RU2319084C2 - Способ и установка для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха - Google Patents

Способ и установка для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха Download PDF

Info

Publication number
RU2319084C2
RU2319084C2 RU2005109412/06A RU2005109412A RU2319084C2 RU 2319084 C2 RU2319084 C2 RU 2319084C2 RU 2005109412/06 A RU2005109412/06 A RU 2005109412/06A RU 2005109412 A RU2005109412 A RU 2005109412A RU 2319084 C2 RU2319084 C2 RU 2319084C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
column
stream
oxygen
pressure column
liquid
Prior art date
Application number
RU2005109412/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2005109412A (ru
Inventor
Лазад ЖАУАНИ
Фредерик Жюда
Бернар СОЛНЬЕ
Original Assignee
Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод filed Critical Л`Эр Ликид, Сосьете Аноним А Директуар Э Консей Де Сюрвейянс Пур Л`Этюд Э Л`Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод
Publication of RU2005109412A publication Critical patent/RU2005109412A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2319084C2 publication Critical patent/RU2319084C2/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04006—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit
    • F25J3/04078—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression
    • F25J3/0409—Providing pressurised feed air or process streams within or from the air fractionation unit providing pressurized products by liquid compression and vaporisation with cold recovery, i.e. so-called internal compression of oxygen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
    • F25J3/04284—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams
    • F25J3/0429—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using internal refrigeration by open-loop gas work expansion, e.g. of intermediate or oxygen enriched (waste-)streams of feed air, e.g. used as waste or product air or expanded into an auxiliary column
    • F25J3/04303—Lachmann expansion, i.e. expanded into oxygen producing or low pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04406—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system
    • F25J3/04412—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air using a dual pressure main column system in a classical double column flowsheet, i.e. with thermal coupling by a main reboiler-condenser in the bottom of low pressure respectively top of high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04648—Recovering noble gases from air argon
    • F25J3/04654—Producing crude argon in a crude argon column
    • F25J3/04666—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system
    • F25J3/04672—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser
    • F25J3/04678—Producing crude argon in a crude argon column as a parallel working rectification column of the low pressure column in a dual pressure main column system having a top condenser cooled by oxygen enriched liquid from high pressure column bottoms
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
    • F25J3/04642—Recovering noble gases from air
    • F25J3/04745—Krypton and/or Xenon
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/32—Processes or apparatus using separation by rectification using a side column fed by a stream from the high pressure column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/50—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column
    • F25J2200/54—Processes or apparatus using separation by rectification using multiple (re-)boiler-condensers at different heights of the column in the low pressure column of a double pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/90—Details relating to column internals, e.g. structured packing, gas or liquid distribution
    • F25J2200/94—Details relating to the withdrawal point
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2290/00—Other details not covered by groups F25J2200/00 - F25J2280/00
    • F25J2290/12—Particular process parameters like pressure, temperature, ratios

Abstract

Изобретение относится к способу и установке для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха. Способ производства инертных газов и кислорода посредством перегонки в системе колонн, содержащей, по меньшей мере, одну колонну среднего давления, одну колонну низкого давления и одну вспомогательную колонну, состоит из следующих стадий: отводят выпуск промежуточного потока с промежуточного уровня колонны среднего давления и перемещают его в колонну низкого давления; отводят выпуск потока из колонны среднего давления, который обогащен кислородом по отношению к выпуску промежуточного потока, и перемещают его в резервуар вспомогательной колонны; отводят выпуск богатого азотом потока из верхней части колонны низкого давления; отводят выпуск потока жидкости, богатого кислородом, из резервуара колонны низкого давления как продукт, чтобы образовать газообразный продукт; и отводят выпуск потока жидкости, обогащенного кислородом, из вспомогательной колонны, который также обогащен криптоном и ксеноном по отношению к выпуску второго обогащенного кислородом потока, и перемещают выпуск потока жидкости, содержащий, по меньшей мере, 78 мол.% азота, в виде флегмы во вспомогательную колонну. Использование изобретения позволит повысить выход криптона и ксенона. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 9 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к способу и установке для производства кислорода и инертных газов посредством перегонки воздуха.
