CN106123487A - 一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法 - Google Patents

一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法，该装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部。该装置的冷量分别由真空下的液氮和氦气膨胀机提供，避免了超高压气体进入冷箱，整个流程的压力维持在32公斤以下，换热器简化为高效的板翅换热器，不再需要液氮容器的相互切换，从而节省了大量液氮和占地面积，整个流程更加简洁。

Description

一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法
技术领域
本发明涉及稀有气体制造及化工深冷工程技术领域，具体涉及一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法。
背景技术
现有技术中，由氖氦混合气生产纯氖的生产工艺流程如图1所示，整个流程由相互切换的两个独立除氮单元冷箱(第一冷箱1和第二冷箱2)和氖氦精馏冷箱3组成。
图1中，第一冷箱1中充满了负压的液氮，其温度约为65K，第一氮吸附器A正在工作，第二冷箱2中的液氮已经被抽走，并恢复室温，第二氮吸附器B正在再生。
30公斤左右表压压力(1公斤压力指的是1公斤重的物体作用在1平方厘米的面积上所产生的压强，1公斤压力等于0.1Mpa的压力，同时1公斤压力等于1000mbarA的压力，表压即介质相对所处大气压的压力差)的含有氮气的粗氖氦气体进入第一冷箱1中，通过第一绕管换热器3A使得温度降低到65k左右，使得其中含有的部分氮气液化，通过第一气液分离器1A得到含有较少氮气的氖氦混合气进入第一氮吸附器A，吸附掉剩余的氮气后回到第一绕管换热器3A复热到室温得到纯氖氦混合气，而第一气液分离器1A中得到的液体则节流到1.5公斤左右的压力进入第二气液分离器2A，得到含有99％左右氮的液体排入到第一冷箱1中，以部分弥补抽真空导致的液氮损失。
复热到室温后的纯氖氦混合气其中一部分进入第二冷箱2中，反吹第二氮吸附器B以再生氮吸附剂，另一部分则由第一压缩机4增压到180公斤的压力进入氖氦精馏冷箱3，经过第三绕管换热器后冷却到液氮温区以上和液氮换热器31中的液氮换热到78K左右，继续进入下一级的第四绕管换热器3D使得温度进一步降低到40K左右，然后节流到30公斤左右的压力，进入液氖换热器32与液氖换热，气化液氖，温度降到25K左右，使得粗氖氦部分液化，然后进入气液分离罐33，得到含有90％左右氦的冷态粗氦气和富含氖的富氖液，其中冷态粗氦气通过两级绕管式换热器复热后得到粗氦气用于充瓶包装外卖或者进入下一道工序进一步净化，而富氖液体则节流到1.5公斤左右的压力进入精馏塔34，在塔顶得到部分的富氖气在复热后回收去气囊，在塔底得到的纯氖液体回到之前的液氖换热器32气化后通过绕管换热器复热后得到纯氖气，纯氖气由第二压缩机5压缩后充瓶包装外卖。
现有技术中由氖氦混合气生产纯氖的生产工艺流程的缺点包括：
对于除氮单元：其中一个除氮单元在除氮时内部需要充填液氮用于冷却各个流程单元设备，另一个则需要排出液氮恢复到室温以再生除氮吸附器，因为涉及到的流程设备多，热容量大，在再生除氮吸附器完成再生后需要用液氮冷却大量的流程设备，从而消耗掉大量的液氮，另一方面使得容器热应力经常变化容易导致泄漏；另外，多套容器需要更大的场地安放和更高的投资。
对于氖氦精馏单元：1)需要超高压气体节流以产生冷量，这种通过高压气体节流的方式制冷是效率极低的；2)由于超高压气体的存在只能使用低效率的盘管式换热器(绕管换热器)；3)由于180公斤压力的超高压气体的存在，对系统的制造和安全性的要求很高。
流程中需要两台压缩机将气体压缩到200公斤，增加了额外的投资。
总的来说，现有技术中的流程系统复杂，效率低下，需要多台高压压缩机，也有一定的安全隐患；最重要的是最后生产出的氖只能以气体的形式经过下游的压缩机压入钢瓶，在这个过程中很容易导致泄漏以及引入油和水分，最后导致产品质量的下降。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新的由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法，降低系统的复杂性，去除不安全的超高压流程气体，减少投资、提高效率和产品质量。
为实现上述目的，本发明所述的由氖氦混合气生产纯氖的装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部；所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接；第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接；第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接；第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接；第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接；第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接；第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