[发明专利]从管道氧气回收氪、氙

说明书

技术领域

本发明涉及用于从在氧气管道中流动的氧气产生富氪-氙(krypton-xenon-rich)流的方法和设备，所述富氪-氙流能被进一步处理成产生氪和氙产物。更具体地，本发明涉及这样的方法，在该方法中将氧气流从氧气管道去除并且接着引入低温精馏过程(cryogenic rectification process)中，该低温精馏过程从蒸馏塔(column)内的底部液体中产生富氪-氙流。

背景技术

氪气和氙气是用于各种不同的工业、商业和医疗应用中的稀有气体，并且通常从空气进行回收。基于不受潮的情况下，空气含有大约78.08%的氮气、20.95%的氧气以及0.93%的氩气。空气的余下部分含有二氧化碳、较重的碳氢化合物以及痕量的氖气、氦气、氪气、氢气和氙气。通常，氪气以按体积计约百万分之1.14的量存在，而氙气以按体积计约百万分之0.087的量存在。

通过低温蒸馏从空气回收氪气和氙气，该低温蒸馏涉及到步骤：压缩、冷却空气并且接着在蒸馏塔中精馏空气，蒸馏塔具有以热传递关系可操作地彼此相关联的高压塔和低压塔，使得富氧塔底产物(column bottom)聚集在低压塔中，低压塔用于使在较高压力塔中产生的富氮蒸气顶部产物冷凝。生成的液氮用于使高压塔回流并且使低压塔回流。由于氪气和氙气都具有比氧气更低的挥发性的事实，氪气和氙气将聚集在产生于低压塔中的氧气中。因此，从低压塔去除的液氧流最初将在蒸馏塔中进行蒸馏以产生富氪-氙流，通过一系列蒸馏步骤能进一步处理该富氪-氙流来产生氪和氙产物。在这样的进一步处理中，去除了也将聚集在氧气中的较重的碳氢化合物。

用于与来自液氧流的氪和氙的初始浓缩物连接的蒸馏塔一般是被并入到空气分离装置(plant)本身中。在美国专利号6,378,333 中示出了其一个实例，在其中液氧流从低压塔去除并且接着被引入到蒸馏塔的顶部中，该蒸馏塔用于浓缩在该塔内形成的底部液体中的氙。用来自高压塔的富氮蒸气使蒸馏塔再沸腾，该富氮蒸气转而被冷凝以用作到高压塔的回流。一部分的底部液体可被去除、输送至板(trap)以去除碳氢化合物，并且接着被再引入到蒸馏塔中。在美国专利号6,694,775中，将液氧流从低压塔中去除并且泵送以产生加压的液氧流。一部分被泵送的液氧流在热交换器中被部分加热并且蒸发。生成的高压氧蒸气在蒸馏塔中被精馏，该蒸馏塔用被泵送的液氧流的余下部分进行回流。热交换器用于使被压缩的空气流冷凝，该空气流在冷凝之后被供给到双塔单元中。一部分被压缩的空气能用于使蒸馏塔再沸腾。在美国专利申请号2006/0021380 A1中，不同于其它两个专利，从在高压塔中产生的底部液体得到的粗制液氧流在辅助蒸馏塔中被进一步精炼，通过氩冷凝器使辅助蒸馏塔再沸腾以在氩塔内使氩冷凝用于回流目的。来自辅助蒸馏塔的剩余液体被当作为富氪-氙流。

由于氪气和氙气在照明和激光的应用中使用需求的增长，对于这样的气体的需求已经随着时间推移而增长。氙气也被用作麻醉剂。由此，也存在着将低温空气分离装置改型来回收用于这样应用的氪气和氙气的需求。这样的改型的难点在于难以更改具有诸如以上说明的设备的现存装置。 

如将要讨论的，本发明通过提供用于产生富氪-氙流的工艺来解决该问题，该工艺能在使用了在氧气管道中从装置流出的氧气的独立式设备中实现。

发明内容

本发明提供了一种产生富氪-氙流的方法，其中将包含有氧蒸气的管道氧气流在环境温度下从氧气管道去除。管道氧气流被引入到低温精馏过程中以产生富氪-氙流。在低温精馏工艺中，管道氧气流被冷却至一温度，该温度处于或接近被包含在管道氧气流中的氧蒸气的露点温度。在已经被冷却之后，至少一部分管道氧气流在蒸馏塔中被精馏，以产生富氪-氙液态塔底产物。富氪-氙流从蒸馏塔被排出，并且富氪-氙流由富氪-氙液态塔底产物组成。将致冷(refrigeration)施加(impart)到低温精馏过程中。

管道氧气流在主热交换器中能被冷却，并且管道氧气流的精馏产生了富氧蒸气塔顶产物(column overhead)。由富氧蒸气塔顶产物组成的富氧蒸气流从蒸馏塔中被去除，并且被分成第一富氧蒸气流和第二富氧蒸气流。第一富氧蒸气流在冷凝器中被冷凝以产生回流流(reflux stream)，并且至少一部分所述回流流作为回流被引入到蒸馏塔中。第二富氧蒸气流在主热交换器中与来自氧气管道的管道氧气流间接热交换过程中被传送，以便协助使管道氧气流冷却。第二富氧蒸气流被再循环回到氧气管道。