Бедная смесь криптона/ксенона традиционно производится из продувочных газов основного испарителя двойной колонны разделения воздуха (см. «Tieftemperaturtechnik» by Hausen and Linde, 1985 edition, pp.337-340 and «Separation of Gases» by Isalski, 1989 edition, pp.96-98). Произведенный кислород затем отводят из колонны низкого давления несколькими тарелками выше испарителя. Если кислород отводят в газообразной форме, это устройство дает возможность извлечения существенной доли криптона, присутствующего в воздухе, и всего ксенона.
Однако в случае установки, производящей кислород так называемыми способами «нагнетания», примерно 30% криптона и ксенона, присутствующих в воздухе, «теряются» с жидким кислородом, отводимым из колонны низкого давления.
В DE-А-2603505 описана установка разделения воздуха, в которой текучая среда, содержащая криптон и ксенон, производится в очистной колонне, в которую подают два потока богатой жидкости, поступающие из колонны среднего давления, причем повторное испарение в очистной колонне обеспечивается посредством испарителя, в который подают газ верхнего погона из колонны аргона.
Одной целью настоящего изобретения является предложение систем для повышения выхода криптона и ксенона из установок, производящих газообразный кислород посредством нагнетания и испарения жидкого кислорода (или, в более общем виде, из установок с существенным отводом жидкого кислорода из нижней части колонны низкого давления) и предпочтительно также производящих аргон.
Другая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы иметь основной испаритель с высоким содержанием кислорода и массивной продувкой и, таким образом, ограничить в значительной степени концентрации углеводородов/примесей (преимущество нагнетаемой «окситонны»), что не характерно для традиционной схемы производства бедной смеси криптона и ксенона.
Одним предметом изобретения является способ для производства кислорода и инертных газов посредством перегонки в системе колонн, содержащей, по меньшей мере, одну колонну среднего давления, одну колонну низкого давления и одну вспомогательную колонну, причем в этом способе:
i) по меньшей мере, один поток охлажденного и очищенного воздуха направляют в колонну среднего давления, в которой его разделяют;
ii) по меньшей мере, один обогащенный азотом поток отводят из колонны среднего давления и, по меньшей мере, одну часть этого потока направляют напрямую или не напрямую в колонну низкого давления;
iii) промежуточный поток отводят с промежуточного уровня колонны среднего давления;
iv) поток, обогащенный кислородом по отношению к промежуточному потоку, отводят из нижней части колонны среднего давления и направляют в нижнюю часть вспомогательной колонны;
v) богатый азотом поток отводят из верхней части колонны низкого давления;
vi) богатый кислородом поток жидкости отводят из колонны низкого давления, как продукт, необязательно после ступени испарения, чтобы образовать газообразный продукт; и
vii) обогащенный кислородом поток, который также обогащен криптоном и ксеноном по отношению ко второму обогащенному кислородом потоку, отводят из вспомогательной колонны,
отличающийся тем, что промежуточный поток направляют в колонну низкого давления и поток жидкости, содержащий, по меньшей мере, 78 мол.% азота, направляют в качестве флегмы во вспомогательную колонну.
Предпочтительно поток жидкости, направляемый в качестве флегмы во вспомогательную колонну, представляет собой сжиженный воздух и/или жидкость, обогащенную азотом, по отношению к потоку сжиженного воздуха, направляемому в колонну среднего давления.
В соответствии с дополнительными аспектами:
- нижнюю часть вспомогательной колонны нагревают посредством газа верхнего погона из колонны аргона;
- сжиженный воздух и/или жидкость, обогащенную азотом по отношению к воздуху, производят посредством теплообмена с богатым кислородом потоком жидкости, поступающим из нижней части колонны низкого давления, необязательно после ступени повышения давления;
- обогащенная азотом жидкость содержит, по меньшей мере, 80 мол.% азота;
- сжиженный воздух не поступает из колонны среднего давления, поток жидкости, направляемый в верхнюю часть вспомогательной колонны, более богат азотом, чем промежуточный поток; по меньшей мере, 10% произведенного кислорода отводят в форме жидкости из колонны низкого давления.
