用于通过空气的低温精馏来生产氩的系统及方法技术方案

一种用于生产氩的系统及方法，其使用了较高压力塔、较低压力塔和氩塔，它们共同构造成通过空气的低温分离来生产氮、氧和氩产物。本系统和方法还采用了单程的氩冷凝组件，其完全设置在较低压力塔内，较低压力塔构造成相对于来自较高压力塔的富氧液体冷凝来自氩塔的富氩蒸气流，以生产氩液体产物。控制系统构造成用于通过以下优化氩产物的生产：通过确保富氧液体的均匀分流被分送至氩冷凝器核心，且通过调整从氩冷凝组件除去的氩的流动速率，以将氩冷凝组件中的液体/蒸气平衡保持在适当界限内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于空气的低温蒸馏的过程，其使用多塔蒸馏系统来生产氩，除了生产氮和/或氧之外。
技术介绍
氩是在一些高温工业过程(如其中普通非反应性物质变为反应性的制钢)中使用的高惰性元素。氩还在各种类型的金属制造过程(如弧焊)中以及在电子行业中(例如，在硅晶体生长过程中)使用。氩的其它使用包括医疗、科学、保存和照明应用。氩构成环境空气的小部分(即，0.93%)，但其与从空气分离单元回收的氧和氮产品相比较拥有相对高的价值。氩典型地从林德(Linde)型双塔布置回收，通过从上塔提取富氩抽取物(draw)且将流引导至第三塔或粗氩塔来回收氩。在该“超级(superstaged)”蒸馏过程中生产的粗氩典型地包括设置在氩塔内或位于林德型双塔布置的氩塔与上塔之间的氩冷凝单元，以生产氩产物。氩冷凝负载典型地在其引入较低压力蒸馏塔中之前施加到富氧塔底产物(例如，釜液)的一部分。典型的三塔氩生产空气分离单元的缺陷为与氩回收相关联的附加资金成本，且需要常超过200英尺的所得的塔/冷箱高度来回收高纯度氩产物。结果，获得高纯度氩招致了相当大的资金花费，包括用于分离塔、多个冷箱区段、氩冷凝组件、液体回流/返回泵等的资金花费。一个特别关注在于在许多常规空气分离工厂中使用的氩冷凝组件。常规氩冷凝组件由包含多个热虹吸类型的冷凝器的大的分离的容器构成，且由于其尺寸和外部管道(plumbing)要求，且常增大了空气分离冷箱的高度。一些现有技术的解决方案已通过将氩冷凝组件置于单独的容器中来解决塔/冷箱高度，替代将氩冷凝组件层叠在氩塔上方的是，单独的容器悬置在氩塔与低压力塔之间。在任一布置中，氩蒸气典型地经由歧管吸入各个冷凝组件的顶部中，且利用来自较高压力塔的釜液的一部分或利用来自较低压力塔的冷蒸气来完全冷凝。在许多现有技术的氩冷凝组件中，冷凝器设置在大的分离的容器中，且部分地浸没在釜液的浴器(bath)中。釜液典型地吸入冷凝器的底部中，且向上流动，在其吸收来自氩蒸气的热时沸腾。从安全观点看，关键的是防止釜液在沸腾通路内完全汽化，以确保存在足够的液体来保持表面是润湿的。这在其中至各个冷凝物的釜液输入为两相流的情况下是特别重要的。存在对于开发可增强在低温空气分离单元中的氩回收的安全性、性能和成本效率的改进的氩回收过程或布置的持续需求，且具体而言，开发更紧凑的较低成本的氩冷凝组件。
技术实现思路
本专利技术可特征化为一种用于通过给送空气的低温精馏来生产氩的方法，包括：(a)将给送空气引导到较高压力塔中，较高压力塔构造成通过较高压力塔内的低温精馏来生产富氧液体和富氮流；(b)从较高压力塔取出富氮流，且将其引导较低压力塔，较低压力塔构造成通过较低压力塔内的低温精馏来生产氧产物流和富氮产物流或废物流；(c)从较低压力塔取出含氩氧的侧流，且将其引导到氩塔，氩塔构造成通过氩塔内的低温精馏来生产富氩蒸气流和塔底液体；(d)将塔底液体从氩塔引导至较低压力塔；(e)将富氩蒸气流引导至设置在较低压力塔内的氩冷凝组件；(f)从较高压力塔取出富氧液体且将其引导至氩冷凝组件，氩冷凝组件构造成相对于来自较高压力塔的富氧液体来冷凝富氩蒸气流，以生产富氩液体流和部分汽化的富氧流；(g)将部分汽化的富氧流释放到较低压力塔中；以及(h)从氩冷凝组件移出(remove)富氩液体流；其中，富氩液体流的一部分从氩冷凝组件作为氩产物移出。