接；第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接；精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接；精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接；液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接；液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接；空浴式气化器的出口与气瓶连接；液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口连接；氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接；真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接；氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接；第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联，第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联，第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第一气液分离器的第二出口连接在第一阀门与第二阀门之间；第三回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间；第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联，第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的出口连接在第五阀门与第六阀门之间；第七阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第七阀门的第二端与第八阀门的第一端串联，第八阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的入口连接在第七阀门与第八阀门之间；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道同样连接在第七阀门与第八阀门之间；与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。
所述的真空液氮换热器抽到真空压力50mbarA(等于5kPaA，即5000 pascal绝对压强)以下，真空液氮换热器、氦气压缩机和膨胀机组成循环以提供装置所需的冷量。
第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器和第二氮吸附器安装在63-70K温区，用于除去粗氖氦混合气中的氮组分；用于再生氮吸附器的再生加热器安装在冷箱内；第三气液分离器和精馏塔安装在20-35K温区，用于从纯氖氦混合气中分离氖气。
所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第六阀门进入第二氮吸附器，对第二氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；当第二氮吸附器工作的时候，由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第八阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第五阀门进入第一氮吸附器，对第一氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊。
所述的真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA(5kpaA)以下，真空液氮换热器中的液氮的温度低于65K。
与液氖杜瓦的氦气入口和氦气出口连接的管道均为真空绝热管道。
利用本发明所述的装置由氖氦混合气生产纯氖的方法包括以下步骤：
含有氮气的粗氖氦气经粗氖氦气输入管道输入冷箱，首先由第一板翅式换热器冷却，使得其中含有的氮气部分液化后进入第一气液分离器，得到的氖氦混合气通过第一气液分离器的第二出口进入第一氮吸附器或第二氮吸附器，所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第六阀门进入第二氮吸附器，对第二氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；当第二氮吸附器工作的时候，由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第八阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第五阀门进入第一氮吸附器，对第一氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；
