空气分离设备、获得含氩产品的方法及构建空气分离设备的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及空气分离设备、通过低温分离空气获得氩产品的方法以及构建相应的空气分离设备的方法。
【背景技术】
[0002]例如在乌尔曼化工大词典(Ullmann，sEncyclopedia of IndustrialChemistry (do1: 10.1002/14356007.al7_485))的词条“稀有气体(Noble Gases) ” 中描述了通过低温分离空气获得氩的过程。如在此例如在图18中所述，可以在具有已知的用于氮氧分离的双塔系统及额外的氩生产单元的传统空气分离设备中获得氩。
[0003]在该双塔系统中，在低压塔(也称作氩泡)中在所谓的氩转化区域中氩发生富集，在此在气相中的浓度达到最高15%。在实际应用中，由低压塔排出略低于该氩最大值的氩富集流，因而所述流具有较低的氮含量。
[0004]将氩富集流输送至所谓的粗氩塔中。粗氩塔是用于氩氧分离的分离塔。在传统的空气分离设备中，粗氩塔可以通过单部分塔形成，但是例如在EP O 628 777 BI中也描述了两部分塔或多部分塔。
[0005]将氩含量例如为10%的氩富集流送入已知的粗氩塔。在粗氩塔中，由此获得富氩流，其可以在下游的纯氩塔中进一步纯化。在纯氩塔中，可以获得含量高达99.9999%的氩或更高的氩产品。该氩产品通常以液体形式获得，从而有利于储存和运输。
[0006]所述类型的用于获得氩的过程例如由以下文献公开:DE 2 325 422 A、EP O171 711 A2、EP O 377 117 B2 (对应于 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]在构建用于获得氩的空气分离设备时，由于所用的塔特别是粗氩塔的尺寸而造成问题。用于氮氧分离的双塔系统可以达到几乎为60m的总高度；单部分形式的粗氩塔同样在此范围内。
[0008]相应的空气分离设备几乎不再可以预制，因为各个组件的组通常不再可以运输比较长的距离。这意味着，它们必须在各自的目标位置构建。这出于各种不同的原因是不利的，特别是因为在目标位置的相应的人员不可使用或者是昂贵的。由此显著增加了构建相应的空气分离设备的花费。
[0009]与此不同，在生产位置基本上以模块化构建相应的空气分离设备是值得期待的。单个组件在此优选已经容纳在相应的冷箱中，只需在目标位置彼此连接。为此同样可以有利地使用模块，所谓的管道滑道(Piping Skids)。
[0010]US 2001/0001364 Al建议，用于获得氩的空气分离设备的一部分塔以两部分方式构造，并实现了允许减小所述塔的冷箱的尺寸的排布方式。
[0011]虽然这一分配方式有利于构建空气分离设备，但是仍然需要进行改善。因此，本发明的目的是以在经济上特别有利的方式构建和运行最初所述类型的空气分离设备。
【发明内容】
[0012]基于这一背景，本发明建议一种空气分离设备、通过低温分离空气获得氩产品的方法以及构建具有独立权利要求的特征的相应的空气分离设备的方法。优选的实施方案分别是从属权利要求的主题，下面也将进行描述。
_3] 本发明的优点
[0014]根据本发明，建议空气分离设备设计用于通过低温分离经压缩及冷却的进料空气获得含氩产品。该空气分离设备具有高压塔、以多部分方式构造的低压塔和以多部分方式构造的粗氩塔。该以多部分方式构造的低压塔和该以多部分方式构造的粗氩塔均具有至少一个尾段和在空间上与其分离的顶段。该以多部分方式构造的低压塔和该以多部分方式构造的粗氩塔尤其是均以两部分方式构造。
[0015]该空气分离设备基于最初所解释的原理运行，其中氩富集流可以由空气分离设备的低压塔排出。
[0016]“含氩产品”例如可以是液态氩(LAR)、气态氩(GAR，任选通过所谓的内部压缩获得)或所谓的伪氩(Fake Argon，在冷态以气态添加至残余气体的不纯氩)。下面主要以液态纯氩(LAR)为例阐述本发明，其简称为“氩产品”。
