CN102721262A

CN102721262A - 粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺

Info

Publication number: CN102721262A
Application number: CN2012102283006A
Authority: CN
Inventors: 李美玲; 刘景武; 张丛权; 郑小平; 郑三七
Original assignee: KAIFENG AIR SEPARATION GROUP CO Ltd
Current assignee: KAIFENG AIR SEPARATION GROUP CO Ltd
Priority date: 2012-07-04
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2012-10-10

Abstract

本发明涉及一种粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺，本发明产品液氧抽取经液氧管道在上塔底上几块理论版处抽出，该处氪氙的浓度较塔底较小，同时CH4含量较主冷也少了一个数量级，这样就减少了液氧产品带走氪氙量使更多的氪氙得以在主冷富集；同时从该处抽取少量液氧原料经第二液氧管道进入粗氪氙塔调节控制粗氪氙产品中CH4的含量；实现了粗氪氙塔的灵活投运，完全不影响主塔工况，对空分装置是否设置制氩***及制氩***是否投运更无限制；大大方便了用户的流程选择，使操作更简单方便，节约了能耗。

Description

粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺

技术领域

本发明涉及空气分离领域，具体涉及一种粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺。

背景技术

氪气和氙气是国民经济中重要的工业气体。目前在我国乃至世界对氪气和氙气的需求量继续保持高增长，主要原因是其应用领域越来越广，他们不仅应用在传统的照明工业，特别是近年来在建筑门窗、平板电视、电子芯片、空间、卫星及医疗行业上的应用正在崛起。

工业制取氪氙有以下几个途径：从空气分离装置的副产品中提取；从合成氨排放气中提取；从核反应堆的裂变气中提取。我国目前主要是从空气分离装置的副产品中提取氪气和氙气。常压下，氪的沸点为-153.2℃，氙的沸点为-109.1℃，均高于氧的沸点为-182.97℃，因而在空气分离装置中，氪氙首先富集在下塔的富氧液空中，进而富集在上塔的液氧中，由于氪氙在大气组分中含量很小，氪：1.14×10-6，氙：0.086×10-6。在空分装置中，随着空分装置的大型化，提取氪氙的原料液氧也在几何数增长。因此从富氧液空或液氧中回收氪氙蕴藏着巨大的经济前景。

根据大气组分物性特点及空分工艺的组织特点，提取氪氙要么从下塔的富氧液空中，要么从上塔的液氧中提取。液氧内压缩空分设备装置氧产品是通过主冷液氧经泵压缩得到，由于氪氙主要存在于液氧中，这样会有大量的氪氙被氧产品带走，造成内压缩流程氪氙提取率的下降及粗氪氙提取工艺组织的难度。

传统的提取方法存在一定的缺陷：粗氪氙的制取必须在装置制取氩的同时进行，若制氩塔不投运则无法进行粗氪氙的制取；同时对粗氪氙塔的来料：气、液量运行控制要求高；粗氪氙产品的提取率不高。另外，粗氪氙塔的来料受到限制，只能从上塔底及主冷抽取氪氙含量较少的少量的液氧，减少了氪氙的提取；作为粗氪氙塔热源的空气液化，不能参加空气在下塔的一次精馏，而需直接进入上塔进行精馏，削弱了上塔的精馏潜力，使氧氮氩的提取率减少。

为提高内压缩流程粗氪氙的提取率，粗氪氙塔投运的灵活性，提供一种粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺，具有广阔的市场前景。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种结构合理简单，操作方便快捷，提取灵活方便的粗氪氙的提取装置及利用该装置提取粗氪氙的工艺。

