专利名称：通过低温蒸馏分离空气的设备和方法
技术领域：
本发明涉及一 种通过低温蒸馏分离空气生产氪和氙的设备和方法，尤其涉及一 种在氪/氙混合物被提取处使用内部压缩(其中在交换管线中通过压力下的蒸发产生液态 氧)将气体从空气分离的方法。
背景技术：
在将气体从空气分离的单元——该单元包括双塔，并且在该单元中通过在压力 下蒸发而在交换管线(内部压缩设备)中产生气态氧，在该交换管线中实现了氪/氙混合 物的提取——中观察到，由于从低压蒸馏塔提取的被泵送的氧具有不可忽略的比例的待 蒸发成分如氪和氙，此提取的效率明显下降。对于这类内部压缩设备，在与生产氩相关联地生产氪/氙的情况下，已考虑了 若干可以克服此问题的方法。
发明内容
本发明可概括为两个主要步骤1.通过输送具有减小比例的富液的物料使进入塔的、用于分离出待被蒸发的成 分(氪、氙)的液态空气贫化。该步骤产生下部富液，该富液富含氪和氙，由此包含在 气态空气中的优选100%的氙和超过80%的氪被提取。2.通过在蒸发器/冷凝器中部分蒸发使富含氪和氙的下部富液浓缩。用于使下部 富液蒸发的热源优选为塔的流体，所述下部富液来自该塔，该流体来自较高的蒸馏级， 通过释放热量在蒸发器/冷凝器中冷凝。由此产生的流体在适当的蒸馏高度供给至低压 塔。下部富液本身产生蒸发相和提纯流/净化流(purge)，该蒸发相在适当的蒸馏高度供 给至低压塔，在该提纯流中，包含在供给流中的优选近似100%的氙被提取，而其中仅存 在约50%的氪。根据一变型方式，向低压塔供给通过浓缩产生的富含氪和氙的提纯流。以上产 生的富含氪和氙的提纯流将在低于液态氧(oxygSne liquide)的排放的蒸馏级供给至低压 塔，所述液态氧将要被泵送以便随后在主交换器中蒸发。最终的富含氪和氙的混合物从 低压塔的底部被提取以便随后在那里进行处理。可选地，在氪氙混合物处于液体形式的情况下，在泵的入口喷射此回流，以便 使来自塔的OL排放最小化，从而提高氪和氙的提取产量。这样的方法能提取存在于空气中的约90%的氙，而传统的方法最优仅允许约 70%的产量。关于氪的提取，本方法达到约75%，而传统设备的产量最优仅允许60%量
级的产量。根据本发明的一个目的，提供一种通过在双塔中低温蒸馏分离空气来生产氪和 氙的方法，该双塔包括中压塔和低压塔，在该方法中i)将经冷却和净化的压缩气态空气送至中压塔的第一高度；
)将经冷却和净化的压缩液态空气送至中压塔的高于第一高度的第二高度；iii)从中压塔的底部排出/排放富含氧、氪和氙的液体；iv)在介于第一高度和第二高度之间的高度从中压塔排出液体并将该液体送至低 压塔；ν)使富含氧、氪和氙的液体部分地蒸发，以便形成中间气体和中间液体；vi)从低压塔的第三高度排出富含氧的第一液流；vii)将中间液体从蒸发器在低压塔的低于第三高度的中间高度送至低压塔，或者 将该中间液体与富含氧的第二液流混合；viii)在低于第三高度、如果需要的话低于中间高度的第四高度从低压塔排出第
二富氧液流。 根据可选的特征-在高于中间高度的高度将中间气体从蒸发器送至低压塔；-富含氧、氪和氙的液体通过与从中压塔排出的气体进行热交换而蒸发；-从中压塔排出的气体从第一高度上方排出；-中间液体从蒸发器送至低压塔的低于第三高度的中间高度；_第二富氧液流(11)在低于中间高度的第四高度从低压塔排出；-中间液体与第二富氧液流混合。根据本发明的另一目的，提供一种通过低温蒸馏分离空气来生产氪和氙的设 备，该设备包括由中压塔和低压塔构成的双塔以及蒸发器，该设备包括i)用于将经冷却和净化的压缩气态空气送至中压塔的第一高度的装置； )用于将经冷却和净化的压缩液态空气送至中压塔的高于第一高度的第二高度 的装置；iii)用于从中压塔的底部排放富含氧、氪和氙的液体的装置；iv)用于在介于第一高度和第二高度之间的高度从中压塔排放液体的装置，且该 液体被送至低压塔；V)用于将至少一部分富含氧、氪和氙的液体送至蒸发器的装置，在该蒸发器 中，该液体部分地蒸发以形成中间气体和中间液体；vi)用于从低压塔的第三高度排放富含氧的第一液流的装置；vii)用于将中间液体从蒸发器在低压塔的中间高度送至低压塔或者使该中间液体 与富含氧的第二液流混合的装置，以及viii)用于在低于第三高度、如果需要的话低于中间高度的第四高度从低压塔排 出第二富氧液流的装置。该设备可能包括-用于将中间气体从蒸发器在高于中间高度的高度送至低压塔的装置；-用于将从中压塔排出的气体送至蒸发器的装置；_用于从第一高度上方将气体从中压塔排出的装置；-用于优选地通过与待蒸馏的空气进行热交换使第一富氧流增压和蒸发的装 置；-用于将中间液体从蒸发器送至低压塔的低于第三高度的中间高度的装置；
