粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝的製作方法

2023-04-27 12:38:21

專利名稱：粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及空氣分離領域，具體涉及一種粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝。
背景技術：
氪氣和氙氣是國民經濟中重要的工業氣體。目前在我國乃至世界對氪氣和氙氣的需求量繼續保持高增長，主要原因是其應用領域越來越廣，他們不僅應用在傳統的照明工業，特別是近年來在建築門窗、平板電視、電子晶片、空間、衛星及醫療行業上的應用正在崛起。

工業製取氪氙有以下幾個途徑從空氣分離裝置的副產品中提取；從合成氨排放氣中提取；從核反應堆的裂變氣中提取。我國目前主要是從空氣分離裝置的副產品中提取氪氣和氙氣。常壓下，氪的沸點為-153. 2°C，氙的沸點為-109. 1°C，均高於氧的沸點為-182. 97°C，因而在空氣分離裝置中，氪氙首先富集在下塔的富氧液空中，進而富集在上塔的液氧中，由於氪氣在大氣組分中含量很小，氪1. 14X 10-6,氣0. 086X 10-6。在空分裝置中，隨著空分裝置的大型化，提取氪氙的原料液氧也在幾何數增長。因此從富氧液空或液氧中回收氪氙蘊藏著巨大的經濟前景。根據大氣組分物性特點及空分工藝的組織特點，提取氪氙要麼從下塔的富氧液空中，要麼從上塔的液氧中提取。液氧內壓縮空分設備裝置氧產品是通過主冷液氧經泵壓縮得到，由於氪氙主要存在於液氧中，這樣會有大量的氪氙被氧產品帶走，造成內壓縮流程氪氙提取率的下降及粗氪氙提取工藝組織的難度。傳統的提取方法存在一定的缺陷粗氪氙的製取必須在裝置製取氬的同時進行，若制氬塔不投運則無法進行粗氪氙的製取；同時對粗氪氙塔的來料氣、液量運行控制要求聞；粗氣氣廣品的提取率不聞。另外，粗氣氣塔的來料受:到限制，只能從上塔底及主冷抽取氪氙含量較少的少量的液氧，減少了氪氙的提取；作為粗氪氙塔熱源的空氣液化，不能參加空氣在下塔的一次精餾，而需直接進入上塔進行精餾，削弱了上塔的精餾潛力，使氧氮氬的提取率減少。為提高內壓縮流程粗氪氙的提取率，粗氪氙塔投運的靈活性，提供一種粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝，具有廣闊的市場前景。

發明內容
針對現有技術的不足，本發明提供一種結構合理簡單，操作方便快捷，提取靈活方便的粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝。本發明的技術方案是這樣實現一種粗氪氙的提取裝置，包括原料空氣Air、保冷箱、設置在保冷箱外部的空氣過濾器AF、空氣壓縮機TC1、預冷系統UF、純化系統HXKJIS機BZ、水冷卻器WE、膨脹機增壓端B，設置在保冷箱內部的主換熱器E1、膨脹機膨脹端ET、液氧泵0P、過冷器E3、下塔Cl、上塔C2、主冷凝蒸發器K、粗氬塔C3、粗氬塔冷凝器K3、粗氪氙塔C6、粗氪氙塔蒸發器K6，所述的空氣過濾器AF與空氣壓縮機TCl相連通，空氣壓縮機TCl與預冷系統UF相連通，預冷系統UF與純化系統HXK相連通，純化系統HXK通過第一管道過主 