Другим предметом изобретения является установка для производства кислорода и инертных газов посредством перегонки в системе колонн, содержащей, по меньшей мере, одну колонну среднего давления, одну колонну низкого давления и одну вспомогательную колонну, причем установка содержит:
i) средство для направления, по меньшей мере, одного потока охлажденного и очищенного воздуха в колонну среднего давления, где его разделяют;
ii) средство для отвода, по меньшей мере, первого обогащенного азотом потока из колонны среднего давления, и средство для направления, по меньшей мере, одной части этого потока напрямую или не напрямую в колонну низкого давления;
iii) средство для отвода богатого азотом потока из верхней части колонны низкого давления;
iv) средство для отвода промежуточного потока с промежуточного уровня колонны среднего давления;
v) средство для направления потока, более богатого кислородом, чем промежуточный поток, из нижней части колонны среднего давления в нижнюю часть вспомогательной колонны;
vi) средство для направления потока жидкости в качестве флегмы во вспомогательную колонну;
vii) средство для отвода богатого кислородом потока жидкости из нижней части колонны низкого давления в качестве продукта, необязательно после ступени испарения, с образованием газообразного продукта; и
viii) средство для отвода третьего обогащенного кислородом потока, который также обогащен криптоном и ксеноном по отношению ко второму обогащенному кислородом потоку, из вспомогательной колонны,
отличающаяся тем, что она включает средство для направления в качестве потока флегмы во вспомогательную колонну сжиженного воздуха или потока жидкости, обогащенного азотом по отношению к потоку жидкого воздуха, направляемому в колонну среднего давления.
В соответствии с другими дополнительными аспектами установка включает:
- очистную колонну, средство для направления третьего обогащенного кислородом потока в верхнюю часть очистной колонны и средство для отвода четвертого обогащенного кислородом потока, образующего смесь, обогащенную криптоном и ксеноном, по меньшей мере, на несколько теоретических тарелок ниже в колонне; и
- трубопровод теплообмена, в котором сжиженный воздух и/или жидкость, обогащенные азотом по отношению к воздуху, производятся путем теплообмена с богатым кислородом потоком жидкости, поступающим из нижней части колонны низкого давления необязательно после ступени повышения давления.
Изобретение будет теперь описано со ссылкой на фиг. с 1 по 9, которые представляют собой схемы, на которых показан принцип действия установок в соответствии с изобретением.
В примере, показанном на фиг.1, двойная колонна разделения воздуха содержит колонну К01 среднего давления и колонну К02 низкого давления, которые термически объединены посредством основного испарителя Е02, который используется для конденсации, по меньшей мере, части газообразного верхнего погона азота из колонны К01 среднего давления посредством теплообмена с кислородом из нижней части колонны К02.
В колонну К10 аргона подают обогащенную аргоном текучую среду 7, поступающую из колонны К02 низкого давления, а обогащенная аргоном жидкость 9 возвращается из колонны К10 аргона в колонну К02 низкого давления. Богатый аргоном поток АРГОН отводится из верхней части колонны К10.
В случае установок нагнетания часть сухого и декарбонизированного воздуха сжимают в нагнетателе воздуха (не показан) вплоть до такого давления, которое достаточно для того, чтобы дать возможность испарения необязательно нагнетаемого кислорода. Затем он конденсируется в основном трубопроводе теплообмена (не показан). На холодном конце основного трубопровода теплообмена этот поток расширяется в вентиле или в гидравлической турбине. Жидкая фаза ЖИДКИЙ ВОЗДУХ этой текучей среды может затем быть распределена в виде потоков 1, 3 и 5 между колонной К01 среднего давления, колонной К02 низкого давления и вспомогательной колонной К05 соответственно. Жидкость содержит 78 мол.% азота.
Другую часть воздуха среднего давления, ВОЗДУХ СД, охлаждают в основном трубопроводе теплообмена и направляют в нижнюю часть колонны К01 среднего давления.
Принцип настоящего изобретения заключается в концентрации криптона и ксенона в богатой жидкости БЖ2, которую затем обрабатывают во вспомогательной колонне К05.
