專利名稱：用于通過深冷分離空氣獲得氬的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明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(dǎo)到一個(gè)用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中，從該用 于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出一個(gè)含氬的流，將該含氬的流引導(dǎo)至一個(gè) 粗氬塔，該粗氬塔具有一個(gè)塔頂冷凝器，該塔頂冷凝器由至少一個(gè)板式換 熱器塊構(gòu)成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發(fā)通道，將一塔頂氣體從 粗氬塔引導(dǎo)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(tài)的冷卻流 體引導(dǎo)至所述蒸發(fā)通道的一個(gè)第一端部上并且使該冷卻流體在那里部分地 蒸發(fā)，從所述蒸發(fā)通道的一個(gè)第二端部取出一個(gè)由蒸發(fā)了的冷卻流體和液 態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)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(dǎo)至一純氬塔，并且從該純氬塔取出一純氬產(chǎn)品流。
本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)施該方法的裝置。
背景技術(shù)：
例如由Hausen/Linde的深冷技術(shù)，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。該發(fā)明的用于氮氧分離的 蒸餾塔系統(tǒng)可以被構(gòu)造為用于氮氧分離的單塔系統(tǒng)、被構(gòu)造為兩塔系統(tǒng)(例 如構(gòu)造為傳統(tǒng)的林德雙塔系統(tǒng))或者被構(gòu)造為三塔或多塔系統(tǒng)。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(shè)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。
在本發(fā)明的意義上，"粗氬塔"用于氬氧分離。該粗氬塔可以由一個(gè)一 件式的塔構(gòu)成或者由兩件式或多件式的塔構(gòu)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(chǎn)品流"的氬濃度比粗氬流的氬濃度高并且優(yōu)選被從純 氬塔的底部區(qū)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(gè)、兩個(gè)或更多個(gè)板式換熱器塊組成，它們?cè)谡舭l(fā) 側(cè)和液化側(cè)并聯(lián)連接。制冷流體在一個(gè)端部上流入到蒸發(fā)通道中并且在另 一端部上從蒸發(fā)通道流出。在蒸發(fā)通道中不進(jìn)行逆流。相反的是，液態(tài)的 剩余制冷流體和蒸發(fā)了的制冷流體在蒸發(fā)通道內(nèi)部以順流方式被引導(dǎo)。如 果所述塔頂冷凝器被構(gòu)造為浴蒸發(fā)器，那么冷卻流體在蒸發(fā)通道中從下向 上流動(dòng)。
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(tǒng)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(fā)通道中以順流方式被引導(dǎo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，提出一種開頭所述類型的方法和一種相應(yīng)的裝置，它 們可以經(jīng)濟(jì)上特別有利地運(yùn)行，其方式是，其具有增高的產(chǎn)量、更高的產(chǎn) 品純度、更低的運(yùn)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(gòu)造為回流冷凝器 并且粗氬塔的塔頂氣體(Kopfgas)被導(dǎo)入到回流冷凝器的回流通道中。
