[发明专利]从空气中获取氦氖浓缩物的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及从空气获取氦氖浓缩物的方法。

背景技术

在乌尔曼化工大辞典(Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry，UEIC 2009/A-Z/N/惰性气体，第4.1.1节)中描述了此类方法。在此获得的氦氖浓缩物通常不在现场继续处理，而是灌装在气瓶中；JP 62-041572A、US 1,951,183和SU 585728公开了类似的方法。然后将氦氖浓缩物送至用于获取实际上纯净的氦氖混合气或纯净的氦和/或氖的专用设备，其中在一个方法和一个设备中由多个空气分离装置进一步分离氦氖浓缩物，其中该工序和设备与用于获取氦氖浓缩物的工序和设备相互分离。例如Bondarenko等人在2007年北京国际制冷大会上的“Wave Cryogenerators Applied in Technologies of Rare Gas Separation”中描述了此类专用设备。

在公知的方法中，通过在塔顶冷凝器中局部冷凝塔顶馏分并从氦氖塔的塔顶冷凝器排出氦氖浓缩物作为气态剩余部分，从而从氦氖塔的塔顶馏分排出氦氖浓缩物。在此使用来自用于氮氧分离的精馏塔系统的压力塔的上部区域的液氮作为液态制冷剂流，其在氦氖塔的塔顶冷凝器中与实施冷凝的塔顶馏分的间接热交换中蒸发。氦氖塔的塔顶冷凝器的蒸发室内的压力为1.1bar或更高的高于大气压的压力，由此随后可以将在蒸发室内蒸发的氮气导入低压塔中；选择性地，蒸发的氮气可以经由主热交换器离开设备。氦氖塔塔顶冷凝器的液化室内的压力等于氦氖塔的工作压力，该工作压力又大致对应于用于氮氧分离的精馏塔系统的压力塔的工作压力，即约为5至6bar。由于在该方法的基本结构中设定的这些压力，在氦氖塔塔顶冷凝器中最大可以达到约为50摩尔％的氖含量及最大约为18摩尔％的氦含量。剩余冷凝物基本上由氮构成，还含有少量的氩。可以通过降低氦氖塔塔顶冷凝器的工作温度而改善浓缩度；但是为此蒸发室必须在低于大气压的压力下工作，并且使用真空泵来排出在此形成的蒸汽。

发明内容

本发明的目的在于，提供上述类型的方法以及对应的装置，其能够以不同的方式实现更高的氦浓度和/或氖浓度。

该目的是通过本发明实现的。在此，在高于氦氖塔工作压力的压力下对中间产品流进行部分冷凝。由此提高气态剩余部分的氦含量和氖含量，氦氖浓缩物的浓缩程度更高，因此更加有价值。采用本发明的方法，可以使产品流中的氖含量例如达到60至75摩尔％，优选70至72摩尔％，以及使氦含量例如达到15至25摩尔％，优选18至21摩尔％。

在由UEIC文章所公开的方法中，通过将全部塔顶气体馏分导入氦氖塔的塔顶冷凝器中并进行部分冷凝，其中全部气态部分形成产品流，从而从氦氖塔的塔顶气体馏分排出产品流。本发明中的术语“排出”包括该情况。其一般包括使用或不使用中间步骤从第一流获取第二流。所述中间步骤例如可以位于一个或多个压缩步骤和/或部分冷凝步骤中。其可以但不是必须提高氦氖浓度。在本发明的范畴内，原则上可以对作为中间产品流的全部塔顶气体馏分进行增压。更有益的是，这仅是利用一部分尤其是预先浓缩的塔顶气体流，例如通过一个或多个部分冷凝步骤，即冷凝出较重的挥发性部分，从而实现的。在本申请中术语“排出”尤其包括单级或多级浓缩方法。若例如从第一馏分排出第二馏分作为部分冷凝的气态部分及以类似方式从第二馏分排出第三馏分，则在此意义上从第二馏分和第一馏分“排出”第三馏分。但“排出”也包括将第一流直接且完全地作为来自所述排出的第二流的一种继续引导。

本发明的术语“用于氮氧分离的精馏塔系统”可以被设计为单塔系统、双塔系统、三塔或多塔系统。最通常使用双塔系统，如UIEC 2009中所示，即一种经典的林德双塔系统。该双塔系统包括压力塔、低压塔和主冷凝器，在其液化室内对来自压力塔的塔顶氮进行部分冷凝。此外还可以设置用于获取高纯产品和/或其他空气成分尤其是其他惰性气体的其他装置，例如氩气获取装置和/或氪氙获取装置。

“来自用于氮氧分离的精馏塔系统的富氮流”可用于氦氖塔，在双塔系统的情况下，优选从主冷凝器的液化室作为气流排出。

在本发明的方法中，对中间产品流进行部分冷凝的“第一提高的压力”例如为5至32bar，优选为28至31bar。氦氖塔的工作压力例如在5至8bar，优选5.5至6.5bar的范围内。

可以在相分离下游将产品流压缩到比第一提高的压力更高的第二提高的压力，从而例如使氦氖浓缩物适合于运输。“第二提高的压力”例如是100至200bar，优选为150至250bar。