Следовательно, из колонны К01 среднего давления отводятся две богатые жидкости БЖ1 и БЖ2, а именно «традиционная» богатая жидкость, БЖ1, отводимая с промежуточного уровня несколькими тарелками выше нижней части колонны и содержащая малое количество криптона и ксенона, и богатая кубовая жидкость, БЖ2, в которой концентрированы криптон и ксенон. Данная «традиционная» богатая жидкость БЖ1 может быть затем направлена в колонну К02 после переохлаждения.
Богатую кубовую жидкость БЖ2 направляют в конденсатор Е10 смеси аргона колонны К10 после переохлаждения (не показано). Тарелки установлены выше этого оборудования для того, чтобы сконцентрировать криптон и ксенон в конденсаторе аргоновой смеси. Этот агрегат образует колонну К05. Часть флегмы из этой колонны обеспечивается посредством части 5 жидкого воздуха, ЖИДКИЙ ВОЗДУХ, не поступающей в колонну К01, после того как она была переохлаждена. Другая часть флегмы обеспечивается за счет части 15 средней жидкости 11, традиционно направляемой в колонну К02 через трубопровод 13 и содержащей, по меньшей мере, 80 мол.% азота. Газ 16 отводят с промежуточного уровня колонны К05 ниже точек инжекции флегмы, и он образует испаренную богатую жидкость. Затем его рециркулируют в колонну К02. Газ верхнего погона ОА2' из колонны К05 образует часть отработанного газа ОА2, покидающего холодильную камеру.
Продувка, ПРОДУВКА, из конденсатора Е10 смеси содержит гораздо больше криптона и ксенона, чем они присутствуют в воздухе и подвергнуты обработке в колоннах К01 и К05. Этот поток питает устройство для концентрации инертных газов. Например, он может быть направлен в колонну бедной смеси криптона/ксенона (К90). Нижняя часть этой колонны содержит продукт, который должен быть обогащен. Пар 17, поступающий из колонны К90, направляется обратно в нижнюю часть колонны К05.
Колонну К90 нагревают посредством потока воздуха, образующего фракцию ВОЗДУХ СД. Сжиженный воздух, произведенный таким образом, может быть направлен обратно в колонну К01 среднего давления и/или в колонну К02 низкого давления.
Произведенный жидкий кислород ЖК отводят в виде кубовой фракции из колонны К02 на одном уровне с основным испарителем Е02. В отличие от традиционной схемы для производства криптона и ксенона основной испаритель поэтому подвергается массивной продувке.
Жидкий кислород ЖК предпочтительно сжимают посредством насоса и затем испаряют в трубопроводе теплообмена или заранее определенном испарителе посредством теплообмена со сжатым воздухом. Альтернативно для испарения жидкого кислорода ЖК может служить цикл азота.
На следующих фигурах будут представлены различные альтернативные воплощения, производные от фиг.1. Элементы, общие с фиг.1, не будут описаны во второй раз.
В случае фиг.2 весь жидкий воздух, ЖИДКИЙ ВОЗДУХ, поступающий из основного трубопровода теплообмена, направляют в колонну К01. Промежуточная текучая среда в форме жидкости 1' отводится из колонны К01 (предпочтительно на том уровне, где вводится жидкий воздух, или на уровне выше этого уровня). Далее, после переохлаждения, его распределяют между колонной К02 и колонной К05 на два потока 3 и 5. Поток 11, содержащий, по меньшей мере, 80 мол.% азота, направляют в верхнюю часть колонны К05.
В случае фиг.3, на основе фиг.1, одна верхняя секция колонны К05 удалена. Флегма из этой колонны образуется только за счет жидкого воздуха 5, предварительно переохлажденного. Этот жидкий воздух производят посредством испарения жидкого кислорода ЖК, нагнетаемого и испаряемого в трубопроводе теплообмена. Всю бедную жидкость 13 направляют в колонну К02 низкого давления.