在此，對(duì)于"回流冷凝器"(也稱為精餾器)應(yīng)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(dāng)在回流通道中上升時(shí)至少部分地冷凝。在此這些回流通道被這樣設(shè) 計(jì)，使得冷凝的液體不被攜帶出，而是向下流動(dòng)。通過蒸汽和液體的逆流， 在回流通道中進(jìn)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(jīng)公開了不同結(jié)構(gòu)形式的回流冷凝器。換熱器塊(或者多個(gè)換熱器塊) 可例如像在EP 1189000A2中描述的那樣被設(shè)置在一個(gè)壓力容器的內(nèi)部，或 者該換熱器塊在所有的側(cè)上通過總管(Header)封閉，例如參見US6128920。 對(duì)此替代地，回流冷凝器可被安裝在一個(gè)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(qū)域聯(lián)通，參見德國
專利申請(qǐng)102006037058及其相關(guān)申請(qǐng)。該回流冷凝器的這個(gè)或這些換熱器 塊優(yōu)選被構(gòu)造為板式換熱器、特別是被構(gòu)造為焊接的鋁板換熱器。
空間概念如"上部"、"下部"、"側(cè)向"等在此總是涉及回流冷凝器在符 合規(guī)定的運(yùn)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(dòng)的液體之間的物質(zhì)交換，就像一個(gè)物質(zhì)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(dāng)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(nèi)。由此，例如一個(gè)1.5m高的回 流冷凝器引起大致最高五個(gè)理論塔板。然而，該效應(yīng)在粗氬塔的塔頂上對(duì) 于氬氧分離不起作用，也就是說，回流換熱器的使用不節(jié)省粗氬塔中的物 質(zhì)交換元素(實(shí)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(shí)，只有當(dāng)在該塔(其與用于氮氧分離的蒸餾 塔系統(tǒng)直接連接)中不是獲得粗氬，而是獲得純氬時(shí)(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(gè)單個(gè)的氬塔中不 僅進(jìn)行氬氧分離而且進(jìn)行氬氮分離并且明確指出不設(shè)置用于氬氮分離的獨(dú) 立的純氬塔。US5133790中的氬塔的上部區(qū)域不是用于氬氧分離(像在本 發(fā)明的粗氬塔中那樣)，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(shí)際上僅僅在純氬塔中進(jìn)行。
因此迄今為止沒有這樣的背景技術(shù)，即在具有一個(gè)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?yàn)橛纱瞬还?jié)省塔中的塔板。
但是在本發(fā)明的范圍內(nèi)已經(jīng)證實(shí)，這種回流冷凝器在粗氬塔的塔頂上的 應(yīng)用具有另外的優(yōu)點(diǎn)。這種冷凝器通常被構(gòu)造為冷凝蒸發(fā)器。因此在蒸發(fā) 側(cè)一冷卻流體逆著在液化側(cè)(回流通道)冷凝的塔頂氣體蒸發(fā)。換熱器塊 通常設(shè)置在一個(gè)浴中。由于流體靜力學(xué)的壓力，蒸發(fā)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(dòng)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(fā)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(chǎn)生一個(gè)自然趨勢(shì)，該自然趨勢(shì)在整個(gè)
