[發明專利]從空氣分離單元回收不可冷凝氣體諸如氖氣、氦氣、氙氣和氪氣的系統和方法

有效

• 申請號: 201880055204.1
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN111065872B
• 公開（公告）日: 2022-01-11
• 發明（設計）人: V·S·查克拉瓦西;脫瀚斐;M·R·謝萊特;J·R·德雷;N·J·德根斯坦
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 張萍;林毅斌

本發明提供了一種用于在空氣分離單元中回收稀有氣體諸如氖氣、氦氣、氙氣和氪氣的系統和方法。所述稀有氣體回收系統包括不可冷凝物汽提塔，所述不可冷凝物汽提塔經由輔助冷凝器?再沸器與氙氣?氪氣塔以熱傳遞關系相連。所述不可冷凝物汽提塔產生的稀有氣體包含塔頂餾出物，所述塔頂餾出物被引導至所述輔助冷凝器?再沸器，其中大部分所述氖氣被捕集在不可冷凝排放流中，所述不可冷凝排放流還被處理以產生粗氖蒸氣流，所述粗氖蒸氣流含有大于約50％摩爾份數的氖氣，所述總氖氣回收率超過95％。所述氙氣?氪氣塔還從所述低壓塔接收兩股液氧流，并且從所述不可冷凝物汽提塔接收含所述稀有氣體的塔頂餾出物，并且產生粗氙氣和氪氣液流和富氧塔頂餾出物。

技術領域

本發明涉及用于從空氣分離設備回收稀有氣體諸如氖氣、氦氣、氙氣 和氪氣的系統和方法，并且更具體地講，涉及用于回收氖氣和其它不可冷 凝氣體的系統和方法，包括熱連接的不可冷凝汽提塔和按與輔助冷凝器-再 沸器和第二回流冷凝器可操作地關聯來布置的氙氣-氪氣塔，所有這些都完 全集成在空氣分離單元內。回收的粗氖蒸氣流包含大于約50％摩爾份數的 氖氣，整體氖氣回收率大于約95％。另外，在氙氣-氪氣塔中產生粗氙氣和 氪氣液流。

背景技術

低溫空氣分離單元(ASU)通常被設計、構造和操作為滿足一個或多 個最終用戶客戶的基本負荷產品構成需求/要求，并且任選地滿足本地或商 家的液體產品市場需求。產品構成要求通常包括目標量的高壓氣態氧以及 其它初級聯產品，諸如氣態氮、液氧、液氮和/或液氬。通常部分地基于所 選擇的設計條件來設計和操作空氣分離單元，這些設計條件包括典型的日 間環境條件以及可用的公用設施/供電成本和條件。

盡管諸如氖氣、氙氣、氪氣和氦氣之類的稀有氣體在空氣中存在的量 非常小，但能夠借助于產生包含目標稀有氣體的粗物流的稀有氣體回收系 統將這些稀有氣體從低溫空氣分離單元中提取出來。因為空氣中稀有氣體 的濃度低，所以通常并未將對這些稀有氣體聯產品的回收設計在空氣分離 單元的產品構成要求中，并且因此稀有氣體回收系統常常并未完全集成到 空氣分離單元中。

例如，通過使來自低溫空氣分離單元的含氖流通過獨立的氖氣凈化機 組，可在空氣的低溫蒸餾過程中回收氖氣，該獨立的氖氣凈化機組可包括 產生粗氖產物的不可冷凝物汽提塔和非低溫變壓吸附系統(參見例如美國 專利No.5,100,446)。然后將粗氖產物傳遞到氖氣精煉廠，在那里通過除 去氦氣和氫氣來處理粗氖氣流以產生精制的氖氣產品。例如，美國專利No. 5,100,446中所公開的氖氣回收系統僅具有約80％的中等氖氣回收率，因為 進料至下游氖氣汽提塔的含氖流來自于主冷凝器-再沸器的不可冷凝排放 流。

此外，在稀有氣體回收系統如美國專利No.5,167,125和No.7,299,656 中所示聯接或部分地集成到空氣分離單元中時；稀有氣體回收系統常常對 空氣分離單元涉及對空氣的其它組分的生產的設計和操作產生不利影響， 因為必須從空氣分離單元中取出相對大流量的氮氣才能產生粗氖蒸氣流。 例如，美國專利No.7,299,656中所公開的低壓(即，約20psia)氖氣回收 系統的粗氖蒸氣流中的氖氣濃度非常低，僅為約1300ppm，因此從空氣分離單元取出的粗氖產物高達進料至低壓塔的液氮回流的近4％。原本將用作 低壓塔中的液體回流的液體流的如此顯著的缺失對其它產品構成物的分離 和回收產生了不利影響。此外，如此低氖氣濃度(即，1333ppm)粗產物將 在壓縮功率和液氮使用方面導致以更高的相關操作成本來產生最終的精制 氖氣產品。還可參見美國專利申請公開NO.2010/0221168，其公開了一種 氖氣回收系統。粗氖蒸氣流中的氖氣濃度在約5.8％時也相對較低，并且回收系統僅適用于具有污濁盤架液體抽出的空氣分離單元，其中進料至低壓 塔的液體回流從高壓塔的中間位置取出。