CN102167294B - 氪氙塔加温装置及利用该装置对氪氙塔加温的工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种从液氧中提取氪、氙时在不停车的前提下对氪氙塔单独加温的氪氙塔加温装置及利用该装置对氪氙塔加温的工艺，氪氙塔C6外部设置有氪氙塔冷箱，在第一管道上设置有加温通道线，在加温通道线上设置切断阀V1，在第四管道上设置吹除管线及吹除阀V10，在第五管道上设置有返流路加温通道线，在第五管道、第七管道、第八管道、第六管道上分别设置有切换阀门V2、V3、V4、V5，在第三管道和第九管道上分别设置有手动阀V6、V7；该工艺在对氪氙塔加温处理时，整套装置不需停车，操作简单方便，产品正常送出，仅较氪氙塔工作时产品气量稍有减少，保障了后续用气不间断，最大限度地保障了用户生产，节约了能耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种对稀有气体氪、氙提取的工艺及其装置，具体涉及一种从液氧中提取氪、氙时在不停车的前提下对氪氙塔单独加温的氪氙塔加温装置及利用该装置对氪氙塔加温的工艺。
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也正在崛起。
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，氪氙主要存在于液氧中，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。因此从液氧中回收氪氙蕴藏着巨大的经济前景。下面以液氧自增压全提取空分设备工艺简要介绍一下贫氪氙的提取工艺：原料空气经过滤、被压缩至0.62Mpa（A），再经过空气预冷系统预冷和分子筛纯化系统净化后，分为两路：一路进入主换热器与返流的氧气、氮气、污氮气换热，被冷却至液化点，出换热器后分两股，一股直接进入下塔C1下部，另一股去氪氙塔的蒸发器作液氧蒸发的热源，被冷凝成液体后进入下塔中下部；一路去增压透平膨胀机的增压端，增压后进入主换热器冷却，被冷却到一定温度后抽出去膨胀机膨胀，膨胀后的空气进入上塔C2中部参加精馏；空气经下塔C1初步精馏后，获得液空、纯液氮和贫液空，并经过冷器过冷节流后进入上塔C2。经上塔进一步精馏后，在上塔底部获得液氧，分别从主冷中部及上塔低部抽取液氧送入氪氙塔，液氧在氪氙塔内进一步精馏后塔顶得到低压氧气，底部浓缩得到贫氪氙，低压氧气进入主式换热器E1，复热后出冷箱，进入氧气管网。
自增压全提取空分设备工艺流程组织中，氪氙塔的设置是以主冷来的液氧为原料并作为塔回流液，氪氙塔蒸发器以正流空气为热源将塔釜中液氧蒸发，蒸发的氧气作为上升气与上部回流的液氧直接接触进行传质传热，高沸点的Kr、Xe、CH4、CO2、N2O等被洗涤下来浓缩在塔釜中的液氧中，得到0.25%Kr+0.02%Xe的贫氪氙浓缩物。而低沸点的氧气在塔顶得到，并作为产品送出。随着塔釜液氧中氪氙量的增加，纯度的提高5000×10-6的甲烷含量各种结晶物质在塔底部积累增加，在液体中，结晶物因比重大小不同，富集的位置也不同，如：CO2就在液氧的表面，而产品抽出在塔底，很难将它抽出，而N2O漂浮在液氧中可能会聚集在蒸发器的板束通道中，这些杂质的结晶物质在塔底部积累增加，对高浓度氧环境的氪氙塔的安全运行造成了威胁。
如图1所示，以往的流程设置为确保氪氙塔运行安全，除在线适时检测氪氙塔釜里CH4含量，一旦超标即大于5000×10-6同时也可对其中的其他杂质进行在线检测，需暂停贫氪氙浓缩物的取出，大量抽出液氧产品，直至浓度降低到3000×10-6，稳定运行一定时间，才可取贫氪氙浓缩物，若该方法不能有效稀释杂质的浓度，需将整套分馏塔装置停下来对氪氙塔加温，杂质得以蒸发通过加温气体带出设备，实现对塔内杂质的清除。但装置的停车会对后续用气造成影响，且开停车对装置大加温造成了能耗。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种结构简单、操作简单方便、保障后续用气不间断、最大限度地保障用户生产、节约能耗的氪氙塔加温装置及利用该装置对氪氙塔加温的工艺。