Кроме того, весь жидкий воздух, ЖИДКИЙ ВОЗДУХ, присутствующий на выходе из трубопровода теплообмена, может быть отведен из колонны К01 (предпочтительно в точке введения жидкого воздуха) и затем распределен между колонной К02 и колонной К05 после переохлаждения, как показано на фиг.4.
В случае, показанном на фиг.5 и 6, на основе фиг.3 и 4, отработанный газ ОА2' из колонны К05 направляют обратно в колонну К02 ниже точки введения бедной жидкости 13.
В случае на фиг.7, на основе фиг.5, поток 16 опущен и заменен потоком отработанного азота ОА2', направленным из верхней части вспомогательной колонны К05 в промежуточную точку в колонне низкого давления.
На всех фигурах, описанных выше (фиг. с 1 по 7), возможно объединить установку с традиционной схемой для производства криптона и ксенона. Чтобы сделать это, необходимо установить тарелки для обогащения в нижней части колонны К02. Жидкий кислород ЖК производится несколькими тарелками выше основного испарителя Е02. Продувка 21 отводится на уровне основного испарителя Е02. Она содержит примерно 70 мол.% криптона и весь ксенон, присутствующий в колонне К02. Ее направляют в колонну К90 для того, чтобы извлечь инертные газы.
Пример приведен на фиг.8.
На всех упомянутых выше фигурах (фиг. с 1 по 8) упомянуто совместное производство аргона. Однако возможно смонтировать установки, описанные выше, на установке, которая не производит аргона. Например, достаточно установить теплообменник для конденсации фракции газа 7, отведенного из колонны К02. Как только его сжижают, его направляют (9) в колонну К02. Таким образом, это обеспечивает повторное испарение в колонне К05.
Пример приведен на фиг.9.
В случае схемы с турбовоздуходувкой воздух для продувки направляют в нижнюю часть колонны К05 для того, чтобы извлечь криптон и ксенон, которые в нем содержатся.
Кроме того, схемы, показанные на фиг. с 1 по 9, могут также включать перегонные агрегаты, как, например, колонну Этьенна (колонна, которая работает при промежуточном давлении между средним и нижним давлениями и в которую подают богатую жидкость). В этом случае возможно произвести модификацию верхнего конденсатора колонны Этьенна путем замены колонны К10 аргона по фиг. с 1 по 9 колонной Этьенна в соответствии с тем же принципом: добавления тарелок над конденсатором для того, чтобы произвести концентрирование инертных газов.
Вероятно, что также перспективно не направлять весь жидкий воздух в верхнюю часть вспомогательной колонны, но вводить в это входное отверстие колонны только поток, который обеспечивает L/V (отношение расхода стекающей жидкости к расходу поднимающегося газа в секции перегонки), нужное для концентрирования Kr и Xe в нижней части К05, ограничивая тем самым концентрацию кислорода в нижней части К05. Остаток потока жидкого воздуха затем направляют с богатой жидкостью БЖ2 в нижнюю часть вспомогательной колонны.

Claims (12)

1. Способ производства кислорода и инертных газов посредством перегонки в системе колонн, содержащей, по меньшей мере, одну колонну (К01) среднего давления, одну колонну (К02) низкого давления и, по меньшей мере, одну вспомогательную колонну (К05), причем в этом способе
i) по меньшей мере, один поток охлажденного и очищенного воздуха (1) направляют в колонну среднего давления, в которой его разделяют;
ii) по меньшей мере, первый обогащенный азотом поток (11) отводят из колонны среднего давления, и, по меньшей мере, одну часть этого потока направляют, напрямую или не напрямую, в колонну низкого давления;
iii) промежуточный поток (БЖ1) отводят с промежуточного уровня колонны среднего давления;
iv) поток (БЖ2), обогащенный кислородом по отношению к промежуточному потоку, отводят из нижней части колонны среднего давления и направляют в нижнюю часть вспомогательной колонны;
v) богатый азотом поток (ОА2) отводят из верхней части колонны низкого давления;
vi) богатый кислородом поток жидкости (ЖК) отводят из колонны низкого давления в виде продукта, необязательно после стадии испарения для того, чтобы образовать газообразный продукт; и
vii) обогащенный кислородом поток (ПРОДУВКА), который также обогащен криптоном и ксеноном по отношению к второму обогащенному кислородом потоку, отводят из вспомогательной колонны, отличающийся тем, что промежуточный поток (БЖ1) направляют в колонну низкого давления, и, по меньшей мере, один поток (5, 15) жидкости, содержащий, по меньшей мере, 78 мол.% азота, направляют в виде флегмы во вспомогательную колонну.