由第一气液分离器得到的富氮液体节流以后，通过第一气液分离器的第一出口进入第二气液分离器，得到的富含氖氦气体的氮气通过第二气液分离器的第一出口进入第一回收气输出管道，直接出冷箱回收去气囊；而得到的富含氮的液体则通过第二气液分离器的第一出口进入污氮输出管道，由第一板翅式换热器复热后作为污氮气直接放空；
由第一氮吸附器或第二氮吸附器纯化后的纯氖氦混合气进入纯氖氦混合气排出管道，经由第二板翅式换热器冷却后，进入第三气液分离器，得到富含氖的富氖液体和富含氦的粗氦气，其中富含氦的粗氦气通过第三气液分离器的第一出口进入粗氦输出管道，经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热到常温，充瓶包装或者进入下道纯化工序；而富氖液体则通过第三气液分离器的第二出口流出，节流后，进入精馏塔；其中精馏塔顶部得到的废氖气通过精馏塔的第一出口进入第二回收气输出管道，直接出冷箱回收去气囊；精馏塔底部得到的纯氖液体通过精馏塔的第二出口流出，由真空绝热管道送入液氖杜瓦储存。
当需要外卖氖气时，则由液氖泵将液氖杜瓦中的液氖增压到200公斤的压力，送入下游的空浴式气化器气化后送入气瓶，包装外卖。
冷箱的冷量由抽到真空压力50mbarA(5kPaA)以下的真空液氮换热器中的温度低于65K的液氮和氦气压缩膨胀循环提供，氦气通过第一氦气管道进入氦压缩机，经由氦压缩机压缩后，通过第二氦气管道进入第一板翅式换热器，由第一板翅式换热器将氦气冷却后，进入存有真空液氮的真空液氮换热器，真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA(5kPaA)以下，真空液氮换热器中的液氮为温度低于65K的低温液氮，氦气与低温液氮换热冷却后，通过第三氦气管道进入第二板翅式换热器进一步冷却，然后进入氦气膨胀机膨胀，使得氦气的温度进一步下降，然后经由真空绝热管道进入液氖杜瓦，以冷却液氖杜瓦中蒸发的液氖，然后换热后的氦气由液氖杜瓦的氦气出口流出，经过真空绝热管道返回冷箱，进入第一氦气管道，经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热到常温，再进入氦压缩机。
本发明具有如下优点：本发明所述的由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法与现有技术相比，整个流程的除氮冷箱和精馏冷箱合二为一，冷量分别由真空下的液氮和氦气膨胀机提供，避免了180公斤压力的超高压气体进入冷箱，也省去了一台高压的模压机，整个流程的压力维持在32公斤以下，换热器简化为高效的板翅换热器，氮气吸附器则放置在真空绝热环境下，当一台吸附器工作时，下游经过纯化后的气体的一部分被加热后再生另外一台吸附器，另一部分则作为去除了氮的粗氖氦气进入下道工序，不再需要液氮容器的相互切换，从而节省了大量的液氮，整个流程更加简洁，原因包括：1)因为只有一个冷箱从而极大的减少了占地面积；2)因为使用了板翅换热器和膨胀机，极大的提高了换热效率和设备制冷效率；3)最后，生产出来的氖以液体的形式储存在杜瓦罐中，进一步的节省了场地方便了运输，同时当需要充灌钢瓶时通过液氖泵压缩到200公斤压力经过空浴式换热器复热后充入钢瓶，整个过程隔绝了油脂和水分，从而得到高质量的氖气产品，也省去了用于充瓶的高压模压机，节省了投资。
附图说明
图1是现有技术中的由氖氦混合气生产纯氖的流程示意图。
图2是本发明所述的由氖氦混合气生产纯氖的流程示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图2所示，本发明所述的由氖氦混合气生产纯氖的装置包括冷箱20、氦气压缩机201、氦膨胀机2021、氦膨胀机制动端2022、液氖杜瓦203、液氖泵204和空浴式气化器205，其中冷箱20中设置有第一气液分离器21、第二气液分离器22、第一氮吸附器23A、第二氮吸附器23B、第一板翅式换热器24、第二板翅式换热器25、电加热器26、第三气液分离器27、精馏塔28、氦膨胀机2021和真空液氮换热器29；氦气压缩机201、氦膨胀机制动端2022、液氖杜瓦203、液氖泵204和空浴式气化器205均设置在冷箱20的外部；所述的第一气液分离器21的入口与粗氖氦气输入管道210连接；第一气液分离器21的第一出口与第二气液分离器22的入口连接；第二气液分离器22的第一出口与第一回收气输出管道206连接；第二气液分离器22的第二出口与污氮输出管道211连接；第一气液分离器21的第二出口与第一氮吸附器23A的入口以及第二氮吸附器23B的入口连接；第一氮吸附器23A的出口和第二氮吸附器23B的出口均与第三气液分离器27的入口连接；第三气液分离器27的第一出口与粗氦输出管道212连接；第三气液分离器27的第二出口与精馏塔28的入口连接；精馏塔28的第一出口与第二回收气输出管道207连接；精馏塔28的第二出口与液氖杜瓦203的纯氖入口连接；液氖杜瓦203的液氖出口与液氖泵204的入口连接；液氖泵204的出口与空浴式气化器205的入口连接；空浴式气化器205的出口与气瓶连接；液氖杜瓦203的氦气出口与氦气压缩机201的入口连接；氦气压缩机201的出口与真空液氮换热器29的入口连接；真空液氮换热器29的出口与氦膨胀机2021的入口连接；氦膨胀机2021的出口与液氖杜瓦203的氦气入口连接；第一阀门K的第一端与第一氮吸附器23A的入口连接；第一阀门K的第二端与第二阀门L的第一端串联，第二阀门L的第二端与第二氮吸附器23B的入口连接；第三阀门M的第一端与第一氮吸附器23A的入口连接；第三阀门M的第二端与第四阀门N的第一端串联，第四阀门N的第二端与第二氮吸附器23B的入口连接；第一气液分离器21的第二出口连接在第一阀门K与第二阀门L之间；第三回