塊高度上導(dǎo)致幾乎保持相同的、激勵(lì)的(treibenden)溫度梯度。相反，在 傳統(tǒng)的粗氬冷凝器的情況下，所述激勵(lì)的溫度梯度在冷凝器的下部區(qū)域中 總是大大小于在上部區(qū)域中。這在整個(gè)熱交換上減弱了位于冷凝器下部中 的加熱面積的貢獻(xiàn)。相反，在本發(fā)明的方法中，蒸發(fā)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(yīng)地減小交換面積并 且從而降低投資成本。
由此增高了產(chǎn)品純度和/或產(chǎn)品產(chǎn)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(shù)量。由此降低了設(shè)備的 投資成本。
特別有利的是，在本發(fā)明中，將液態(tài)的冷卻流體在蒸發(fā)通道的下端部上 引導(dǎo)至蒸發(fā)通道并且從蒸發(fā)通道的下端部取出所述由這個(gè)蒸發(fā)了的冷卻流 體和液態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)成的混合物。該塔頂冷凝器例如可被構(gòu)造為浴 蒸發(fā)器，其中蒸發(fā)通道在上部和下部上敞開并且該冷卻流體借助于溫差環(huán) 流效應(yīng)被從下向上引導(dǎo)經(jīng)過蒸發(fā)通道。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式中，塔頂冷凝器由恰好一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成。
特別有利的是，在本發(fā)明的方法中，粗氬流被從回流通道的上部區(qū)域中 取出。在穿流后保持氣態(tài)的餾分具有特別高的氬濃度并且其氧含量特別低。 雖然該粗氬流也包含相對(duì)多的氮，但是它可以在純氬塔中無需高耗費(fèi)地被 分離。
在本發(fā)明的另一構(gòu)型中，從粗氬塔的上部區(qū)域并且從回流通道中不取出 剩余氣體流。優(yōu)選從該上部區(qū)域以及回流通道中除了粗氬流不取出任何其 他的流。例如除了粗氬流之外，從粗氬塔中僅取出另一流，該流被回輸?shù)?用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中(例如回輸?shù)揭粋€(gè)兩塔系統(tǒng)的低壓塔中，含 氬的流也被從該低壓塔取出)。
此外，有利的是，粗氬流被以氣態(tài)形式從粗氬塔或者塔頂冷凝器中取出 并且在其導(dǎo)入到純氬塔的上游在一個(gè)附加冷凝器中至少部分地、例如完全 冷凝。由此，該粗氬流被至少部分地、例如完全地以液態(tài)形式導(dǎo)入到純氬 塔中。
該附加冷凝器以及隨后的措施也可以使用在這樣的方法中，其中塔頂冷 凝器不被構(gòu)造為回流冷凝器。
優(yōu)選使該塔頂冷凝器和附加冷凝器構(gòu)造為冷凝蒸發(fā)器，其中，兩個(gè)蒸發(fā) 通道被供入相同的冷卻流體。該冷卻流體在蒸發(fā)通道中部分地蒸發(fā)，其中， 液體通過溫差環(huán)流效應(yīng)被攜帶出并且被回輸?shù)揭涸≈?。例如使用富含氧的?來自用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)、例如來自一個(gè)雙塔系統(tǒng)的高壓塔的池底 的液體作為冷卻流體。
此外，有利的是，將該塔頂冷凝器和附加冷凝器構(gòu)造為液浴蒸發(fā)器并且 將它們?cè)O(shè)置在同一個(gè)液浴中。因?yàn)楦郊永淠魍ǔ＞哂斜人斃淠鞯偷?高度，附加冷凝器仍能夠以下端部上的溫度運(yùn)行，該溫度低于塔頂冷凝器 的下端部上的溫度。
如果粗氬流被以液態(tài)輸送至粗氬塔的塔頂上，那么該粗氬流可用作回流
液體并且在除壓塔的一個(gè)塔頂冷凝器上被壓縮。這本身由US 5970743和 US6574988公知。但是與回流冷凝器相組合將得到增高的氬產(chǎn)量。
此外，有利的是，由精氬塔的塔頂或者從回流通道的上部區(qū)域中取出一 個(gè)剩余氣體流并且特別是在原料空氣被壓縮之前使該剩余氣體流與該原料 空氣混合。來自純氬塔或者粗氬塔的塔頂?shù)氖Ｓ鄽怏w的該回輸也可在粗氬 塔的塔頂上無回流冷凝器的產(chǎn)氬方法中有利地應(yīng)用。由此，與剩余氣體的 拋棄不同地，包含在該剩余氣體中的氬被回輸?shù)皆摴に囍?。氬產(chǎn)量相應(yīng)地 升高。在此，原則上可使用一個(gè)獨(dú)立的二次壓縮機(jī)(Riickverdichter)，但是， 剩余氣體在空氣壓縮機(jī)的上游供入到無壓力的原料空氣中是更有利的，特 別是比剩余氣體直接回輸?shù)接糜诘醴蛛x的蒸餾塔系統(tǒng)中(如在US 5133790中建議的那樣)更有利。
