用于制备氩产物和氧产物的方法和装置以及用于改造一个或多个空气分馏设施的方法与流程

背景技术：

1、通过在空气分离单元中进行低温空气分离来制备液态或气态形式的空气产物是已知的，并且例如在h.-w.(编辑)，industrial gases processing,wiley-vch,2006中，具体地在第2.2.5节“cryogenic rectification”中进行了描述。除非另有定义，否则下面使用的术语具有技术文献中惯常的含义。

2、空气分离单元具有可以进行不同设计的精馏塔装置。除了用于获得液态和/或气态氮和/或氧的精馏塔(即用于氮-氧分离的精馏塔，尤其可以组合在已知的双塔中)之外，还可以提供用于获得其它空气组分(尤其是稀有气体)或纯氧的精馏塔。

3、典型精馏塔装置中的精馏塔在不同的压力水平下操作。已知的双塔具有所谓的压力塔(也称为高压塔、中压塔或下塔)和所谓的低压塔(也称为上塔)。高压塔通常在4巴至7巴的压力范围内，特别地在大约5.3巴操作；另一方面，低压塔在通常1巴至2巴的压力范围内，特别地在大约1.4巴操作。

4、为了提取氩，可使用具有所谓粗氩塔和纯氩塔的空气分离单元。一个示例在(参见上文)的图2.3a中进行说明，并且在第26页章节“rectification in thelow-pressure,crude and pure argon column”开始以及也在第29页章节“cryogenicproduction of pure argon”开始进行描述。在常规粗氩塔中，粗氩被提取并且在下游纯氩塔中被处理以形成纯氩。原则上，对于氩提取，纯氩塔也可被省略，如果所涉及的精馏塔被相应适配的话。例如，纯氩可从粗氩塔或从进一步在常规转移到纯氩塔的流体下方的类似精馏塔移除，其中布置在移除点上方的部分用于氮移除。

5、us2021/116175 a1公开了用于在空气分离单元或具有多个低温空气分离单元的包体中进行氩制备的系统和方法。该系统和方法包括被布置在低温空气分离单元中的一个低温空气分离单元中并且具有氩塔装置的集中氩纯化系统，氩塔装置具有一个或多个氩塔和氩冷凝器。来自其他空气分离单元中一个或多个空气分离单元的粗氩流被传导到集中氩纯化系统的氩塔装置。

6、本发明的目的是提供对于氩和氧的提取的改善，尤其是在由多个空气分离构成的组件中，以及提供有利措施以便能够改造对应单元或单元组件，尤其是在操作期间。

技术实现思路

1、针对该背景，本发明提出具有独立权利要求特征的用于制备氩产物和氧产物的方法和装置、以及用于改造一个或多个空气分离单元的方法。从属权利要求和以下描述涉及本发明的有利实施方案。

2、本发明尤其使得可能在空气分离单元使用寿命期间改造该单元以适配变化的对空气产物的要求。纯氩和高纯度氧的提供可尤其覆盖对太阳能电池制造单元的需求，纯氩和高纯度氧的提供通过对应的改造是可能的。

3、由于改造工作的较长停产时间常常是不可忍受的或不可容许的，尤其是在大型空气分离单元中，所以可从富含氩的含氧气体混合物生成纯氩和高纯度氧两者的单独的独立的分馏单元(如苯发明上下文中所提出的)提供特别的益处。所提出的分馏单元不是如us2021/116175 a1中所述的对应复合系统的空气分离单元的一部分，因此可在不停止对应空气分离单元的情况下被改造。

4、与us2021/116175 a1的另一区别在于在本发明上下文中被供应到分馏单元的富含氩的含氧气体混合物具有10体积％至20体积％、例如大约15体积％的显著更高氧含量。这个气体混合物因此在本发明范围内所提出的分馏单元中经受氩-氧分离过程。除了富含氩的含氧气体混合物之外，本发明范围内所提出的分馏单元可被供应以液氮和/或小比例压缩干燥空气作为操作介质。前述气体混合物在根据本发明用作排氩塔的头气体的空气分离单元(或每个空气分离单元)中形成。