換熱器El與下塔Cl相連通，純化系統HXK與增壓機BZ相連通，增壓機BZ通過第二管道過主換熱器El與下塔Cl相連通，增壓機BZ通過第三管道過膨脹機增壓端B、水冷卻器WE、主換熱器E1、膨脹機膨脹端ET與下塔Cl相連通，上塔C2通過第四管道過過冷器E3、主換熱器El與外界氮氣回收裝置相連接，上塔C2通過第五管道過過冷器E3、主換熱器El與外界汙氮氣回收裝置相連接，上塔C2通過第六管道過主換熱器El與外界氧氣回收裝置相連接，下塔Cl通過貧液空管道LA過過冷器E3與上塔C2相連通，下塔Cl通過富氧液空管道LK過過冷器E3並通過第一富氧液空管道LKl與上塔C2相連通，主冷凝蒸發器K與液氮管道LN相連接，液氮管道LN分別與第一液氮管道LNl和第二液氮管道LN2相連接，第一液氮管道LNl與下塔Cl相連接，第二液氮管道LN2過過冷器E3與上塔C2相連通，上塔C2通過液氧管道與液氧泵OP相連接，液氧泵OP與第六管道相連接，上塔C2通過第一液氧管道I與粗氪氙塔C6相連接，主冷凝蒸發器K通過第二液氧管道與粗氪氙塔C6相連接，粗氪氙塔C6與粗氪氙產品回收裝置相連接，下塔Cl頂部通過第一氮氣管道與粗氪氙塔蒸發器K6相連接，主冷凝蒸發器K一側設置有輔助冷凝蒸發器K2，輔助冷凝蒸發器K2的底部與主冷凝蒸發器K底部相連通，輔助冷凝蒸發器K2的頂部與主冷凝蒸發器K頂部相連通，液氮管道LN通過第七管道與輔助冷凝蒸發器K2相連接，在第七管道上設置有閥門V20。所述的閥門V20為電磁閥門或者手動閥門。一種利用上述粗氪氙的提取裝置提取粗氪氙的工藝，其提取工藝如下
原料空氣Air經空氣過濾器AF過濾，被空氣壓縮機TCl壓縮至0. 62Mpa CA),再經過預冷系統UF預冷和純化系統HXK淨化後，分為兩路一路通過第一管道進入主換熱器El與返流的氧氣、氮氣、汙氮氣換熱，被冷卻至液化點，出主換熱器El後直接進入下塔Cl下部；另一路去增壓機BZ壓縮後分兩股一股從增壓機BZ中部抽出去膨脹機增壓端B回收膨脹機輸出功被進一步壓縮，經水冷卻器WE冷卻後通過第三管道進入主換熱器E1，被返流氣進一步冷卻後去膨脹機膨脹端ET膨脹製冷後進入下塔Cl，另一股繼續在增壓機BZ壓縮後通過第二管道進入主換熱器El被返流氣冷卻，節流後進入下塔Cl ;進入下塔Cl的原料空氣在下塔Cl進行一次精餾，分離後塔頂部得到純氮氣，通過第四管道過過冷器E3、主換熱器El被外界氮氣回收裝置回收，下塔Cl下部得到富氧液空LK、貧液空LA ;頂部氮氣在主冷凝蒸發器K中冷凝成液氮LN，一部分液氮通過第一液氮管道LNl與下塔Cl相連接，作為下塔的回流液，另一部分液氮通過第二液氮管道LN2過過冷器E3與上塔C2相連通後與富氧液空LK、貧液空LA過過冷器E3冷節流後進入上塔C2進行二次精餾，在上塔C2底部獲得液氧L0，產品液氧LO抽取經液氧管道在上塔C2底上幾塊理論版處抽出，經液氧泵OP壓縮後經主換熱器El復熱後作為產品氧氣並經第六管道送出，同時從該處抽取液氧LOl原料經第一液氧管道進入粗氪氙塔C6，從主冷凝蒸發器K抽出液氧L02原料經第二液氧管道進入粗氪氙塔C6，作為粗氪氙塔C6的回流液，在粗氪氙塔C6內精餾，粗氪氙塔C6塔底得到粗氪氙產品LKX，被粗氪氙產品回收裝置回收，粗氪氙塔C6的蒸發器熱源來自通過第一氮氣管道輸送來的下塔Cl頂部的氮氣GN1，主冷凝蒸發器K 一側設置有輔助冷凝蒸發器K2，輔助冷凝蒸發器K2的底部與主冷凝蒸發器K底部相連通，輔助冷凝蒸發器K2的頂部與主冷凝蒸發器K頂部相連通，液氮管道LN通過第七管道與輔助冷凝蒸發器K2相連接，在第七管道上設置有閥門V20，當粗氪氙塔C6投運時關閉閥門V20，否則打開閥門V20。本發明具有如下的積極效果本發明產品液氧抽取經液氧管道在上塔底上幾塊理論版處抽出，該處氪氙的濃度較塔底較小，同時CH4含量較主冷也少了一個數量級，這樣就減少了液氧產品帶走氪氙量使更多的氪氙得以在主冷富集；