根據(jù)本發(fā)明，還提出了一種用于通過深冷分離空氣獲得氬的裝置，其 具有 一個(gè)用于壓縮原料空氣的空氣壓縮機(jī)；用于將壓縮了的原料空氣導(dǎo) 入到一個(gè)用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中的裝置；用于將一含氬的流從所述 用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出的裝置；用于將該含氬的流導(dǎo)入到一個(gè) 粗氬塔中的裝置，其中，該粗氬塔具有一個(gè)塔頂冷凝器，該塔頂冷凝器由 至少一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發(fā)通道； 用于將一塔頂氣體從粗氬塔導(dǎo)入到該塔頂冷凝器的液化通道中的裝置，用 于將在該塔頂冷凝器中獲得的冷凝物的至少一部分作為回流液體輸送給所 述粗氬塔的裝置，其中，該塔頂冷凝器是用于粗氬塔的回流的唯一的源； 用于將一液態(tài)的冷卻流體在所述塔頂冷凝器的一個(gè)第一端部上導(dǎo)入到所述
蒸發(fā)通道中的裝置；用于將一由蒸發(fā)了的冷卻流體和液態(tài)的剩余冷卻流體
構(gòu)成的混合物由所述塔頂冷凝器的一個(gè)第二端部從所述蒸發(fā)通道中取出的
裝置；用于將一粗氬流從所述粗氬塔或者塔頂冷凝器中取出的裝置；用于 將該粗氬流導(dǎo)入到一個(gè)純氬塔中的裝置；用于將一純氬產(chǎn)品流從該純氬塔 中取出的裝置。本發(fā)明提出，所述粗氬塔的塔頂冷凝器被構(gòu)造為回流冷凝 器，并且具有用于將該粗氬塔的塔頂氣體導(dǎo)入到該回流冷凝器的回流通道 中的裝置。
有利的是，所述用于將一液態(tài)的冷卻流體導(dǎo)入到蒸發(fā)通道中的裝置設(shè)置 在該塔頂冷凝器的下端部上，并且所述用于將一由蒸發(fā)了的冷卻流體和液 態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)成的混合物從所述蒸發(fā)通道中取出的裝置設(shè)置在該塔 頂冷凝器的下端部上。
有利的是，所述塔頂冷凝器由恰好一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成。 有利的是，該回流冷凝器具有至少一個(gè)換熱器塊，該換熱器塊被構(gòu)造為 板式換熱器。


下面借助于附圖中示意性示出的實(shí)施例詳細(xì)描述本發(fā)明以及本發(fā)明的 細(xì)節(jié)。其中
圖1示出本發(fā)明方法的第一實(shí)施例，其不具有附加冷凝器， 圖2示出具有附加冷凝器的第二實(shí)施例， 圖3示出第三實(shí)施例的粗氬塔和純氬塔，
圖4示出粗氬塔塔頂冷凝器中的溫度和濃度曲線，該粗氬塔塔頂冷凝
器根據(jù)本發(fā)明被構(gòu)造為回流冷凝器，
圖5是一個(gè)回流冷凝器的特殊結(jié)構(gòu)形式的示意性縱剖視圖，
圖6是該回流冷凝器的另一特殊結(jié)構(gòu)形式，示出一個(gè)回流通道的縱剖視圖。
附圖中彼此相應(yīng)的部件和方法步驟以相同的附圖標(biāo)記表示。
具體實(shí)施例方式
在圖1的方法中，大氣空氣1通過一個(gè)過濾器2由一個(gè)空氣壓縮機(jī)3 吸入并且在那里被壓縮到5.0至7.0巴、優(yōu)選大約5.5巴的絕對(duì)壓力并且接
著在一個(gè)直接接觸式冷卻器4中以直接熱交換的方式用冷卻水5、 6冷卻， 該冷卻水一部分5來自一個(gè)蒸發(fā)冷卻器7，另一部分6由一個(gè)外源供入。被 壓縮和冷卻了的空氣8在一個(gè)凈化裝置9中進(jìn)行凈化，該凈化裝置具有一 對(duì)容器，這些容器填充有吸附材料、優(yōu)選分子篩。被凈化了的空氣10在一 個(gè)主換熱器系統(tǒng)lla、 llb、 llc中被冷卻到露點(diǎn)。冷空氣12被導(dǎo)入到一個(gè) 用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中，該蒸餾塔系統(tǒng)另外還具有一個(gè)低壓塔14。 高壓塔13和低壓塔14被構(gòu)造為典型的林德雙塔并且通過一個(gè)主冷凝器15 熱交換地連接。在高壓塔的塔頂上的工作壓力為4.5到6.5巴、優(yōu)選大約5.0 巴并且在低壓塔的塔頂上的工作壓力為1.2到1.7巴、優(yōu)選大約1.3巴。
