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CN103038589A - 从管道氧气回收氪、氙 - Google Patents

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CN103038589A
CN103038589A CN2010800630294A CN201080063029A CN103038589A CN 103038589 A CN103038589 A CN 103038589A CN 2010800630294 A CN2010800630294 A CN 2010800630294A CN 201080063029 A CN201080063029 A CN 201080063029A CN 103038589 A CN103038589 A CN 103038589A
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heat exchange
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N.M.普罗塞尔
I.伊赫吉里卡
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Praxair Technology Inc
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Abstract

一种用于产生富氪-氙流的方法和设备，其中将管道氧气流在环境温度下从氧气管道去除，并且接着在低温精馏装置中进行蒸馏以便从蒸馏塔的塔底产物产生富氪-氙流。所述装置通过并入了膨胀机的热泵回路能生成其自身的致冷，或者可替换地借助于被引入到该蒸馏塔顶部中的液氧回流流能加入致冷。

Description

从管道氧气回收氪、氙
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。
热交换流在主热交换器内能被压缩并且接着被冷却。热交换器在与蒸馏塔操作性地(operatively)相关联的再沸器中被冷凝，以在蒸馏塔内产生沸腾(boil-up)。在已经被冷凝之后，热交换流在压力上减少并且在冷凝器中在与第一富氧蒸气流间接热交换过程中被蒸发，由此使第一富氧蒸气流冷凝。在已经被蒸发之后，热交换流在主热交换器内被部分加热，并且接着在透平膨胀机中被膨胀以产生排气流，并且透平膨胀机被联接到用于压缩热交换流的压缩机。排气流在主热交换器内被完全加热以将致冷施加到低温精馏过程，并且被再循环回到压缩机。
在另一个实施方式中，热交换流在主热交换器内能被冷却，并且接着在位于蒸馏塔内的再沸器中被冷凝以在蒸馏塔内产生沸腾。在已经被冷凝之后，热交换流在冷凝器中在与第一富氧蒸气流间接热交换过程中被蒸发，由此使第一富氧蒸气流冷凝，并且在已经被蒸发之后，热交换流在主热交换器内被完全加热并且接着被再循环回到主热交换器。至少一部分所述回流流作为蒸馏塔回流的一部分被引入到蒸馏塔中，并且液氧流被引入到蒸馏塔中以提供用于蒸馏塔回流的另一部分并将致冷施加到低温精馏过程中。
在另一个实施方式中，管道氧气流在主热交换器中已经被冷却之后能被分成第一氧蒸气流和第二氧蒸气流。第一氧蒸气流能被膨胀、被引入到蒸馏塔中并且被精馏。第二氧蒸气流能在与蒸馏塔操作性地相关联的再沸器中被冷凝以产生用于蒸馏塔的沸腾，并且接着在冷凝器中在与第一富氧蒸气流间接热交换过程中被冷凝和再蒸发之后被膨胀。在已经被再蒸发之后，第二富氧蒸气流在主热交换器内被完全加热、被压缩并且至少部分地被再循环回到氧气管道中。至少一部分所述回流流作为所述回流的一部分被传送到蒸馏塔中，并且液氧流作为所述回流的另一部分被引入到蒸馏塔中，并且将致冷引入到低温精馏过程中。在另外一个实施方式中，管道氧气流能被分成第一氧蒸气流和第二氧蒸气流。第一氧蒸气流在主热交换器内完全被冷却、被引入到蒸馏塔中并且被精馏。第二氧蒸气流在主热交换器内被压缩并且被完全冷却，并且接着在与蒸馏塔操作性地相关联的再沸器中被冷凝以产生用于蒸馏塔的沸腾。第二氧蒸气流在冷凝器中在与第一富氧蒸气流间接热交换过程中被冷凝和再蒸发之后被膨胀。在已经被再蒸发之后，第二氧蒸气流在主热交换器内被完全加热、被压缩并且至少部分地被再循环回到氧气管道中。至少一部分所述回流流作为用于所述回流的一部分被传送到蒸馏塔中，并且液氧流作为所述回流的另一部分被传送到塔中并且将致冷施加到低温精馏过程中。
