮气的主要杂质、以及尤其是氧气的可选的另一次要杂质的源气流(1)开始对该主要气体进行提纯的方法，该方法包括部分冷凝该气流以便从中以液体形式提取杂质、尤其是该主要杂质并且产生富含主要气体的气流的阶段(2)，其特征在于，该方法在该部分冷凝阶段(2)之前包括将要处理的气体的主要杂质可溶于其中并且具有比该主要杂质的饱和蒸气压更低的饱和蒸气压的化合物注入该气流中的阶段(4)。2.如权利要求1所述的提纯生产方法，其特征在于，该方法在该部分冷凝阶段(2)之后包括经由低温吸附装置来对该富含主要气体的气流进行提纯的阶段(3)，也就是说使用温度低于100K、尤其在60K到80K之间的交变压力吸附系统。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该注入阶段(4)包括将气态氧气注入该气流中。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该注入阶段(4)将该气流中氧气的比例提高到0.5体积％到10体积％之间、尤其在2体积％到10体积％之间的值。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，该方法在该部分冷凝阶段(2)之前包括至少一个上游提纯阶段(5，6)，并且其特征在于，该注入阶段(4)在该上游提纯阶段(5，6)期间和/或该上游提纯阶段(5，6)的上游和/或下游进行。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，该至少一个上游提纯阶段(5，6)包括使用催化反应器的氧化阶段(6)，该催化反应器提供一方面是一种或多种次要杂质、比如氢气和/或碳氢化合物与另一方面是氧气之间的反应。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，该源气流(1)在9巴到10巴的压力下包括0.5体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：