[0017]“以两部分方式构造的”塔如所述是以如下方式构造的，两个区段(顶段和尾段)是在空间上彼此分离地布置的。已知的空气分离设备例如可以具有用于氮氧分离的塔系统，其中高压塔和低压塔彼此分离地布置，并且经由塔顶冷凝器以热交换的方式连接。此类塔系统是“以两部分方式构造的”。因此，术语“以两部分方式构造的”限定了结构单元的相应的构造方式，其中组件永久地彼此连接，无法彼此分离地布置。
[0018]“尾段”和“顶段”均代表以两部分方式构造的塔的区段，其在其功能上，尤其是在此产生的馏份或流方面，对应于传统的以单部分方式构造的塔的最下或最上的区段。尾段例如具有塔底容器；顶段例如具有塔顶冷凝器。因此，顶段是该塔与相应的冷凝器连接的部分，于其中将回流送至相应的塔。在已知的空气分离设备的以单部分方式构造的低压塔中，在塔底获得富氧液体馏份，其可以作为氧产品排出。因此该过程也在以两部分方式构造的低压塔的尾段的塔底实施。在已知的空气分离设备的以单部分方式构造的低压塔的塔顶，可以相应地排出气态氮产品，这同样适用于以两部分方式构造的低压塔的顶段的上部。在以单部分方式构造的粗氩塔的塔顶-及相应地在以两部分方式构造的粗氩塔的顶段的上部-排出粗氩流，并输送至纯氩塔，由以单部分方式构造的粗氩塔的塔底-及相应地由以两部分方式构造的粗氩塔的尾段的塔底-将产生的塔底产品送回至低压塔中。
[0019]若以“多部分”方式构造的低压塔和/或粗氩塔具有多于两个部分，则在尾段与顶段之间额外设置有中间区段。单个区段(尾段、顶段及任选存在的中间区段)通过管线和任选存在的栗相互连接，从而以此方式实现了如同在各自单部分塔的情况下实现的运行模式。
[0020]根据本发明的空气分离设备以常见方式构造，这意味着，在高压塔中，可由例如可以多股进料空气流的形式供应的进料空气的至少一部分获得至少一股富氧流。该富氧流可以至少部分地输送至多部分低压塔，更精确而言首先送至其尾段。在多部分低压塔中，如所述，在所谓的氩转化过程中，可由氧富集流的至少一部分获得至少一股富氩流。其可以输送至多部分粗氩塔，更精确而言首先同样送至其尾段。在粗氩塔中，至少由一部分的氩富集流可以获得至少一股富氩流。
[0021]术语“流”和“馏份”用于相应的流体。“流”例如是连续地导入相应的管线的流体。“馏份”是起始混合物例如空气的可由该起始混合物分离出的部分。此类馏份可以在任意时刻作为流导入相应的管线系统或塔中。
[0022]流或馏份可以针对一种或多种存在的组分进行“富集”，其中富集馏份或富集流的一种或多种相应地指定的组分的含量高于起始混合物。尤其是在含量对应于起始混合物中的相应含量的至少两倍、五倍、十倍或一百倍时，发生富集。“富含”一种或多种组分的流主要具有相应的一种或多种组分。例如，富氩流可以具有基于摩尔数、重量或体积至少80%、90%、95%或 99%的氩。
[0023]根据本发明的空气分离设备的特征在于，借助共用的栗将来自低压塔的顶段的下部区域及来自粗氩塔的尾段的下部区域的至少一股液体流输送至低压塔的尾段的上部区域。
[0024]本发明可以包括塔或其区段的不同布置方式。因此，粗氩塔的尾段和/或顶段可以在测量学上至少部分地紧邻低压塔的顶段布置。在此情况下，高压塔、低压塔的顶段、粗氩塔的尾段和顶段也可以在测量学上至少部分地彼此紧邻地布置。根据另一个实施方案，粗氩塔的尾段或顶段在测量学上完全位于低压塔的顶段上方布置。优选地，低压塔的尾段也在垂直俯视图中紧邻其顶段布置，粗氩塔的尾段也在垂直俯视图中紧邻其顶段布置。同时，在粗氩塔的尾段或顶段在测量学上完全位于低压塔的顶段上方布置时，高压塔和低压塔的尾段一方面以及粗氩塔的顶段或尾段和低压塔的顶段在垂直俯视图中至少部分地彼此上下地布置。
[0025]在本申请的范畴内，“在测量学上至少部分地紧邻”是指，各自被认为比较邻近的塔或塔区段(在此例如是粗氩塔的尾段和/或顶段)的最低点位于相应的其他的塔或塔区段(在此例如是低压塔的顶段)的最高点下方。各自被认为比较邻近的塔或塔区段的最低点也可以位于一个平面上。因此，在所述的其中粗氩塔的尾段和/或顶段在测量学上至少部分地紧邻低压塔的顶段布置的实施方案中，存在一个不仅与粗氩塔的尾段和/或顶段相交而且与低压塔的