5、“排氩塔”或“空氩塔”被理解为是指用于分离氧和氩并且不用于提取纯氩产物但实质上用于从低压塔排出氩的分离塔，如出于分离原因可能有利的。特别地，较大空气分离单元配备有对应的排氩塔，以便提高氧产率并最小化能量消耗。此类排氩塔的头产物(在这里也被称为出口混合物)通常被排到大气环境中，任选地是在主换热器中加热之后被排出，这是因为其成分的纯度不足以用作产物。排氩塔的结构原则上略微不同于传统粗氩塔的结构。然而，排氩塔通常包含显著更少的理论或实际塔盘，即少于40个，尤其是15至30个。如在常规粗氩塔中那样，排氩塔的底部区域通常也连接到低压塔的中间点。

6、本发明既涉及单个“第一”空气分离单元连接到单独分馏单元用于氩-氧分离，也涉及两个或更多个(例如“第一”和“第二”)空气分离单元与此类分馏单元之间的连接。在后者中，例如，镏分从空气分离单元中的一个空气分离单元移除并且在每种情况下与来自空气分离单元或其他空气分离单元的对应馏分混合。混合物然后被供应到分馏单元。另选地，对应馏分也可分开地被传送到分馏单元中。原则上，来自空气分离单元的出口混合物可被引入到作为第二空气分离单元的一部分的分馏单元中。在本发明的范围内，与任何空气分离单元分开布置的分馏单元是优选的。对于分馏单元，在这种情况下与第一(或另一)空气分离单元“分开”是指分馏单元容纳在与对应空气分离单元的隔离件(冷箱)分开的隔离件(冷箱)中。除了单独的冷箱之外，单独分馏单元优选与空气分离单元相距某个距离，该距离为至少20m、优选至少50m并且例如不超过2km。

7、总之，本发明提出了一种借助于低温空气分离来提供氩产物和氧产物的方法，其中使用具有一个空气分离单元或多个空气分离单元的装置，其中空气分离单元或多个空气分离单元中的每个空气分离单元具有主换热器、精馏塔系统，精馏塔系统具有在例如3巴至7巴的压力范围内操作的压力塔、在例如1巴至2巴的压力范围内操作的低压塔、和具有少于40个理论塔盘的排氩塔。空气分离单元在它们的其他结构设计中完全不受到限制。

8、在空气分离单元中或者在多个空气分离单元中的每个空气分离单元中，压力塔被供应以冷却压缩空气，低压塔被供应以与冷却压缩空气相比富氧的来自压力塔的流体，包含5体积至15体积％氩和85体积至95体积％氧和氮的转移混合物从低压塔移除并被转移到排氩塔，并且与转移混合物相比亏氩的贮槽液(其至少一些贮槽液被返回到低压塔)和包含5体积％至20体积％氧和氮的富含氩的头气体(其至少一些作为出口混合物从空气分离单元排出)在排氩塔中形成。转移混合物从低压塔移除，特别地在所谓氩最大值或氩塔腹或其以下被移除，如氩提取领域中众所周知的。贮槽液以常规方式被馈回。

9、根据本发明，空气分离单元的出口混合物或多个空气分离单元的出口混合物中的至少一些出口混合物到与空气分离单元或多个空气分离单元分开提供的分馏单元并且在其中被分馏以获得与出口混合物或多个出口混合物相比富氧的一个或多个氧馏分、以及与出口混合物或多个出口混合物相比富氩的一个或多个氩馏分。规范“与空气分离单元或多个空气分离单元分开提供”尤其旨在表示一种结构具体实施，根据该结构具体实施，被提供用于获得氧馏分和氩馏分的分馏单元被提供在热隔离壳体之外，热隔离壳体(每一个)包含空气分离单元的至少三个精馏塔和至少一个换热器，尤其是在单独的热隔离壳体中。每一个热隔离壳体以已知冷箱的方式被提供。除了单独冷箱之外，单独分馏单元优选与空气分离单元相距某个距离，该距离为至少20m，优选至少50m。换句话讲，氧馏分和氩馏分是在(对应)空气分离单元“外部”、或者对于若干该类型的空气分离单元，以“中央”或“集中”方式来获得。

