FR2950685A1 - Apparatus for extracting xenon and krypton from air separation apparatus, has duct extracting krypton and xenon enriched liquid from tank of concentration column, and another duct transferring gas from head of column towards heat exchanger - Google Patents

Apparatus for extracting xenon and krypton from air separation apparatus, has duct extracting krypton and xenon enriched liquid from tank of concentration column, and another duct transferring gas from head of column towards heat exchanger Download PDF

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Abstract

The apparatus has a first duct for transferring krypton and xenon enriched liquid (17) from a tank of an enrichment column (3) towards a hot purifying unit (9) to form a purified gas. A second duct transfers the purified gas from the hot purifying unit towards a heat exchanger (25). A third duct transfers the purified gas from the heat exchanger towards an upper part of a concentration column (13). A fourth duct extracts the liquid from a tank of the concentration column, and a fifth duct transfers a gas from a head of the concentration column towards the heat exchanger. An independent claim is also included for a method for extracting xenon and krypton from an air separation apparatus.

Description

La présente invention s'applique aux appareils et aux procédés de production de séparation des gaz de l'air équipés d'une colonne de concentration capable de produire une mixture concentrée en krypton et xénon. The present invention is applicable to apparatus and methods for producing air separation gas equipped with a concentration column capable of producing a concentrated mixture of krypton and xenon.

Dans certaines unités, telle qu'illustré dans la Figure 1, un débit liquide 1, flitré pour enlever des hydrocarbures et contenant du krypton et du xénon, est envoyé de la colonne basse pression d'une double colonne de séparation d'air à une colonne d'enrichissement 3. La colonne d'enrichissement 3 a un rebouilleur de cuve 5 chauffé par un gaz calorigène 4, par exemple de l'azote ou de l'air. Le rebouilleur de cuve peut être un vaporiseur à bain du type en In some units, as illustrated in Figure 1, a liquid flow 1, flitered to remove hydrocarbons and containing krypton and xenon, is sent from the low pressure column of a double air separation column to a enrichment column 3. The enrichment column 3 has a bottom reboiler 5 heated by a caloric gas 4, for example nitrogen or air. The tank reboiler may be a bath type vaporizer

io aluminium à plaques bras ées. Un gaz de tête 21 est soutiré en tête de cette colonne 3 et est renvoyé à la colonne basse pression. La mixture 7 issue de la cuve cette colonne 3 et enrichie en krypton, xénon et au plus 5000 ppm de méthane est vaporisée et envoyée vers une unité d'épuration chaude 9. Cette unité d'épuration chaude 9 a pour but d'éliminer les hydrocarbures et autre aluminum with brazed plates. An overhead gas 21 is withdrawn at the top of this column 3 and is returned to the low pressure column. The mixture 7 from the tank 3 column and enriched in krypton, xenon and at most 5000 ppm of methane is vaporized and sent to a hot purification unit 9. This hot purification unit 9 is intended to eliminate hydrocarbons and other

15 produits de combustion des hydrocarbures. 15 products of combustion of hydrocarbons.

En amont de l'unité d'épuration chaude, le liquide de cuve 7 est pompé à au moins 8 bars. L'unité d'épuration chaude 9 comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification. Au sein de cette unité de vaporisation, il est vaporisé et réchauffé dans un échangeur à l'eau chauffée par de la vapeur Upstream of the hot purification unit, the tank liquid 7 is pumped to at least 8 bars. The hot purification unit 9 comprising a vaporization unit and a purification unit. In this vaporization unit, it is vaporized and heated in a steam-heated water exchanger.

20 ou de l'eau chaude (non-illustré). 20 or hot water (not shown).

Ce débit vaporisé est envoyé à un réacteur catalytique formant partie de l'unité de purification qui oxyde à 500°C le méthane et les traces restantes d'autres hydrocarbures. La réaction produit de l'eau et du CO2. Le produit est ensuite refroidi dans un refroidisseur à l'eau. Les produits de la combustion qui This vaporized flow is sent to a catalytic reactor forming part of the purification unit which oxidizes at 500 ° C the methane and the remaining traces of other hydrocarbons. The reaction produces water and CO2. The product is then cooled in a water cooler. The products of combustion that

25 sont l'eau et le dioxyde de carbone sont éliminés par adsorption. 25 are water and carbon dioxide are removed by adsorption.

