專利名稱：用于三塔氧氣裝置的稀有氣體回收方法
用于三塔氧氣裝置的稀有氣體回收方法
背景技術(shù)：
近年來(lái)，對(duì)于稀有氣體，特別是氪氣和氙氣的需求變得非常重要。電子、醫(yī)學(xué)、絕緣玻璃等的新應(yīng)用和發(fā)展極大促進(jìn)該高需求。氪氣和氙氣作為低溫空氣分離設(shè)備的副產(chǎn)物產(chǎn)生?；净厥辗桨甘潜绢I(lǐng)域熟知的。由于Kr和Xe比氧氣重并且會(huì)累積在液態(tài)氧中，所以回收技術(shù)通常要求將雙塔循環(huán)的低壓塔的液態(tài)氧清洗料流精制。含在清洗料流中的稀有氣體在第一濃縮塔中與液態(tài)氧中的其它重質(zhì)組分如烴、CO2、氮氧化物等一起進(jìn)一步濃縮。就安全考慮，該第一濃縮操作的極限對(duì)應(yīng)于烴在氧氣中的可燃性極限的約10%。然后將第一濃縮料流在現(xiàn)場(chǎng)提純裝置中處理或輸送至中心提純中心，在那里將它蒸發(fā)、加熱并在催化反應(yīng)器中在約500°C的高溫下處理以除去烴。該氧化反應(yīng)形成CO2和濕氣。然后將混合物干燥，在吸附器中將它的CO2內(nèi)容物除去。然后將干燥且不含(X)2的混合物冷卻并蒸餾以得到產(chǎn)物，其通常為Kr和Xe的混合物。 然后將產(chǎn)物進(jìn)一步精制以除去氧氣、氬氣和一些其它雜質(zhì)如CFC化合物、溫室氣體、剩余的痕量烴等并得到純氪氣和純氙氣作為最終產(chǎn)物。Kr和Xe以非常小的濃度存在于大氣中(以體積計(jì)為1. 14ppm Kr和0. 086ppm Xe)。因此，目前僅可在大氧氣裝置中，優(yōu)選1000T/D以上，甚至更大的裝置中經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn) Kr-Xe0如果該方法的提純部分可以是精制來(lái)自氧氣裝置、氮?dú)庋b置、低純度或高純度氧氣裝置等的不同類型第一濃縮料流的標(biāo)準(zhǔn)化方法，則同一論述不適用于涉及從空氣分離塔中提取含有氪氣和氙氣的料流的方法。事實(shí)上，由于上述種類繁多的空氣分離裝置/方法， 所以不可能具有適用于所有類型空氣分離裝置的一種提取方法。例如，由低壓塔生產(chǎn)氣態(tài)氧產(chǎn)物的裝置要求與生產(chǎn)液態(tài)氧產(chǎn)物的裝置不同類型的稀有氣體提取以從低壓塔中泵送。重工業(yè)關(guān)于氣化、IGCC、GTL、氧燃料的需氧量顯著提高了一系列氧氣裝置的尺寸。 由于蒸餾塔尺寸受運(yùn)輸規(guī)則限制，低溫方法中的技術(shù)傾向是移向高空氣壓力裝置，其中進(jìn)料空氣和塔的壓力處于比傳統(tǒng)氧氣裝置更高的壓力。設(shè)計(jì)三塔方法以解決這類應(yīng)用并且需要提供從這類方法中提取稀有氣體的技術(shù)。該三塔方法詳細(xì)描述于若干專利如美國(guó)專利5231837和美國(guó)專利5341646中。若干專利中廣泛涵蓋了從氧氣裝置中回收氪氣和氙氣的技術(shù)US 6776004 該現(xiàn)有技術(shù)教導(dǎo)了回收生產(chǎn)氧氣的混合塔裝置的稀有氣體的技術(shù)。 將低壓塔的清洗液體在通過(guò)混合塔塔頂氣體重沸的富集塔中處理以回收稀有氣體。PCT WO 2004/023054 將高壓塔的空氣進(jìn)料分成富含氮?dú)獾牧狭骱?個(gè)富含氧氣的液流富含稀有氣體的液體和貧含稀有氣體的液體。將富含稀有氣體的料流在位于粗氬氣塔上方的塔中處理以在塔底得到氪氣氙氣濃縮物。US 6662593 進(jìn)料空氣中的稀有氣體被限制在高壓塔的富含稀有氣體的液流中， 然后在側(cè)塔中汽提其氧氣內(nèi)容物以得到稀有氣體濃縮料流。通過(guò)在低壓塔中在最后蒸餾之前提取稀有氣體，氧氣產(chǎn)物可以非常貧含稀有氣體，然后可作為最終產(chǎn)物被泵送和蒸發(fā)至高壓而不會(huì)導(dǎo)致稀有氣體損失。
US 6612129 將來(lái)自高壓塔的含氪氣和氙氣的液體在雙塔裝置的側(cè)臂氬氣塔的塔頂冷凝器中部分蒸發(fā)。然后將冷凝器的清洗液體和蒸發(fā)料流在富集塔中處理以在塔底得到氪氣氙氣濃縮物。US 6220054 使用塔處理粗氬氣塔的塔底液體以得到最終氧氣產(chǎn)物，由于粗氬氣塔的進(jìn)料貧含氪氣和氙氣，所以最終氧氣產(chǎn)物也貧含氪氣和氙氣。在低壓塔的底部提取富集氪氣和氙氣的料流。由此可見(jiàn)，大多數(shù)現(xiàn)有技術(shù)解決對(duì)于配置有用于高純度氧氣的氬氣生產(chǎn)和在一些情況下混合塔的氧氣裝置的稀有氣體回收。那些方法在約1. 5-2巴的較低壓力下在低壓塔中操作，所述低壓塔會(huì)產(chǎn)生約6-7. 5巴的空氣壓力。