空氣分離設(shè)備、獲得含氬產(chǎn)品的方法及構(gòu)建空氣分離設(shè)備的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣分離設(shè)備、通過低溫分離空氣獲得氬產(chǎn)品的方法以及構(gòu)建相應(yīng)的空氣分離設(shè)備的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如在烏爾曼化工大詞典(Ullmann，sEncyclopedia of IndustrialChemistry (do1: 10.1002/14356007.al7_485))的詞條“稀有氣體(Noble Gases) ” 中描述了通過低溫分離空氣獲得氬的過程。如在此例如在圖18中所述，可以在具有已知的用于氮氧分離的雙塔系統(tǒng)及額外的氬生產(chǎn)單元的傳統(tǒng)空氣分離設(shè)備中獲得氬。
[0003]在該雙塔系統(tǒng)中，在低壓塔(也稱作氬泡)中在所謂的氬轉(zhuǎn)化區(qū)域中氬發(fā)生富集，在此在氣相中的濃度達到最高15%。在實際應(yīng)用中，由低壓塔排出略低于該氬最大值的氬富集流，因而所述流具有較低的氮含量。
[0004]將氬富集流輸送至所謂的粗氬塔中。粗氬塔是用于氬氧分離的分離塔。在傳統(tǒng)的空氣分離設(shè)備中，粗氬塔可以通過單部分塔形成，但是例如在EP O 628 777 BI中也描述了兩部分塔或多部分塔。
[0005]將氬含量例如為10%的氬富集流送入已知的粗氬塔。在粗氬塔中，由此獲得富氬流，其可以在下游的純氬塔中進一步純化。在純氬塔中，可以獲得含量高達99.9999%的氬或更高的氬產(chǎn)品。該氬產(chǎn)品通常以液體形式獲得，從而有利于儲存和運輸。
[0006]所述類型的用于獲得氬的過程例如由以下文獻公開:DE 2 325 422 A、EP O171 711 A2、EP O 377 117 B2 (對應(yīng)于 US 5, 019, 145 A)、DE 403 07 49 AU EP O 628777 BI (US 5，426，946 A)、EP O 669 508 Al (US 5，592，833 A)、EP O 669 509 BI (US5, 590, 544 A)、EP O 942 246 A2、EP I 103 772 AUDE 196 09 490 Al (US 5, 669, 237 A)、EP I 243 882 Al (US 2002/178747 Al)、EP I 243 881 Al(US 2002/189281 Al)和 FR 2964 451 A3o
[0007]在構(gòu)建用于獲得氬的空氣分離設(shè)備時，由于所用的塔特別是粗氬塔的尺寸而造成問題。用于氮氧分離的雙塔系統(tǒng)可以達到幾乎為60m的總高度；單部分形式的粗氬塔同樣在此范圍內(nèi)。
[0008]相應(yīng)的空氣分離設(shè)備幾乎不再可以預(yù)制，因為各個組件的組通常不再可以運輸比較長的距離。這意味著，它們必須在各自的目標位置構(gòu)建。這出于各種不同的原因是不利的，特別是因為在目標位置的相應(yīng)的人員不可使用或者是昂貴的。由此顯著增加了構(gòu)建相應(yīng)的空氣分離設(shè)備的花費。
[0009]與此不同，在生產(chǎn)位置基本上以模塊化構(gòu)建相應(yīng)的空氣分離設(shè)備是值得期待的。單個組件在此優(yōu)選已經(jīng)容納在相應(yīng)的冷箱中，只需在目標位置彼此連接。為此同樣可以有利地使用模塊，所謂的管道滑道(Piping Skids)。