在本发明的任何一个实施方式中，回流流能在过冷器内在与液氧流间接热交换过程中被传送，由此使回流流过冷(subcool)。在已经通过过冷器之后，液氧流被膨胀并且被引入到蒸馏塔中。回流流的第一部分在已经被过冷之后作为用于蒸馏塔回流的一部分被传送至蒸馏塔中，并且在已经被过冷之后，回流流的第二部分从低温精馏过程中被排出。
本发明还涉及一种用于产生富氪-氙流的设备。根据本发明的这个方面，低温精馏装置被连接至氧气管道。该装置被构造成精馏在环境温度下从氧气管道去除的管道氧气流并且产生富氪-氙流。所述低温精馏装置具有被连接至氧气管道的主热交换器以便接收管道氧气流，并且被构造成使管道氧气流冷却至一温度，该温度处于或接近在被包含在管道氧气流中的氧蒸气的露点温度。蒸馏塔被连接至主热交换器以便接收至少一部分管道氧气流，并且被构造成精馏所述至少一部分管道氧气流以产生富氪-氙液态塔底产物和富氧蒸气塔顶产物。蒸馏塔设置有出口用于从蒸馏塔排出富氪-氙流，使得富氪-氙流由富氪-氙液态塔底产物组成。冷凝器被连接至蒸馏塔，以便使由富氧蒸气塔顶产物组成的第一富氧蒸气流冷凝并由此形成回流流，并且使至少一部分所述回流流作为回流返回到蒸馏塔。蒸馏塔还被连接至主热交换器，使得由富氧蒸气塔顶产物组成的第二富氧蒸气流在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。主热交换器还被连接至氧气管道使得第二富氧蒸气流被再循环回到氧气管道。也提供了一种用于将致冷施加到低温精馏装置的机构。
在一个实施方式中，可以设置压缩机来压缩热交换流，并且主热交换器被连接至压缩机，用以接收已被压缩后的热交换流并且接着冷却热交换流。再沸器与蒸馏塔操作性地相关联以在蒸馏塔内产生沸腾，并且被连接至主热交换器从而接收热交换流并且使热交换流冷凝。冷凝器被连接至再沸器，并且被构造成通过与第一富氧蒸气流间接热交换而使已被冷凝后的热交换流蒸发，由此使第一富氧蒸气流冷凝。主热交换器被连接至冷凝器，并且被构造成接收已被蒸发后的热交换流并且部分加热热交换流。膨胀阀被定位在冷凝器和再沸器之间以使已被冷凝后的热交换流膨胀，并且致冷施加机构包括透平膨胀机，所述透平膨胀机被连接至主热交换器以接收已被部分加热后的热交换流并且使热交换流膨胀，由此产生排气流。透平膨胀机被联接至用于压缩热交换流的压缩机，并且主热交换器还被连接至透平膨胀机并被构造成完全加热主热交换器内的排气流以将致冷施加到低温精馏装置。循环压缩机被定位在压缩机和热交换器之间，以提升压力并且使热交换流再循环回到压缩机。
在另一个实施方式中，主热交换器能被构造成使热交换流冷却。再沸器与蒸馏塔操作性地相关联以在蒸馏塔内产生沸腾，并且被连接至主热交换器以便接收热交换流并使热交换流冷凝。冷凝器被连接至再沸器并被构造成通过与第一富氧蒸气流间接热交换而使已被冷凝后的热交换流蒸发，由此使第一富氧蒸气流冷凝。膨胀阀被定位在冷凝器和再沸器之间以使已被冷凝后的热交换流膨胀，并且主热交换器被连接至冷凝器并被构造成接收已被蒸发后的热交换流并且完全加热热交换流。循环压缩机被连接至主热交换器以接收已被完全加热后的热交换流，以便使得热交换流在压力上被提升并且再循环回到主热交换器中以使热交换流完全冷却。致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。
在另一个实施方式中，蒸馏塔能被连接至主热交换器，使得由一部分管道氧气流组成的第一氧蒸气流被引入到蒸馏塔中并且被精馏。再沸器与蒸馏塔操作性地相关联以产生用于蒸馏塔的沸腾，并且被连接至主热交换器使得由管道氧气流的另一部分组成的第二氧蒸气流被引入到蒸馏塔中并且被冷凝。再沸器被连接至冷凝器，使得第二氧蒸气流被引入到冷凝器中并且通过与第一富氧蒸气流的间接热交换被再蒸发，由此使第一富氧蒸气流冷凝。多个膨胀阀被定位在主热交换器和蒸馏塔之间，使得第一氧蒸气流在被引入到蒸馏塔之前并且在再沸器和冷凝器之间被膨胀，以便使得已被冷凝后的第二氧蒸气流被膨胀。压缩机被连接在主热交换器和氧气管道之间，使得已被完全加热后的第二氧蒸气流被压缩回至管道压力，并且至少部分地被再循环回到氧气管道中。致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。