收气输出管道208连接在第三阀门M与第四阀门N之间；第五阀门E的第一端与第一氮吸附器23A的出口连接；第五阀门E的第二端与第六阀门F的第一端串联，第六阀门F的第二端与第二氮吸附器23B的出口连接；电加热器26的出口连接在第五阀门E与第六阀门F之间；第七阀门G的第一端与第一氮吸附器23A的出口连接；第七阀门G的第二端与第八阀门H的第一端串联，第八阀门H的第二端与第二氮吸附器23B的出口连接；电加热器26的入口连接在第七阀门G与第八阀门H之间；与第三气液分离器27的入口连接的纯氖氦混合气排出管道215同样连接在第七阀门G与第八阀门H之间；与第一气液分离器21的入口连接的粗氖氦气输入管道210、与第二气液分离器22的第二出口连接的污氮输出管道211、与第三气液分离器27的第一出口连接的粗氦输出管道212、连接在液氖杜瓦203的氦气出口与氦气压缩机201的入口之间的第一氦气管道213以及连接在氦气压缩机201的出口与真空液氮换热器29的入口之间的第二氦气管道214均与第一板翅式换热器24连接并且与第一板翅式换热器24形成换热关系；与第三气液分离器27的入口连接的纯氖氦混合气排出管道215、与第三气液分离器27的第一出口连接的粗氦输出管道212、连接在液氖杜瓦203的氦气出口与氦气压缩机201的入口之间的第一氦气管道213以及连接在真空液氮换热器29的出口与氦膨胀机202的入口之间的第三氦气管道216均与第二板翅式换热器25连接并且与第二板翅式换热器25形成换热关系。
所述的第一氮吸附器23A和第二氮吸附器23B交替工作，当第一氮吸附器23A工作的时候，由第一氮吸附器23A的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门G和纯氖氦混合气排出管道215进入电加热器26，被电加热器26加热到室温后通过第六阀门F进入第二氮吸附器23B，对第二氮吸附器23B进行反吹再生，然后由阀门N进第三回收气输出管道208回收去气囊；当第二氮吸附器23B工作的时候，由第二氮吸附器23B的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第八阀门H和纯氖氦混合气排出管道215进入电加热器26，被电加热器26加热到室温后通过第五阀门E进入第一氮吸附器23A，对第一氮吸附器23A进行反吹再生，然后由阀门M进第三回收气输出管道208回收去气囊。
所述的真空液氮换热器29被抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器29中的液氮的温度低于65K。
与液氖杜瓦203的氦气入口和氦气出口连接的管道均为真空绝热管道。
利用本发明所述的装置由氖氦混合气生产纯氖的方法包括以下步骤：
上游压力为30公斤左右的含有氮气的粗氖氦气经粗氖氦气输入管道210输入冷箱20，首先由第一板翅式换热器24冷却到65K左右，使得其中含有的氮气部分液化后进入第一气液分离器21，得到含有较少氮气的氖氦混合气通过第一气液分离器21的第二出口进入第一氮吸附器23A或第二氮吸附器23B，所述的第一氮吸附器23A和第二氮吸附器23B交替工作，当第一氮吸附器23A工作的时候，由第一氮吸附器23A的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门G和纯氖氦混合气排出管道215进入电加热器26，被电加热器26加热到室温后通过第六阀门F进入第二氮吸附器23B，对第二氮吸附器23B进行反吹再生，然后由阀门N进第三回收气输出管道208回收去气囊；当第二氮吸附器23B工作的时候，由第二氮吸附器23B的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第八阀门H和纯氖氦混合气排出管道215进入电加热器26，被电加热器26加热到室温后通过第五阀门E进入第一氮吸附器23A，对第一氮吸附器23A进行反吹再生，然后由阀门M进第三回收气输出管道208回收去气囊；
由第一气液分离器21得到的富氮液体节流到1.5公斤左右的压力以后，通过第一气液分离器21的第一出口进入第二气液分离器22，得到的富含氖氦气体的氮气通过第二气液分离器22的第一出口进入第一回收气输出管道206，直接出冷箱回收去气囊；而得到的富含氮的液体则通过第二气液分离器22的第一出口进入污氮输出管道211，由第一板翅式换热器24复热后作为污氮气直接放空；
由第一氮吸附器23A或第二氮吸附器23B纯化后的纯氖氦混合气进入纯氖氦混合气排出管道215，经由第二板翅式换热器25冷却到25K左右，进入第三气液分离器27，得到富含氖的富氖液体和富含氦的粗氦气，其中富含氦的粗氦气通过第三气液分离器27的第一出口进入粗氦输出管道212，经由第二板翅式换热器25和第一板翅式换热器24复热到常温，充瓶包装或者进入下道纯化工序；而富氖液体则通过第三气液分离器27的第二出口流出，节流到1.5公斤左右的压力后，进入精馏塔28；其中精馏塔顶部得到的含较少氖气的废氖气通过精馏塔28的第一出口进入第二回收气输出管道207，直接出冷箱回收去气囊；精馏塔底部得到的纯氖液体通过精馏塔28的第二出口流出，由真空绝热管道送入液氖杜瓦203储存。
当需要外卖氖气时，则由液氖泵204将液氖杜瓦203中的液氖增压到200公斤的压力，送入下游的空浴式气化器205气化后送入气瓶，包装外卖。
