利用分离空气的三塔系统和粗氩塔制备氩的方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及到利用三塔空气分离系统制备氩气的方法和装置，该三塔系统具有高压塔（１１）、低压塔（１３）和中压塔（１２）。第一原料空气流（１０、６４）被导入高压塔（１１）中，在此分离出第一富氧液体和第一氮－塔顶气。从高压塔（１１）流出的第一富氧馏分（２３、２４、２６）被导入中压塔中，在此分离出第二富氧液体和第二氮－塔顶气。从高压塔和／或中压塔（１２）流出的第二富氧馏分（３３、３５）被导入低压塔（１３）中，在此分离出第三富氧液体和第三氮－塔顶气。从低压塔（１３）流出的含氩馏分（６８）被输送入粗氩塔（７０）中，在此分离出粗氩－塔顶馏分和富氧液体。至少一部分（７３）粗氩－塔顶馏分被导入粗氩－冷凝器（２９），在此与至少一部分（２７）从中压塔流出的第二富氧液体进行间接热交换而至少部分地被冷凝。在此所生成的富氧蒸汽（３２）回流入中压塔（１２）中。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用空气分离的三塔系统和粗氩塔制备氩的方法。在该方法中，空气在三塔系统中被蒸镏，该三塔系统包括高压塔、低压塔和中压塔。中压塔将来自高压塔的第一富氧馏分进行分离，特别是用来生产氮，氮则以液态形式作为回流液导入低压塔或作为产品取出。从三塔系统流出的含氩的馏分，特别是从低压塔中流出的馏分，被导入粗氩塔中；在粗氩塔中，氧和氩彼此分离。具有附加的粗氩塔的三塔系统可以从上述的Latimer论文中以及从US 4433989、EP 828123 A或EP 831284 A中等获知。在上述的用来分离氮-氧和氧-氩的四塔装置中，还可以进一步附加其他的分离装置，例如一个用来分离氩-氮的纯氩塔或一个或多个用来制备氪和/或氙的分离塔，或者非蒸馏分离的装置或后净化装置。上述任务可按如下解决，即用于粗氩塔的回流液的产生和用于中压塔的上升蒸气的产生是在一个单独的热交换过程中进行的。另一个特征是粗氩-冷凝器同时作为中压塔的塔底气化器。这样，一个单独的冷凝器-气化器就可以起二种功能。在本专利技术中，一方面装置费用特别小；另一方面，本专利技术的方法特别节能，例如通过降低热交换的损耗。在回顾氩制备法的历史时，人们也许首先会认为在WO 8911626中已经提出了一种类似的方法。在该专利申请中，提出了一种具有粗氩塔的双塔系统，在该系统中粗氩-冷凝器具有在较小的理想塔板范围内的传质面(Stoffaustauchabschnitt)。然而，这个传质面是在如低压塔中的工作压力下工作，出于这个原因，其已经没有本专利技术意义上的中压塔了。优选地，至少有一部分从中压塔馏出的第二氮-塔顶气，通过与冷却液的间接热交换，至少部分地被冷凝，优选全部被冷凝。这样所产生的液氮可以作为液态回流液回流入中压塔中；在这种情况下，这种间接的热交换起到了作为中压塔的塔顶冷凝器的作用。从该第二氮-塔顶气得到的冷凝物可以作为液态产品取出和/或作为回流液流入低压塔中。原则上，每种已知的馏分，例如从高压塔、中压塔或低压塔中流出的富氧液体，都能作为用于冷凝第二氮-塔顶气的冷却液。在本专利技术的方法中，如果粗氩-冷凝器采用降膜蒸发器，那么就更为有利。这样，从中压塔中流出的第二富氧液体，在粗氩-冷凝器中只是部分地被蒸发。所生成的二相混合物被导入相分离装置，在此，富氧蒸气和液态成分互相分离。所说的富氧蒸气输送回中压塔，而液态成分输送到低压塔。采用降膜蒸发器作为粗氩-冷凝器，使得液化室和气化室之间的温差特别小。这种性能有助于粗氩塔和中压塔工作压力的优化。然而，如果第二原料空气流被液化，接着该液化空气作为用于冷凝从中压塔流出的第二氮-塔顶气的冷却液，那么就更为特别有利。在相应的冷凝器-气化器中，液化和导入之间不进行相分离，也不采取其它的改变浓度的措施。这种根据本专利技术方法的实施方式特别适用于对空气进行强力预液化的装置，而且对于生产高的液态产品和/或内压缩也是特别适用。对于内压缩方法，至少有一种产品是以液态形式从三塔系统的一个塔或与这样的塔相连的冷凝器中取出的(例如从高压塔和/或中压塔流出的氮，从中压塔和/或低压塔流出的氧)，并在液态的形式下将其提高到更高的压力，与第二原料空气流进行间接热交换而被气化或(在超临界压力下)假气化，最后获得气态压力产品。在这个过程中或在接着的膨胀步骤(Entspannungsschritt)中液化了的空气被用作冷却液。蒸发了的第二原料空气流优选被导入低压塔中。所必需的液态空气(第二原料空气流)也可在液化装置里没有内压缩的情况下产生，例如在空气循环中产生。第二原料空气流可以在其被用作冷却液的上游处进行高效膨胀(即减压)。然后以液态或超临界的状态而被导入液体涡轮机，从该涡轮机出来的是完全液态的或基本上是完全液态的。从高压塔中流出的液体，尤其是从高压塔的中间位置处流出的液体，可以替代第二原料空气流，作为冷凝从中压塔流出的第二氮-塔顶气的冷却液。通过上述从中间位置取出冷却液，可有目的地选择其浓度，这样就能最佳地调节在与冷凝的中间塔-氮的间接热交换时的气化温度。