在另外一个实施方式中，主热交换器和压缩机被连接至氧气管道，使得由一部分管道氧气流组成的第一氧蒸气流在主热换器内完全冷却，并且使得由管道氧气流的另一部分组成的第二氧蒸气流在压缩机中被压缩且在主热交换器内完全冷却。再沸器与蒸馏塔操作性地相关联以产生用于蒸馏塔的沸腾，蒸馏塔被连接至主热交换器，以便使得第二氧蒸气流在再沸器中被冷凝。冷凝器被连接至再沸器，使得第二氧蒸气流在通过与第一富氧蒸气流间接热交换而已被冷凝之后被再蒸发。膨胀阀被定位在冷凝器和再沸器之间，以使在再沸器中已被冷凝后的第二氧蒸气流被阀膨胀(valve expand)。主热交换器被连接至冷凝器，以便使得已被再蒸发后的第二氧蒸气流在主热交换器内被完全加热。另一个压缩机被定位在主热交换器和氧气管道之间以使第二氧蒸气流被压缩回至管道压力，并且使第二氧蒸气流至少部分地再循环回到氧气管道中。致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。在该实施方式中，冷凝器能被连接至蒸馏塔，使得回流流的第一部分作为蒸馏塔回流的一部分被引入到蒸馏塔中。
在本发明的任一实施方式中，过冷器能被连接至冷凝器。过冷器被构造成接收回流流和液氧流，使得回流流在过冷器内被过冷。过冷器被连接至蒸馏塔使得液氧流在已经通过过冷器之后被引入到蒸馏塔中，回流流的第一部分被引入到蒸馏塔中，并且回流流的第二部分从低温精馏装置被排放。另一个膨胀阀被定位在过冷器和蒸馏塔之间，使得液氧流在引入到蒸馏塔中之前被阀膨胀。
附图说明
尽管说明书以明确指出了申请人视为其发明的主题的权利要求结束，然而相信当连同附图时将会更好地理解本发明，在附图中：
图1是被设计成实施依照本发明方法的设备的示意性工艺流程图；
图2是图1中所图示设备的可替换实施方式的示意性工艺流程图；
图3是被设计成实施依照本发明方法的设备的又一个可替换实施方式的示意性工艺流程图；以及
图4是图3中所图示设备的可替换实施方式的示意性工艺流程图。
为了避免对各图做不必要的重复解释，相同的参考标号用于其具有相同描述的元件。
具体实施方式
参考图1，图示了低温精馏装置1，其被设计成处理流过氧气管道2的氧蒸气，并且由此产生能被进一步处理成产生氪和氙产物的富氪-氙流3。基于体积百分比，流过氧气管道2的流的通常组成部分如下：氧气：0.9950-0.9995；氩气：0.0050-0.0005；氮气：0.0；氪气：1.6-6.1ppm；以及氙气：0.12-0.46ppm。富氪-氙流3将具有下列组成部分：氧气：0.9950-0.9995；氩气：0.0050-0.0005；氮气：0.0；氪气：150-2600ppm；以及氙气：100-400ppm。低温精馏装置1将被构建成对现有的空气分离装置装备(installation)的改型，在其中借助于氧气管道2使由该装置所产生的氧气路由(route)到使用该氧气的应用中。
氧气管道流10在环境温度下从氧气管道2去除，并且由流过氧气管道2的氧蒸气组成。氧气管道流10被引入到主热交换器12中，以使氧气管道流10冷却至处于或接近其露点的温度。主热交换器12可由已知的煤粉铝(braised aluminum)板翅式结构组成。
接着将生成的被冷却的氧气管道流10引入到用于精馏的蒸馏塔14中。尽管未图示，蒸馏塔14设置有填料(packing)、或结构化的或任意的或两种类型结合的填料、或可能的筛板，以便当氪和氙变得较贫瘠的上升气相上升时与其接触，并且当氪和氙变得较富集的下降液相在该塔中下降时与其接触。结果，在蒸馏塔14的底部产生了富氪-氙塔底产物，并且在蒸馏塔14的顶部产生了富氧蒸气塔顶产物。
蒸馏塔14设置有出口16以排出富氪-氙流3。冷凝器18被连接至蒸馏塔14的顶部，以便使由富氧蒸气塔顶产物组成的第一富氧蒸气流20冷凝。冷凝产生了回流流22，其如将要描述地至少部分地被再引入到蒸馏塔14中作为回流。也将蒸馏塔14连接至主热交换器12，使得第二富氧蒸气流24在与管道氧气流10间接热交换过程中被传送来协助管道氧气流10的冷却。第二富氧蒸气流24作为热流26接着被再循环回到氧气管道2。