此外，来自较高压力塔的任何或所有富氧液体仅经由氩冷凝组件引导到较低压力塔。本专利技术还可特征为一种用于通过给送空气的低温精馏来生产氩的系统，包括：(i)净化和压缩的给送空气的源；(ii)较高压力塔，其构造成通过较高压力塔内的给送空气的低温精馏来生产富氧液体和富氮流；(iii)较低压力塔，其构造成从较高压力塔接收富氮流，且通过较低压力塔内的低温精馏来生产氧产物流和富氮产物流或废物流；(iv)氩塔，其操作地联接到较低压力塔上，且构造成从较低压力塔接收含氩氧的侧流，且通过氩塔内的低温精馏来生产富氩蒸气流和塔底液体，其中来自氩塔的塔底液体再循环回较低压力塔；以及(v)氩冷凝组件，其设置在较低压力塔内，且构造成接收来自氩塔的富氩蒸气流和来自较高压力塔的富氧液体，且相对于来自较高压力塔的富氧液体来冷凝富氩蒸气流，以生产富氩液体流和部分汽化的富氧流；氩冷凝组件进一步构造成将部分汽化的富氧流释放到较低压力塔中，其中富氩液体流的一部分从氩冷凝组件作为氩产物移出。正如上述方法一样，来自较高压力塔的任何或所有富氧液体都仅经由氩冷凝组件引导至较低压力塔。优选地，氩冷凝组件包括单程(once-through)的氩冷凝器核心，且在一些实施例中，包括两个或多个单程的氩冷凝器核心。与本专利技术相关联的附加的特征、元件和/或步骤包括控制系统，其用于通过以下来控制氩产物的生产：调整从氩冷凝组件移出的富氩液体流的流动速率，以将氩冷凝组件中的部分汽化的富氧流的液体/蒸气平衡保持在适当的界限内。在使用多核心氩冷凝组件的实施例中，控制系统进一步构造成：通过调整从较高压力塔至氩冷凝组件的富氧液体的流，使得富氧液体的大体上均匀的分流分送至两个或多个氩冷凝器核心，以控制氩产物的生产，并且确保足够的液体存在，以保持氩冷凝器核心的表面润湿。附图说明本专利技术的以上和其它方面、特征和优点将从连同附图来展示的以下其更详细的描述而变得更清楚，在附图中：图1示出了构造成使用根据本专利技术的三塔系统来生产氮、氧和氩产物的低温空气分离单元的一部分的总体示意性图示；图2示出了根据本专利技术的氩冷凝组件的示意性图示；以及图3示出了连同在本文中公开的氩回收系统和方法中使用的氩冷凝组件的本实施例有用的控制方案的示意性图示。为了避免重复，各种图中一些共同的元件利用了相同的标号，其中此类元件的阐释将不会从图到图而改变。具体实施方式为了协助理解本氩回收系统和过程，有用的是理解用于使用三塔系统的空气的低温分离以生产氮、氧和氩产物的总体过程。参看图1，清洁的加压空气流引入空气分离过程中。该清洁的加压空气流大体上分成两个或多个塔给送流，其中的第一个在主热交换器(未示出)中冷却，且经由管线122直接地给送到高压力蒸馏塔120，此处其如广为人知的那样精馏成富氮塔顶流和粗液氧塔底产物或釜液。第二塔给送流或给送空气的第二部分也在主热交换器中冷却、膨胀，且随后经由管线175在上中位置处给送至低压力蒸馏塔140。较高压力蒸馏塔120中生产的富氮塔顶流经由管线124从高压力塔120移出，且在重沸器/冷凝器130中冷凝，重沸器/冷凝器130典型地位于低压力蒸馏塔140的底部液体槽(sump)中。在冷凝时，富氮液体流经由管线132从重沸器/冷凝器130移出，且分成两个或多个部分。第一部分经由管线134和阀135回到高压力蒸馏塔120的顶部，以提供回流，而管线136中的第二部分在热交换器138中过冷，由阀139减小压力，且作为回流给送到在低压力塔140的顶部附近的位置。来自高压力蒸馏塔120的粗液氧塔底产物或釜液经由管线126移出，在热交换器127中过冷，经由阀145减小压力，且引导至氩冷凝组件200，此处其与来自氩蒸馏塔150的粗氩蒸气交换热，其中其部分地汽化。部分地汽化的流的蒸气部分在低压力蒸馏塔140的中间位置处释放(示为箭头202)来用于精馏。