[0010]US 2001/0001364 Al建議，用于獲得氬的空氣分離設(shè)備的一部分塔以兩部分方式構(gòu)造，并實現(xiàn)了允許減小所述塔的冷箱的尺寸的排布方式。
[0011]雖然這一分配方式有利于構(gòu)建空氣分離設(shè)備，但是仍然需要進行改善。因此，本發(fā)明的目的是以在經(jīng)濟上特別有利的方式構(gòu)建和運行最初所述類型的空氣分離設(shè)備。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]基于這一背景，本發(fā)明建議一種空氣分離設(shè)備、通過低溫分離空氣獲得氬產(chǎn)品的方法以及構(gòu)建具有獨立權(quán)利要求的特征的相應(yīng)的空氣分離設(shè)備的方法。優(yōu)選的實施方案分別是從屬權(quán)利要求的主題，下面也將進行描述。
_3] 本發(fā)明的優(yōu)點
[0014]根據(jù)本發(fā)明，建議空氣分離設(shè)備設(shè)計用于通過低溫分離經(jīng)壓縮及冷卻的進料空氣獲得含氬產(chǎn)品。該空氣分離設(shè)備具有高壓塔、以多部分方式構(gòu)造的低壓塔和以多部分方式構(gòu)造的粗氬塔。該以多部分方式構(gòu)造的低壓塔和該以多部分方式構(gòu)造的粗氬塔均具有至少一個尾段和在空間上與其分離的頂段。該以多部分方式構(gòu)造的低壓塔和該以多部分方式構(gòu)造的粗氬塔尤其是均以兩部分方式構(gòu)造。
[0015]該空氣分離設(shè)備基于最初所解釋的原理運行，其中氬富集流可以由空氣分離設(shè)備的低壓塔排出。
[0016]“含氬產(chǎn)品”例如可以是液態(tài)氬(LAR)、氣態(tài)氬(GAR，任選通過所謂的內(nèi)部壓縮獲得)或所謂的偽氬(Fake Argon，在冷態(tài)以氣態(tài)添加至殘余氣體的不純氬)。下面主要以液態(tài)純氬(LAR)為例闡述本發(fā)明，其簡稱為“氬產(chǎn)品”。
[0017]“以兩部分方式構(gòu)造的”塔如所述是以如下方式構(gòu)造的，兩個區(qū)段(頂段和尾段)是在空間上彼此分離地布置的。已知的空氣分離設(shè)備例如可以具有用于氮氧分離的塔系統(tǒng)，其中高壓塔和低壓塔彼此分離地布置，并且經(jīng)由塔頂冷凝器以熱交換的方式連接。此類塔系統(tǒng)是“以兩部分方式構(gòu)造的”。因此，術(shù)語“以兩部分方式構(gòu)造的”限定了結(jié)構(gòu)單元的相應(yīng)的構(gòu)造方式，其中組件永久地彼此連接，無法彼此分離地布置。
[0018]“尾段”和“頂段”均代表以兩部分方式構(gòu)造的塔的區(qū)段，其在其功能上，尤其是在此產(chǎn)生的餾份或流方面，對應(yīng)于傳統(tǒng)的以單部分方式構(gòu)造的塔的最下或最上的區(qū)段。尾段例如具有塔底容器；頂段例如具有塔頂冷凝器。因此，頂段是該塔與相應(yīng)的冷凝器連接的部分，于其中將回流送至相應(yīng)的塔。在已知的空氣分離設(shè)備的以單部分方式構(gòu)造的低壓塔中，在塔底獲得富氧液體餾份，其可以作為氧產(chǎn)品排出。因此該過程也在以兩部分方式構(gòu)造的低壓塔的尾段的塔底實施。在已知的空氣分離設(shè)備的以單部分方式構(gòu)造的低壓塔的塔頂，可以相應(yīng)地排出氣態(tài)氮產(chǎn)品，這同樣適用于以兩部分方式構(gòu)造的低壓塔的頂段的上部。在以單部分方式構(gòu)造的粗氬塔的塔頂-及相應(yīng)地在以兩部分方式構(gòu)造的粗氬塔的頂段的上部-排出粗氬流，并輸送至純氬塔，由以單部分方式構(gòu)造的粗氬塔的塔底-及相應(yīng)地由以兩部分方式構(gòu)造的粗氬塔的尾段的塔底-將產(chǎn)生的塔底產(chǎn)品送回至低壓塔中。