液態(tài)的粗氧16被從高壓塔13的池底中取出、在一個(gè)過冷卻逆流換熱 器17中過冷卻并且一部分19在純氬塔20的浴蒸發(fā)器21中進(jìn)一步冷卻。 另一部分22可以在池底蒸發(fā)器21旁邊被引導(dǎo)。接著， 一部分23流入到一 個(gè)粗氬塔25的塔頂冷凝器24的蒸發(fā)室中，另一部分流入到純氬塔20的塔 頂冷凝器27的蒸發(fā)室中。在塔頂冷凝器24、 27中蒸發(fā)的粗氧28、 29通過 管道30在一個(gè)第一中間部位上被供給到低壓塔14。來自粗氬塔25的塔頂 冷凝器24的、液態(tài)的剩余部分31同樣被引導(dǎo)到低壓塔14的所述第一中間 部位上。來自純氬塔20的塔頂冷凝器27的、液態(tài)的剩余部分32被輸送到 低壓塔14的一個(gè)第二中間部位上，該第二中間部位高于所述第一中間部位。
來自高壓塔13的塔頂?shù)臍鈶B(tài)氮33的第一部分34被引導(dǎo)到主換熱器1 la 的冷端上、在那里被加熱到大約環(huán)境溫度并且接著被分為一個(gè)壓力產(chǎn)品流 36 (GAN I )和一個(gè)回路流37。回路流37在一個(gè)具有再冷卻器39的回 路壓縮機(jī)38中被壓縮到25至60巴、優(yōu)選大約35巴的壓力并且在主換熱 器lla中被冷卻。高壓氮的一部分40在中間溫度時(shí)被從該主換熱器中取出 并且在一個(gè)減壓渦輪41中做功地(arbeitsleistend)減壓到大約高壓塔壓力。 被減壓了的回路流42又與冷的壓力產(chǎn)品流34混合?？赡艽嬖诘囊后w事先 被分離43并且通過管道44輸送到低壓塔14的塔頂上。高壓氮的另一部分 61被一直引導(dǎo)到主換熱器lla的冷端上并且接著被輸送到高壓塔13。
高壓塔13的剩余的氣態(tài)的塔頂?shù)?5在主冷凝器15中至少部分地冷凝。 在此產(chǎn)生的液態(tài)氮46的一部分47作為回流被輸送到高壓塔13中。另一部 分48、 49在過冷卻逆流式換熱器17中過冷卻后被引導(dǎo)到低壓塔14的塔頂 上。在那里可將一部分50作為液態(tài)氮產(chǎn)品(LIN)取出。氣態(tài)的氧51在低壓塔14的池底的緊上方被取出、在主換熱器lla中 加熱并且通過管道52作為無壓力的氣態(tài)產(chǎn)品(GOX III)被取出。來自低 壓塔14的池底的液態(tài)的氧流53在過冷卻逆流式換熱器17中被過冷卻并且 通過管道54被引導(dǎo)到一個(gè)液箱(LOX)。所述液態(tài)氧的至少一部分通過管 道55又被從該箱中取出、在泵56中被置于所需的產(chǎn)品壓力(例如6至60 巴、優(yōu)選大約31巴)并且在主換熱器lla中逆著高壓氮蒸發(fā)(或者在過臨 界的壓力下偽蒸發(fā))并且被加熱到環(huán)境溫度并且接著通過管道57被作為氣 態(tài)的高壓產(chǎn)品(GOX I)取出。高壓液體的一部分58通過一個(gè)節(jié)流閥59 減壓到例如6至25巴、優(yōu)選大約15巴的中間壓力并且在該低壓下蒸發(fā)并 且通過管道60被作為氣態(tài)的中間壓力產(chǎn)品(GOX II)取出。
來自低壓塔14的塔頂?shù)臍鈶B(tài)氮62、 63、 64和來自低壓塔14的一個(gè)中 間部位的氣態(tài)非純氮65、 66、 67分別在過冷卻逆流式換熱器17中被過冷 卻、在主換熱器塊llc或llb中被加熱并且通過管道68 (必要時(shí)在加熱69 后)被作為用于凈化裝置9的再生氣體使用、通過管道70供入到蒸發(fā)冷卻 器7和/或通過管道71直接排到大氣中。
一個(gè)含氬的流72在一個(gè)設(shè)置在所述第一中間部位下方的第三中間部位 上被取出并且在所述池底的緊上方被供入到粗氬塔25。在該實(shí)施例中，粗 氬塔25 —件式地構(gòu)成。粗氬塔的池底液體73通過泵74和管道75被回輸 到低壓塔中。
根據(jù)本發(fā)明，粗氬塔25的塔頂冷凝器24被構(gòu)造為回流冷凝器。來自 粗氬塔25的塔頂?shù)臍怏w在下面流入到回流通道中并且在那里部分地冷凝。 在此產(chǎn)生的冷凝物與在回流通道中上升的氣體逆流地向下流動(dòng)并且在粗氬 塔25中用作液態(tài)的回流。在蒸發(fā)側(cè)，塔頂冷凝器24被構(gòu)造為浴冷凝器。 在此由液態(tài)的粗氧23構(gòu)成的冷卻流體在下面通過一個(gè)或更多個(gè)側(cè)向的開口 流入到蒸發(fā)通道中并且在那里部分地蒸發(fā)。通過溫差環(huán)流效應(yīng)，液體被攜 帶出、與蒸發(fā)了的部分一起在蒸發(fā)通道的上端部上被排出并且被回輸?shù)揭?浴中。即塔頂冷凝器在蒸發(fā)側(cè)被構(gòu)造為浴蒸發(fā)器。