比這些值高的壓力會(huì)損害蒸餾性能，尤其是對(duì)于氬氣回收。相反，高壓裝置產(chǎn)生低純度氧氣并在約10-16巴的空氣壓力下操作，其中低壓塔在約4-6巴下操作。為保持良好的氧氣回收率，使用中間塔以從中間塔頂部產(chǎn)生更多液氮回流。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器。該方法包括由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中。該方法還包括從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中。該方法還包括從低壓中間塔中移出濃縮了稀有氣體的第一液體清洗料流，其中將所述第一液體清洗料流在下游進(jìn)一步濃縮。且該方法包括在第一塔底重沸器上方的至少一個(gè)塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。附圖簡(jiǎn)述為進(jìn)一步理解本發(fā)明的性質(zhì)和目的，應(yīng)參考以下詳細(xì)描述以及附圖，其中同樣的要素給出相同或類似的參考數(shù)字，且其中-

圖1為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的圖示；-圖2為本發(fā)明另一實(shí)施方案的圖示；-圖3為本發(fā)明又一實(shí)施方案的圖示；
具體實(shí)施例方式下面描述本發(fā)明的說(shuō)明性實(shí)施方案。然而本發(fā)明可以有各種改進(jìn)和替代形式，其具體實(shí)施方案例如顯示于附圖中并在此詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解此處具體實(shí)施方案的描述不意欲將本發(fā)明限制為所公開(kāi)的具體形式，而是相反，本發(fā)明覆蓋屬于所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍內(nèi)的所有改變方案、等效方案和替代方案。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解在任何這種實(shí)際實(shí)施方案的開(kāi)發(fā)中，必須做出大量執(zhí)行具體決策以實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)者的具體目標(biāo)，例如適應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束條件，所述約束條件會(huì)由一個(gè)執(zhí)行至另一個(gè)變化。此外，應(yīng)當(dāng)理解這種開(kāi)發(fā)計(jì)劃可能是復(fù)雜且耗時(shí)的，但是是受益于本公開(kāi)內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員負(fù)責(zé)的例行工作。如圖1所述，將約10-16巴的高壓空氣7供入高壓塔100中以在頂部形成富氮?dú)怏w并在底部形成富氧液體10。將液態(tài)空氣料流8供入塔100的中間塔板位置。從液態(tài)空氣料流8的進(jìn)料塔板上方的塔板的液體中提取具有接近液態(tài)空氣的組成的液流20。冷凝富氮?dú)怏w得到至低壓塔200的第一回流40。然后將富氧液體10供入中間塔300的塔底重沸器中，其中將它蒸餾而在頂部形成第二富氮?dú)怏w并在底部形成第二富氧液體31。冷凝第二富氮?dú)怏w得到至低壓塔200的第二回流44。將料流20供入塔200或塔200和300 二者中?？梢钥闯鲈诹狭?0中收集了含在高壓塔的空氣進(jìn)料7和8中的大部分Kr和Xe。塔 300在低于塔100的壓力但高于塔200的壓力的壓力下操作。為平衡該系統(tǒng)，在塔300的塔底重沸器上方的塔板位置提取第三富氧液體32。通過(guò)采用適當(dāng)?shù)乃逦恢煤土狭?2的流量，可得到非常貧含Kr和Xe的料流32，因此，幾乎所有進(jìn)料料流10的Kr和Xe可被俘獲在料流31中。然后將料流31供入塔400的塔底重沸器72中，其通過(guò)冷凝來(lái)自中間塔頂部的氮?dú)舛胤小Ｋ?00含有約5-15個(gè)理論塔板，并在大約與塔200相同的壓力下操作。料流 32的部分33用作塔400的回流。然后在塔400的底部提取富含Kr和Xe的液體清洗料流 50用于進(jìn)一步濃縮操作。在一些裝置中，使用將空氣進(jìn)料膨脹至低壓塔200的低壓空氣膨脹器12。該膨脹料流15還含有稀有氣體，所述稀有氣體如果被送入低壓塔200中可能會(huì)損失。在這種情況下，可將膨脹空氣15送至塔400的底部以洗出所含稀有氣體并保持高Kr和Xe回收率。