10、本发明的一个方面是除了上述意义的外部或集中氩制备之外还提取(尤其是高纯度)氧，为此尤其提供具有冷凝器的至少一个附加精馏塔。换句话讲，分馏单元包括至少两个各自具有头冷凝器的精馏塔，其中分馏单元的至少两个精馏塔中的一个精馏塔被配置用于主要或专门将氧与氩和/或氮分离，并且分馏单元的至少两个精馏塔中的其他或另一个精馏塔被配置用于主要或专门将氮与氧和/或氩分离。

11、根据本发明，一个或多个氧馏分是或包括至少一个氧含量超过99.9体积％、氩含量少于100ppm、并且总烃含量少于100ppb的高纯度氧馏分。至少一个高纯度氧馏分尤其是液态高纯度馏分和/或气态高纯度馏分。

12、相应地，一个或多个氩馏分尤其包括至少一个氩含量超过99.999体积％、氮含量为0ppm至2ppm、并且氧含量为0ppm至2ppm的纯氩馏分，并且至少一个纯氩馏分是液态纯氩馏分和/或气态纯氩馏分。

13、出口馏分或每个出口馏分包含80体积％至85体积％、例如大约82体积％的氩；尤其是大约15体积％的氧；和2体积％至5体积％、例如大约3体积％的氮。

14、根据本发明提供的用于通过低温空气分离来提供氩产物和氧产物的装置包括一个空气分离单元或多个空气分离单元，其中空气分离单元或多个空气分离单元中的每个空气分离单元具有精馏塔系统，该精馏塔系统具有被配置用于在3巴至7巴的压力范围内操作的压力塔、被配置用于在1巴至2巴的压力范围内操作的低压塔、和具有少于40个理论塔盘的排氩塔。

15、空气分离单元或多个空气分离单元中每一的每个空气分离单元被配置用于操作，其中压力塔被供应以冷却压缩空气，低压塔被供应以与冷却压缩空气相比富氧的来自压力塔的流体，包含5体积％至15体积％氩和85体积％至95体积％氧和氮的转移混合物从低压塔移除并被转移到排氩塔，并且与转移混合物相比亏氩的贮槽液(其至少一些贮槽液被返回到低压塔)和包含10体积％至20体积％氧和氮的富含氩的头气体(其至少一些头气体作为出口混合物从空气分离单元排出)在排氩塔中形成。

16、根据本发明，该装置具有与空气分离单元或多个空气分离单元分开提供的分馏单元，被配置为将空气分离单元的出口混合物或多个空气分离单元的出口混合物中的至少一些出口混合物馈送到分馏单元并且在其中对其分馏以获得与出口混合物或多个出口混合物相比富氧的一个或多个氧馏分、以及与出口混合物或多个出口混合物相比富氩的一个或多个氩馏分。

17、根据本发明，一个或多个氧馏分是或包括至少一个氧含量超过99.9体积％、氩含量少于100ppm、并且总烃含量少于100ppb的高纯度氧馏分。至少一个高纯度氧馏分尤其是液态高纯度氧馏分和/或气态高纯度氧馏分。

18、根据本发明提出的装置尤其被配置用于执行前面在实施方案中所解释的方法。因此，明确地参考关于根据本发明的方法及其有利实施方案的上述说明。

19、根据本发明提出的用于改造一个或多个空气分离单元的方法包括一个或多个空气分离单元被配备有分馏单元，以获得如上所述根据本发明的装置，其中一个或多个空气分离单元在不中断一个或多个空气分离单元的操作超过两天的情况下被配备有分馏单元。

20、下面将参考附图更详细地描述本发明，附图示出了本发明的优选实施方案。