专利名称：用于获得烯有气体的方法和设施的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于获得稀有气体的方法，其中将含空气气体组分的 气流在气体分解装置中投入到用于分解成其成分的方法中。
背景技术：
氧气、氮气、氩气和大多数其它稀有气体可通过分解空气而获得。
由此可以例如在现代化的、其中处理约200 000m7h空气的空气分解 设备中，除了约160 0001113的氮气和38 OOOm3的氧气外还荻得约1800m3 的氩气、3m3的氖气、lm3的氦气、0. 2m3的氪气和0. 016m3的氙气。
该方法被证明是合适的且目前在世界各地工业规模地得到使用。 但是令人不满的是，稀有气体的产率在传统空气分解的情况下仅是少 量的。因此至少在生产氦气时以此应对，取代空气而将富含氦的天然 气用于分解方法。该方法比从空气生产更经济，但仅在提供相应天然 气的地区中是可使用的。
发明内容
因此本发明的任务在于，改善在借助气体分解获得稀有气体时的 效率和产率。
所述任务在开始提到的方式的方法中由此得到了解决，即将气流 在将其输入到气体分解装置之前与含稀有气体的部分气流充分混合。
通过用富含稀有气体的部分气流丰富(Anreicherung)含空气的 气流，使气流中的稀有气体含量相对于正常空气显著提高。相比于常 规空气分解的情况下，经此可以显著更经济地使用稀有气体的分离方 法。特别是当其中产生富含稀有气体的工艺气流或存在富含稀有气体 的天然气体如天然气或沼气的方法过程，与当地或与当地远离地设置 的空气分解设备组合时，则本发明的方法具有巨大经济意义。在该情解装置在经济上是正确的，因为可实质性地提高稀有气体的产率并由 此提高其经济利用。
为了加载稀有气体，优选使部分气流与经加热的、含稀有气体的 物料接触，其中将稀有气体至少部分地分离出来并用所述部分气流将 之导出。在此，作为含稀有气体的物料考虑各种物料，其中稀有气体 如氦气、氖气、氩气、氪气或氙气被吸收、溶解或混入，并可以从所 述物料中分离。赋予所述物料一种温度，在该温度下至少稀有气体的 一部分被分离出来并由所述部分气流导出。通过该处理还改善了经处 理的物料的纯度和质量，特别是通过加热除了稀有气体以外经常还分 离出其它的气状物质，例如水蒸汽或二氧化碳并由所述部分气流导出。 随即将所述用稀有气体加栽的部分气流输送到用于气体分解的气流 中，以便获得稀有气体。为了气体分解还可以使用已经存在的空气分 解设备。如果适合的，且用相应的稀有气体分解装置装备的空气分离 设备不在现场，而是空间上远离该进行部分气流的加载的地点，还可 将部分气流装入到容器中并运输到空气分解设备中，在此将其输入到 空气分解设备的入口空气流中。由此用稀有气体丰富所述空气分解设 备的入口空气流并因此相对于纯空气的分解提高了稀有气体的产率。
优选在所述部分气流的加载前将在气体分解装置中所获得的空气 气体，特别是氮气、氧气、氩气或含有这些的气体混合物混入到所述 部分气流中。所述气体在该实施方案中还至少部分地在循环中引导并 将在气体分解装置中所获得的空气气体作为部分气流用于加载。
优选含稀有气体的物料为天然的或人工的原料。天然的材料如煤、 矿石、石油、天然气或沼气含有并非微量的各种稀有气体，特别是氦 或氩。除了天然气以外所述材料另外还经常含有其它气体成分，所述 其它气体成分可有益地被使用，并且它们的分离此外提高了所处理的 原料的质量。例如分离出在原料中富集的氧气提高了在气体分离范围 内生产氧气的效率并此外改善了物料的燃烧值(如果应将该物料作为 燃料使用)。但是本发明的方法还可用于从工业过程的废料或中间产 物或终产物中获得稀有气体。由此可例如用稀有气体丰富在金属热处理中的工艺气或其它的物料，并随后将其作为部分气流在本发明的意 义中使用。