-用于在低于中间高度的第四高度从低压塔排放第二富氧液体的装置；-用于将中间液体与第二富氧液流混合的装置。将参照附图
对本发明进行更详细的说明。
具体实施例方式中压气态空气流1被送至双空气分离塔的中压塔20。该双塔还包括借助于蒸发 器24与中压塔20热联接的低压塔21，该蒸发器24通过与位于中压塔顶部的气态氮进行 热交换来蒸发低压塔的底部液体。高压液态空气流在阀中膨胀，然后被分成两部分。由此形成的流3被送至中压 塔20的位于流1的进入点上方的几个理论塔板。其余液态空气4在过冷器26中被冷却、 膨胀然后被送至低压塔21。富含氧、氪和氙的下部富液流5从中压塔20的底部放出/排出、在过冷器26中 被冷却、然后膨胀并被送至蒸发器22，在蒸发器22中，下部富液流5通过与来自中压塔 20的富含氮的气态空气8进行热交换而部分地蒸发。气态空气被冷凝以形成流9，该流 9随后被送至低压塔21。蒸发的富液16膨胀为中间气体并被送至低压塔，同时剩余的中 间液体7被送至低压塔21的位于底部上方的几个塔板。较高的富液流6在空气入口 1与 空气入口 3和/或流8的排放口之间放出。该流6在过冷器26中被冷却、与蒸发的富液 16混合并被送至低压塔21。富含氮15的贫液在中压塔20的顶部放出并在冷却和膨胀后 被送至低压塔21的顶部。液态氮10从低压塔21的位于底部上方的几个塔板并优选地在液体入口 7上方放
出。该液体由泵23泵送以用作富氧产物/产品。富含氪和氙的液态氧11从低压塔21的底部放出并可随后被净化以产生氪和氙的 混合物。中间液体7可直接与此液态氧流混合而不是被送至低压塔21。低压氮13在低压塔21的顶部放出、在过冷器中被加热并逆着空气流1、2被加 热(加热器未示出)。设备项20中压塔，21低压塔，22下部富液蒸发器，23液态氧泵。流体
1中压气态空气，2高压液态空气，3供给至中压塔的膨胀的液态空气，4供给至 低压塔的膨胀的液态空气，5富含氪和氙的下部富液，6贫氪和氙的蒸发的下部富液，7 富含氪和氙的提纯流，8从中压塔提取的贫空气，9液态贫空气，10从低压塔提取的液态 氧，11从低压塔提取的富含氪和氙的液态氧。
权利要求
1.一种通过在双塔中低温蒸馏分离空气来生产氪和氙的方法，所述双塔包括中压塔 (20)和低压塔(21)，在所述方法中i)将经冷却和净化的压缩气态空气(1)送至所述中压塔的第一高度；ii)将经冷却和净化的压缩液态空气(3)送至所述中压塔的高于所述第一高度的第二高度；iii)从所述中压塔的底部排出富含氧、氪和氙的液体(5)；iv)在介于所述第一高度和所述第二高度之间的高度从所述中压塔排出液体(6)并将 该液体送至所述低压塔；ν)使所述富含氧、氪和氙的液体部分地蒸发，以便形成中间气体(6)和中间液体(7)；vi)从所述低压塔的第三高度排出富含氧的第一液流(10)；vii)将所述中间液体从蒸发器在所述低压塔的低于所述第三高度的中间高度送至所述 低压塔，或者将所述中间液体与富含氧的第二液流混合；以及viii)在低于所述第三高度、如果需要的话低于所述中间高度的第四高度将第二富氧 液流(11)从所述低压塔排出。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在高于所述中间高度的高度将蒸发的中 间气体(6)送至所述低压塔(21)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述富含氧、氪和氙的液体(5)通 过与从所述中压塔排出的气体进行热交换而蒸发。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，从所述中压塔排出的气体从所述第一高 度上方排出。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，将所述中间液体从所述蒸 发器送至所述低压塔的低于所述第三高度的中间高度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第二富氧液流(11)在低于所述中 间高度的第四高度从所述低压塔排出。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述中间液体与第二富氧 液流混合。