一個(gè)粗氬流76通過一個(gè)側(cè)向的總管從回流通道的上端部被氣態(tài)地取出 并且在一個(gè)中間部位上被引導(dǎo)到純氬塔20。在該實(shí)施例中，純氬塔20的塔 頂冷凝器在液化側(cè)傳統(tǒng)地構(gòu)成，也就是說，純氬塔20的塔頂氣體77從上 向下流經(jīng)液化通道。(替代地，純氬塔20的塔頂冷凝器27和/或主冷凝器
15也可被構(gòu)造為回流冷凝器。) 一個(gè)剩余氣體流78被從該塔頂冷凝器27 取出并且在該實(shí)施例中被排放到大氣中。替代地，該剩余氣體流也可以通 過一個(gè)自己的風(fēng)機(jī)回輸?shù)接糜诘醴蛛x的蒸餾塔系統(tǒng)中或者被回輸?shù)娇諝?壓縮機(jī)3前面。
純氬塔20的池底液體79的一部分80在池底蒸發(fā)器21中蒸發(fā)并且在 此產(chǎn)生的蒸汽81在純氬塔20中作為上升氣體使用。剩余物作為液態(tài)的純 氬產(chǎn)品流82取出。
圖2的實(shí)施例與圖1的不同之處主要在于純氬塔20的構(gòu)造。在此，純 氬塔20不具有塔頂冷凝器。在此，粗氬流176由從粗氬塔25的塔頂冷凝 器24的回流通道中排出的流的一部分構(gòu)成并且在塔頂上輸送給純氬塔20。 純氬塔20的塔頂氣體177被引導(dǎo)到粗氬塔25的塔頂上。剩余氣體流178 由粗氬塔和純氬塔的塔頂氣體的在塔頂冷凝器24中未冷凝的部分構(gòu)成。其 在這些回流通道的上端部上通過一個(gè)側(cè)向的總管被取出并且可以如圖1中 的剩余氣體流78那樣被處理。
圖3僅示出粗氬塔25和純氬塔20。在其他方面，該方法與圖1和2中 的方法相同。與圖2中類似地，在此一個(gè)第一粗氬流276a被以液態(tài)方式導(dǎo) 入到純氬塔20中。與圖2的不同之處在于，該導(dǎo)入不是在塔頂上進(jìn)行，而 是如圖1中那樣在純氬塔20的一個(gè)中間部位上進(jìn)行。在該部位上， 一個(gè)在 純氬塔中上升的氣體的一部分277也被取出并且被回輸?shù)酱謿逅?5的塔 頂。
來自塔頂冷凝器24的回流通道的塔頂?shù)恼羝?76b構(gòu)成一個(gè)第二粗氬 流。該第二粗氬流在一個(gè)被構(gòu)造為冷凝蒸發(fā)器的附加冷凝器227中至少部 分地冷凝。冷凝物282被作為回流輸送到純氬塔的塔頂。該附加冷凝器227 的蒸發(fā)側(cè)如塔頂冷凝器24的蒸發(fā)側(cè)那樣被構(gòu)造為液浴蒸發(fā)器，其中這兩者 優(yōu)選設(shè)置在相同的、通過液態(tài)的粗氬物質(zhì)23進(jìn)行供應(yīng)的液浴中。
在圖4中， 一方面溫度曲線在冷凝器塊的高度上被記載(左軸)。在 所述在回流通道中冷凝的、溫度大致等于蒸發(fā)通道中的溫度的液體(上曲 線"冷凝")與相對(duì)于該液體逆流地上升的、蒸發(fā)的氣體(下曲線"蒸發(fā)") 之間存在一個(gè)溫度差(MTD)，該溫度差在回流冷凝器的高度上幾乎是恒 定的。
另一方面，示出在所述塊中上升的氣體的氮含量。在該實(shí)施例中，該
回流冷凝器假定具有五個(gè)理論塔板(Boden)的分離作用。在一個(gè)粗氬塔的 塔頂冷凝器中， 一個(gè)理論塔板導(dǎo)致氮富集約因數(shù)3 (氬中的氮的K值)。
所有述及的冷凝器優(yōu)選被構(gòu)造為焊接的鋁板換熱器，其通道包含波形 的板，即所謂的翅。在回流通道內(nèi)部原則上可使用相同類型的翅。然而對(duì) 于回流冷凝器有利的是，使用不同類型的翅。在圖5中示出一個(gè)實(shí)施例。 在此示出的回流通道被分為四段A-D，在其中使用不同類型的翅。在該回 流冷凝器的位于下部的入流區(qū)域中，氣體載荷最大并且因此洪潮傾向 (Flutneigmig)最大。氣體載荷向上總是變小。因此在下部區(qū)域A中優(yōu)選 選擇具有小的單位壓力損失和相對(duì)差的熱傳導(dǎo)的翅。向上在區(qū)域B、 C和D 中使用分別具有大壓力損失和改善的熱傳導(dǎo)的翅。這些翅的波長(翅密度) 例如向上增加。