本发明的技术方案是这样实现的：一种氪氙塔加温装置，包括冷箱、设置在冷箱内的主换热器E1、与穿过主换热器E1的第一管道相连接的氪氙塔C6、与穿过主换热器E1的第二管道相连通的下塔C1、与下塔C1相连接的上塔C2、设置在下塔C1和上塔C2之间的主冷凝器K、设置在上塔C2与氪氙塔C6之间的第三管道和第九管道、设置在氪氙塔C6和下塔C1之间的带有阀门V13的第四管道、设置在氪氙塔C6顶部的第五管道、与第五管道和上塔C2相连通的第六管道、与第五管道相连通的第七管道、与第七管道和上塔C2相连通的第八管道、设置在氪氙塔C6底部的带有阀门V11的贫氪氙排放管道、与贫氪氙排放管道相连通的带有阀门V12的吹除排放管道，所述的氪氙塔C6外部设置有氪氙塔冷箱，在第一管道上设置有加温通道线，在加温通道线上设置切断阀V1，在第四管道上设置吹除管线及吹除阀V10，在第五管道上设置有返流路加温通道线，在第五管道、第七管道、第八管道上分别设置有切换阀门V2、V3、V4，在第三管道和第九管道上分别设置有手动阀V6、V7。
所述第六管道上设置有手动阀V5，在加温通道线上设置有手动阀V8，在返流路加温通道线上设置有手动阀V9。
所述的切断阀V1、切换阀门V2、手动阀V7、阀门V11设置在氪氙塔冷箱内部。
所述的切换阀门V3、切换阀门V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12、阀门V13设置在氪氙塔冷箱外部。
一种对氪氙塔的加温工艺，其工艺过程如下：
1）氪氙塔正常工作状态
在氪氙塔正常工作时， 关闭手动阀V3、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12,全开手动阀V1、手动阀V2、手动阀V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7、阀门V13，阀门V11根据贫氪氙纯度满足要求的情况下取量进行开度。
2）氪氙塔加温
在氪氙塔需要加温时，关闭手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7，全开手动阀V3、手动阀V4,继续生产氧气，关闭手动阀V1、手动阀V2、阀门V13,打开吹除阀V10、阀门V11排净液体，后关闭阀门V11，打开手动阀V8、手动阀V9、阀门V12，开始加温氪氙塔，通过加温通道线、返流路加温通道线通入干燥空气进行氪氙塔及其蒸发器的加温，加温气将塔内及蒸发器内杂质汽化并随之通过吹除管线、吹除排放管道带出设备，直至加温气出口露点到-45℃为止。
3）氪氙塔预冷
加温完毕后，关闭手动阀V8、手动阀V9，微开手动阀V1、手动阀V6,用低温空气及液氧预冷氪氙塔及其蒸发器，直至塔内温度降低到-179℃。
4）氪氙塔投入工作
预冷好后，关闭吹除阀V10、阀门V12，全开手动阀V1、手动阀V2、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7，根据塔负荷需要调整阀门V13开度，直至完全恢复氪氙塔工作至满负荷状态。
所述的手动阀V1、手动阀V2、手动阀V3、手动阀V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12及阀门V13均为为零泄漏手动阀。
本发明具有如下的积极效果：本发明在对氪氙塔加温时，可轻松将其与其他流路切断开，而从上塔底继续抽取低压氧气产品并入原氧产品通道，这样对主换热器工作无影响，且整套装置不需停车，可短时间快速加温氪氙塔完毕，然后通过切换阀将氪氙塔切换到原流路。
附图说明
图1为传统对氪氙塔加温装置局部结构示意图。
图2为本发明对氪氙塔的加温结构示意图。
具体实施方式