同時從該處抽取少量液氧原料經第二液氧管道進入粗氪氙塔調節控制粗氪氙產品中CH4的含量；由於能夠從主冷凝蒸發器中抽取較多氪氙濃度較高的原料，粗氪氙產品的提取率增加，較第一種流程提取率增加了 20% ;粗氪氙塔的蒸發器熱源來自第一氮氣管道下塔頂部氮氣GN1，較空氣做熱源對上塔氧、氮、氬的提取有所提高，特別是氬的提取能提高近2%;通過設置輔助冷凝蒸發器及閥門，實現了粗氪氙塔的靈活投運，完全不影響主塔工況，對空分裝置是否設置制氬系統及制氬系統是否投運更無限制；大大方便了用戶的流程選擇，使操作更簡單方便，節約了能耗。


圖I為本發明的結構示意圖以及流程示意圖。·
具體實施例方式如圖I所示，一種粗氪氙的提取裝置，包括原料空氣Air、保冷箱6、設置在保冷箱6外部的空氣過濾器AF、空氣壓縮機TC I、預冷系統UF、純化系統HXK、增壓機BZ、水冷卻器WE、膨脹機增壓端B，設置在保冷箱6內部的主換熱器E1、膨脹機膨脹端ET、液氧泵0P、過冷器E3、下塔Cl、上塔C2、主冷凝蒸發器K、粗氬塔C3、粗氬塔冷凝器K3、粗氪氙塔C6、粗氪氙塔蒸發器K6，所述的空氣過濾器AF與空氣壓縮機TCl相連通，空氣壓縮機TCl與預冷系統UF相連通，預冷系統UF與純化系統HXK相連通，純化系統HXK通過第一管道10過主換熱器El與下塔Cl相連通，純化系統HXK與增壓機BZ相連通，增壓機BZ通過第二管道11過主換熱器El與下塔Cl相連通，增壓機BZ通過第三管道12過膨脹機增壓端B、水冷卻器WE、主換熱器E1、膨脹機膨脹端ET與下塔Cl相連通，上塔C2通過第四管道7過過冷器E3、主換熱器El與外界氮氣回收裝置相連接，上塔C2通過第五管道8過過冷器E3、主換熱器El與外界汙氮氣回收裝置相連接，上塔C2通過第六管道9過主換熱器El與外界氧氣回收裝置相連接，下塔Cl通過貧液空管道LA過過冷器E3與上塔C2相連通，下塔Cl通過富氧液空管道LK過過冷器E3並通過第一富氧液空管道LKl與上塔C2相連通，主冷凝蒸發器K與液氮管道LN相連接，液氮管道LN分別與第一液氮管道LNl和第二液氮管道LN2相連接，第一液氮管道LNl與下塔Cl相連接，第二液氮管道LN2過過冷器E3與上塔C2相連通，上塔C2通過液氧管道4與液氧泵OP相連接，液氧泵OP與第六管道9相連接，上塔C2通過第一液氧管道I與粗氪氙塔C6相連接，主冷凝蒸發器K通過第二液氧管道2與粗氪氙塔C6相連接，粗氪氙塔C6與粗氪氙產品回收裝置5相連接，下塔Cl頂部通過第一氮氣管道3與粗氪氙塔蒸發器K6相連接，主冷凝蒸發器K 一側設置有輔助冷凝蒸發器K2，輔助冷凝蒸發器K2的底部與主冷凝蒸發器K底部相連通，輔助冷凝蒸發器K2的頂部與主冷凝蒸發器K頂部相連通，液氮管道LN通過第七管道13與輔助冷凝蒸發器K2相連接，在第七管道13上設置有閥門V20。所述的閥門V20為電磁閥門或者手動閥門。一種利用上述粗氪氙的提取裝置提取粗氪氙的工藝，，其提取工藝如下原料空氣Air經空氣過濾器AF過濾，被空氣壓縮機TCl壓縮至0. 62Mpa CA),再經過預冷系統UF預冷和純化系統HXK淨化後，分為兩路一路通過第一管道10進入主換熱器El與返流的氧氣、氮氣、汙氮氣換熱，被冷卻至液化點，出主換熱器El後直接進入下塔Cl下部；另一路去增壓機BZ壓縮後分兩股一股從增壓機BZ中部抽出去膨脹機增壓端B回收膨脹機輸出功被進一步壓縮，經水冷卻器WE冷卻後通過第三管道12進入主換熱器El，被返流氣進一步冷卻後去膨脹機膨脹端ET膨脹製冷後進入下塔Cl，另一股繼續在增壓機BZ壓縮後通過第二管道11進入主換熱器El被返流氣冷卻，節流後進入下塔Cl ;進入下塔Cl的原料空氣在下塔Cl進行一次精餾，分離後塔頂部得到純氮氣，通過第四管道7過過冷器E3、主換熱器El被外界氮氣回收裝置回收，下塔Cl下部得到富氧液空LK、貧液空LA ;頂部氮氣在主冷凝蒸發器K中冷凝成液氮LN，一部分液氮通過第一液氮管道LNl與下塔Cl相連接，作為下塔的回流液，另一部分液氮通過第二液氮管道LN2過過冷器E3與上塔C2相連通後與富氧液空LK、貧液空LA過過冷器E3冷節流後進入上塔C2進行二次精餾，在上塔C2底部獲得液氧LO，產品液氧LO抽取經液氧管道4在上塔C2底上幾塊理論版處抽出，經液氧泵OP壓縮後經主換熱器El復熱後作為產品氧氣並經第六管道9送出，同時從該處抽取液氧LOl原料經第一液氧管道I進入粗氪氙塔C6，從主冷凝蒸發器K抽出液氧L02原料經第二液氧管道2進入粗氪氙塔C6，作為粗氪氙塔C6的回流液，在粗 氣氣塔C6內精懼，粗氣氣塔C6塔底得到粗氣氣廣品LKX,被粗氣氣廣品回收裝直5回收，粗氪氣塔C6的蒸發器熱源來自通過第一氮氣管道3輸送來的下塔Cl頂部的氮氣GNl,主冷凝蒸發器K 一側設置有輔助冷凝蒸發器K2，輔助冷凝蒸發器K2的底部與主冷凝蒸發器K底部相連通，輔助冷凝蒸發器K2的頂部與主冷凝蒸發器K頂部相連通，液氮管道LN通過第七管道13與輔助冷凝蒸發器K2相連接，在第七管道13上設置有閥門V20，當粗氪氙塔C6投運時關閉閥門V20，否則打開閥門V20。
權利要求
1.一種粗氪氙的提取裝置，包括原料空氣(Air)、保冷箱(6)、設置在保冷箱(6)外部的空氣過濾器(AF )、空氣壓縮機(TCl)、預冷系統(UF )、純化系統(HXK )、增壓機(BZ )、水冷卻器(WE )、膨脹機增壓端(B )，設置在保冷箱(6 )內部的主換熱器(EI)、膨脹機膨脹端(ET )、液氧泵(0P)、過冷器(E3)、下塔(Cl)、上塔(C2)、主冷凝蒸發器(K)、粗氬塔(C3)、粗氬塔冷凝器(K3)、粗氪氙塔(C6)、粗氪氙塔蒸發器(K6)，其特徵在於所述的空氣過濾器(AF)與空氣壓縮機(TCl)相連通，空氣壓縮機(TCl)與預冷系統(UF)相連通，預冷系統(UF)與純化系統(HXK)相連通，純化系統(HXK)通過第一管道(10)過主換熱器(El)與下塔(Cl)相連通，純化系統(HXK)與增壓機(BZ)相連通，增壓機(BZ)通過第二管道(11)過主換熱器(El)與下塔(Cl)相連通，增壓機(BZ)通過第三管道(12)過膨脹機增壓端(B)、水冷卻器(WE)、主換熱器(E1)、膨脹機膨脹端(ET)與下塔(Cl)相連通，上塔(C2)通過第四管道(7)過過冷器(E3)、主換熱器(El)與外界氮氣回收裝置相連接，上塔(C2)通過第五管道(8)過過冷器(E3)、主換熱器(El)與外界汙氮氣回收裝置相連接，上塔(C2)通過第六管道(9)過主換熱器(El)與外界氧氣回收裝置相連接，下塔(Cl)通過貧液空管道(LA)過過冷器(E3 )與上塔(C2 )相連通，下塔(Cl)通過富氧液空管道(LK)過過冷器(E3)並通過第一富氧液空管道(LKl)與上塔(C2)相連通，主冷凝蒸發器(K)與液氮管道(LN)相連接，液氮管道(LN)分別與第一液 氮管道(LNl)和第二液氮管道(LN2)相連接，第一液氮管道(LNl)與下塔(Cl)相連接，第二液氮管道(LN2 )過過冷器(E3 )與上塔(C2 )相連通，上塔(C2 )通過液氧管道(4 )與液氧泵(OP )相連接，液氧泵(OP )與第六管道(9 )相連接，上塔(C2 )通過第一液氧管道(I)與粗氪氙塔(C6)相連接，主冷凝蒸發器(K)通過第二液氧管道(2)與粗氪氙塔(C6)相連接，粗氪氙塔(C6 )與粗氪氙產品回收裝置(5 )相連接，下塔(Cl)頂部通過第一氮氣管道(3 )與粗氪氙塔蒸發器(K6)相連接，主冷凝蒸發器(K) 一側設置有輔助冷凝蒸發器(K2)，輔助冷凝蒸發器(K2)的底部與主冷凝蒸發器(K)底部相連通，輔助冷凝蒸發器(K2)的頂部與主冷凝蒸發器(K)頂部相連通，液氮管道(LN)通過第七管道(13)與輔助冷凝蒸發器(K2)相連接，在第七管道(13)上設置有閥門(V20)。