Au final, le produit 11 épuré en hydrocarbures, CO2 et H20 est concentré (sous température cryogénique) jusqu'à obtenir un produit contenant très peu d'oxygène et le reste en krypton et xénon. La concentration se fait dans une ou deux colonnes de distillation, dans la Figure 1 une seule colonne 13 est Finally, the product 11 purified with hydrocarbons, CO2 and H2O is concentrated (under cryogenic temperature) until obtaining a product containing very little oxygen and the remainder in krypton and xenon. The concentration is in one or two distillation columns, in Figure 1 a single column 13 is

30 illustrée. Le gaz chaud 11 provenant de la partie chaude est refroidi dans le rebouilleur 15 de cette colonne de concentration finale 13 et ensuite liquéfié dans le rebouilleur 5 de la colonne d'enrichissement 3. Il est ensuite introduit en tête de colonne de concentration finale 13 (comme reflux). Le gaz froid 19 de tête de colonne est renvoyé vers la colonne d'enrichissement 3 et un produit liquide 17 riche en krypton et xénon (contenant au moins 98% de ces composés) est soutiré en cuve de la colonne de concentration finale 13. Afin de découpler les deux phases de concentration cryogénique, il peut être envisagé d'utiliser de l'azote liquide 23 envoyé en tête de la colonne de concentration finale 13 (Figure 2) plutôt que d'envoyer le gaz 11 du rebouilleur 15 vers le rebouilleur 5. Ainsi, le gaz 11 est envoyé du rebouilleur 15 vers la colonne 13 sans passer par le rebouilleur 5. Le gaz 19 rejeté à l'atmosphère contient des molécules d'oxygène qui sont perdues ainsi que le froid qu'elles contiennent. 30 illustrated. The hot gas 11 from the hot part is cooled in the reboiler 15 of this final concentration column 13 and then liquefied in the reboiler 5 of the enrichment column 3. It is then introduced at the top of the final concentration column 13 ( as reflux). The cold gas 19 at the top of the column is returned to the enrichment column 3 and a liquid product 17 rich in krypton and xenon (containing at least 98% of these compounds) is withdrawn in the tank from the final concentration column 13. to decouple the two phases of cryogenic concentration, it may be envisaged to use liquid nitrogen 23 sent to the top of the final concentration column 13 (FIG. 2) rather than sending the gas 11 from the reboiler 15 to the reboiler 5. Thus, the gas 11 is sent from the reboiler 15 to the column 13 without passing through the reboiler 5. The gas 19 released to the atmosphere contains oxygen molecules which are lost as well as the cold they contain.

io Selon un objet de l'invention, il est prévu un appareil d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne et une deuxième colonne, une unité d'épuration chaude comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de According to one object of the invention, there is provided an apparatus for extracting krypton and xenon from an air separation apparatus comprising at least a first column and a second column, a hot purification unit. comprising a vaporization unit and a purification unit, a conduit for sending a krypton and xenon enriched liquid from the

15 séparation d'air en tête de la première colonne, une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude pour former un gaz épuré, une conduite pour envoyer le gaz épuré dans l'unité d'épuration chaude vers un échangeur de chaleur par contact indirect, une conduite pour envoyer le gaz épuré de l'échangeur vers la partie supérieure de Separating air at the top of the first column, a conduit for sending a bottom liquid from the first column to the hot purification unit to form a purified gas, a conduit for supplying the purified gas to the purification unit. heat treatment to an indirect contact heat exchanger, a pipe for sending the purified gas from the heat exchanger to the upper part of the

20 la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et une conduite pour envoyer un gaz de tête de la deuxième colonne vers l'échangeur. The second column, a line for withdrawing a krypton and xenon-rich liquid in the bottom of the second column and a line for sending a top gas from the second column to the exchanger.

Eventuellement l'appareil comprend : Possibly the apparatus comprises:

- une conduite pour envoyer le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen 25 de refroidissement faisant partie de l'unité d'épuration chaude ; a pipe for sending the exchanger head gas to a cooling means forming part of the hot purification unit;

- une conduite pour envoyer de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne ; a pipe for sending liquid nitrogen at the head of the second column;

- la première colonne a un rebouilleur de cuve et dans lequel l'échangeur est un échangeur distinct de ce rebouilleur de cuve ; the first column has a bottom reboiler and in which the exchanger is a heat exchanger separate from this reboiler;

30 - seules des conduites de gaz épuré et de gaz de tête de la deuxième colonne sont reliées à l'échangeur. Only purified gas lines and overhead gases of the second column are connected to the exchanger.

