[發明專利]從空氣中獲取氦氖濃縮物的方法和裝置

有效

• 申請號: 201010582904.1
• 申請日: 2010-11-12
• 公開（公告）號: CN102062515A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: R·艾歇爾曼;T·拉斯伯恩;T·勞滕施萊格
• 申請（專利權）人: 林德股份公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 過曉東

技術領域

本發明涉及從空氣獲取氦氖濃縮物的方法。

背景技術

在烏爾曼化工大辭典(Ullmann’s?Encyclopedia?of?Industrial?Chemistry，UEIC?2009/A-Z/N/惰性氣體，第4.1.1節)中描述了此類方法。在此獲得的氦氖濃縮物通常不在現場繼續處理，而是灌裝在氣瓶中；JP?62-041572A、US?1,951,183和SU?585728公開了類似的方法。然后將氦氖濃縮物送至用于獲取實際上純凈的氦氖混合氣或純凈的氦和/或氖的專用設備，其中在一個方法和一個設備中由多個空氣分離裝置進一步分離氦氖濃縮物，其中該工序和設備與用于獲取氦氖濃縮物的工序和設備相互分離。例如Bondarenko等人在2007年北京國際制冷大會上的“Wave?Cryogenerators?Applied?in?Technologies?of?Rare?Gas?Separation”中描述了此類專用設備。

在公知的方法中，通過在塔頂冷凝器中局部冷凝塔頂餾分并從氦氖塔的塔頂冷凝器排出氦氖濃縮物作為氣態剩余部分，從而從氦氖塔的塔頂餾分排出氦氖濃縮物。在此使用來自用于氮氧分離的精餾塔系統的壓力塔的上部區域的液氮作為液態制冷劑流，其在氦氖塔的塔頂冷凝器中與實施冷凝的塔頂餾分的間接熱交換中蒸發。氦氖塔的塔頂冷凝器的蒸發室內的壓力為1.1bar或更高的高于大氣壓的壓力，由此隨后可以將在蒸發室內蒸發的氮氣導入低壓塔中；選擇性地，蒸發的氮氣可以經由主熱交換器離開設備。氦氖塔塔頂冷凝器的液化室內的壓力等于氦氖塔的工作壓力，該工作壓力又大致對應于用于氮氧分離的精餾塔系統的壓力塔的工作壓力，即約為5至6bar。由于在該方法的基本結構中設定的這些壓力，在氦氖塔塔頂冷凝器中最大可以達到約為50摩爾％的氖含量及最大約為18摩爾％的氦含量。剩余冷凝物基本上由氮構成，還含有少量的氬。可以通過降低氦氖塔塔頂冷凝器的工作溫度而改善濃縮度；但是為此蒸發室必須在低于大氣壓的壓力下工作，并且使用真空泵來排出在此形成的蒸汽。

發明內容

本發明的目的在于，提供上述類型的方法以及對應的裝置，其能夠以不同的方式實現更高的氦濃度和/或氖濃度。

該目的是通過本發明實現的。在此，在高于氦氖塔工作壓力的壓力下對中間產品流進行部分冷凝。由此提高氣態剩余部分的氦含量和氖含量，氦氖濃縮物的濃縮程度更高，因此更加有價值。采用本發明的方法，可以使產品流中的氖含量例如達到60至75摩爾％，優選70至72摩爾％，以及使氦含量例如達到15至25摩爾％，優選18至21摩爾％。

在由UEIC文章所公開的方法中，通過將全部塔頂氣體餾分導入氦氖塔的塔頂冷凝器中并進行部分冷凝，其中全部氣態部分形成產品流，從而從氦氖塔的塔頂氣體餾分排出產品流。本發明中的術語“排出”包括該情況。其一般包括使用或不使用中間步驟從第一流獲取第二流。所述中間步驟例如可以位于一個或多個壓縮步驟和/或部分冷凝步驟中。其可以但不是必須提高氦氖濃度。在本發明的范疇內，原則上可以對作為中間產品流的全部塔頂氣體餾分進行增壓。更有益的是，這僅是利用一部分尤其是預先濃縮的塔頂氣體流，例如通過一個或多個部分冷凝步驟，即冷凝出較重的揮發性部分，從而實現的。在本申請中術語“排出”尤其包括單級或多級濃縮方法。若例如從第一餾分排出第二餾分作為部分冷凝的氣態部分及以類似方式從第二餾分排出第三餾分，則在此意義上從第二餾分和第一餾分“排出”第三餾分。但“排出”也包括將第一流直接且完全地作為來自所述排出的第二流的一種繼續引導。

本發明的術語“用于氮氧分離的精餾塔系統”可以被設計為單塔系統、雙塔系統、三塔或多塔系統。最通常使用雙塔系統，如UIEC?2009中所示，即一種經典的林德雙塔系統。該雙塔系統包括壓力塔、低壓塔和主冷凝器，在其液化室內對來自壓力塔的塔頂氮進行部分冷凝。此外還可以設置用于獲取高純產品和/或其他空氣成分尤其是其他惰性氣體的其他裝置，例如氬氣獲取裝置和/或氪氙獲取裝置。

“來自用于氮氧分離的精餾塔系統的富氮流”可用于氦氖塔，在雙塔系統的情況下，優選從主冷凝器的液化室作為氣流排出。

在本發明的方法中，對中間產品流進行部分冷凝的“第一提高的壓力”例如為5至32bar，優選為28至31bar。氦氖塔的工作壓力例如在5至8bar，優選5.5至6.5bar的范圍內。

可以在相分離下游將產品流壓縮到比第一提高的壓力更高的第二提高的壓力，從而例如使氦氖濃縮物適合于運輸。“第二提高的壓力”例如是100至200bar，優選為150至250bar。