为了能够大规模地利用在不同的技术领域之间的协同作用，在本 发明的另一个实施方式中使用燃料作为含稀有气体的物料并且将在气 流分解的方法中分离出来的氧气流至少部分地输送到用于燃料燃烧的 燃烧室中。因为在加热该燃料时，除了稀有气体还将其它在燃料中所 含有的、对于燃烧过程不利的燃料分离出来，特别是水，额外地提高 了该燃料的燃烧值。
本发明的另 一个有利的实施方案设计，所述部分气流含有含稀有 气体的工艺气。在此，作为工艺气可例如使用在工艺过程中用稀有气 体加载的气体或者在工艺过程中用其它物料加载的原本纯的稀有气体 的气体。在后一种情况下，针对所使用的稀有气体本发明相对于常规 净化方法的使用至少还被证明是出色的，如果将稀有气体在进一步的 工艺过程中大规模地通过空气气体或其它气体稀释。同样在本发明的 范围内可想象的是，将由燃烧过程得到的废气作为部分气流使用或输 送到部分气流中。特别是在燃烧化石燃料如煤、石油、天然气或沼气 时大量地产生稀有气体。虽然为了制备氩气而分解由燃料与空气的燃
烧所产生的废气已经由EP 0 469 781 A2是已知的，但是该方法在使 用氧气作为氧化剂方面是失败的，因为所述废气在该情况下几乎仅由 二氧化碳组成。但是，通过根据本发明将废气作为部分气流输送到送 往气体分解部件的气流中可实现稀有气体在经济上有意义的产率。
本发明的任务还通过用于获得稀有气体的设施得到解决，其具有 一种气体分解装置，该装置具有用于输送待分解的气流的气体输送部 件(Gaszuf ii hrung )以及至少一个用于从经分解的气流中获得稀有气 体的装置，且其特征在于，给所述气体分解装置配备用于从含稀有气 体的物料中分离出稀有气体且用所分离出的稀有气体加栽部分气流的 装置以及用于输送所述部分气流到气体分解装置的气体输送部件的装 置。
在此有利地是，将用于燃烧从中已分离除去稀有气体的物料的装置后置于用于分离出稀有气体的装置。所述含有稀有气体的物料在这 种情况下也为燃料，优选为化石能量栽体如煤、石油、天然气或沼气。 在此优选有利的是，用于燃烧物料的装置整合入用于产生热和/或电流 的发电厂中。在这种情况下可为此完全或部分地利用由气体分解装置 所吸取的空气流或在气体分解装置中所产生的氮气流，以便将燃料在 其燃烧前投入到用于分离出气状成分的过程中并去除其中所含有的气 状或蒸汽状成分，特别是稀有气体和其它成分，如水蒸汽。通过分离 过程一方面用稀有气体丰富气流，稀有气体的产率在空气分解过程中 也得到了提高，且另一方面改善了燃料的燃烧值。
此外，本发明的任务还通过用于获得稀有气体的设施得到解决， 用于获得稀有气体的设施，其具有气体分解装置，该装置具有用于输 送待分解的气流以及至少一个用于从所分解的气流获得稀有气体的设 施，且其特征在于，给所述气体分解装置配备用于输送含稀有气体的 工艺气到气体分解装置的输送截段的装置。在此，作为工艺气可使用 各种气体，其在工业的工艺过程中用稀有气体加载或在原本纯的稀有 气体的情况下在工艺过程中用其它的气状成分加载。
应根据附图更详尽地解释本发明的实施例。在示意图中显示
图1:在第一个实施方式中本发明的设施，
图2:在图1中所示的实施例的变化方案中的本发明的设施和
图3:在另一个实施方式中本发明的设施
具体实施例方式
在图1中所示的且以其整体用引用标记1标识的设备包括燃烧设 备2，例如发电厂，其通过化石能量载体(例如煤、石油或天然气、 沼气)的燃烧加热或用垃圾加热。将所迷燃料经燃料输送部件3引入。 经氧化剂管道4将氧化剂(在实施例中为氧气或富含氧气的气体)引 入。将在燃烧中产生的废气经废气管道5排出。为了减少温室效应气 体，可以将在燃烧中产生的二氧化碳在分离装置6中从其余的废气中 以常规方式分离出来并清除或继续使用。在空气分解设备7中获得用于燃烧必需的氧化剂(在实施例中为氧气)。在空气分解设备7中将经原料气管道8引入的原料气以自身已知的方式分解成其成分，其随即经用于氮气(9)、氧气(4)、氩(10)、氖(11)、氦(12)的相应的产物管道4， 9， 10， ll和任选地用于其它在原料气中所含有的稀有气体(如氪或氙)的管道排出。