[0019]若以“多部分”方式構(gòu)造的低壓塔和/或粗氬塔具有多于兩個部分，則在尾段與頂段之間額外設(shè)置有中間區(qū)段。單個區(qū)段(尾段、頂段及任選存在的中間區(qū)段)通過管線和任選存在的栗相互連接，從而以此方式實現(xiàn)了如同在各自單部分塔的情況下實現(xiàn)的運行模式。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的空氣分離設(shè)備以常見方式構(gòu)造，這意味著，在高壓塔中，可由例如可以多股進料空氣流的形式供應(yīng)的進料空氣的至少一部分獲得至少一股富氧流。該富氧流可以至少部分地輸送至多部分低壓塔，更精確而言首先送至其尾段。在多部分低壓塔中，如所述，在所謂的氬轉(zhuǎn)化過程中，可由氧富集流的至少一部分獲得至少一股富氬流。其可以輸送至多部分粗氬塔，更精確而言首先同樣送至其尾段。在粗氬塔中，至少由一部分的氬富集流可以獲得至少一股富氬流。
[0021]術(shù)語“流”和“餾份”用于相應(yīng)的流體?！傲鳌崩缡沁B續(xù)地導入相應(yīng)的管線的流體?！梆s份”是起始混合物例如空氣的可由該起始混合物分離出的部分。此類餾份可以在任意時刻作為流導入相應(yīng)的管線系統(tǒng)或塔中。
[0022]流或餾份可以針對一種或多種存在的組分進行“富集”，其中富集餾份或富集流的一種或多種相應(yīng)地指定的組分的含量高于起始混合物。尤其是在含量對應(yīng)于起始混合物中的相應(yīng)含量的至少兩倍、五倍、十倍或一百倍時，發(fā)生富集。“富含”一種或多種組分的流主要具有相應(yīng)的一種或多種組分。例如，富氬流可以具有基于摩爾數(shù)、重量或體積至少80%、90%、95%或 99%的氬。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的空氣分離設(shè)備的特征在于，借助共用的栗將來自低壓塔的頂段的下部區(qū)域及來自粗氬塔的尾段的下部區(qū)域的至少一股液體流輸送至低壓塔的尾段的上部區(qū)域。
[0024]本發(fā)明可以包括塔或其區(qū)段的不同布置方式。因此，粗氬塔的尾段和/或頂段可以在測量學上至少部分地緊鄰低壓塔的頂段布置。在此情況下，高壓塔、低壓塔的頂段、粗氬塔的尾段和頂段也可以在測量學上至少部分地彼此緊鄰地布置。根據(jù)另一個實施方案，粗氬塔的尾段或頂段在測量學上完全位于低壓塔的頂段上方布置。優(yōu)選地，低壓塔的尾段也在垂直俯視圖中緊鄰其頂段布置，粗氬塔的尾段也在垂直俯視圖中緊鄰其頂段布置。同時，在粗氬塔的尾段或頂段在測量學上完全位于低壓塔的頂段上方布置時，高壓塔和低壓塔的尾段一方面以及粗氬塔的頂段或尾段和低壓塔的頂段在垂直俯視圖中至少部分地彼此上下地布置。
[0025]在本申請的范疇內(nèi)，“在測量學上至少部分地緊鄰”是指，各自被認為比較鄰近的塔或塔區(qū)段(在此例如是粗氬塔的尾段和/或頂段)的最低點位于相應(yīng)的其他的塔或塔區(qū)段(在此例如是低壓塔的頂段)的最高點下方。各自被認為比較鄰近的塔或塔區(qū)段的最低點也可以位于一個平面上。因此，在所述的其中粗氬塔的尾段和/或頂段在測量學上至少部分地緊鄰低壓塔的頂段布置的實施方案中，存在一個不僅與粗氬塔的尾段和/或頂段相交而且與低壓塔的