2. Способ по п.1, в котором третий обогащенный кислородом поток (ПРОДУВКА) направляют в верхнюю часть очистной колонны (К90), а четвертый обогащенный кислородом поток (СМЕСЬ), образующий смесь, обогащенную криптоном и ксеноном, отводят, по меньшей мере, на несколько теоретических тарелок ниже в колонне.
3. Способ по п.1 или 2, в котором поток (5) жидкости, направляемый в виде флегмы, во вспомогательную колонну (К05), представляет собой сжиженный воздух и/или жидкость, обогащенную азотом по отношению к потоку сжиженного воздуха, направляемому в колонну среднего давления.
4. Способ по п.1 или 2, в котором нижнюю часть вспомогательной колонны нагревают с помощью газа верхнего погона из колонны (К 10) аргона.
5. Способ по п.3, в котором сжиженный воздух (5) и/или жидкость, обогащенную азотом по отношению к воздуху, получают посредством теплообмена с богатым кислородом потоком жидкости (ЖК), поступающим из нижней части колонны низкого давления, необязательно после ступени повышения давления.
6. Способ по п.3, в котором обогащенная азотом жидкость (15) содержит, по меньшей мере, 80 мол.% азота.
7. Способ по п.3, в котором сжиженный воздух (5) не поступает из колонны среднего давления.
8. Способ по п.1 или 2, в котором поток (5, 15) жидкости, направляемый в верхнюю часть вспомогательной колонны, более богат азотом, чем промежуточный поток.
9. Способ по п.1 или 2, в котором, по меньшей мере, 10% произведенного кислорода отводят в форме жидкости из колонны низкого давления.
10. Установка для производства кислорода и инертных газов посредством перегонки в системе колонн, содержащей, по меньшей мере, одну колонну (К01) среднего давления, одну колонну (К02) низкого давления и одну вспомогательную колонну (КОЗ), причем эта установка содержит
i) средство (1) для направления, по меньшей мере, одного потока охлажденного и очищенного воздуха в колонну среднего давления, где он разделяется;
ii) средство для отвода, по меньшей мере, первого обогащенного азотом потока (11) из колонны среднего давления, и средство для направления, по меньшей мере, одной части этого потока, напрямую или не напрямую, в колонну низкого давления;
iii) средство для отвода богатого азотом потока (ОА2) из верхней части колонны низкого давления;
iv) средство для отвода промежуточного потока (БЖ1) с промежуточного уровня колонны среднего давления;
v) средство для направления потока, более богатого кислородом, чем промежуточный поток, из колонны среднего давления в нижнюю часть вспомогательной колонны;
vi) средство для направления потока (5, 15) жидкости в виде флегмы во вспомогательную колонну;
vii) средство для отвода богатого кислородом потока жидкости (ЖК) из нижней части колонны низкого давления в виде продукта, необязательно после ступени испарения, чтобы образовать газообразный продукт; и
viii) средство для отвода третьего обогащенного кислородом потока (ПРОДУВКА), который также обогащен криптоном и ксеноном по отношению ко второму обогащенному кислородом потоку, из вспомогательной колонны, отличающаяся тем, что она включает средство для направления, в качестве потока флегмы, во вспомогательную колонну, сжиженного воздуха или потока жидкости, обогащенного азотом по отношению к потоку жидкого воздуха, направляемому в колонну среднего давления.
11. Установка по п.10, которая включает очистную колонну (К90), средство для направления третьего обогащенного кислородом потока (ПРОДУВКА) в верхнюю часть очистной колонны, и средство (СМЕСЬ) для отвода четвертого обогащенного кислородом потока, образующего смесь, обогащенную криптоном и ксеноном, по меньшей мере, на несколько теоретических тарелок ниже в колонне.
