CN105953071A - 一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置及回收方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置及回收方法，该回收装置包括：液氮工作装置、第一液氮储罐、真空泵、自增压汽化器、第二液氮储罐和控制装置，控制装置分别与液氮工作装置、真空泵、自增压汽化器、液氮排放调节阀、抽真空调节阀、自增压调节阀和第一液氮储罐调节阀电性连接。本发明自动回收装置通过合理设置第一液氮储罐和第二液氮储罐的容积、真空泵的抽速，可完成大部分的液氮回收，并能提高使用液氮装置的排液速度，降低液氮消耗，且采用DCS或PLC计算机控制完成，无需人工干预，自动化程度高。

Description

一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置及回收方法
技术领域
本发明涉及一种分离提纯氖气和氦气工艺的改进方法，尤其涉及一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置及回收方法。
背景技术
氖气与氦气是惰性气体，其在空气中的含量仅为18.18×10-6和5.24×10-6。氖气、氦气在空分设备精馏塔内为不凝气，而以气态聚集在主冷凝器顶部和氮回流液中，不易被分离。
随着科技的发展，氖气和氦气已大量适用于工业的各个领域。氖气多用于充填航标灯、霓虹灯和用作低温实验室的安全致冷剂；氦气用作稀有金属精炼的保护气和配制深水作业、宇航中呼吸用气，用于压力容器、真空系统检漏和制作氦氖激光器，还在原子能、红外线探测、低温电子等方面得到应用。
现有技术中，提取氖气原料主要从大空分提取粗氖气氦气混合气，然后经过以下几步提纯：加氧催化除氢、低温吸附净化、低温分离、低温吸附除氖提纯氦气。如专利CN103423968A公开了一种氖氦分离提取系统及工艺，此工艺中冷源来源主要是液氮提供，其中的吸附净化单元和氦获取单元的液氮消耗量大，因是两组切换使用，周期结束后(一般周期是8小时)，液氮直接排放到大气中，造成了浪费。如专利CN105402605A公开了一种利用真空泵回收液氮的装置及方法，通过增加一台小型液氮储罐和对相关降压增压装置及管道作技术改进处理，从而实现液氮回收再利用；以及CN105526500A公开了一种液氮回收装置及回收方法，其通过增加液氮储罐、在第一增压器以及在第二液氮储罐中设置第二增压器，从而实现了液氮回收再利用。但上述回收装置增加设备成本，回收方法繁琐，且存在人为操作误差大、液氨回收效率低等问题。
因此，本领域的技术人员致力于开发一种降低液氮用量的自动回收装置，成为目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有氖氦混合气体分离过程中的液氮消耗量太大、周期型工作等特点，提出了一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置及回收方法，能够实现液氮的自动化回收及再利用，降低了液氮的消耗量。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
本发明的第一个方面是提供一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置，所述回收装置包括：
液氮工作装置，用于从氖、氦气混合气体中分离提纯氖、氦气体；
第一液氮储罐，通过输送管道和液氮排放调节阀与所述液氮工作装置连接，用于存储液氮工作装置排放的液氮；
真空泵，通过输送管道和抽真空调节阀与所述第一液氮储罐连接，用于降低所述第一液氮储罐内的气压；
自增压汽化器，通过输送管道和自增压调节阀与所述第一液氮储罐连接，用于增大所述第一液氮储罐内的气压；
第二液氮储罐，通过输送管道和第一液氮储罐调节阀与所述液氮工作装置连接，用于存储所述第一液氮储罐内由所述液氮工作装置排放的所述液氮；
控制装置，分别与所述真空泵、自增压汽化器、液氮排放调节阀、抽真空调节阀、自增压调节阀和第一液氮储罐调节阀电性连接。
进一步地，所述第一液氮储罐的容量小于所述第二液氮储罐的容量。
进一步地，所述液氮排放调节阀、抽真空调节阀和第一液氮储罐调节阀均为电磁阀。
进一步地，所述液氮工作装置包括吸附净化单元和氦获取单元。
进一步地，所述第二液氮储罐通过输送管道和第二液氮储罐调节阀与所述液氮工作装置连接。
进一步地，所述控制装置为DCS或PLC控制系统。
本发明的第二个方面是提供一种氖氦分离过程中液氮自动回收方法，包括以下步骤：
(1)于液氮工作装置的固定周期排放液氮之前，通过控制装置开启抽真空调节阀和真空泵，将第一液氮储罐内的压力降低到真空状态；