本发明的技术方案是这样实现：一种粗氪氙的提取装置，包括原料空气Air、保冷箱、设置在保冷箱外部的空气过滤器AF、空气压缩机TC1、预冷***UF、纯化***HXK、增压机BZ、水冷却器WE、膨胀机增压端B，设置在保冷箱内部的主换热器E1、膨胀机膨胀端ET、液氧泵OP、过冷器E3、下塔C1、上塔C2、主冷凝蒸发器K、粗氩塔C3、粗氩塔冷凝器K3、粗氪氙塔C6、粗氪氙塔蒸发器K6，所述的空气过滤器AF与空气压缩机TC1相连通，空气压缩机TC1与预冷***UF相连通，预冷***UF与纯化***HXK相连通，纯化***HXK通过第一管道过主换热器E1与下塔C1相连通，纯化***HXK与增压机BZ相连通，增压机BZ通过第二管道过主换热器E1与下塔C1相连通，增压机BZ通过第三管道过膨胀机增压端B、水冷却器WE、主换热器E1、膨胀机膨胀端ET与下塔C1相连通，上塔C2通过第四管道过过冷器E3、主换热器E1与外界氮气回收装置相连接，上塔C2通过第五管道过过冷器E3、主换热器E1与外界污氮气回收装置相连接，上塔C2通过第六管道过主换热器E1与外界氧气回收装置相连接，下塔C1通过贫液空管道LA过过冷器E3与上塔C2相连通，下塔C1通过富氧液空管道LK过过冷器E3并通过第一富氧液空管道LK1与上塔C2相连通，主冷凝蒸发器K与液氮管道LN相连接，液氮管道LN分别与第一液氮管道LN1和第二液氮管道LN2相连接，第一液氮管道LN1与下塔C1相连接，第二液氮管道LN2过过冷器E3与上塔C2相连通，上塔C2通过液氧管道与液氧泵OP相连接，液氧泵OP与第六管道相连接，上塔C2通过第一液氧管道1与粗氪氙塔C6相连接，主冷凝蒸发器K通过第二液氧管道与粗氪氙塔C6相连接，粗氪氙塔C6与粗氪氙产品回收装置相连接，下塔C1顶部通过第一氮气管道与粗氪氙塔蒸发器K6相连接，主冷凝蒸发器K一侧设置有辅助冷凝蒸发器K2，辅助冷凝蒸发器K2的底部与主冷凝蒸发器K底部相连通，辅助冷凝蒸发器K2的顶部与主冷凝蒸发器K顶部相连通，液氮管道LN通过第七管道与辅助冷凝蒸发器K2相连接，在第七管道上设置有阀门V20。

所述的阀门V20为电磁阀门或者手动阀门。

一种利用上述粗氪氙的提取装置提取粗氪氙的工艺，其提取工艺如下：

原料空气Air经空气过滤器AF过滤，被空气压缩机TC1压缩至0.62Mpa（A），再经过预冷***UF预冷和纯化***HXK净化后，分为两路：一路通过第一管道进入主换热器E1与返流的氧气、氮气、污氮气换热，被冷却至液化点，出主换热器E1后直接进入下塔C1下部；另一路去增压机BZ压缩后分两股：一股从增压机BZ中部抽出去膨胀机增压端B回收膨胀机输出功被进一步压缩，经水冷却器WE冷却后通过第三管道进入主换热器E1，被返流气进一步冷却后去膨胀机膨胀端ET膨胀制冷后进入下塔C1，另一股继续在增压机BZ压缩后通过第二管道进入主换热器E1被返流气冷却，节流后进入下塔C1；进入下塔C1的原料空气在下塔C1进行一次精馏，分离后塔顶部得到纯氮气，通过第四管道过过冷器E3、主换热器E1被外界氮气回收装置回收，下塔C1下部得到富氧液空LK、贫液空LA；顶部氮气在主冷凝蒸发器K中冷凝成液氮LN，一部分液氮通过第一液氮管道LN1与下塔C1相连接，作为下塔的回流液，另一部分液氮通过第二液氮管道LN2过过冷器E3与上塔C2相连通后与富氧液空LK、贫液空LA过过冷器E3冷节流后进入上塔C2进行二次精馏，在上塔C2底部获得液氧LO，产品液氧LO抽取经液氧管道在上塔C2底上几块理论版处抽出，经液氧泵OP压缩后经主换热器E1复热后作为产品氧气并经第六管道送出，同时从该处抽取液氧LO1原料经第一液氧管道进入粗氪氙塔C6，从主冷凝蒸发器K抽出液氧LO2原料经第二液氧管道进入粗氪氙塔C6，作为粗氪氙塔C6的回流液，在粗氪氙塔C6内精馏，粗氪氙塔C6塔底得到粗氪氙产品LKX，被粗氪氙产品回收装置回收，粗氪氙塔C6的蒸发器热源来自通过第一氮气管道输送来的下塔C1顶部的氮气GN1，主冷凝蒸发器K一侧设置有辅助冷凝蒸发器K2，辅助冷凝蒸发器K2的底部与主冷凝蒸发器K底部相连通，辅助冷凝蒸发器K2的顶部与主冷凝蒸发器K顶部相连通，液氮管道LN通过第七管道与辅助冷凝蒸发器K2相连接，在第七管道上设置有阀门V20，当粗氪氙塔C6投运时关闭阀门V20，否则打开阀门V20。

