用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法和裝置制造方法及圖紙

本發明專利技術涉及一種用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法和裝置。壓縮（３）原料空氣（１）并且將其導入到一個用于氮氧分離（１３，１４）的蒸餾塔系統中。從該用于氮氧分離的蒸餾塔系統中取出一含氬的流（７２）。將該含氬的流（７２）引導至一粗氬塔（２５）。粗氬塔（２５）具有一塔頂冷凝器（２４），在該塔頂冷凝器中，一來自粗氬塔（２５）的塔頂氣體至少部分地被冷凝。將在此獲得的冷凝物的至少一部分作為回流液體輸送給粗氬塔（２５）。從粗氬塔（２５）或者塔頂冷凝器（２５）中取出一粗氬流（７６，１７６，２７６ａ，２７６ｂ）。將該粗氬流（７６，１７６，２７６ａ，２７６ｂ）引導至一純氬塔（２０）。從該純氬塔（２０）取出一純氬產品流（８１）。粗氬塔（２５）的塔頂冷凝器（２４）被構造為回流冷凝器并且該粗氬塔的塔頂氣體被導入到該回流冷凝器的回流通道中。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法，其中，壓縮原料 空氣并且將該原料空氣引導到一個用于氮氧分離的蒸餾塔系統中，從該用 于氮氧分離的蒸餾塔系統中取出一個含氬的流，將該含氬的流引導至一個 粗氬塔，該粗氬塔具有一個塔頂冷凝器，該塔頂冷凝器由至少一個板式換 熱器塊構成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發通道，將一塔頂氣體從 粗氬塔引導至該塔頂冷凝器的液化通道中并且使該塔頂氣體在那里至少部 分地冷凝，將在此獲得的冷凝物的至少一部分作為回流液體輸送給所述粗 氬塔，該塔頂冷凝器是用于粗氬塔的回流的唯一的源，將一液態的冷卻流 體引導至所述蒸發通道的一個第一端部上并且使該冷卻流體在那里部分地 蒸發，從所述蒸發通道的一個第二端部取出一個由蒸發了的冷卻流體和液 態的剩余冷卻流體構成的混合物，從所述粗氬塔或者塔頂冷凝器取出一粗 氬流，將該粗氬流引導至一純氬塔，并且從該純氬塔取出一純氬產品流。本專利技術還涉及一種用于實施該方法的裝置。
技術介紹
例如由Hausen/Linde的深冷技術，1985年第二版第四章(第281頁至 337頁)公開了用于深冷分離空氣的方法和裝置。該專利技術的用于氮氧分離的 蒸餾塔系統可以被構造為用于氮氧分離的單塔系統、被構造為兩塔系統(例 如構造為傳統的林德雙塔系統)或者被構造為三塔或多塔系統。除了用于 氮氧分離的塔和為了獲得氬外，可以在該方法中設置另外的步驟來獲得其 他空氣成分，特別是另外的惰性氣體。在本專利技術的意義上，粗氬塔用于氬氧分離。該粗氬塔可以由一個一 件式的塔構成或者由兩件式或多件式的塔構成，如在EP 628777 Bl中所描 述的那樣。純氬塔用于氬氮分離。粗氬流的氬濃度比含氬流的 氬濃度高。純氬產品流的氬濃度比粗氬流的氬濃度高并且優選被從純 氬塔的底部區域中、例如由其池底中排出。用于粗氬塔的回流液體的唯一的源是塔頂冷凝器(Kopfkondensator)。 該塔頂冷凝器可以由一個、兩個或更多個板式換熱器塊組成，它們在蒸發 側和液化側并聯連接。制冷流體在一個端部上流入到蒸發通道中并且在另 一端部上從蒸發通道流出。在蒸發通道中不進行逆流。相反的是，液態的 剩余制冷流體和蒸發了的制冷流體在蒸發通道內部以順流方式被引導。如 果所述塔頂冷凝器被構造為浴蒸發器，那么冷卻流體在蒸發通道中從下向 上流動。例如由DE2325422A、 EP171711A2、 EP377117B2 (=US5019045)、 DE40 30749AK EP628777B1 ( =US5426946 ) 、 EP669508A1 (=US5592833 )、 EP669509B1 (=US5590544)、 EP942246A2、 EP1103772A1、 DE19609490 (:US5669237)的圖8、EP1243882A1(:US2002178747A1)和EP1243881A1 (=US2002189281A1)公開了開頭所述類型的、用于獲得氬的工藝，在這 兩種方法中，使用傳統的冷凝器作為粗氬塔的塔頂冷凝器，待冷凝的氣體 和待冷凝的液體中在蒸發通道中以順流方式被引導。
技術實現思路