(2)通过控制装置开启液氮排放调节阀，保持真空泵处于工作状态，使液氮工作装置排放液氮至第一液氮储罐内；
(3)待液氮工作装置排放液氮完毕后，关闭液氮排放调节阀、抽真空调节阀和真空泵；
(4)由控制装置判断第一液氮储罐的液位是否到达指定高度，若是，则自动开启自增压调节阀和自增压汽化器，增大所述第一液氮储罐内的气压至所述液氮能灌进所述第二液氮储罐内的压力；
(5)由控制装置开启第一液氮储罐调节阀，向第二液氮储罐内排放液氮，当第一液氮储罐内的液氮液位降低至较低液位后，由控制装置关闭第一液氮储罐调节阀停止排放液氮，完成一个循环的液氮回收。
进一步地，所述步骤(1)中真空状态的压力小于等于80KPa。
进一步地，所述步骤(4)中，若所述第一液氮储罐的液位未到达指定高度，则控制装置不开启第一液氮储罐调节阀，待所述第一液氮储罐的液位到达指定高度时开启第一液氮储罐调节阀排放液氮。
进一步地，所述第二液氮储罐通过第二液氮储罐调节阀与所述液氮工作装置连接，向所述液氮工作装置提供所述回收的液氮。
本发明采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明的液氮回收装置经过合理配置第一液氮储罐和第二液氮储罐的容积、真空泵的抽速可以完成大部分的液氮回收，并能提高使用液氮装置的排液速度，降低液氮消耗；且采用DCS或PLC计算机控制完成，无需人工干预，自动化程度高。
附图说明
图1为本发明一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置的工艺流程图；
图2为本发明一种氖氦分离过程中液氮自动回收方法的控制逻辑图；
1-液氮工作装置，11-吸附净化单元，12-氮获取单元，2-液氮排放调节阀，3-第一液氮储罐，4-抽真空调节阀，5-真空泵，6-自增压调节阀，7-自增压汽化器，8-第一液氮储罐调节阀，9-第二液氮储罐。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置，该回收装置包括：
液氮工作装置1，用于从氖、氦气混合气体中分离提纯氖、氦气体；
第一液氮储罐3，通过输送管道和液氮排放调节阀2与液氮工作装置1连接，用于存储液氮工作装置1排放的液氮；
真空泵5，通过输送管道和抽真空调节阀4与第一液氮储罐3连接，用于降低第一液氮储罐3内的气压；
自增压汽化器7，通过输送管道和自增压调节阀6与第一液氮储罐3连接，用于增大第一液氮储罐3内的气压；
第二液氮储罐9，通过输送管道和第一液氮储罐调节阀8与第一液氮储罐3连接，用于存储第一液氮储罐3内由液氮工作装置1排放的液氮；
控制装置(图1未示出)，分别与真空泵5、自增压汽化器7、液氮排放调节阀2、抽真空调节阀4、自增压调节阀6和第一液氮储罐调节阀8电性连接，以实现氮气的自动化回收。
作为本实施例的一个方面，第一液氮储罐3的容量小于第二液氮储罐的9容量。液氮排放调节阀2、抽真空调节阀4和第一液氮储罐调节阀8均为电磁阀，与控制装置电性连接。其中，液氮工作装置1包括吸附净化单元11和氦获取单元12。此外，为实现氮气资源的循环回收再利用，使第二液氮储罐9通过输送管道和第二液氮储罐调节阀(图1未示出)与液氮工作装置1连接。控制装置为DCS或PLC控制系统。
如图2所示，本发明实施例还提供一种氖氦分离过程中液氮自动回收方法，包括以下步骤：
(1)于液氮工作装置1的固定周期排放液氮之前，通过控制装置开启抽真空调节阀4和真空泵5，将第一液氮储罐内3的压力降低到真空状态；
(2)通过控制装置开启液氮排放调节阀2，保持真空泵5处于工作状态，使液氮工作装置1排放液氮至第一液氮储罐3内；
(3)待液氮工作装置1排放液氮完毕后，关闭液氮排放调节阀2、抽真空调节阀4和真空泵5；
(4)由控制装置判断第一液氮储罐3的液位是否到达指定高度，若是，则自动开启自增压调节阀6和自增压汽化器7，增大第一液氮储罐内3的气压至液氮能灌进第二液氮储罐9内的压力；
(5)由控制装置开启第一液氮储罐调节阀8，向第二液氮储罐9内排放液氮，当第一液氮储罐3内的液氮液位降低至较低液位后，由控制装置关闭第一液氮储罐调节阀8停止排放液氮，完成一个循环的液氮回收。
作为本实施例的一个方面，步骤(1)中真空状态的压力小于等于80KPa。步骤(4)中，若第一液氮储罐3的液位未到达指定高度，则控制装置不开启第一液氮储罐调节阀8，待第一液氮储罐3内的液位到达指定高度时开启第一液氮储罐调节阀8排放液氮。第二液氮储罐9通过第二液氮储罐调节阀与液氮工作装置1连接，向液氮工作装置1内提供回收的液氮。
应用实施例：