将用于分离出气状成分的装置前置于燃料输送部件3。在实施例中其为用于从固体燃料(如煤)中分离出气状成分的解吸装置13。但是，在本发明的范围中代替解吸装置13还可以使用其它用于从固体
的分离装置:在解吸装i 13中将燃料在其输入到燃烧ii 2之前加热并用解吸气体冲击(beaufschlagen)，所述解析气体经解吸管道14引入。在根据图1的实施例中使用空气作为解吸气体。通过燃料的加热将在燃料中所含有的稀有气体(同样如氧气和水)解吸，并被解吸气体的部分气流带出。为了燃料的加热，或者将所述燃料自身在其输入到解吸装置13之前加热，或者加热用于解吸的气体(在实施例中为空气)。作为用于加热的能量，可以例如利用在运行空气分解设备7或发电站2时产生的余热。例如可以以在此未示出的方式将废气的固有热经过合适的换热器用于燃料和/或解吸气体的加热。
所述用经解吸的物料丰富的部分气流与解吸气体的部分流充分混合，其中物料没有或仅小规模地解吸并由此形成均匀的、用稀有气体和其它物料加载的气流，将其在原料气管道8中导出或，按照另一个在此没有显示的实施方式，装到容器中并运输到空气分解设备7。对于加栽的气流大量含有易燃的部分成分的情况，推荐用新鲜空气稀释所述气流，直到低于爆炸极限。同样还适用的是，如果除了稀有气体外应以更大的量获得氧气或氮气，例如在燃烧设备2中用于燃烧过程的氧气。为此将必需的新鲜空气经新鲜空气输送管道16引入。在原料气管道8中以自身常规的方式整合预净化阶段15，在该阶段中将被解吸出的水以及其它被解吸出的成分，例如有害物质、灰尘等从其余的解析气体中分离出来。经干燥的原料气经原料气管道8导入到用于气
8体分离的空气分解设备7中。因为该引入到空气分解设备7中的原料气由于解吸过程具有比一般的空气更高的稀有气体含量，在空气分解设备7中可以获得显著更大量的稀有气体。此外，氧气含量由于解吸过程而升高，由此可以将与空气相比明显更高的原料气含量作为氧化剂经氧化剂管道4导入到燃烧设备2中。另外，还可以使用其它气体作为解吸气体而代替空气，例如工艺气(其在总设备1的周边的其它过程中产生)。
在图2中显示了一种前述实施例的变化方案。在此设备的起同样作用的部件用如在图1中相同的引用标记表示。在附图2中所示的设备20中作为解吸气体使用的是氮气，其事先在空气分解设备7中获得。为此首先将空气经过空气输送管道21输送到预净化阶段15中并随后输送到空气分解设备7中，并在那里分解成其成分。如在前面的实施例中那样将氧气输送到燃烧设备2中。将在分解过程中获得的氮气至少部分地经过解吸气体管道23输送到解吸装置13中。在解吸过程和干燥过程和在预净化阶段15中的净化过程后，将用稀有气体加载的氮气混入到在空气输送管道21中引入的空气中。在空气分解设备7中分
解成其成分的气体具有比正常空气更高的稀有气体含量。
另一种未示出的根据图l和2的变化方案设计，来自燃烧设备2的废气在分离出二氧化碳后在分离装置6中完全或部分地混入到指定用于分解的原料气中。经此对在燃烧过程中释放的稀有气体部分同样进行气体分解。此外，可利用废气的固有热量加热燃料。
在图3中所示的实施例中将设备的起同样作用的部件用如在图1和图2中相同的引用标记表示。在图3中所示的设备25中，将稀有气体(例如氩)用于解吸在热处理炉26中由待处理的金属构成的物料。在此，将纯氩经过管道27输入到热处理炉26中并随即在进一步的工序28中用空气或空气气体(其或者在工序28中产生或者经管道29引入)稀释。以该方式经过原料气管道8引入的气体混合物用作用于空气分解设备7的原料，其中将在热处理期间所接收的物料在空气分解设备7的预净化阶段15中从原料气流中分离出来。在空气分解器7中的空气分解过程中所获得的氩可以随即再次输入到管道27中。在空