图1为传统对氪氙塔加温装置局部结构示意图。如图2所示，一种氪氙塔加温装置，包括冷箱1、设置在冷箱1内的主换热器E1、与穿过主换热器E1的第一管道2相连接的氪氙塔C6、与穿过主换热器E1的第二管道3相连通的下塔C1、与下塔C1相连接的上塔C2、设置在下塔C1和上塔C2之间的主冷凝器K、设置在上塔C2与氪氙塔C6之间的第三管道4和第九管道15、设置在氪氙塔C6和下塔C1之间的带有阀门V13的第四管道5、设置在氪氙塔C6顶部的第五管道6、与第五管道6和上塔C2相连通的第六管道7、与第五管道6相连通的第七管道8、与第七管道8和上塔C2相连通的第八管道9、设置在氪氙塔C6底部的带有阀门V11的贫氪氙排放管道11、与贫氪氙排放管道11相连通的带有阀门V12的吹除排放管道12，所述的氪氙塔C6外部设置有氪氙塔冷箱10，在第一管道2上设置有加温通道线16，在加温通道线11上设置切断阀V1，在第四管道5上设置吹除管线13及吹除阀V10，在第五管道6上设置有返流路加温通道线14，在第五管道6、第七管道8、第八管道9上分别设置有切换阀门V2、V3、V4，在第三管道4和第九管道15上分别设置有手动阀V6、V7。
所述第六管道7上设置有手动阀V5，在加温通道线16上设置有手动阀V8，在返流路加温通道线14上设置有手动阀V9。
所述的切断阀V1、切换阀门V2、手动阀V7、阀门V11设置在氪氙塔冷箱10内部。
所述的切换阀门V3、切换阀门V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12、阀门V13设置在氪氙塔冷箱10外部。
一种对氪氙塔的加温工艺，其工艺过程如下：
1）氪氙塔正常工作状态
在氪氙塔正常工作时， 关闭手动阀V3、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12,全开手动阀V1、手动阀V2、手动阀V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7、阀门V13，阀门V11根据贫氪氙纯度满足要求的情况下取量进行开度。
2）氪氙塔加温
在氪氙塔需要加温时，关闭手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7，全开手动阀V3、手动阀V4,继续生产氧气，关闭手动阀V1、手动阀V2、阀门V13,打开吹除阀V10、阀门V11排净液体，后关闭阀门V11，打开手动阀V8、手动阀V9、阀门V12，开始加温氪氙塔，通过加温通道线16、返流路加温通道线14通入干燥空气进行氪氙塔及其蒸发器的加温，加温气将塔内及蒸发器内杂质汽化并随之通过吹除管线13、吹除排放管道12带出设备，直至加温气出口露点到-45℃为止。
3）氪氙塔预冷
加温完毕后，关闭手动阀V8、手动阀V9，微开手动阀V1、手动阀V6,用低温空气及液氧预冷氪氙塔及其蒸发器，直至塔内温度降低到-179℃。
4）氪氙塔投入工作
预冷好后，关闭吹除阀V10、阀门V12，全开手动阀V1、手动阀V2、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7，根据塔负荷需要调整阀门V13开度，直至完全恢复氪氙塔工作至满负荷状态。
所述的手动阀V1、手动阀V2、手动阀V3、手动阀V4、手动阀V5、手动阀V6、手动阀V7、手动阀V8、手动阀V9、吹除阀V10、阀门V12及阀门V13均为为零泄漏手动阀。
本发明在对氪氙塔加温处理时，整套装置不需停车，操作简单方便，产品正常送出，仅较氪氙塔工作时产品气量稍有减少，保障了后续用气不间断，最大限度地保障了用户生产，节约了能耗。
同理本发明也完全可用于内压缩空分装置中氪氙塔的加温。
Claims (3)
1.一种氪氙塔加温装置，包括冷箱（1）、设置在冷箱（1）内的主换热器（E1）、与穿过主换热器（E1）的第一管道（2）相连接的氪氙塔（C6）、与穿过主换热器（E1）的第二管道（3）相连通的下塔（C1）、与下塔（C1）相连接的上塔（C2）、设置在下塔（C1）和上塔（C2）之间的主冷凝器(K)、设置在上塔（C2）与氪氙塔（C6）之间的第三管道（4）和第九管道（15）、设置在氪氙塔（C6）和下塔（C1）之间的带有阀门（V13）的第四管道（5）、设置在氪氙塔（C6）顶部的第五管道（6）、与第五管道（6）和上塔（C2）相连通的第六管道（7）、与第五管道（6）相连通的第七管道（8）、与第七管道（8）和上塔（C2）相连通的第八管道（9）、设置在氪氙塔（C6）底部的带有第一阀门（V11）的贫氪氙排放管道（11）、在贫氪氙排放管道（11）上的第一阀门（V11）靠近氪氙塔（C6）一侧的管道设置带有第二阀门（V12）的吹除排放管道（12），其特征在于：