使用液氮工作装置1在固定周期排放液氮之前，抽真空调节阀4打开，真空泵5开始抽小容积储槽内3的气体，把第一液氮储罐3内的压力降低到真空状态80KPa(A)；打开装置液氮排放调节阀2，使用液氮工作装置1开始排放液氮，期间，真空泵5处于工作状态；使用液氮工作置1液氮排放完毕后，关闭液氮排放调节阀2和抽真空调节阀4，关闭真空泵5；通过PLC计算机控制系统判断第一液氮储罐3内的液位是否达到指定高度，例如第一液氮储罐3为1m3时，可以将高度设定900mm；如达到，打开自增压调节阀6，给第一液氮储罐3增压至液氮能灌进第二液氮储罐9的压力，如果第二液氮储罐9的压力为0.6MPa，高度10m时，第一液氮储罐3的压力至少为0.7MPa，适当提高压力有利于加快液氮排出速度；打开第一液氮储罐调节阀8排放液氮，第一液氮储罐3降低到较低液位如400mm后，关闭第一液氮储罐调节阀8停止排放液氮，液氮回收结束。回收的液氮可通过第二液氮储罐调节阀向液氮工作装置1内供给液氮。如果第一液氮储罐3内的液位位未到指定高度，侧控制装置不执行排液步骤，等待下一个周期待液位达到指定高度时，再开启第一液氮储罐调节阀8向第二液氮储罐9的排液。
本发明的液氮自动回收装置通过合理配置第一液氮储罐的容积、真空泵的抽速，可以完成大部分的液氮回收，液氮回收率达到96％，并能提高使用液氮装置的排液速度，降低液氮消耗；且采用DCS或PLC计算机控制完成整个回收过程，无需人工干预，自动化程度高。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述回收装置包括：
液氮工作装置，用于从氖、氦气混合气体中分离提纯氖、氦气体；
第一液氮储罐，通过输送管道和液氮排放调节阀与所述液氮工作装置连接，用于存储液氮工作装置排放的液氮；
真空泵，通过输送管道和抽真空调节阀与所述第一液氮储罐连接，用于降低所述第一液氮储罐内的气压；
自增压汽化器，通过输送管道和自增压调节阀与所述第一液氮储罐连接，用于增大所述第一液氮储罐内的气压；
第二液氮储罐，通过输送管道和第一液氮储罐调节阀与所述第一液氮储罐连接，用于存储所述第一液氮储罐内由所述液氮工作装置排放的所述液氮；
控制装置，分别与所述真空泵、自增压汽化器、液氮排放调节阀、抽真空调节阀、自增压调节阀和第一液氮储罐调节阀电性连接。
2.根据权利要求1所述的氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述第一液氮储罐的容量小于所述第二液氮储罐的容量。
3.根据权利要求1所述的氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述液氮排放调节阀、抽真空调节阀和第一液氮储罐调节阀均为电磁阀。
4.根据权利要求1所述的氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述液氮工作装置包括吸附净化单元和氦获取单元。
5.根据权利要求1所述的氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述第二液氮储罐通过输送管道和第二液氮储罐调节阀与所述液氮工作装置连接。
6.根据权利要求1所述的氖氦分离过程中液氮自动回收装置，其特征在于，所述控制装置为DCS或PLC控制系统。
7.一种权利要求1-6任一项所述回收装置的氖氦分离过程中液氮自动回收方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)于液氮工作装置的固定周期排放液氮之前，通过控制装置开启抽真空调节阀和真空泵，将第一液氮储罐内的压力降低到真空状态；
(2)通过控制装置开启液氮排放调节阀，保持真空泵处于工作状态，使液氮工作装置排放液氮至第一液氮储罐内；
(3)待液氮工作装置排放液氮完毕后，关闭液氮排放调节阀、抽真空调节阀和真空泵；
(4)由控制装置判断第一液氮储罐的液位是否到达指定高度，若是，则自动开启自增压调节阀和自增压汽化器，增大所述第一液氮储罐内的气压至所述液氮能灌进所述第二液氮储罐内的压力；
(5)由控制装置开启第一液氮储罐调节阀，向第二液氮储罐内排放液氮，当第一液氮储罐内的液氮液位降低至较低液位后，由控制装置关闭第一液氮储罐调节阀停止排放液氮，完成一个循环的液氮回收。
8.根据权利要求7所述的氖氦分离过程中液氮自动回收方法，其特征在于，所述步骤(1)中真空状态的压力小于等于80KPa。
9.根据权利要求7所述的氖氦分离过程中液氮自动回收方法，其特征在于，所述步骤(4)中，若所述第一液氮储罐的液位未到达指定高度，则控制装置不开启第一液氮储罐调节阀，待所述第一液氮储罐的液位到达指定高度时开启第一液氮储罐调节阀排放液氮。
10.根据权利要求7所述的氖氦分离过程中液氮自动回收方法，其特征在于，所述第二液氮储罐通过第二液氮储罐调节阀与所述液氮工作装置连接，向所述液氮工作装置提供所述回收的液氮。
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