8.—种通过低温蒸馏分离空气的设备，所述设备包括由中压塔(20)和低压塔(21)构 成的双塔以及蒸发器(22)，所述设备包括i)用于将经冷却和净化的压缩气态空气送至所述中压塔的第一高度的装置；ii)用于将经冷却和净化的压缩液态空气送至所述中压塔的高于所述第一高度的第二 高度的装置；iii)用于从所述中压塔的底部排放富含氧、氪和氙的液体的装置；iv)用于在介于所述第一高度和所述第二高度之间的高度从所述中压塔排放液体的装 置，所述液体被送至所述低压塔；ν)用于将至少一部分的所述富含氧、氪和氙的液体送至所述蒸发器的装置，在所述 蒸发器中，所述液体部分地蒸发以形成中间气体和中间液体；Vi)用于从所述低压塔的第三高度排放富含氧的第一液流的装置； Vii)用于将所述中间液体从所述蒸发器在所述低压塔的中间高度送至所述低压塔、或者将所述中间液体与富含氧的第二液流混合的装置；以及viii)用于在低于所述第三高度、如果需要的话低于所述中间高度的第四高度将第二 富氧液流从所述低压塔排出的装置。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述中间气体从所 述蒸发器(22)在高于所述中间高度的高度送至所述低压塔(21)的装置。
10.根据权利要求8或9所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将从所述中压 塔(20)排出的气体送至所述蒸发器(22)的装置。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于从所述第一高度上 方将气体从所述中压塔(20)排出的装置。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于优选 地通过与待蒸馏的空气进行热交换使第一富氧流增压和蒸发的装置。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所 述中间液体从所述蒸发器送至所述低压塔的低于所述第三高度的中间高度的装置。
14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述第二富氧液 流(11)在低于所述中间高度的第四高度从所述低压塔排出的装置。
15.根据权利要求8至12中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所 述中间液体与第二富氧液流混合的装置。
全文摘要
在一种通过在包括中压塔(20)和低压塔(21)的双塔中低温蒸馏分离空气的方法中将经冷却和净化的压缩气态空气(1)送至中压塔的第一高度，将经冷却和净化的压缩液态空气(3)送至中压塔的第二高度，从中压塔的底部排出富含氧、氪和氙的液体(5)，在介于第一和第二高度之间的某高度处从中压塔排出液体(6)并将该液体送至低压塔，使富含氧、氪和氙的液体部分地蒸发以形成中间气体和中间液体，从低压塔排出富含氧的第一液流(10)，在低于中间高度的高度从低压塔排出富含氧的第二液流(11)，并且将中间液体从蒸发器在中间高度送至低压塔或者将该中间液体与第二富氧液流混合。
文档编号F25J3/04GK102016470SQ200980114578
公开日2011年4月13日 申请日期2009年4月8日 优先权日2008年4月23日
发明者A·布里利亚, B·索尼耶, L·萨米 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司