尽管在低温精馏装置1中，可以将回流流22整体地引入到蒸馏塔24的顶部中，但是能使其在过冷单元28中被有利地过冷。回流流22的第一部分30作为用于该塔的回流部分被引入到蒸馏塔14的顶部中。回流流22的第二部分32作为过冷的、氪和氙耗尽的液氧流从过冷单元14中被排出。过冷单元28的热交换职责由液氧流34提供，液氧流34在通过过冷单元28之后在膨胀阀36中被膨胀至蒸馏塔14的压力，并且接着作为用于蒸馏塔14的回流的余下部分被引入。
液氧流34可以从产生氧蒸气以供给氧气管道2的同一装备中获得。在这一点上，液氧流34从之后被蒸发并供给至氧气管道2中的被泵送的流得到。照此，在图示的实施方式中，塔压在压力上减少。然而，如果能在较低压力下获得，就不一定需要膨胀。回流流22的部分32能被再引入到空气分离装置中或者可能回到氧气管道2。尽管在低温精馏装置1中是可选的，但使用液氧流34是有利的，这在于它允许将这样的液氧内的氪和氙进行回收，并且进一步地，这样的流也提供了低温蒸馏装置1的一些致冷负载。
低温精馏装置1被设计成独立式装置，并且照此也被设计成产生其自身的致冷。这在使用了氮气或合适的流体作为热交换流体的热泵回路中完成。通过压缩机40将热交换流38压缩。在借助于后冷却机42将压缩热量去除之后，热交换流在主热交换器12中被冷却以产生被冷却的热交换流44。位于蒸馏塔14的底部中的再沸器46被连接至主热交换器12，以接收被冷却的热交换流44并在蒸馏塔14内产生沸腾，并且由此开始从被蒸发的富氪-氙液态塔底产物形成上升气相。这使被冷却的热交换流44冷凝，并且因此产生了被冷凝的热交换流48。被冷凝的热交换流48接着通过膨胀阀50以使该流冷却，并且因此使第一富氧蒸气流20冷凝。这使热交换流再蒸发来产生被再蒸发的热交换流52，被再蒸发的热交换流52在主热交换器12内被部分加热，并且接着被引入到透平膨胀机54中以产生排气流56。如在本文中和在权利要求中所使用的，术语“部分加热”在这样的上下文中意味着加热到主热交换器12的热端温度和冷端温度之间的温度。通过加热主热交换器12中的排气流56来施加致冷。排气流接着被引入到循环压缩机58中，并且在后冷却机60内进行冷却之后作为热交换流38再循环回到压缩机40。也可以将用于热交换流体的补充作为补充流62引入来替换由于泄露而损失的热交换流体。如可以认识到的，热交换流的压缩代表了能量支出和损失。如果用于装置的部分致冷需求是由液氧流34提供，那么能减少这种能量损失。
参考图2，图示了低温精馏装置2，其是低温精馏装置1的可替换实施方式。不同于低温精馏装置1，低温精馏装置2没有被设计成独立式，并且因此未设置自我生成致冷的机构。然而，它部署了热交换环路，在其中热交换流在主热交换器12’中被冷却，主热交换器12’与主热交换器12的区别在于它没有设置通道来部分加热被再蒸发的热交换流52。生成的冷却热交换流44被再次引入到再沸器46中并被冷凝以产生被冷凝的热交换流48’, 被冷凝的热交换流48’在通过膨胀阀50之后被再蒸发以产生被再蒸发的热交换流52。被再蒸发的热交换流52在主热交换器12’内被加热以产生热交换流12’以产生被再引入到压缩机58中的加热的热交换流64。通过液氧流34将致冷单独施加到低温精馏装置中。在这一点上，在没有使回流流22过冷的情况下可以将液氧流34直接引入到蒸馏塔14中，并且可以将回流流整体地引入到蒸馏塔14中。
参考图3，图示了本发明的另外一个实施方式，其并入了低温精馏装置3。低温精馏装置3如同低温精馏装置2没有被设计成自立式，并且照此由液氧流34进行外部致冷。然而，精馏不是通过热泵回路驱动，而是相反地通过管道氧气流10驱动。在这一点上，在提供氧气管道2的空气分离装置中产生的氧气将在高于以上所讨论实施方式约15psi处被压缩或提供。管道氧气流10在主热交换器12’’中被冷却，假定主热交换器12或12’不包含再循环的热交换流，那么主热交换器12’’具有比主热交换器12或12’更少的热交换通道。被冷却的管道氧气流被分成第一氧蒸气流70和第二氧蒸气流72。第一氧蒸气流70在膨胀阀74中被阀膨胀、被引入到蒸馏塔14中并被精馏。第二氧蒸气流72 被引入到再沸器46中并被冷凝。生成的被冷凝的氧蒸气流76接着通过膨胀阀78在压力上减少并且被引入到冷凝器18中，在冷凝器18中它在回流的产生过程中被再蒸发。压力上的减少使被冷凝的氧蒸气流76的温度降低，以便使它能操作以使得用于蒸馏塔14的回流冷凝。采用类似方式，第一氧蒸气流70在压力上减少使其温度降低，以便使第二氧蒸气流72能在再沸器46中被冷凝。