Selon un autre objet de l'invention, il est prévu un procédé d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne et une deuxième colonne et une unité d'épuration chaude dans lequel on envoie un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, on envoie un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude, on refroidit le liquide ainsi épuré de l'unité d'épuration chaude dans un échangeur de chaleur par contact indirect, on envoie le liquide épuré de l'échangeur vers la tête de la deuxième colonne, on soutire un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et on réchauffe un gaz de tête de la deuxième colonne dans l'échangeur. According to another object of the invention, there is provided a method for extracting krypton and xenon from an air separation apparatus comprising at least a first column and a second column and a hot purification unit in which a liquid enriched in krypton and xenon from the air separation apparatus is sent to the top of the first column, a bottom liquid is sent from the first column to the hot purification unit, the liquid is cooled thus purified from the hot purification unit in an indirect contact heat exchanger, the purified fluid of the exchanger is sent to the head of the second column, a liquid rich in krypton and xenon is withdrawn in the tank of the second column. column and warming a top gas of the second column in the exchanger.

io Eventuellement : io Eventually:

- on envoie le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement du gaz traité dans l'unité d'épuration chaude ; the feed gas of the exchanger is sent to a means for cooling the treated gas in the hot purification unit;

- on envoie de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne ; - Liquid nitrogen is sent to the head of the second column;

- la première colonne est chauffée au moyen d'un rebouilleur de cuve et 15 dans lequel l'échangeur est distinct du rebouilleur de cuve ; the first column is heated by means of a bottom reboiler and in which the heat exchanger is separate from the bottom reboiler;

- la première colonne est chauffée uniquement par envoi d'azote gazeux en cuve de la colonne. the first column is heated only by sending nitrogen gas to the bottom of the column.

L'invention se résume, en particulier, en deux points essentiels : The invention is summarized, in particular, in two essential points:

1. Utilisation du froid contenu dans le gaz froid de tête de la colonne de 20 concentration finale pour refroidir le gaz entrant de la colonne de concentration 1. Use of cold contained in the cold gas head of the final concentration column to cool the incoming gas of the concentration column

finale. final.

2. Récupération des frigories du gaz rejeté à l'atmosphère. En effet, l'unité d'épuration chaude est composée d'un réacteur ayant pour but de brûler les hydrocarbures à haute température. Le débit sortant est alors refroidi dans 2. Recovery of the frigories of the gas released into the atmosphere. Indeed, the hot purification unit is composed of a reactor for the purpose of burning hydrocarbons at high temperature. The outflow is then cooled in

25 une série d'échangeurs, le dernier étant un refroidisseur à l'eau. Le débit refroidi est alors envoyé vers une dessiccation qui enlève les produits de combustion (CO2 et H2O). L'invention consiste en particulier à rajouter un échangeur utilisant les frigories citées plus haut. Une variante serait aussi de remplacer le refroidisseur à l'eau en aval de l'épuration chaude par un 25 a series of exchangers, the last being a water cooler. The cooled flow is then sent to desiccation which removes the products of combustion (CO2 and H2O). The invention consists in particular in adding an exchanger using the frigories mentioned above. A variant would also be to replace the cooler with water downstream of the hot scrubber by a

30 échangeur utilisant ces frigories. (Figure 4). Exchanger using these frigories. (Figure 4).

L'invention sera décrite en plus de détails en se référant aux figures, les Figures 3 et 4 représentant des appareils selon l'invention. The invention will be described in more detail with reference to the figures, Figures 3 and 4 showing apparatus according to the invention.

Dans la Figure 3 un débit 1 contenant du krypton et du xénon est envoyé de la colonne basse pression d'une double colonne de séparation d'air à une colonne d'enrichissement 3. La colonne d'enrichissement 3 a un rebouilleur de cuve 5 chauffé par un gaz calorigène 4. Un gaz de tête 21 est soutiré en tête de cette colonne 3 et est renvoyé à la colonne basse pression. La mixture 7 issue de cette colonne 3 est envoyée vers une unité d'épuration chaude 9, telle que décrite ci-dessus. Cette unité d'épuration chaude 9 a pour but d'éliminer les hydrocarbures et autre produits de combustion des hydrocarbures. Au final le produit 11 épuré en hydrocarbures, CO2 et H20 est concentré (sous In Figure 3 a flow 1 containing krypton and xenon is sent from the low pressure column of a double air separation column to an enrichment column 3. The enrichment column 3 has a bottom reboiler 5 heated by a caloric gas 4. A top gas 21 is withdrawn at the top of this column 3 and is returned to the low pressure column. The mixture 7 from this column 3 is sent to a hot purification unit 9, as described above. This hot purification unit 9 is intended to remove hydrocarbons and other products of combustion of hydrocarbons. Finally the product 11 purified in hydrocarbons, CO2 and H2O is concentrated (under