本專利技術的目的是，提出一種開頭所述類型的方法和一種相應的裝置，它 們可以經濟上特別有利地運行，其方式是，其具有增高的產量、更高的產 品純度、更低的運行成本和/或更低的投資成本。該目的通過以下方式解決，即粗氬塔的塔頂冷凝器被構造為回流冷凝器 并且粗氬塔的塔頂氣體(Kopfgas)被導入到回流冷凝器的回流通道中。在此，對于回流冷凝器(也稱為精餾器)應理解為一種具有回流通 道的換熱器。這些回流通道被從下部加載蒸汽(在此是粗氬塔的塔頂氣體)。 它們當在回流通道中上升時至少部分地冷凝。在此這些回流通道被這樣設 計，使得冷凝的液體不被攜帶出，而是向下流動。通過蒸汽和液體的逆流， 在回流通道中進行蒸餾。在下端部上排出的冷凝物富含難于逃逸的組分， 在上部排出的蒸汽富含易于逃逸的組分。己經公開了不同結構形式的回流冷凝器。換熱器塊(或者多個換熱器塊) 可例如像在EP 1189000A2中描述的那樣被設置在一個壓力容器的內部，或 者該換熱器塊在所有的側上通過總管(Header)封閉，例如參見US6128920。 對此替代地，回流冷凝器可被安裝在一個分離塔(在此是粗氬塔)的塔頂 中，其中，回流通道在其下端部上與該分離塔的上部區域聯通，參見德國專利申請102006037058及其相關申請。該回流冷凝器的這個或這些換熱器 塊優選被構造為板式換熱器、特別是被構造為焊接的鋁板換熱器。空間概念如上部、下部、側向等在此總是涉及回流冷凝器在符 合規定的運行中的定向。回流冷凝器不僅允許熱交換，而且也允許回流通道中上升的氣體與在那 里向下流動的液體之間的物質交換，就像一個物質交換塔的波紋包裝那樣。 該分離作用可以作為HETP值(理論板當量高度=理論塔板高度)給出。該 冷凝器的HETP值在300-600mm的范圍內。由此，例如一個1.5m高的回 流冷凝器引起大致最高五個理論塔板。然而，該效應在粗氬塔的塔頂上對 于氬氧分離不起作用，也就是說，回流換熱器的使用不節省粗氬塔中的物 質交換元素(實際塔板、整齊的包裝或者不整齊的填料)。因此，迄今為止在獲得氬時，只有當在該塔(其與用于氮氧分離的蒸餾 塔系統直接連接)中不是獲得粗氬，而是獲得純氬時(參見US 513 3790)， 才使用回流冷凝器作為塔頂冷凝器。在該情況下，在一個單個的氬塔中不 僅進行氬氧分離而且進行氬氮分離并且明確指出不設置用于氬氮分離的獨 立的純氬塔。US5133790中的氬塔的上部區域不是用于氬氧分離(像在本 專利技術的粗氬塔中那樣)，而是用于氬氮分離，該氬氮分離在開頭所述類型的 方法中實際上僅僅在純氬塔中進行。因此迄今為止沒有這樣的
技術介紹
，即在具有一個自己的、用于氬氮分 離的純氬塔的方法中將氬氮分離的一部分挪到粗氬塔或者其塔頂冷凝器 中，因為由此不節省塔中的塔板。但是在本專利技術的范圍內已經證實，這種回流冷凝器在粗氬塔的塔頂上的 應用具有另外的優點。這種冷凝器通常被構造為冷凝蒸發器。因此在蒸發 側一冷卻流體逆著在液化側(回流通道)冷凝的塔頂氣體蒸發。換熱器塊 通常設置在一個浴中。由于流體靜力學的壓力，蒸發通道中的溫度從上向 下上升。通過粗氬塔塔頂上的回流冷凝器的分離作用，在回流通道中向上流動的 氣體越來越富含氮并且在冷凝器的塔頂上由于增高的氮含量而最冷(參見 圖4)。由此，回流通道中的溫度曲線適配于蒸發通道中的溫度曲線。通過 這種方式，在回流換熱器的情況下產生一個自然趨勢，該自然趨勢在整個塊高度上導致幾乎保持相同的、激勵的(treibenden)溫度梯度。相反，在 傳統的粗氬冷凝器的情況下，所述激勵的溫度梯度在冷凝器的下部區域中 總是大大小于在上部區域中。這在整個熱交換上減弱了位于冷凝器下部中 的加熱面積的貢獻。相反，在本專利技術的方法中，蒸發通道和液化通道之間 的溫度差幾乎恒定。由此可以降低交換損失，或者相應地減小交換面積并 且從而降低投資成本。由此增高了產品純度和/或產品產量。在保持相同的或者稍稍增大的分離 作用的情況下，可以降低粗氬塔中的理論塔板的數量。由此降低了設備的 投資成本。