被再蒸发的氧蒸气流80在主热交换器12’’内被加热、被压缩回到压缩机82中的管道压力。在将后冷却机84中的压缩热量去除之后，将生成的第一被压缩的氧蒸气流86再引入到氧气管道2中。可选地，假定第二被压缩的氧蒸气流88具有能被回收的氪和氙的含量，该流能被再循环回到管道氧气流10。
图4图示了低温精馏装置4，其是低温精馏装置3的可替换实施方式。在低温精馏装置4中，管道氧气流10在主热交换器12’’’之前被分成第一氧蒸气流70’和第二氧蒸气流72’。第一氧蒸气流70’在主热换器12’’’内被冷却，并且接着被引入到用于精馏的蒸馏塔14中。第二氧蒸气流72’通过压缩机90被压缩并且在将后冷却机92中的压缩热量去除之后被冷却，如同被压缩的氧蒸气流94。显然，在这样的实施方式中，不是所有的氧气需要被压缩至较高的压力以便驱动蒸馏，如在低温精馏装置3中的情形。
被压缩的氧蒸气流94在主热交换器12’’’中进行冷却之后被引入到再沸器46中以形成被冷凝的氧蒸气流48’’。被冷凝的氧蒸气流48’’在冷凝器18内被再蒸发，同时使回流冷凝以形成被再蒸发的氧蒸气流80。低温精馏装置4除此之外以与低温精馏装置3相同的方式运行。
在以上所图示的任何一个实施方式中，可以将富氪-氙流3在现场和接近以上所讨论的任何一个低温精馏装置处进行进一步处理，以便减少必须被输送用于最终处理来产生氪和氙产物的液体量。这将通过蒸发富氪-氙流并且接着使该流经受催化氧化来进行，跟随催化氧化的是去除二氧化碳和水蒸气。生成的干燥流将接着被冷却并且在配有充足阶段(stage)的蒸馏塔中被蒸馏，以便将富氪-氙流3中氪的浓度从340ppm增加至55%且氙的浓度从260ppm增加至43%并且具有1%的氧杂质。可以通过一部分被冷凝的热传递流体48来提供该塔的致冷需求。
以下表是图1中所图示本发明的实施方式的一个计算实例，图1图示了在低温精馏装置1内流动的各种流的流概览以及热量和质量平衡。                
表
流 101 102 24 20 30  
蒸气分数 1 1 1 1 0  
温度 [K] 310.0 122.0 120.9 120.9 104.8  
压力 [psia] 159.7 157.2 157.2 157.2 156.2  
流量 [moles/hr] 1000 1000 999 51 7  
焓 [Btu/mol] 115.7 -2417.7 -2436.8 -2436.8 -5200.5  
摩尔分数(氮气) 0 0 0 0 0  
摩尔分数(氩气) 0.00398 0.00398 0.00398 0.00398 0.00398  
摩尔分数(氧气) 0.996 0.996 0.996 0.996 0.996  
摩尔分数(氪气) 5.59E-06 5.59E-06 5.11E-06 5.11E-06 5.11E-06  
摩尔分数(氙气) 4.26E-07 4.26E-07 5.39E-08 5.39E-08 5.39E-08  
流 32 34 38 44 48 52
蒸气分数 0 0 1 1 0 1
温度 [K] 104.8 93.7 310.0 124.0 122.4 119.0
压力 [psia] 156.2 159.7 253.0 412.0 412.0 299.50
流量 [moles/hr] 44 44 96 96 96 96
焓 [Btu/mol] -5200.5 -5469.1 108.0 -2796.1 -3827.0 -2644.8
摩尔分数(氮气) 0 0 1 1 1 1
摩尔分数(氩气) 0.00398 0.00398 0 0 0 0
摩尔分数(氧气) 0.996 0.996 0 0 0 0
摩尔分数(氪气) 5.11E-06 5.59E-06 0 0 0 0
摩尔分数(氙气) 5.39E-08 4.26E-07 0 0 0 0
流 523 564 565 3    
蒸气分数 1 1 1 0    
温度 [K] 195.0 126.4 304.3 121.0    
压力 [psia] 296.5 50.0 46.0 158.0    