io température cryogénique) jusqu'à obtenir un produit contenant très peu d'oxygène et le reste en krypton et xénon. La concentration se fait dans une ou deux colonnes de distillation, dans la Figure 3 une seule colonne 13 est illustrée. Le gaz chaud 11 provenant de la partie chaude est refroidi dans le rebouilleur 15 de cette colonne de concentration finale 13 et ensuite envoyé à cryogenic temperature) until a product containing very little oxygen and the remainder in krypton and xenon. The concentration is in one or two distillation columns, in Figure 3 a single column 13 is illustrated. The hot gas 11 from the hot part is cooled in the reboiler 15 of this final concentration column 13 and then sent to

15 un échangeur de chaleur 25 où il se refroidit avant d'être introduit quelques plateaux en dessous de la tête de colonne de concentration finale 13 (comme reflux). Le gaz froid 19 de tête de colonne 3 est renvoyé vers l'échangeur 25 qui sert donc à récupérer les frigories de ce gaz. Un produit liquide 17 riche en krypton et xénon est soutiré en cuve de la colonne de concentration finale 13. A heat exchanger 25 where it cools before introducing a few trays below the final concentration column head 13 (as reflux). The cold gas 19 at the top of the column 3 is sent back to the exchanger 25, which thus serves to recover the frigories of this gas. A liquid product 17 rich in krypton and xenon is withdrawn in the tank from the final concentration column 13.

20 De l'azote liquide 23 est envoyé en tête de la colonne de concentration finale 13 plutôt que d'envoyer le gaz 11 du rebouilleur 15 vers le rebouilleur 5 pour le condenser. Liquid nitrogen 23 is sent to the top of the final concentration column 13 rather than sending the gas 11 from the reboiler 15 to the reboiler 5 to condense it.

En variante de la Figure 3, dans la Figure 4 le gaz 19 réchauffé dans l'échangeur 25 est envoyé à l'unité d'épuration chaude où les frigories restantes In a variant of FIG. 3, in FIG. 4 the gas 19 reheated in exchanger 25 is sent to the hot purification unit where the remaining frigories

25 sont récupérées par le système de refroidissement en aval de la réaction chaude. 25 are recovered by the cooling system downstream of the hot reaction.

Il sera compris que dans ce qui précède, ainsi que dans d'autres appareils de ce type, la présence du rebouilleur 5 n'est pas essentielle. En particulier, celui-ci peut être remplacé par une injection d'azote gazeux en cuve It will be understood that in the foregoing, as well as in other such apparatus, the presence of the reboiler 5 is not essential. In particular, it can be replaced by an injection of nitrogen gas in the tank

30 de colonne 3. Column 3

La présente invention a en particulier l'avantage de permettre à la colonne 3 et la colonne 13 d'être éloignées l'une de l'autre puisqu'il n'est pas nécessaire de renvoyer le gaz épuré 11 vers la colonne 3. 20 The present invention has the particular advantage of allowing the column 3 and the column 13 to be spaced from each other since it is not necessary to return the purified gas 11 to the column 3. 20

Claims (10)