本发明具有如下的积极效果：本发明产品液氧抽取经液氧管道在上塔底上几块理论版处抽出，该处氪氙的浓度较塔底较小，同时CH4含量较主冷也少了一个数量级，这样就减少了液氧产品带走氪氙量使更多的氪氙得以在主冷富集；

同时从该处抽取少量液氧原料经第二液氧管道进入粗氪氙塔调节控制粗氪氙产品中CH4的含量；由于能够从主冷凝蒸发器中抽取较多氪氙浓度较高的原料，粗氪氙产品的提取率增加，较第一种流程提取率增加了20%；粗氪氙塔的蒸发器热源来自第一氮气管道下塔顶部氮气GN1，较空气做热源对上塔氧、氮、氩的提取有所提高，特别是氩的提取能提高近2%；通过设置辅助冷凝蒸发器及阀门，实现了粗氪氙塔的灵活投运，完全不影响主塔工况，对空分装置是否设置制氩***及制氩***是否投运更无限制；大大方便了用户的流程选择，使操作更简单方便，节约了能耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图以及流程示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种粗氪氙的提取装置，包括原料空气Air、保冷箱6、设置在保冷箱6外部的空气过滤器AF、空气压缩机TC1、预冷***UF、纯化***HXK、增压机BZ、水冷却器WE、膨胀机增压端B，设置在保冷箱6内部的主换热器E1、膨胀机膨胀端ET、液氧泵OP、过冷器E3、下塔C1、上塔C2、主冷凝蒸发器K、粗氩塔C3、粗氩塔冷凝器K3、粗氪氙塔C6、粗氪氙塔蒸发器K6，所述的空气过滤器AF与空气压缩机TC1相连通，空气压缩机TC1与预冷***UF相连通，预冷***UF与纯化***HXK相连通，纯化***HXK通过第一管道10过主换热器E1与下塔C1相连通，纯化***HXK与增压机BZ相连通，增压机BZ通过第二管道11过主换热器E1与下塔C1相连通，增压机BZ通过第三管道12过膨胀机增压端B、水冷却器WE、主换热器E1、膨胀机膨胀端ET与下塔C1相连通，上塔C2通过第四管道7过过冷器E3、主换热器E1与外界氮气回收装置相连接，上塔C2通过第五管道8过过冷器E3、主换热器E1与外界污氮气回收装置相连接，上塔C2通过第六管道9过主换热器E1与外界氧气回收装置相连接，下塔C1通过贫液空管道LA过过冷器E3与上塔C2相连通，下塔C1通过富氧液空管道LK过过冷器E3并通过第一富氧液空管道LK1与上塔C2相连通，主冷凝蒸发器K与液氮管道LN相连接，液氮管道LN分别与第一液氮管道LN1和第二液氮管道LN2相连接，第一液氮管道LN1与下塔C1相连接，第二液氮管道LN2过过冷器E3与上塔C2相连通，上塔C2通过液氧管道4与液氧泵OP相连接，液氧泵OP与第六管道9相连接，上塔C2通过第一液氧管道1与粗氪氙塔C6相连接，主冷凝蒸发器K通过第二液氧管道2与粗氪氙塔C6相连接，粗氪氙塔C6与粗氪氙产品回收装置5相连接，下塔C1顶部通过第一氮气管道3与粗氪氙塔蒸发器K6相连接，主冷凝蒸发器K一侧设置有辅助冷凝蒸发器K2，辅助冷凝蒸发器K2的底部与主冷凝蒸发器K底部相连通，辅助冷凝蒸发器K2的顶部与主冷凝蒸发器K顶部相连通，液氮管道LN通过第七管道13与辅助冷凝蒸发器K2相连接，在第七管道13上设置有阀门V20。