冷箱20的冷量由真空下的液氮和氦气压缩膨胀循环提供，氦气通过第一氦气管道213进入氦压缩机201，经由氦压缩机201压缩到4公斤左右的压力，通过第二氦气管道214进入第一板翅式换热器24，由第一板翅式换热器24将氦气冷却到80K左右，进入存有真空液氮的真空液氮换热器29，真空液氮换热器29被抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器29中的液氮为温度低于65K的低温液氮，温度为80K的氦气与温度为65K的低温液氮换热，得到温度接近65K左右的氦气，通过第三氦气管道216进入第二板翅式换热器25进一步冷却到32K左右，进入氦气膨胀机202，膨胀到1.5公斤左右的压力，使得氦气的温度进一步下降到23K左右，经由真空绝热管道进入液氖杜瓦203，以冷却液氖杜瓦203中蒸发的液氖，然后换热后的氦气由液氖杜瓦203的氦气出口流出，经过真空绝热管道返回冷箱20，进入第一氦气管道213，经由第二板翅式换热器25和第一板翅式换热器24复热到常温，再进入氦压缩机201，循环往复，从而达到制冷的目的。
与现有技术相比，本发明所述的由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法的优点是：
整个生产工艺流程将除氮单元冷箱和氖氦精馏冷箱合二为一，冷量分别由真空下的液氮和氦气膨胀机提供，避免了180公斤压力的超高压气体进入冷箱，也省去了一台高压的模压机，整个流程的压力维持在32公斤以下，换热器简化为高效的板翅式换热器，氮吸附器则放置在真空绝热环境下，当一台氮吸附器工作时，下游经过纯化后的气体的一部分被加热后再生另外一台氮吸附器，另一部分则作为去除了氮的粗氖氦气进入下道工序，不再需要液氮容器的相互切换，从而节省了大量的液氮，整个流程更加简洁，因为只有一个冷箱，从而极大地减少了占地面积；因为使用了板翅式换热器和膨胀机，极大地提高了换热效率和设备制冷效率；最后，生产出来的氖以液体的形式储存在杜瓦罐中，进一步地节省了场地，方便了运输，同时当需要充灌钢瓶时通过液氖泵压缩到200公斤压力，经过空浴式换热器复热后充入钢瓶，整个过程隔绝了油脂和水分，从而能够得到高质量的氖气产品，也省去了用于充瓶的高压模压机，节省了投资。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (9)

1.一种由氖氦混合气生产纯氖的装置，其特征在于，所述装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部；所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接；第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接；第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接；第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接；第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接；第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接；第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接；第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接；精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接；精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接；液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接；液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接；空浴式气化器的出口与气瓶连接；液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口连接；氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接；真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接；氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接；第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联，第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联，第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第一气液分离器的第二出口连接在第一阀门与第二阀门之间；第三回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间；第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联，第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的出口连接在第五阀门与第六阀门之间；第七阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第七阀门的第二端与第八阀门的第一端串联，第八阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的入口连接在第七阀门与第八阀门之间；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道同样连接在第七阀门与第八阀门之间；与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的真空液氮换热器抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器、氦气压缩机和膨胀机组成循环以提供装置所需的冷量。