所述的氪氙塔（C6）外部设置有氪氙塔冷箱（10），在第一管道（2）上设置有切断阀（V1），在第一管道（2）上切断阀（V1）靠近氪氙塔（C6）一侧的管道上设置有加温通道线（16），在第四管道（5）上阀门（V13）靠近氪氙塔（C6）一侧的管道上设置吹除管线（13），在吹除管线（13）上设置有吹除阀（V10）；
在第五管道（6）、第七管道（8）、第八管道（9）上分别设置有第一切换阀门（V2）、第二切换阀门（V3）、第三切换阀门（V4），其中，第七管道（8）与第五管道（6）的连接处位于第一切换阀门（V2）远离氪氙塔（C6）的一侧，第二切换阀门（V3）设置在第七管道（8）与第五管道（6）的连接处与第七管道（8）与第八管道（9）的连接处之间；
在第五管道（6）上第一切换阀门（V2）靠近氪氙塔（C6）一侧的管道上设置有返流路加温通道线（14）；
在第三管道（4）和第九管道（15）上分别设置有第二手动阀（V6）、第三手动阀（V7）；
所述第六管道（7）上设置有第一手动阀（V5），在加温通道线（16）上设置有第四手动阀（V8），在返流路加温通道线（14）上设置有第五手动阀（V9）；
所述的切断阀（V1）、第一切换阀门（V2）、第三手动阀（V7）、第一阀门（V11）设置在氪氙塔冷箱（10）内部；
所述的第二切换阀门（V3）、第三切换阀门（V4）、第一手动阀（V5）、第二手动阀（V6）、第四手动阀（V8）、第五手动阀（V9）、吹除阀（V10）、第二阀门（V12）、阀门（V13）设置在氪氙塔冷箱（10）外部。
2.一种利用权利要求1所述的氪氙塔加温装置对氪氙塔的加温工艺，其特征在于：其工艺过程如下：
1）氪氙塔正常工作状态
在氪氙塔正常工作时，关闭第二切换阀门（V3）、第四手动阀（V8）、第五手动阀（V9）、吹除阀（V10）、第二阀门（V12）,全开切断阀（V1）、第一切换阀门（V2）、第三切换阀门（V4）、第一手动阀（V5）、第二手动阀（V6）、第三手动阀（V7）、阀门（V13），第一阀门（V11）根据贫氪氙纯度满足要求的情况下取量进行开度；
2）氪氙塔加温
在氪氙塔需要加温时，关闭第一手动阀（V5）、第二手动阀（V6）、第三手动阀（V7），全开第二切换阀门（V3）、第三切换阀门（V4）,继续生产氧气，关闭切断阀（V1）、第一切换阀门（V2）、阀门（V13）,打开吹除阀（V10）、第一阀门（V11）排净液体，后关闭第一阀门（V11），打开第四手动阀（V8）、第五手动阀（V9）、第二阀门（V12），开始加温氪氙塔，通过加温通道线（16）、返流路加温通道线（14）通入干燥空气进行氪氙塔及其蒸发器的加温，加温气将塔内及蒸发器内杂质汽化并随之通过吹除管线（13）、吹除排放管道（12）带出设备，直至加温气出口露点到-45℃为止；
3）氪氙塔预冷
加温完毕后，关闭第四手动阀（V8）、第五手动阀（V9），微开切断阀（V1）、第二手动阀（V6）,用低温空气及液氧预冷氪氙塔及其蒸发器，直至塔内温度降低到-179℃；
4）氪氙塔投入工作
预冷好后，关闭吹除阀（V10）、第二阀门（V12），全开切断阀（V1）、第一切换阀门（V2）、第一手动阀（V5）、第二手动阀（V6）、第三手动阀（V7），根据塔负荷需要调整阀门（V13）开度，直至完全恢复氪氙塔工作至满负荷状态。
3.根据权利要求2所述的加温工艺，其特征在于：所述的切断阀（V1）、第一切换阀门（V2）、第二切换阀门（V3）、第三切换阀门（V4）、第一手动阀（V5）、第二手动阀（V6）、第三手动阀（V7）、第四手动阀（V8）、第五手动阀（V9）、吹除阀（V10）、第二阀门（V12）及阀门（V13）均为零泄漏手动阀。
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