气分解过程中所获得的氧气可例如经氧化剂管道4输送到燃烧室30中，在该燃烧室中用于在热处理炉26中的热处理必需的能量以热或电流的形式产生。在另一个实施方案中根据图3作为工艺气使用原本无稀有气体的气体，其在热处理炉26中的材料处理过程中用稀有气体加载，并随即作为部分气流输送到工序28中或直接输送到空气分解设备7中。
本发明当然不限于所给出的实施例。根据本发明的方法适于在所有过程中使用，在所述过程中稀有气体从含有稀有气体的原料中解吸并随即在空气分解装置中经济上有意义地实现分离。
附图标记列表1.设备2.燃烧设备3.燃料输送部件4.氧化剂管道5.废气管道6.分离装置(用于二氧化碳)7.空气分离设备8.原料气管道9.用于氮气的产物管道10.用于氩的产物管道11.用于氖的产物管道12.用于氦的产物管道13.解吸装置14.解吸气管道15.预净化阶段16.新鲜空气输送管道17.—18.19. —
20. 设备
21. 空气输送管道
22. -
23. 解吸气管道
24. -
25. 设备
26. 热处理炉
27. 管道
28. 工序
29. 管道
30. 燃烧室
权利要求
1. 获得稀有气体的方法，在该方法中将含空气气体组分的气流在气体分解装置(7)中投入到用于分解成其成分的方法中，其特征在于，将所述气流在输送到气体分解装置之前与含稀有气体的部分气流充分混合。
2. 根据前述权利要求任一项所述的方法，为了用稀有气体加载使 所述部分气流与经加热的、含稀有气体的物料接触，其中所述稀有气 体至少部分地被分离出来并用部分气流导出。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于，将在气体分解装置 (7)中所获得的空气气体混入到加栽前的部分气流中。
4. 根据权利要求2或3所迷的方法，其特征在于，作为含稀有气体的物料使用天然的或人工的原料，如煤、矿石、石油、天然气、沼 气或由工业过程得到的终产物或中间产物。
5. 根据权利要求2-4任一项所述的方法，其特征在于，将燃料 用作为含稀有气体的物料，且将在所述用于分解气流的方法中产生的 氧气至少部分地导入到燃烧室(2， 30)中用于燃料的燃烧。
6. 根据前述权利要求任一项所述的方法，其特征在于，所述部分 气流含有含稀有气体的工艺气。
7. 用于获得稀有气体的设施，其具有气体分解装置(7)，该装 置具有用于导入待分解的气流的气体输送部件以及至少一个用于从经 分解的气流中获得稀有气体的装置(10,11,12)，其特征在于，给所述气体分解装置(7 )配备用于从含稀有气体的物料中分离出 稀有气体和用于用分离出的稀有气体加载部分气流的装置(14)以及 用于输送部分气流到气体分解装置(7)的气体输送部件的装置。
8. 根据权利要求7所述的设施，其特征在于，用于燃烧卸栽的物 料的装置(2)后置于所述用于分离出稀有气体的装置(14)。
9.用于获得稀有气体的设施，其具有气体分解装置(7)，该装 置具有用于输送待分解的气流的气体输送部件以及至少一个用于从经 分解的气流中获得稀有气体的装置(10,11,12)，其特征在于，给所述气体分解装置(7 )配备用于输送含稀有气体的工艺气到所 述气体分解装置(7)的气体输送部件的装置。
全文摘要
通过空气分解获得稀有气体的过程由于空气的少量稀有气体含量与高耗费和低产出相连。根据本发明由此改善稀有气体由气体混合物的制备，即将指定用于分解的气流用含稀有气体的部分气流丰富的步骤前置于气体的分解过程。部分气流可例如为富含稀有气体的工艺气或在工艺过程中用稀有气体加载的气体。通过本发明，在输送到空气分解设备的气流中的稀有气体含量升高并经此改善了在空气分离过程中稀有气体的产率。
文档编号F01K23/06GK101479444SQ200780023746
公开日2009年7月8日 申请日期2007年7月23日 优先权日2006年8月5日
发明者F·赫尔佐格, J·罗霍韦科 申请人:梅塞尔集团有限公司