特別有利的是，在本專利技術中，將液態本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法，其中，　壓縮（３）原料空氣（１）并且將該原料空氣引導到一個用于氮氧分離（１３，１４）的蒸餾塔系統中，　從該用于氮氧分離的蒸餾塔系統中取出一含氬的流（７２），　將該含氬的流（７２）引導至一個粗氬塔（２５），　該粗氬塔（２５）具有一個塔頂冷凝器（２４），該塔頂冷凝器由至少一個板式換熱器塊構成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發通道，　將一塔頂氣體從粗氬塔（２５）引導至所述塔頂冷凝器的液化通道中并且使該塔頂氣體在那里至少部分地冷凝，　將在此獲得的冷凝物的至少一部分作為回流液體輸送給所述粗氬塔（２５），　所述塔頂冷凝器是用于粗氬塔的回流的唯一的源，　將一液態的冷卻流體引導至所述蒸發通道的一個第一端部上并且使該冷卻流體在那里部分地蒸發，　從所述蒸發通道的一個第二端部取出一個由蒸發了的冷卻流體和液態的剩余冷卻流體構成的混合物，　從所述粗氬塔（２５）或者塔頂冷凝器（２５）取出一粗氬流（７６，１７６，２７６ａ，２７６ｂ），　將該粗氬流（７６，１７６，２７６ａ，２７６ｂ）引導至一個純氬塔（２０），并且　從該純氬塔（２０）取出一純氬產品流（８１），　其特征在于：　將所述粗氬塔（２５）的塔頂冷凝器（２４）構造為回流冷凝器并且將該粗氬塔的塔頂氣體導入到該回流冷凝器的回流通道中。...

【技術特征摘要】
DE 2007-7-30 102007035619.81.一種用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法，其中，壓縮(3)原料空氣(1)并且將該原料空氣引導到一個用于氮氧分離(13，14)的蒸餾塔系統中，從該用于氮氧分離的蒸餾塔系統中取出一含氬的流(72)，將該含氬的流(72)引導至一個粗氬塔(25)，該粗氬塔(25)具有一個塔頂冷凝器(24)，該塔頂冷凝器由至少一個板式換熱器塊構成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發通道，將一塔頂氣體從粗氬塔(25)引導至所述塔頂冷凝器的液化通道中并且使該塔頂氣體在那里至少部分地冷凝，將在此獲得的冷凝物的至少一部分作為回流液體輸送給所述粗氬塔(25)，所述塔頂冷凝器是用于粗氬塔的回流的唯一的源，將一液態的冷卻流體引導至所述蒸發通道的一個第一端部上并且使該冷卻流體在那里部分地蒸發，從所述蒸發通道的一個第二端部取出一個由蒸發了的冷卻流體和液態的剩余冷卻流體構成的混合物，從所述粗氬塔(25)或者塔頂冷凝器(25)取出一粗氬流(76，176，276a，276b)，將該粗氬流(76，176，276a，276b)引導至一個純氬塔(20)，并且從該純氬塔(20)取出一純氬產品流(81)，其特征在于將所述粗氬塔(25)的塔頂冷凝器(24)構造為回流冷凝器并且將該粗氬塔的塔頂氣體導入到該回流冷凝器的回流通道中。2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于將所述液態的冷卻流體引 導至所述蒸發通道的下端部上并且將所述由蒸發了的冷卻流體和液態的剩 余冷卻流體構成的混合物由蒸發通道的下端部取出。3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于該塔頂冷凝器由恰好 一個板式換熱器塊構成。4.如權利要求1-3中任一項所述的方法，其特征在于從所述回流通道的上部區域中取出所述粗氬流(76， 276b)。5. 如權利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于從粗氬塔(25) 的上部區域并且從所述回流通道中不取出剩余氣體流。6. 如權利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于該粗氬流(276b) 被以氣態形式從所述粗氬塔或者塔頂冷凝器(24)中取出并且在其向純氬 塔(20)中的導入(282)的上游在一個附加冷凝器(227)中至少部分地 被冷凝。7. 如權利要求6所述的方法，其特征在于該塔頂冷凝器(24)和附 加冷凝器(227)被構造為冷凝蒸發器，其中，兩個蒸發通道被供給相同的 冷卻流體(23)。8. 如權利要求7所述的方法，其特征在于該塔頂冷凝器(24)和附 加冷凝器(227)被構造為液浴蒸發器并且被設置在同一個液浴中。9. 如權利要求1...

【專利技術屬性】
技術研發人員：H科爾杜安，
申請(專利權)人：林德股份公司，
類型：發明
國別省市：DE[德國]