所述的阀门V20为电磁阀门或者手动阀门。一种利用上述粗氪氙的提取装置提取粗氪氙的工艺，，其提取工艺如下：原料空气Air经空气过滤器AF过滤，被空气压缩机TC1压缩至0.62Mpa（A），再经过预冷***UF预冷和纯化***HXK净化后，分为两路：一路通过第一管道10进入主换热器E1与返流的氧气、氮气、污氮气换热，被冷却至液化点，出主换热器E1后直接进入下塔C1下部；另一路去增压机BZ压缩后分两股：一股从增压机BZ中部抽出去膨胀机增压端B回收膨胀机输出功被进一步压缩，经水冷却器WE冷却后通过第三管道12进入主换热器E1，被返流气进一步冷却后去膨胀机膨胀端ET膨胀制冷后进入下塔C1，另一股继续在增压机BZ压缩后通过第二管道11进入主换热器E1被返流气冷却，节流后进入下塔C1；进入下塔C1的原料空气在下塔C1进行一次精馏，分离后塔顶部得到纯氮气，通过第四管道7过过冷器E3、主换热器E1被外界氮气回收装置回收，下塔C1下部得到富氧液空LK、贫液空LA；顶部氮气在主冷凝蒸发器K中冷凝成液氮LN，一部分液氮通过第一液氮管道LN1与下塔C1相连接，作为下塔的回流液，另一部分液氮通过第二液氮管道LN2过过冷器E3与上塔C2相连通后与富氧液空LK、贫液空LA过过冷器E3冷节流后进入上塔C2进行二次精馏，在上塔C2底部获得液氧LO，产品液氧LO抽取经液氧管道4在上塔C2底上几块理论版处抽出，经液氧泵OP压缩后经主换热器E1复热后作为产品氧气并经第六管道9送出，同时从该处抽取液氧LO1原料经第一液氧管道1进入粗氪氙塔C6，从主冷凝蒸发器K抽出液氧LO2原料经第二液氧管道2进入粗氪氙塔C6，作为粗氪氙塔C6的回流液，在粗氪氙塔C6内精馏，粗氪氙塔C6塔底得到粗氪氙产品LKX，被粗氪氙产品回收装置5回收，粗氪氙塔C6的蒸发器热源来自通过第一氮气管道3输送来的下塔C1顶部的氮气GN1，主冷凝蒸发器K一侧设置有辅助冷凝蒸发器K2，辅助冷凝蒸发器K2的底部与主冷凝蒸发器K底部相连通，辅助冷凝蒸发器K2的顶部与主冷凝蒸发器K顶部相连通，液氮管道LN通过第七管道13与辅助冷凝蒸发器K2相连接，在第七管道13上设置有阀门V20，当粗氪氙塔C6投运时关闭阀门V20，否则打开阀门V20。

Claims

1.一种粗氪氙的提取装置，包括原料空气（Air）、保冷箱（6）、设置在保冷箱（6）外部的空气过滤器（AF）、空气压缩机（TC1）、预冷***（UF）、纯化***（HXK）、增压机（BZ）、水冷却器（WE）、膨胀机增压端（B），设置在保冷箱（6）内部的主换热器（E1）、膨胀机膨胀端（ET）、液氧泵（OP）、过冷器（E3）、下塔（C1）、上塔（C2）、主冷凝蒸发器（K）、粗氩塔（C3）、粗氩塔冷凝器（K3）、粗氪氙塔（C6）、粗氪氙塔蒸发器（K6），其特征在于：所述的空气过滤器（AF）与空气压缩机（TC1）相连通，空气压缩机（TC1）与预冷***（UF）相连通，预冷***（UF）与纯化***（HXK）相连通，纯化***（HXK）通过第一管道（10）过主换热器（E1）与下塔（C1）相连通，纯化***（HXK）与增压机（BZ）相连通，增压机（BZ）通过第二管道（11）过主换热器（E1）与下塔（C1）相连通，增压机（BZ）通过第三管道（12）过膨胀机增压端（B）、水冷却器（WE）、主换热器（E1）、膨胀机膨胀端（ET）与下塔（C1）相连通，上塔（C2）通过第四管道（7）过过冷器（E3）、主换热器（E1）与外界氮气回收装置相连接，上塔（C2）通过第五管道（8）过过冷器（E3）、主换热器（E1）与外界污氮气回收装置相连接，上塔（C2）通过第六管道（9）过主换热器（E1）与外界氧气回收装置相连接，下塔（C1）通过贫液空管道（LA）过过冷器（E3）与上塔（C2）相连通，下塔（C1）通过富氧液空管道（LK）过过冷器（E3）并通过第一富氧液空管道（LK1）与上塔（C2）相连通，主冷凝蒸发器（K）与液氮管道（LN）相连接，液氮管道（LN）分别与第一液氮管道（LN1）和第二液氮管道（LN2）相连接，第一液氮管道（LN1）与下塔（C1）相连接，第二液氮管道（LN2）过过冷器（E3）与上塔（C2）相连通，上塔（C2）通过液氧管道（4）与液氧泵（OP）相连接，液氧泵（OP）与第六管道（9）相连接，上塔（C2）通过第一液氧管道（1）与粗氪氙塔（C6）相连接，主冷凝蒸发器（K）通过第二液氧管道（2）与粗氪氙塔（C6）相连接，粗氪氙塔（C6）与粗氪氙产品回收装置（5）相连接，下塔（C1）顶部通过第一氮气管道（3）与粗氪氙塔蒸发器（K6）相连接，主冷凝蒸发器（K）一侧设置有辅助冷凝蒸发器（K2），辅助冷凝蒸发器（K2）的底部与主冷凝蒸发器（K）底部相连通，辅助冷凝蒸发器（K2）的顶部与主冷凝蒸发器（K）顶部相连通，液氮管道（LN）通过第七管道（13）与辅助冷凝蒸发器（K2）相连接，在第七管道（13）上设置有阀门（V20）。

