[发明专利]用于从空气分离单元回收氖气和氦气的系统和方法

说明书

本发明提供了一种用于在双塔或三塔空气分离单元中进行氖气回收的系统和方法。氖气回收系统包括不可冷凝物汽提塔和一个或多个冷凝单元，该不可冷凝物汽提塔被构造成产生富液氮液体塔底馏出物和含不可冷凝气体的塔顶馏出物，该一个或多个冷凝单元被布置用于产生含有大于约50％摩尔份数的氖气的粗氖蒸气流，其中总体氖气回收率超过95％。此外，液氮消耗最低，并且由于大量液氮被再循环回到空气分离单元的低压塔，因此对来自空气分离单元的其它产物的分离的影响最小。

技术领域

本发明涉及用于从空气分离设备回收稀有气体诸如氖气、氦气、氙气和氪气的系统和方法，更具体地讲，涉及用于回收氖气和其它不可冷凝气体的集成回收系统和方法，该回收系统包括按与冷凝器-再沸器可操作地关联来布置并且完全集成在空气分离单元内的不s可冷凝物汽提塔。回收的粗氖蒸气流包含大于约50％摩尔份数的氖气，整体氖气回收率大于约95％。

背景技术

低温空气分离单元(ASU)通常被设计、构造和操作为满足一个或多个最终用户客户的基本负荷产品构成需求/要求，并且任选地满足本地或商家的液体产品市场需求。产品构成要求通常包括目标量的高压气态氧以及其它初级联产品，诸如气态氮、液氧、液氮和/或液氩。通常部分地基于所选择的设计条件来设计和操作空气分离单元，这些设计条件包括典型的日间环境条件以及可用的公用设施/供电成本和条件。

尽管诸如氖气、氙气、氪气和氦气之类的稀有气体在空气中存在的量非常小，但能够借助于产生包含目标稀有气体的粗物流的稀有气体回收系统将这些稀有气体从低温空气分离单元中提取出来。因为空气中稀有气体的浓度低，所以通常并未将对这些稀有气体联产品的回收设计在空气分离单元的产品构成要求中，并且因此稀有气体回收系统常常并未完全集成到空气分离单元中。

例如，通过使来自低温空气分离单元的含氖流通过独立的氖气净化机组，可在空气的低温蒸馏过程中回收氖气，该独立的氖气净化机组可包括产生粗氖产物的不可冷凝物汽提塔和非低温变压吸附系统(参见例如美国专利5,100,446)。然后将粗氖产物传递到氖气精炼厂，在那里通过除去氦气和氢气来处理粗氖气流以产生精制的氖气产品。例如，美国专利5,100,446中所公开的氖气回收系统仅具有约80％的中等氖气回收率，因为进料至下游氖气汽提塔的含氖流来自于主冷凝器-再沸器的不可冷凝排放流。

此外，在稀有气体回收系统如美国专利5,167,125和7,299,656中所示联接或部分地集成到空气分离单元中时；稀有气体回收系统常常对空气分离单元涉及对空气的其它组分的生产的设计和操作产生不利影响，因为必须从空气分离单元中取出相对大流量的氮气才能产生粗氖蒸气流。例如，美国专利7,299,656中所公开的低压(即，约20psia)氖气回收系统的粗氖蒸气流中的氖气浓度非常低，仅为约1300ppm，因此从空气分离单元取出的粗氖产物高达进料至低压塔的液氮回流的近4％。原本将用作低压塔中的液体回流的液体流的如此显著的缺失对其它产品构成物的分离和回收产生了不利影响。此外，如此低氖气浓度(即，1333ppm)粗产物将在压缩功率和液氮使用方面导致以更高的相关操作成本来产生最终的精制氖气产品。还可参见美国专利申请公开2010/0221168，其公开了一种氖气回收系统。粗氖蒸气流中的氖气浓度在约5.8％时也相对较低，并且回收系统仅适用于具有污浊盘架液体抽出的空气分离单元，其中进料至低压塔的液体回流从高压塔的中间位置取出。

需要的是一种稀有气体或不可冷凝气体回收系统，这种系统可产生包含大于约50％摩尔份数的氖气的粗氖蒸气流，并且展示大于约95％的总体氖气回收率，与此同时消耗最少的液氮并且对空气分离单元中其它产品构成物的回收的影响最小。

发明内容