这种调节的可能性是特别优越的，因为在本专利技术的方法中，不但中压塔的工作压力(通过热交换而与粗氩塔有关)，而且要被气化的冷却液的压力(至少为大气压或低压塔的压力)，可以只在较小范围内变化。优选地，中压塔在第一富氧馏分的注入处之上至少7块理想塔板的范围内设有传质单元，例如在所述注入处之上理想塔板数为7至50之处，优选为16至22块理想塔板。中压塔在第一富氧馏分的注入处以下没有传质单元，例如或在1至5个理想塔板范围内没有传质单元。在许多情况下，中压塔中导入第二加料馏分(Einsatzfraktion)是有利的。为此，与第一富氧馏分成分不同的添加馏分(Zusatz-fraktion)可以从高压塔中抽出而注入中压塔中。如果从高压塔流出的中间位置液体作为冷却液，就可以分流一部分作为进一步的加料馏分而导入中压塔中。在这种情况下，中压塔的第一加料馏分(第一富氧馏分)如可以通过高压塔的塔底液而形成。此外，本专利技术还涉及一种如权利要求9所述的制备氩的装置。在权利要求10至13中则描述了该装置的优选实施方式。附图说明图1-7给出了本专利技术的方法或装置的流程示意图。在图1所示出系统中，大气空气1在具有后冷却器3的空气压缩机2中被压缩。被压缩了的原料空气4被导入净化装置5中，该净化装置由一些分子筛-吸附器构成。被净化了的空气6的第一部分7在主热交换器8中冷却到露点。被冷却了的空气的第一部分9与另一气态空气流67混合。该混合气流在本实施例中形成“第一原料空气流”，其没有节流地通过管道10而被输送入三塔系统的高压塔11中。三塔系统除了高压塔还有中压塔12和低压塔13。在本实施例中，高压塔11总的塔顶产物(“第一氮-塔顶气”)通过管道14被导入主冷凝器15中，在此被完全地或基本完全地冷凝。在此所形成的液态氮16的第一部分17作为回流液回流到高压塔11中，第二部分18在底部逆流冷却器19中冷却，并通过管道20、节流阀21和管道22被输送到低压塔13的顶部。高压塔11的塔底中产生第一富氧液体，其通过管道23、底部逆流冷却器19、管道24、节流阀25和管道26作为“第一富氧馏分”注入中压塔12中。在本实施例中，中压塔12在第一富氧馏分26注入处以下没有传质单元，在注入处上方通过所安置的填料而形成传质单元，其相当于总数为22个理想塔板。中压塔的塔底产物(“第二富氧液体”)通过管道27和控制阀28而导入粗氩-冷凝器29的气化室中，在此部分地被蒸发。这样所形成的二相混合物30被导入分离器(相分离器)31中。蒸气部分32作为“富氧蒸气”流回到中压塔12中，在中压塔中作为上升蒸气。所留下的液体33被节流(34)，作为富氧加入液35注入低压塔13中。在中压塔12塔顶生成的第二氮-塔顶气，在本实施例中通过管道36而被全部取出，在中压塔-塔顶冷凝器37的液化室中被全部冷凝。在此所形成的液态氮38的第一部分39作为回流液回流到中压塔12中；第二部分40通过节流阀41和管道42-22输送到低压塔13的顶部和/或直接作为制备的液态产物(没有图示出)。在低压塔13的上部区域取出的气态氮43-44-45和不纯氮46-47-48，在底部逆流冷却器19和主热交换器8中加热，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用三塔空气分离系统制备氩气的方法，该三塔系统具有高压塔（１１）、低压塔（１３）和中压塔（１２），在该方法中： （ａ）第一原料空气流（１０、６４、５６４）被导入高压塔（１１）中，在该高压塔中分离出第一富氧液体和第一氮－塔顶气； （ｂ）从高压塔（１１）流出的第一富氧馏分（２３、２４、２６）被导入中压塔（１２）中，在该中压塔中分离出第二富氧液体和第二氮－塔顶气； （ｃ）从中压塔（１２）流出的第二氮－塔顶气的至少一部分（３６），通过与冷却液（７８、６７８、７７８）进行间接热交换（３７），而至少部分地被冷凝； （ｄ）从高压塔和／或中压塔（１２）流出的第二富氧馏分（３３、３５）被导入低压塔（１３）中，在该低压塔中分离出第三富氧液体和第三氮－塔顶气， （ｅ）从三塔系统中流出的含氩馏分（６８）被导入粗氩塔（７０）中，在该粗氩塔中分离出粗氩－塔顶馏分和富氧液体； （ｆ）粗氩－塔顶馏分（７１）的至少一部分（７３）被导入粗氩－冷凝器（２９）中，在此与从中压塔（１２）流出的第二富氧液体的至少一部分（２７）进行间接热交换，而至少部分地被冷凝； （ｇ）第二富氧液体在粗氩－冷凝器（２９）中进行间接热交换时，至少部分地被气化，在气化时所形成的富氧蒸气（３２）被导回到中压塔（１２）中；以及 （ｈ）从粗氩塔（７０）的上部区域流出的馏分（７２）和／或在粗氩－冷凝器下游的粗氩－塔顶馏分的一部分，作为制得的粗氩产品。...

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：格哈德蓬普尔，
申请(专利权)人：林德股份公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]