2.根据权利要求1所述的粗氪氙的提取装置，其特征在于：所述的阀门（V20）为电磁阀门或者手动阀门。

3.一种利用权利要求1所述的粗氪氙的提取装置提取粗氪氙的工艺，其特征在于，其提取工艺如下：

原料空气（Air）经空气过滤器（AF）过滤，被空气压缩机（TC1）压缩至0.62Mpa（A），再经过预冷***（UF）预冷和纯化***（HXK）净化后，分为两路：一路通过第一管道（10）进入主换热器（E1）与返流的氧气、氮气、污氮气换热，被冷却至液化点，出主换热器（E1）后直接进入下塔（C1）下部；另一路去增压机（BZ）压缩后分两股：一股从增压机（BZ）中部抽出去膨胀机增压端（B）回收膨胀机输出功被进一步压缩，经水冷却器（WE）冷却后通过第三管道（12）进入主换热器（E1），被返流气进一步冷却后去膨胀机膨胀端（ET）膨胀制冷后进入下塔（C1），另一股继续在增压机（BZ）压缩后通过第二管道（11）进入主换热器（E1）被返流气冷却，节流后进入下塔（C1）；进入下塔（C1）的原料空气在下塔（C1）进行一次精馏，分离后塔顶部得到纯氮气，通过第四管道（7）过过冷器（E3）、主换热器（E1）被外界氮气回收装置回收，下塔（C1）下部得到富氧液空LK、贫液空LA；顶部氮气在主冷凝蒸发器（K）中冷凝成液氮LN，一部分液氮通过第一液氮管道（LN1）与下塔（C1）相连接，作为下塔的回流液，另一部分液氮通过第二液氮管道（LN2）过过冷器（E3）与上塔（C2）相连通后与富氧液空LK、贫液空LA过过冷器（E3）冷节流后进入上塔（C2）进行二次精馏，在上塔（C2）底部获得液氧LO，产品液氧LO抽取经液氧管道（4）在上塔（C2）底上几块理论版处抽出，经液氧泵（OP）压缩后经主换热器（E1）复热后作为产品氧气并经第六管道（9）送出，同时从该处抽取液氧LO1原料经第一液氧管道（1）进入粗氪氙塔（C6），从主冷凝蒸发器（K）抽出液氧LO2原料经第二液氧管道（2）进入粗氪氙塔（C6），作为粗氪氙塔（C6）的回流液，在粗氪氙塔（C6）内精馏，粗氪氙塔（C6）塔底得到粗氪氙产品LKX，被粗氪氙产品回收装置（5）回收，粗氪氙塔（C6）的蒸发器热源来自通过第一氮气管道（3）输送来的下塔（C1）顶部的氮气GN1，主冷凝蒸发器（K）一侧设置有辅助冷凝蒸发器（K2），辅助冷凝蒸发器（K2）的底部与主冷凝蒸发器（K）底部相连通，辅助冷凝蒸发器（K2）的顶部与主冷凝蒸发器（K）顶部相连通，液氮管道（LN）通过第七管道（13）与辅助冷凝蒸发器（K2）相连接，在第七管道（13）上设置有阀门（V20），当粗氪氙塔（C6）投运时关闭阀门（V20），否则打开阀门（V20）。