流量 [moles/hr] 96 96 96 1.5    
焓 [Btu/mol] -1407.0 -2165.8 68.8 -4811.3    
摩尔分数(氮气) 1 1 1 0    
摩尔分数(氩气) 0 0 0 0.00193    
摩尔分数(氧气) 0 0 0 0.9962    
摩尔分数(氪气) 0 0 0 3.42E-04    
摩尔分数(氙气) 0 0 0 2.65E-04    
1.  在主热交换器12之前的管道氧气流
2.  在主热交换器12之后的管道氧气流
3.  在主热交换器12内在部分加热后的被再蒸发的热交换流52
4. 在热交换器12内加热之前的排气流56
5.  在热交换器12内加热之后的排气流56。
尽管已经参考优选实施方式讨论了本发明，但是如本领域技术人员将认识到的，在不脱离如所附权利要求所阐明的本发明精神和范围的情况下，可以在这样的实施方式中做出许多的改变和省略。

Claims (15)

1.一种产生富氪-氙流的方法，其包括：
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；以及
将所述管道氧气流引入到低温精馏过程中以产生所述富氪-氙流，所述低温精馏过程包括：
将所述管道氧气流冷却至一温度，该温度处于或接近被包含在所述管道氧气流中的所述氧蒸气的露点温度；
在已经被冷却之后，将至少一部分所述管道氧气流在蒸馏塔中精馏，以产生富氪-氙液态塔底产物；
从所述蒸馏塔排出所述富氪-氙流，所述富氪-氙流由富氪-氙液态塔底产物组成；以及
将致冷施加到所述低温精馏过程中。
2.根据权利要求1所述的方法，其中：
所述管道氧气流在主热交换器中被冷却；
所述管道氧气流的精馏产生了富氧蒸气塔顶产物；
由所述富氧蒸气塔顶产物组成的富氧蒸气流从所述蒸馏塔去除，并且被分成第一富氧蒸气流和第二富氧蒸气流；
所述第一富氧蒸气流在冷凝器中被冷凝以产生回流流；
至少一部分所述回流流作为回流被引入到所述蒸馏塔中；
所述第二富氧蒸气流在所述主热交换器中在与来自所述氧气管道的所述管道氧气流间接热交换过程中被传送，以便协助使所述管道氧气流冷却；并且
所述第二富氧蒸气流被再循环回到所述氧气管道。
3.根据权利要求2所述的方法，其中：
热交换流在所述主热交换器内被压缩并且接着被冷却；
所述热交换器在与所述蒸馏塔操作性地相关联的再沸器中被冷凝，以在所述蒸馏塔内产生沸腾；
在已经被冷凝之后，所述热交换流在压力上减少并且在所述冷凝器中在与所述第一富氧蒸气流间接热交换过程中被蒸发，由此使所述第一富氧蒸气流冷凝；
所述热交换流在已经被蒸发之后在所述主热交换器内被部分加热，并且接着在透平膨胀机中被膨胀以产生排气流；
所述透平膨胀机被联接到用于压缩所述热交换流的压缩机；并且
所述排气流在所述主热交换器内被完全加热以将所述致冷施加到所述低温精馏过程，并且被再循环回到所述压缩机。
4.根据权利要求3所述的方法，其中：
所述回流流在过冷器内通过与液氧流间接热交换而被过冷；
在已经被过冷之后，所述回流流的第一部分作为所述蒸馏塔的回流的一部分被引入到所述蒸馏塔中；并且
所述液氧流在膨胀阀中被阀膨胀，并且作为用于所述蒸馏塔的回流的另一部分被引入到所述蒸馏塔中。
5.根据权利要求2所述的方法，其中：
热交换流在所述主热交换器内被冷却；
所述热交换流在位于所述蒸馏塔内的再沸器中被冷凝以在所述蒸馏塔内产生沸腾；
在已经被冷凝之后，所述热交换流在所述冷凝器中在与所述第一富氧蒸气流间接热交换过程中被蒸发，由此使所述第一富氧蒸气流冷凝；
所述热交换流在已经被蒸发之后在所述主热交换器内被完全加热，并且接着被再循环回到所述主热交换器；
至少一部分所述回流流作为所述蒸馏塔的回流的一部分被引入到所述蒸馏塔中；以及
液氧流被引入到所述蒸馏塔中以提供用于所述蒸馏塔的回流的另一部分，并且将所述致冷施加到所述低温精馏过程中。
6.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述管道氧气流在所述主热交换器中已经被冷却之后被分成第一氧蒸气流和第二氧蒸气流；
所述第一氧蒸气流被膨胀并引入到所述蒸馏塔中并且被精馏；
所述第二氧蒸气流在与所述蒸馏塔操作性地相关联的再沸器中被冷凝，以产生用于所述蒸馏塔的沸腾；