12. Установка по п.10 или 11, которая включает трубопровод теплообмена, в котором сжиженный воздух и/или жидкость, обогащенную азотом по отношению к воздуху, получают путем теплообмена с богатым кислородом потоком жидкости, поступающим из нижней части колонны низкого давления необязательно после ступени повышения давления.
RU2005109412/06A 2002-09-04 2003-07-30 Способ и установка для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха RU2319084C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0210922A FR2844039B1 (fr) 2002-09-04 2002-09-04 Procede et installation de production d'oxygene et de gaz rares par distillation cryogenique d'air
FR0210922 2002-09-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005109412A RU2005109412A (ru) 2005-10-10
RU2319084C2 true RU2319084C2 (ru) 2008-03-10

Family

ID=31503096

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005109412/06A RU2319084C2 (ru) 2002-09-04 2003-07-30 Способ и установка для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20060021380A1 (ru)
EP (1) EP1552230A1 (ru)
JP (1) JP2005538335A (ru)
CN (1) CN100420908C (ru)
FR (1) FR2844039B1 (ru)
RU (1) RU2319084C2 (ru)
UA (1) UA85167C2 (ru)
WO (1) WO2004023054A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481658C2 (ru) * 2011-06-30 2013-05-10 Александр Прокопьевич Елохин Способ и система концентрирования и утилизации инертных радиоактивных газов из газоаэрозольных выбросов энергоблоков атомных электростанций
RU2528786C1 (ru) * 2013-03-20 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Способы выделения двухступенчатой ректификацией инертных газов из хвостовых газов и устройство для его осуществления
RU2528792C1 (ru) * 2013-03-20 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Способ выделения одноступенчатой ректификацией инертных газов из хвостовых газов и устройство для его осуществления

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2481815B1 (en) 2006-05-11 2016-01-27 Raindance Technologies, Inc. Microfluidic devices
DE102007024168A1 (de) * 2007-05-24 2008-11-27 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Tieftemperatur-Luftzerlegung
RU2010111903A (ru) * 2007-08-30 2011-10-10 ЛИНДЕ ЭлЭлСи (US) Способы производства стерильных криогенных текучих сред
FR2930629B1 (fr) * 2008-04-23 2010-05-07 Air Liquide Appareil et procede de separation d'air par distillation cryogenique
US8443625B2 (en) * 2008-08-14 2013-05-21 Praxair Technology, Inc. Krypton and xenon recovery method
US8479535B2 (en) * 2008-09-22 2013-07-09 Praxair Technology, Inc. Method and apparatus for producing high purity oxygen
US8484992B2 (en) 2009-12-02 2013-07-16 Praxair Technology, Inc. Krypton xenon recovery from pipeline oxygen
FR2953915B1 (fr) * 2009-12-11 2011-12-02 Air Liquide Procede et appareil de separation d'air par distillation cryogenique
US8978413B2 (en) * 2010-06-09 2015-03-17 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Rare gases recovery process for triple column oxygen plant
FR3013431B1 (fr) * 2013-11-21 2018-11-09 L'air Liquide,Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Procede et appareil de separation d’air par distillation cryogenique
WO2015109522A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Cryogenic enclosure
EP3067649A1 (de) * 2015-03-13 2016-09-14 Linde Aktiengesellschaft Destillationssäulen-system und verfahren zur erzeugung von sauerstoff durch tieftemperaturzerlegung von luft
WO2021230913A1 (en) * 2020-05-15 2021-11-18 Praxair Technology, Inc. Enhancements to a moderate pressure nitrogen and argon producing cryogenic air separation unit
CN112781321B (zh) * 2020-12-31 2022-07-12 乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司 一种具有氮液化器的空气分离装置和方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2051576A (en) * 1936-04-06 1936-08-18 Air Reduction Recovery of krypton and xenon
DE2605305A1 (de) * 1976-02-11 1977-08-18 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur gewinnung von krypton und xenon