圖6示出另一方法，回流冷凝器24的回流通道的運(yùn)行被這樣設(shè)計(jì)，使 得原則上向上降低的氣體載荷被補(bǔ)償。在此，待冷凝的氣體的一部分通過 管道383在上部被輸送至回流通道。這降低了下部區(qū)域中的氣體載荷。因 為向著塔頂流動(dòng)的氣體量?jī)H僅是待冷凝的氣體量的一個(gè)部分量，所以需要 的管道系統(tǒng)占據(jù)很少的空間并且節(jié)省了結(jié)構(gòu)體積。
在另一構(gòu)型中，蒸發(fā)側(cè)的回流冷凝器被構(gòu)造為降膜式蒸發(fā)器，也就是 說，待蒸發(fā)的冷卻流體在上部被輸入并且以膜流(Filmstr6mimg)穿過蒸發(fā) 通道向下流動(dòng)。在此，也得到蒸發(fā)溫度和液化溫度在回流冷凝器的高度上 的特別有利的溫度曲線。
權(quán)利要求
1.一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(dǎo)到一個(gè)用于氮氧分離(13，14)的蒸餾塔系統(tǒng)中，從該用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出一含氬的流(72)，將該含氬的流(72)引導(dǎo)至一個(gè)粗氬塔(25)，該粗氬塔(25)具有一個(gè)塔頂冷凝器(24)，該塔頂冷凝器由至少一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發(fā)通道，將一塔頂氣體從粗氬塔(25)引導(dǎo)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(tài)的冷卻流體引導(dǎo)至所述蒸發(fā)通道的一個(gè)第一端部上并且使該冷卻流體在那里部分地蒸發(fā)，從所述蒸發(fā)通道的一個(gè)第二端部取出一個(gè)由蒸發(fā)了的冷卻流體和液態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)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(dǎo)至一個(gè)純氬塔(20)，并且從該純氬塔(20)取出一純氬產(chǎn)品流(81)，其特征在于將所述粗氬塔(25)的塔頂冷凝器(24)構(gòu)造為回流冷凝器并且將該粗氬塔的塔頂氣體導(dǎo)入到該回流冷凝器的回流通道中。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于將所述液態(tài)的冷卻流體引 導(dǎo)至所述蒸發(fā)通道的下端部上并且將所述由蒸發(fā)了的冷卻流體和液態(tài)的剩 余冷卻流體構(gòu)成的混合物由蒸發(fā)通道的下端部取出。
3. 如權(quán)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(gè)板式換熱器塊構(gòu)成。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于從所述回流通道的上部區(qū)域中取出所述粗氬流(76， 276b)。
5. 如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于從粗氬塔(25) 的上部區(qū)域并且從所述回流通道中不取出剩余氣體流。
6. 如權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該粗氬流(276b) 被以氣態(tài)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(dǎo)入(282)的上游在一個(gè)附加冷凝器(227)中至少部分地 被冷凝。
7. 如權(quán)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(gòu)造為冷凝蒸發(fā)器，其中，兩個(gè)蒸發(fā)通道被供給相同的 冷卻流體(23)。
8. 如權(quán)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(gòu)造為液浴蒸發(fā)器并且被設(shè)置在同一個(gè)液浴中。
9. 如權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述粗氬流(176， 282)被在液態(tài)下輸送至純氬塔(20)的塔頂。
10. 如權(quán)利要求1-9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于由純氬塔(20) 的塔頂或者從所述回流通道的上部區(qū)域中取出一剩余氣體流(78， 178， 278) 并且使該剩余氣體流特別是在所述原料空氣被壓縮(3)之前與該原料空氣混合。