所述第二氧蒸气流在所述冷凝器中在与所述第一富氧蒸气流间接热交换过程中已经被冷凝和再蒸发之后被膨胀；
所述第二氧蒸气流在已经被再蒸发之后在所述主热交换器内被完全加热、被压缩并且至少部分地被再循环回到所述氧气管道中；
至少一部分所述回流流作为所述回流的一部分被传送到所述蒸馏塔中；并且
液氧流作为所述回流的另一部分被引入到所述蒸馏塔中，并且将所述致冷引入到所述低温精馏过程中。
7.根据权利要求2所述的方法，其中：
所述管道氧气流被分成第一氧蒸气流和第二氧蒸气流；
所述第一氧蒸气流在所述主热交换器内被完全冷却、被引入到所述蒸馏塔中并且被精馏；
所述第二氧蒸气流在所述主热交换器内被压缩并且被完全冷却，并且接着在与所述蒸馏塔操作性地相关联的再沸器中被冷凝，以产生用于所述蒸馏塔的沸腾；
所述第二氧蒸气流在所述冷凝器中在与所述第一富氧蒸气流间接热交换过程中已经被冷凝和再蒸发之后被膨胀；
所述第二氧蒸气流在已经被再蒸发之后在所述主热交换器内被完全加热、被压缩并且至少部分地被再循环回到所述氧气管道中；
至少一部分所述回流流作为用于所述蒸馏塔的回流的一部分被传送到所述蒸馏塔中；并且
液氧流作为所述回流的另一部分被传送到所述塔中，并且将所述致冷施加到所述低温精馏过程中。
8.根据权利要求5或权利要求6或权利要求7所述的方法，其中：
所述回流流在过冷器内在与所述液氧流间接热交换过程中被传送，由此使所述回流流过冷；
所述液氧流在已经通过所述过冷器之后被膨胀并且被引入到所述蒸馏塔中；
所述回流流的第一部分在已经被过冷之后作为用于所述蒸馏塔的回流的一部分被传送至所述蒸馏塔中；并且
在已经被过冷之后，所述回流流的第二部分从所述低温精馏过程被排出。
9.一种用于产生富氪-氙流的设备，其包括：
低温精馏装置，其被连接至氧气管道，并且被构造成精馏在环境温度下从氧气管道去除的管道氧气流并且产生所述富氪-氙流；
所述低温精馏装置包括：
主热交换器，其被连接至所述氧气管道以便接收所述管道氧气流，所述主热交换器被构造成使所述管道氧气流冷却至一温度，该温度处于或接近被包含在所述管道氧气流中的氧蒸气的露点温度；
蒸馏塔，其被连接至所述主热交换器以便接收至少一部分所述管道氧气流，所述蒸馏塔被构造成精馏所述至少一部分所述管道氧气流以产生富氪-氙液态塔底产物和富氧蒸气塔顶产物，并且所述蒸馏塔具有出口以便从所述蒸馏塔排出所述富氪-氙流，使得所述富氪-氙流由所述富氪-氙液态塔底产物组成；
冷凝器，其被连接至所述蒸馏塔，以便使由所述富氧蒸气塔顶产物组成的第一富氧蒸气流冷凝并由此形成回流流，并且使至少一部分所述回流流作为回流返回到所述蒸馏塔；
所述蒸馏塔还被连接至所述主热交换器，使得由所述富氧蒸气塔顶产物组成的第二富氧蒸气流在与来自所述氧气管道的所述管道氧气流间接热交换过程中被传送，以便协助使所述管道氧气流冷却；
所述主热交换器还被连接至所述氧气管道，使得所述第二富氧蒸气流被再循环回到所述氧气管道；以及
用于将致冷施加到所述低温精馏装置的机构。
10.根据权利要求9所述的设备，其中：
压缩机压缩热交换流；
所述主热交换器被连接至所述压缩机，以便接收已被压缩后的所述热交换流并且接着冷却所述热交换流；
再沸器与所述蒸馏塔操作性地相关联以在所述蒸馏塔内产生沸腾，所述再沸器被连接至所述主热交换器从而接收所述热交换流并且使所述热交换流冷凝；
所述冷凝器被连接至所述再沸器，并且被构造成使通过与所述第一富氧蒸气流间接热交换而已被冷凝后的所述热交换流蒸发，由此使所述第一富氧蒸气流冷凝；
所述主热交换器被连接至所述冷凝器，并且被构造成接收已被蒸发后的所述热交换流并且部分加热所述热交换流；
膨胀阀被定位在所述冷凝器和所述再沸器之间，以使已被冷凝后的所述热交换流膨胀；
所述致冷施加机构包括透平膨胀机，所述透平膨胀机被连接至所述主热交换器以接收已被部分加热后的所述热交换流并且使所述热交换流膨胀，由此产生排气流，所述透平膨胀机被联接至用于压缩所述热交换流的所述压缩机，并且所述主热交换器还被连接至所述透平膨胀机并被构造成在所述主热交换器内完全加热所述排气流以将所述致冷施加到所述低温精馏装置；并且
循环压缩机被定位在所述压缩机和所述热交换器之间，以提升压力并且使所述热交换流再循环回到所述压缩机。
11.根据权利要求10所述的设备，其中：
过冷器被连接至冷凝器并且被构造成接收所述回流流和液氧流，使得所述回流流在所述过冷器内被过冷；
