[发明专利]带热耦连氩气塔的低温精馏方法和装置

说明书

总的来说，本发明涉及低温精馏过程，具体地说涉及采用一个氩气塔的低温精馏过程。

氩气在许多工业应用中变得日益重要，例如，在不锈钢生产，电子工业以及象钛加工等活性金属生产等方面。

氩气通常是通过空气低温精馏来制备的。空气含有约78％氮，21％氧以及不足1％的氩。由于氩气在空气中的浓度较低，故在主要大气气体中，其单位价值最高。然而传统低温空气分离方法只能回收进料空气中约80％到90％的氩气。因而，提高空气低温精馏所获得氩气的回收率就成为人们追求的目标。

对通晓本门技术的人们来说，在读过本公开后上述以及其它目的就变得显而易见，这些目的可通过本发明来达到，其一个方面是：

一种生产氩气的低温精馏方法，包含：

(A)向主塔系统提供含有氩气的进料，并在该主塔系统内进行低温精馏；

(B)从主塔系统抽出含氩蒸汽并将所说含氩蒸汽冷凝；

(C)降低所生成的含氩液体的压力；

(D)将减压的含氩液体作为进料在氩气塔的中间部位加入到氩气塔中并通过低温精馏将进料分离成富氩流体和贫氩流体；

(E)将贫氩流体从氩气塔抽出、加压并将该增压贫氩流体送入主塔系统；然后

(F)将富氩流体作为产品氩气回收。

本发明的另一个方面是：

一种生产氩气的低温精馏装置，包含：

(A)一个主塔系统以及向主塔系统提供进料的机构；

(B)一个氩气塔、一个冷凝器以及将流体从主塔系统送至冷凝器的机构；

(C)将流体从冷凝器在氩气塔的中间部位送入氩气塔的机构；

(D)用于将从冷凝器被送到氩气塔后的流体进行减压的机构；

(E)用于从氩气塔下部抽出液体的机构、用于将抽出液加压的机构和用于将增压的抽出液送入主塔系统的机构；以及

(F)用于回收来自氩气塔上部流体的机构。

这里所使用的“上部”和“下部”分别指塔身中点以上和以下的部分。

这里使用的术语“进料空气”系指主要含有氮、氧、氩的混合物例如空气。

这里所使用的术语“透平膨胀”是指高压气体流经透平机以降低气体的压力和温度从而产生制冷效应。

这里所使用的术语“塔”系指蒸馏塔或分馏塔或区，即一种接触塔或区，其中，液、汽相逆流接触而实现一种流态混合物的分离，例如，在一系列沿塔内纵向间隔安装的塔盘或塔板上，和/或，在可以有规充填，和/或，无规堆放的填料上借助汽、液相接触而实现。对于蒸馏塔的进一步讨论，请参见R.H Perry和C.H.Chilton编、纽约McGraw-Hill Book公司出版的《化学工程师手册，第五版》，第13节—“连续蒸馏过程”。这里使用的术语“双塔”是指一个高压塔，其上端与一个低压塔的下端处于热交换状态。关于双塔的进一步讨论可参见Ruheman的《气体的分离》(The Separation OfGases)，第七章—“工业气体分离”，牛津大学出版社1949年版。

汽、液接触分离过程依赖于组分间蒸汽压的差别。高蒸汽压(或易挥发或低沸点)组分倾向于浓集在汽相中，而低蒸汽压(或不易挥发或高沸点)组分倾向于浓集在液相中。部分冷凝是一种分离过程，借此过程，蒸汽混合物的冷却可用来使易挥发组分浓集在汽相中，从而使不易挥发组分浓集在液相中。精馏或称连续蒸馏，是一种分离过程，犹如通过汽、液相逆流处理而获得的结果一样，它使一连串部分蒸发与部分冷凝相结合。汽、液相逆流接触为绝热过程且可以包括相间的整体或局部接触。利用精馏原理分离混合物的装置是通常互相变通地称之为精馏塔、蒸馏塔或分馏塔。低温精馏是一种至少部分在、或低于123°K的温度下进行的精馏过程。

这里所说的术语“间接换热”意指将两种流体物流进行热交换而不发生这两种流体间任何物理接触或相互混合。

这里所用术语“氩气塔”是指一种对含氩进料进行加工并生产出一种其氩气浓度超过进料的氩气浓度的产品之塔器，它可以包括一个热交换器或在其上部的一个塔顶冷凝器。

这里所用术语“平衡级”是指流出的汽液物流处于平衡态时的汽、液间的接触过程。

唯一的一张附图是本发明低温精馏系统的一个较好实例之简要流程图。