US4401448A (en) * 1982-05-24 1983-08-30 Union Carbide Corporation Air separation process for the production of krypton and xenon
US4647299A (en) * 1984-08-16 1987-03-03 Union Carbide Corporation Process to produce an oxygen-free krypton-xenon concentrate
US5063746A (en) * 1991-02-05 1991-11-12 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic process for the production of methane-free, krypton/xenon product
US5067976A (en) * 1991-02-05 1991-11-26 Air Products And Chemicals, Inc. Cryogenic process for the production of an oxygen-free and methane-free, krypton/xenon product
DE19855486A1 (de) * 1998-12-01 1999-06-10 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung eines krypton- und/oder xenonangereicherten Gemischs durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10000017A1 (de) * 1999-11-22 2000-06-29 Linde Ag Verfahren zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft
DE10153252A1 (de) * 2001-10-31 2003-05-15 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zur Gewinnung von Krypton und/oder Xenon durch Tieftemperaturzerlegung von Luft

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2481658C2 (ru) * 2011-06-30 2013-05-10 Александр Прокопьевич Елохин Способ и система концентрирования и утилизации инертных радиоактивных газов из газоаэрозольных выбросов энергоблоков атомных электростанций
RU2528786C1 (ru) * 2013-03-20 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Способы выделения двухступенчатой ректификацией инертных газов из хвостовых газов и устройство для его осуществления
RU2528792C1 (ru) * 2013-03-20 2014-09-20 Открытое акционерное общество "Газпром" Способ выделения одноступенчатой ректификацией инертных газов из хвостовых газов и устройство для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
UA85167C2 (ru) 2009-01-12
CN1678875A (zh) 2005-10-05
WO2004023054A1 (fr) 2004-03-18
CN100420908C (zh) 2008-09-24
FR2844039B1 (fr) 2005-04-29
US20060021380A1 (en) 2006-02-02
RU2005109412A (ru) 2005-10-10
JP2005538335A (ja) 2005-12-15
FR2844039A1 (fr) 2004-03-05
EP1552230A1 (fr) 2005-07-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2319084C2 (ru) Способ и установка для производства инертных газов и кислорода посредством криогенной перегонки воздуха
KR101541742B1 (ko) 저온 공기 분리 방법 및 장치
AU682848B2 (en) Air separation
TW587151B (en) Process and apparatus for producing krypton and/or xenon by low-temperature fractionation of air
US6336345B1 (en) Process and apparatus for low temperature fractionation of air
TW542895B (en) Obtaining argon using a three-column system for the fractionation of air and a crude argon column
US20060277944A1 (en) Method and system for the production of pressurized air gas by cryogenic distillation of air
JPH08233458A (ja) 低温空気分離方法及び装置
KR20000011251A (ko) 산소를제조하기위해공급공기의극저온정류를수행하는방법및장치
TW202227766A (zh) 以混合氣體渦輪機低溫分離空氣之方法及裝置
US5440885A (en) Process and installation for the production of ultra-pure nitrogen by distillation of air
US20140223959A1 (en) Method and device for the cryogenic decomposition of air
JPH07174460A (ja) 低濃度の重質不純物を含有するよう供給圧力にてガス状酸素生成物を製造する方法
US20020121106A1 (en) Three-column system for the low-temperature fractionation of air
JP2007064617A (ja) 深冷空気分離によるクリプトン及び／又はキセノンの製造法
US10222120B2 (en) Method and device for generating two purified partial air streams
IL288739B2 (en) Process and plant for decomposing air at low temperature
US20130047666A1 (en) Method and device for obtaining pressurized nitrogen and pressurized oxygen by low-temperature separation of air
KR20010049392A (ko) 극저온 증류에 의해 공기를 분리하는 방법 및 장치
JPH08240380A (ja) 空気の分離
JPH0842962A (ja) 空気低温分離方法および装置
TW202108222A (zh) 空氣的低溫分離方法與設備
US20190321772A1 (en) Method for cryogenic separation of air, and air separation plant
AU2016378091A1 (en) Method and device for obtaining pure nitrogen and pure oxygen by low-temperature separation of air
AU706679B2 (en) Air separation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140731