所述过冷器被连接至所述蒸馏塔使得所述液氧流在已经通过所述过冷器之后被引入到所述蒸馏塔中，所述回流流的第一部分被引入到所述蒸馏塔中，并且所述回流流的第二部分从所述低温精馏装置被排放；并且
另一个膨胀阀被定位在所述过冷器和所述蒸馏塔之间，使得所述液氧流在引入到所述蒸馏塔中之前被阀膨胀。
12.根据权利要求9所述的设备，其中：
所述主热交换器被构造成使热交换流冷却；
再沸器与所述蒸馏塔操作性地相关联以在所述蒸馏塔内产生沸腾，所述再沸器被连接至所述主热交换器以便接收所述热交换流并且使所述热交换流冷凝；
所述冷凝器被连接至所述再沸器，并且被构造成使通过与所述第一富氧蒸气流间接热交换而已被冷凝后的所述热交换流蒸发，由此使所述第一富氧蒸气流冷凝；
膨胀阀被定位在所述冷凝器和所述再沸器之间，以使已被冷凝后的所述热交换流膨胀；
所述主热交换器被连接至所述冷凝器，并且被构造成接收已被蒸发后的所述热交换流并且完全加热所述热交换流；
循环压缩机被连接至所述主热交换器以接收已被完全加热后的所述热交换流，以便使得所述热交换流在压力上被提升并且再循环回到所述主热交换器中以使所述热交换流完全冷却；并且
所述致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。
13. 根据权利要求9所述的方法，其中：
所述蒸馏塔被连接至所述主热交换器，使得由一部分所述管道氧气流组成的第一氧蒸气流被引入到所述蒸馏塔中并且被精馏；
再沸器与所述蒸馏塔操作性地相关联以产生用于所述蒸馏塔的沸腾，所述再沸器被连接至所述主热交换器使得由所述管道氧气流的另一部分组成的第二氧蒸气流被引入到所述蒸馏塔中并且被冷凝；
所述再沸器被连接至所述冷凝器，使得所述第二氧蒸气流被引入到所述冷凝器中并且通过与第一富氧蒸气流的间接热交换被再蒸发，由此使所述第一富氧蒸气流冷凝；
多个膨胀阀被定位在所述主热交换器和所述蒸馏塔之间，使得所述第一氧蒸气流在被引入到所述蒸馏塔之前并且在所述再沸器和所述冷凝器之间被膨胀，以便使得已被冷凝后的所述第二氧蒸气流被膨胀；
所述主热交换器被连接至所述冷凝器，使得已被再蒸发后的所述第二氧蒸气流在所述主热交换器内被完全加热；
压缩机被连接在所述主热交换器和所述氧气管道之间，使得已被完全加热后的所述第二氧蒸气流被压缩回至管道压力并且至少部分地被再循环回到所述氧气管道中；并且
所述致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。
14. 根据权利要求9所述的设备，其中：
所述主热交换器和压缩机被连接至所述氧气管道，使得由一部分所述管道氧气流组成的第一氧蒸气流在所述主热换器内完全冷却，并且使得由所述管道氧气流的另一部分组成的第二氧蒸气流在所述压缩机中被压缩并且在所述主热交换器内完全冷却；
再沸器与所述蒸馏塔操作性地相关联以产生用于所述蒸馏塔的沸腾，所述蒸馏塔被连接至所述主热交换器，以便使得所述第二氧蒸气流在所述再沸器中被冷凝；
所述冷凝器被连接至所述再沸器，使得所述第二氧蒸气流在通过与所述第一富氧蒸气流间接热交换而已经被冷凝之后被再蒸发；
膨胀阀被定位在所述冷凝器和所述再沸器之间，以使已经在所述再沸器中被冷凝之后的所述第二氧蒸气流被阀膨胀；
所述主热交换器被连接至所述冷凝器，使得所述第二氧蒸气流在已经被再蒸发之后在所述主热交换器内被完全加热；
另一个压缩机被定位在所述主热交换器和所述氧气管道之间以使所述第二氧蒸气流被压缩回至管道压力，并且使所述第二氧蒸气流至少部分地再循环回到所述氧气管道中；并且
所述致冷施加机构包括具有入口的蒸馏塔，所述入口被定位成接收作为所述回流另一部分的液氧流。
15. 根据权利要求12或权利要求13或权利要求14所述的方法，其中：
过冷器被连接至冷凝器并且被构造成接收所述回流流和所述液氧流，使得所述回流流在所述过冷器内被过冷；
所述过冷器被连接至所述蒸馏塔使得所述液氧流在已经通过所述过冷器之后被引入到所述蒸馏塔中，所述回流流的第一部分被引入到所述蒸馏塔中，并且所述回流流的第二部分从所述低温精馏装置被排放；并且
另一个膨胀阀被定位在所述过冷器和所述蒸馏塔之间，使得所述液氧流在引入到所述蒸馏塔中之前被阀膨胀。
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