在沒(méi)有稀有氣體生產(chǎn)的方法中，中間塔300的塔底料流通常分成兩部分第一部分在中間塔的塔頂冷凝器中蒸發(fā)，第二部分作為液體進(jìn)料供入低壓塔200中。如果同樣的方法應(yīng)用于稀有氣體生產(chǎn)，則供入低壓塔200的第二部分塔底液體所含的Kr-Xe會(huì)損失在液態(tài)氧產(chǎn)物30中。為補(bǔ)救該情況，在位于塔底重沸器上方的塔板提取不含Kr-Xe的液流32 以代替該第二部分塔底液體。通過(guò)這樣做，方法效率基本不變，并可將含有稀有氣體的塔底料流31在將它送至低壓塔200中生產(chǎn)氧氣以前在塔或蒸發(fā)器中分離并處理，以回收稀有氣體。料流32的部分33用于使KrXe塔400回流以進(jìn)一步改進(jìn)稀有氣體的回收率。參考圖1所述方法，對(duì)于1000T/D含1. 14ppm Kr和0. 086ppm Xe的全部進(jìn)料空氣
權(quán)利要求
1.一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中所述多塔氧氣裝置包含高壓塔、 低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器，所述方法包括〇由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中；〇從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中；〇從低壓中間塔中移出富集稀有氣體的第一液體清洗料流；和 〇在第一塔底重沸器上方至少一個(gè)塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述中壓中間塔具有高于低壓塔且低于高壓塔的壓力。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述低壓中間塔具有大約與低壓塔相同的壓力。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其還包含低壓空氣膨脹器，所述方法還包括 〇在低壓空氣膨脹器中使空氣進(jìn)料膨脹，和〇將所述膨脹空氣進(jìn)料引入低壓中間塔底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一液體清洗料流包含至少80%的回收氪氣。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中所述第一液體清洗料流包含至少80%的回收氙氣。
7.一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔和中間塔，所述中間塔包含塔底重沸器和塔頂冷凝器，所述方法包括〇由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入塔底重沸器中；〇從中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流在塔頂冷凝器中蒸發(fā)；從而產(chǎn)生蒸發(fā)的富氧料流和富集稀有氣體的液體清洗料流； 〇從塔頂冷凝器中移出富集稀有氣體的液體清洗料流；和〇在塔底重沸器上方的至少一個(gè)塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其還包含短塔，所述方法還包括〇將蒸發(fā)的富氧料流從塔頂冷凝器引入短塔中，其中從短塔底部移出富含稀有氣體的第二液體清洗料流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，其中所述短塔具有大約與低壓塔的壓力相同的壓力。
全文摘要
本發(fā)明是一種從多塔氧氣裝置中回收稀有氣體的方法，其中多塔氧氣裝置包含高壓塔、低壓塔、中壓中間塔和低壓中間塔，所述中壓中間塔包含第一塔底重沸器，所述低壓中間塔包含第二塔底重沸器。所述方法包括由高壓塔提供含有稀有氣體的第一富氧液流，其中將所述第一富氧液流引入第一塔底重沸器中。所述方法還包括從中壓中間塔底部移出富含稀有氣體的第二富氧液流，其中將所述第二富氧液流引入低壓中間塔中。所述方法還包括從低壓中間塔移出富集稀有氣體的第一液體清洗料流，其中將所述第一液體清洗料流在下游進(jìn)一步濃縮。所述方法包括在第一塔底重沸器上方至少一個(gè)塔板的位置移出貧含稀有氣體的第三富氧液流，其中將所述第三富氧液流引入低壓塔中。
文檔編號(hào)F25J3/02GK102278867SQ20111015350
公開(kāi)日2011年12月14日 申請(qǐng)日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者B·哈 申請(qǐng)人:喬治洛德方法研究和開(kāi)發(fā)液化空氣有限公司