REVENDICATIONS1. Appareil d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne (3) et une deuxième colonne (13), une unité d'épuration chaude (9) comprenant une unité de vaporisation et une unité de purification, une conduite pour envoyer un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, une conduite pour envoyer un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude pour former un gaz épuré, une conduite io pour envoyer le gaz épuré dans l'unité d'épuration chaude vers un échangeur de chaleur (25) par contact indirect, une conduite pour envoyer le gaz épuré de l'échangeur vers la partie supérieure de la deuxième colonne, une conduite pour soutirer un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et une conduite pour envoyer un gaz de tête de la deuxième colonne 15 vers l'échangeur. REVENDICATIONS1. Apparatus for extracting krypton and xenon from an air separation apparatus comprising at least a first column (3) and a second column (13), a hot purification unit (9) comprising a unit of vaporization and a purification unit, a conduit for sending a krypton and xenon-enriched liquid from the air separation apparatus at the top of the first column, a conduit for sending a vessel liquid from the first column to the unit in the hot purifying unit to a heat exchanger (25) by indirect contact, a pipe for sending the purified gas from the exchanger to the purified gas purification unit; the upper part of the second column, a line for withdrawing a liquid rich in krypton and xenon in the bottom of the second column and a line for sending a top gas from the second column 15 to the exchanger. 2. Appareil selon la revendication 1 comprenant une conduite pour envoyer le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement faisant partie de l'unité d'épuration chaude. 2. Apparatus according to claim 1 comprising a line for sending the overhead gas from the exchanger to a cooling means forming part of the hot scrubber unit. 3. Appareil selon la revendication 1 ou 2 comprenant une conduite pour envoyer de l'azote liquide en tête de la deuxième colonne (13). 3. Apparatus according to claim 1 or 2 comprising a line for sending liquid nitrogen at the head of the second column (13). 4. Appareil selon une des revendications précédentes dans lequel la 25 première colonne a un rebouilleur de cuve (5) et dans lequel l'échangeur (25) est un échangeur distinct de ce rebouilleur de cuve. 4. Apparatus according to one of the preceding claims wherein the first column has a vessel reboiler (5) and wherein the exchanger (25) is a separate exchanger of the vessel reboiler. 5. Appareil selon l'une des revendications précédentes dans lequel seules des conduites de gaz épuré et de gaz de tête de la deuxième colonne 30 sont reliées à l'échangeur de chaleur (25). 5. Apparatus according to one of the preceding claims wherein only clean gas lines and overhead gas of the second column 30 are connected to the heat exchanger (25). 6. Procédé d'extraction de krypton et de xénon à partir d'un appareil de séparation d'air comprenant au moins une première colonne (3) et unedeuxième colonne (13) et une unité d'épuration chaude (9) dans lequel on envoie un liquide enrichi en krypton et xénon de l'appareil de séparation d'air en tête de la première colonne, on envoie un liquide de cuve de la première colonne vers l'unité d'épuration chaude, on refroidit le liquide ainsi épuré de l'unité d'épuration chaude dans un échangeur de chaleur (25) par contact indirect, on envoie le liquide épuré de l'échangeur vers la tête de la deuxième colonne, on soutire un liquide riche en krypton et xénon en cuve de la deuxième colonne et on réchauffe un gaz de tête de la deuxième colonne dans l'échangeur. i0 6. Process for extracting krypton and xenon from an air separation apparatus comprising at least a first column (3) and a second column (13) and a hot purification unit (9) in which one sends a krypton and xenon enriched liquid from the air separation apparatus at the top of the first column, a bottom liquid is sent from the first column to the hot purification unit, the liquid thus purified is cooled the hot purification unit in a heat exchanger (25) by indirect contact is sent the purified fluid of the exchanger to the head of the second column, is withdrawn a liquid rich in krypton and xenon in the tank of the second column and warming a top gas of the second column in the exchanger. i0 7. Procédé selon la revendication 6 dans lequel on envoie le gaz de tête de l'échangeur vers un moyen de refroidissement du gaz traité dans l'unité d'épuration chaude (9). 15 7. The method of claim 6 wherein it sends the overhead gas exchanger to a cooling means of the treated gas in the hot purification unit (9). 15 8. Procédé selon la revendication 6 ou 7 dans lequel on envoie de l'azote liquide (23) en tête de la deuxième colonne. 8. The method of claim 6 or 7 wherein is sent liquid nitrogen (23) at the head of the second column. 9. Procédé selon l'une des revendications 6 à 8 dans lequel la première colonne est chauffée au moyen d'un rebouilleur de cuve (5) et dans 20 lequel l'échangeur de chaleur (25) est distinct du rebouilleur de cuve. 9. Method according to one of claims 6 to 8 wherein the first column is heated by means of a tank reboiler (5) and wherein the heat exchanger (25) is separate from the reboiler reboiler. 10. Procédé selon l'une des revendications 6 à 9 dans lequel la première colonne est chauffée uniquement par envoi d'azote gazeux en cuve de la colonne. 25 10. Method according to one of claims 6 to 9 wherein the first column is heated only by sending nitrogen gas in the bottom of the column. 25
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