2.根據權利要求I所述的粗氪氙的提取裝置，其特徵在於所述的閥門(V20)為電磁閥門或者手動閥門。
3.一種利用權利要求I所述的粗氪氙的提取裝置提取粗氪氙的工藝，其特徵在於，其提取工藝如下 原料空氣(Air)經空氣過濾器(AF)過濾，被空氣壓縮機(TCl)壓縮至0. 62Mpa CA),再經過預冷系統(UF)預冷和純化系統(HXK)淨化後，分為兩路一路通過第一管道(10)進入主換熱器(El)與返流的氧氣、氮氣、汙氮氣換熱，被冷卻至液化點，出主換熱器(El)後直接進入下塔(Cl)下部；另一路去增壓機(BZ)壓縮後分兩股一股從增壓機(BZ)中部抽出去膨脹機增壓端(B)回收膨脹機輸出功被進一步壓縮，經水冷卻器(WE)冷卻後通過第三管道(12)進入主換熱器(El )，被返流氣進一步冷卻後去膨脹機膨脹端(ET)膨脹製冷後進入下塔(Cl)，另一股繼續在增壓機(BZ)壓縮後通過第二管道(11)進入主換熱器(El)被返流氣冷卻，節流後進入下塔(Cl);進入下塔(Cl)的原料空氣在下塔(Cl)進行一次精餾，分離後塔頂部得到純氮氣，通過第四管道(7)過過冷器(E3)、主換熱器(El)被外界氮氣回收裝置回收，下塔(Cl)下部得到富氧液空LK、貧液空LA;頂部氮氣在主冷凝蒸發器(K)中冷凝成液氮LN，一部分液氮通過第一液氮管道(LNl)與下塔(Cl)相連接，作為下塔的回流液，另一部分液氮通過第二液氮管道(LN2)過過冷器(E3)與上塔(C2)相連通後與富氧液空LK、貧液空LA過過冷器(E3)冷節流後進入上塔(C2)進行二次精餾，在上塔(C2)底部獲得液氧L0，產品液氧LO抽取經液氧管道(4)在上塔(C2)底上幾塊理論版處抽出，經液氧泵(OP)壓縮後經主換熱器 (El)復熱後作為產品氧氣並經第六管道(9)送出，同時從該處抽取液氧LOl原料經第一液氧管道(I)進入粗氪氙塔(C6)，從主冷凝蒸發器(K)抽出液氧L02原料經第二液氧管道(2)進入粗氪氙塔(C6)，作為粗氪氙塔(C6)的回流液，在粗氪氙塔(C6)內精餾，粗氣氣塔(C6)塔底得到粗氣氣廣品LKX,被粗氣氣廣品回收裝直(5)回收，粗氣氣塔(C6)的蒸發器熱源來自通過第一氮氣管道(3 )輸送來的下塔(Cl)頂部的氮氣GNl，主冷凝蒸發器(K) 一側設置有輔助冷凝蒸發器(K2)，輔助冷凝蒸發器(K2)的底部與主冷凝蒸發器(K)底部相連通，輔助冷凝蒸發器(K2)的頂部與主冷凝蒸發器(K)頂部相連通，液氮管道(LN)通過第七管道(13)與輔助冷凝蒸發器(K2)相連接，在第七管道(13)上設置有閥門(V20)，當粗氪氙塔(C6 )投運時關閉閥門(V20 )，否則打開閥門(V20 )。
全文摘要
本發明涉及一種粗氪氙的提取裝置及利用該裝置提取粗氪氙的工藝，本發明產品液氧抽取經液氧管道在上塔底上幾塊理論版處抽出，該處氪氙的濃度較塔底較小，同時CH4含量較主冷也少了一個數量級，這樣就減少了液氧產品帶走氪氙量使更多的氪氙得以在主冷富集；同時從該處抽取少量液氧原料經第二液氧管道進入粗氪氙塔調節控制粗氪氙產品中CH4的含量；實現了粗氪氙塔的靈活投運，完全不影響主塔工況，對空分裝置是否設置制氬系統及制氬系統是否投運更無限制；大大方便了用戶的流程選擇，使操作更簡單方便，節約了能耗。
文檔編號F25J3/04GK102721262SQ201210228300
公開日2012年10月10日 申請日期2012年7月4日 優先權日2012年7月4日
發明者劉景武, 張叢權, 李美玲, 鄭三七, 鄭小平 申請人:開封空分集團有限公司