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器和第二氮吸附器安装在63-70K温区，用于除去粗氖氦混合气中的氮组分；用于再生氮吸附器的再生加热器安装在冷箱内；第三气液分离器和精馏塔安装在20-35K温区，用于从纯氖氦混合气中分离氖气。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第六阀门进入第二氮吸附器，对第二氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；当第二氮吸附器工作的时候，由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第八阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第五阀门进入第一氮吸附器，对第一氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器中的液氮的温度低于65K。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，与液氖杜瓦的氦气入口和氦气出口连接的管道均为真空绝热管道。
7.利用权利要求1-6任一项所述的装置由氖氦混合气生产纯氖的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
含有氮气的粗氖氦气经粗氖氦气输入管道输入冷箱，首先由第一板翅式换热器冷却，使得其中含有的氮气部分液化后进入第一气液分离器，得到的氖氦混合气通过第一气液分离器的第二出口进入第一氮吸附器或第二氮吸附器，所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第六阀门进入第二氮吸附器，对第二氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；当第二氮吸附器工作的时候，由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第八阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到室温后通过第五阀门进入第一氮吸附器，对第一氮吸附器进行反吹再生，然后由第三回收气输出管道回收去气囊；
由第一气液分离器得到的富氮液体节流以后，通过第一气液分离器的第一出口进入第二气液分离器，得到的富含氖氦气体的氮气通过第二气液分离器的第一出口进入第一回收气输出管道，直接出冷箱回收去气囊；而得到的富含氮的液体则通过第二气液分离器的第一出口进入污氮输出管道，由第一板翅式换热器复热后作为污氮气直接放空；
由第一氮吸附器或第二氮吸附器纯化后的纯氖氦混合气进入纯氖氦混合气排出管道，经由第二板翅式换热器冷却后，进入第三气液分离器，得到富含氖的富氖液体和富含氦的粗氦气，其中富含氦的粗氦气通过第三气液分离器的第一出口进入粗氦输出管道，经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热到常温，充瓶包装或者进入下道纯化工序；而富氖液体则通过第三气液分离器的第二出口流出，节流后，进入精馏塔；其中精馏塔顶部得到的废氖气通过精馏塔的第一出口进入第二回收气输出管道，直接出冷箱回收去气囊；精馏塔底部得到的纯氖液体通过精馏塔的第二出口流出，由真空绝热管道送入液氖杜瓦储存。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当需要外卖氖气时，则由液氖泵将液氖杜瓦中的液氖增压到200公斤的压力，送入下游的空浴式气化器气化后送入气瓶，包装外卖。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，冷箱的冷量由抽到真空压力50mbarA以下的真空液氮换热器中的温度低于65K的液氮和氦气压缩膨胀循环提供，氦气通过第一氦气管道进入氦压缩机，经由氦压缩机压缩后，通过第二氦气管道进入第一板翅式换热器，由第一板翅式换热器将氦气冷却后，进入存有真空液氮的真空液氮换热器，真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器中的液氮为温度低于65K的低温液氮，氦气与低温液氮换热冷却后，通过第三氦气管道进入第二板翅式换热器进一步冷却，然后进入氦气膨胀机膨胀，使得氦气的温度进一步下降，然后经由真空绝热管道进入液氖杜瓦，以冷却液氖杜瓦中蒸发的液氖，然后换热后的氦气由液氖杜瓦的氦气出口流出，经过真空绝热管道返回冷箱，进入第一氦气管道，经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热到常温，再进入氦压缩机。
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