11. 如權(quán)利要求1-10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于所述回流冷凝 器具有至少一個(gè)換熱器塊，該換熱器塊被構(gòu)造為板式換熱器。
12. —種用于通過深冷分離空氣獲得氬的裝置，其具有 一個(gè)用于壓縮原料空氣(1)的空氣壓縮機(jī)(3)，用于將壓縮了的原料空氣(8， 10， 12)導(dǎo)入到一個(gè)用于氮氧分離(13， 14)的蒸餾塔系統(tǒng)中的裝置，用于將一含氬的流(72)從所述用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出的 裝置，用于將該含氬的流(72)導(dǎo)入到一個(gè)粗氬塔(25)中的裝置，其中，該粗氬塔(25)具有一個(gè)塔頂冷凝器(24)，該塔頂冷凝器由至少一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成，該板式換熱器塊具有液化通道和蒸發(fā)通道， 用于將一塔頂氣體從粗氬塔(25)導(dǎo)入到該塔頂冷凝器的液化通道中的裝置，用于將在該塔頂冷凝器(24)中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)的裝置，其中，該塔頂冷凝器是用于粗氬塔的回流的唯一的源，用于將一液態(tài)的冷卻流體在所述塔頂冷凝器的一個(gè)第一端部上導(dǎo)入到 所述蒸發(fā)通道中的裝置，用于將一由蒸發(fā)了的冷卻流體和液態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)成的混合物由 所述塔頂冷凝器的一個(gè)第二端部從所述蒸發(fā)通道中取出的裝置，用于將一粗氬流(76， 176， 276a， 276b)從所述粗氬塔(25)或者塔 頂冷凝器(24)中取出的裝置，用于將該粗氬流(76， 176， 276a， 276b)導(dǎo)入到一個(gè)純氬塔(20)中 的裝置，用于將一純氬產(chǎn)品流(81)從該純氬塔(20)中取出的裝置， 其特征在于，該粗氬塔(25)的塔頂冷凝器(24)被構(gòu)造為回流冷凝器并且具有用于 將該粗氬塔的塔頂氣體導(dǎo)入到該回流冷凝器的回流通道中的裝置。
13.如權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于所述用于將一液態(tài)的冷 卻流體導(dǎo)入到蒸發(fā)通道中的裝置設(shè)置在該塔頂冷凝器的下端部上，并且所 述用于將一由蒸發(fā)了的冷卻流體和液態(tài)的剩余冷卻流體構(gòu)成的混合物從所 述蒸發(fā)通道中取出的裝置設(shè)置在該塔頂冷凝器的下端部上。
14. 如權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征在于該塔頂冷凝器由恰 好一個(gè)板式換熱器塊構(gòu)成。
15. 如權(quán)利要求12-14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于該回流冷凝 器具有至少一個(gè)換熱器塊，該換熱器塊被構(gòu)造為板式換熱器。
全文摘要
本發(fā)明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(dǎo)入到一個(gè)用于氮氧分離(13，14)的蒸餾塔系統(tǒng)中。從該用于氮氧分離的蒸餾塔系統(tǒng)中取出一含氬的流(72)。將該含氬的流(72)引導(dǎo)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(dǎo)至一純氬塔(20)。從該純氬塔(20)取出一純氬產(chǎn)品流(81)。粗氬塔(25)的塔頂冷凝器(24)被構(gòu)造為回流冷凝器并且該粗氬塔的塔頂氣體被導(dǎo)入到該回流冷凝器的回流通道中。
文檔編號(hào)F25J3/02GK101358802SQ200810131148
公開日2009年2月4日 申請(qǐng)日期2008年7月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月30日
發(fā)明者H·科爾杜安 申請(qǐng)人:林德股份公司