[发明专利]利用分离空气的三塔系统和粗氩塔制备氩的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用空气分离的三塔系统和粗氩塔制备氩的方法。在该方法中，空气在三塔系统中被蒸镏，该三塔系统包括高压塔、低压塔和中压塔。中压塔将来自高压塔的第一富氧馏分进行分离，特别是用来生产氮，氮则以液态形式作为回流液导入低压塔或作为产品取出。从三塔系统流出的含氩的馏分，特别是从低压塔中流出的馏分，被导入粗氩塔中；在粗氩塔中，氧和氩彼此分离。

背景技术

在Hansen/Linde的专著《低温技术》(第二版，1985)和Latimer于《化学工程进展》的论文(第63卷，第2期，1967，第35页)中系统地阐述了低温分离空气的基本原理。对于三塔系统而言，高压塔和低压塔优选地形成Linde-双塔，这就是说，这两个塔在热交换系统中为主要的冷凝装置(然而本发明中基本上是应用另外的高压塔和低压塔的排列结构和/或应用另外的冷凝器排列结构)。与经典的Linde-双塔处理方法不同，在三塔方法中，不是所有的在高压塔中形成的富氧液体直接导入低压塔中，而将从高压塔中流出的第一富氧馏分流入中压塔中，并在中压塔中于中压下进行预分离，所述中压为高压塔和低压塔工作压力之间的压力。在中压塔中，从第一富氧馏分中生成氮(“第二氮-塔顶气”)，液化该氮气，将其作为三塔系统中另外的回流液和/或作为液态氮产品取出。这种三塔方法例如可从DE 1065867 B、DE 2903089 A、US 5692395或EP1043556中获知。

具有附加的粗氩塔的三塔系统可以从上述的Latimer论文中以及从US 4433989、EP 828123 A或EP 831284 A中等获知。

在上述的用来分离氮-氧和氧-氩的四塔装置中，还可以进一步附加其他的分离装置，例如一个用来分离氩-氮的纯氩塔或一个或多个用来制备氪和/或氙的分离塔，或者非蒸馏分离的装置或后净化装置。

发明内容

本发明的基本任务就是提供一种用三塔系统和粗氩塔制备氩的方法或装置，该方法或装置是特别经济实用的。

上述任务可按如下解决，即用于粗氩塔的回流液的产生和用于中压塔的上升蒸气的产生是在一个单独的热交换过程中进行的。另一个特征是粗氩-冷凝器同时作为中压塔的塔底气化器。这样，一个单独的冷凝器-气化器就可以起二种功能。在本发明中，一方面装置费用特别小；另一方面，本发明的方法特别节能，例如通过降低热交换的损耗。

在回顾氩制备法的历史时，人们也许首先会认为在WO 8911626中已经提出了一种类似的方法。在该专利申请中，提出了一种具有粗氩塔的双塔系统，在该系统中粗氩-冷凝器具有在较小的理想塔板范围内的传质面(Stoffaustauchabschnitt)。然而，这个传质面是在如低压塔中的工作压力下工作，出于这个原因，其已经没有本发明意义上的中压塔了。

优选地，至少有一部分从中压塔馏出的第二氮-塔顶气，通过与冷却液的间接热交换，至少部分地被冷凝，优选全部被冷凝。这样所产生的液氮可以作为液态回流液回流入中压塔中；在这种情况下，这种间接的热交换起到了作为中压塔的塔顶冷凝器的作用。从该第二氮-塔顶气得到的冷凝物可以作为液态产品取出和/或作为回流液流入低压塔中。原则上，每种已知的馏分，例如从高压塔、中压塔或低压塔中流出的富氧液体，都能作为用于冷凝第二氮-塔顶气的冷却液。

在本发明的方法中，如果粗氩-冷凝器采用降膜蒸发器，那么就更为有利。这样，从中压塔中流出的第二富氧液体，在粗氩-冷凝器中只是部分地被蒸发。所生成的二相混合物被导入相分离装置，在此，富氧蒸气和液态成分互相分离。所说的富氧蒸气输送回中压塔，而液态成分输送到低压塔。采用降膜蒸发器作为粗氩-冷凝器，使得液化室和气化室之间的温差特别小。这种性能有助于粗氩塔和中压塔工作压力的优化。