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于通过给送空气的低温精馏来生产氩的方法，包括：(a)将给送空气引导到较高压力塔中，所述较高压力塔构造成通过在所述较高压力塔内的低温精馏来生产富氧液体和富氮流；(b)从所述较高压力塔取出所述富氮流，且将其引导较低压力塔，所述较低压力塔构造成通过所述较低压力塔内的低温精馏来生产氧产物流和富氮产物流或废物流；(c)从所述较低压力塔取出含氩氧的侧流，且将其引导氩塔，所述氩塔构造成通过所述氩塔内的低温精馏来生产富氩蒸气流和塔底液体；(d)将所述塔底液体从所述氩塔引导至所述较低压力塔；(e)将所述富氩蒸气流引导至设置在所述较低压力塔内的氩冷凝组件；(f)从所述较高压力塔取出所述富氧液体，且将其引导至所述氩冷凝组件，所述氩冷凝组件构造成相对于来自所述较高压力塔的所述富氧液体来冷凝所述富氩蒸气流，以生产富氩液体流和部分汽化的富氧流；以及(g)将所述部分汽化的富氧流释放到所述较低压力塔中；(h)从所述氩冷凝组件移出所述富氩液体流；其中，来自所述较高压力塔的任何所述富氧液体均经由所述氩冷凝组件引导至较低压力塔；以及其中，所述富氩液体流的一部分从所述氩冷凝组件作为所述氩产物移出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.01 US 14/2672491.一种用于通过给送空气的低温精馏来生产氩的方法，包括：(a)将给送空气引导到较高压力塔中，所述较高压力塔构造成通过在所述较高压力塔内的低温精馏来生产富氧液体和富氮流；(b)从所述较高压力塔取出所述富氮流，且将其引导较低压力塔，所述较低压力塔构造成通过所述较低压力塔内的低温精馏来生产氧产物流和富氮产物流或废物流；(c)从所述较低压力塔取出含氩氧的侧流，且将其引导氩塔，所述氩塔构造成通过所述氩塔内的低温精馏来生产富氩蒸气流和塔底液体；(d)将所述塔底液体从所述氩塔引导至所述较低压力塔；(e)将所述富氩蒸气流引导至设置在所述较低压力塔内的氩冷凝组件；(f)从所述较高压力塔取出所述富氧液体，且将其引导至所述氩冷凝组件，所述氩冷凝组件构造成相对于来自所述较高压力塔的所述富氧液体来冷凝所述富氩蒸气流，以生产富氩液体流和部分汽化的富氧流；以及(g)将所述部分汽化的富氧流释放到所述较低压力塔中；(h)从所述氩冷凝组件移出所述富氩液体流；其中，来自所述较高压力塔的任何所述富氧液体均经由所述氩冷凝组件引导至较低压力塔；以及其中，所述富氩液体流的一部分从所述氩冷凝组件作为所述氩产物移出。2.根据权利要求1所述的方法，还包括使所述富氩液体流的一部分返回至所述氩塔的步骤。3.根据权利要求1所述的方法，还包括下列步骤：通过调整从所述氩冷凝组件移出的所述富氩液体流的流动速率，以将所述氩冷凝组件中的所述部分汽化的富氧流的液体/蒸气平衡保持在适当的界限内，来控制氩产物的生产。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氩冷凝组件包括单程的氩冷凝器核心。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述氩冷凝组件包括两个或多个单程的氩冷凝器核心。6.根据权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：通过调整从所述氩冷凝组件移出的所述富氩液体流的流动速率，以将各个所述氩冷凝器核心中的所述部分汽化的富氧流的液体/蒸气平衡保持在适当的界限内，来控制氩产物的生产。7.根据权利要求5所述的方法，还包括下列步骤：通过调整从所述较高压力塔到所述氩冷凝组件的所述富氧液体的流动，使得所述富氧液体的大体上均匀的分流分送至所述两个或多个氩冷凝器核心，并且确保足够的液体存在，以保持...

【专利技术属性】
技术研发人员：KK基布勒，MR舍拉，
申请(专利权)人：普莱克斯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US