CN115540501A - 一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法,属于深冷分离领域,主要解决现有的空分设备或新建的1套或多套规模较小的空分设备,无法直接进行贫氪氙提取的技术问题。本发明提供的装置包括氪氙冷箱和设置在氪氙冷箱外侧的低温液体贮槽,低温液体贮槽入口端通过管道与空分设备主冷箱连接;氪氙冷箱内设置有通过管道依次连接的吸附器、贫氪氙塔和换热器;吸附器的入口端与低温液体贮槽的出口端连接,吸附器的入口端连接有低温液体泵,将富氧液空原料液泵入吸附器中得到净化的原料液;贫氪氙塔包括精馏塔、安装在精馏塔上部的冷凝器及安装在精馏塔下部的蒸发器;原料液在精馏塔内精馏后在塔底得到贫氪氙液体产品。

Description

一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法
技术领域
本发明属于深冷分离领域,具体涉及一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法。
背景技术
氪气和氙气是国民经济中重要的工业气体。目前,社会各行业对氪气和氙气的需求量持续保持逐年增长,主要原因是其应用领域越来越广,氪气和氙气不仅应用在传统的照明工业,在平板电视制造、电子芯片制造业、中空玻璃制造、空间/卫星产业、医疗行业、基础科研等各种行业上的应用也在快速发展。
氪气是无色、无味、无嗅的气体,化学符号为Kr,分子量为83.8,标准沸点119.79K(-153.36℃),密度3.643kg/m3,化学性质十分不活泼,不能燃烧,也不助燃,热导率低,透射率大,能吸收X射线。氪气在空气中含量极少,每1m3空气中仅含氪气1.14×10-6m3(即1.14mL),氪气可通过空分设备,或从合成氨尾气或核反应堆裂变气中提取出来,但主要是通过空分设备的提取。
氙气是无色、无味、无嗅的气体,化学符号为Xe,分子量为131.3,标准沸点165.02K(-108.13℃),密度5.89kg/m3,是天然稀有气体中分子量和密度最大的,化学性质十分不活泼,不能燃烧,也不助燃,能吸收X射线,具有极高的发光强度,是稀有气体中发光强度最大的气体。氙气是空气中五种稀有气体含量最少的一种,每1m3空气中仅含氪气0.086×10-6m3(即0.086mL),氪气也可通过空分设备,或从合成氨尾气或核反应堆裂变气中提取出来,其主要也是通过空分设备的提取。
因氪气、氙气在大气中的含量极少,非常宝贵,故称之为“稀有气体”、“黄金气体”,其价格高,且提取困难,只有在大型或特大型空分设备上才能提取。
空分设备作为煤化工、化肥、冶金、冶炼等行业必需的基础设施,数据显示,中国国内空分设备的产能规模在3900万Nm3/h(GO2)以上,在空分设备的空气分离过程中,氪气、氙气均属于高沸点组分,在上塔的氧、氮分离过程,物理性能决定了它们几乎全部积聚在主冷的液氧中,最后又伴随产品氧气或产品液氧的排出而被带走。由于国内空分设备相对规模较小,数量多,又相对分散,传统的空分设备几乎都没有自带贫氪氙提取装置。
近几年,由于国内外市场对氪、氙等稀有气体的需求旺盛,氪氙气体的价格不断创出新高,针对现有的3900万Nm3/h(GO2)规模的空分设备或新建的1套或多套规模较小的空分设备,如何充分利用现有的空分资源提取氪氙等稀有气体,来保障市场的需求,则值得深入研究。
发明内容
本发明为了解决现有的3900万Nm3/h(GO2)规模的空分设备或新建的1套或多套规模较小的空分设备,无法直接进行贫氪氙提取的技术问题,而提供一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法。
为实现上述目的,本发明提供的技术方案为:
一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特殊之处在于:包括氪氙冷箱和设置在氪氙冷箱外侧的低温液体贮槽;
所述低温液体贮槽为低温液体真空贮槽,其入口端通过管道与空分设备主冷箱连接,用于收集空分设备主冷箱中的富氧液空原料液;
所述氪氙冷箱内设置有通过管道依次连接的吸附器、贫氪氙塔和换热器;所述低温液体贮槽的出口端与吸附器的入口端通过第一管道连接,第一管道上连接有低温液体泵;
所述吸附器为低温液体吸附器,低温液体泵将富氧液空原料液泵入吸附器中,在吸附器内得到净化的原料液;
所述贫氪氙塔包括精馏塔、安装在精馏塔上部的冷凝器及安装在精馏塔下部的蒸发器;所述吸附器的出口端通过管道与精馏塔连接,净化的原料液进入精馏塔内进行精馏,精馏过程中高沸点组分被冷凝成回流的液体,低沸点组分被蒸发变成上升的气体,最终在塔底得到浓缩的液体产品,塔顶得到低沸点的气体混合物;
所述冷凝器上端与精馏塔上部之间设有第二管道,下端与精馏塔上部之间设有第三管道,所述上升的气体通过第二管道进入冷凝器内进行换热形成气液混合物,气液混合物中的液体通过第三管道再次进入精馏塔内作为回流液;所述第三管道上设有第一分管,第一分管经换热器与空分设备主冷箱连接;气液混合物中的气体通过第一分管经换热器复热到常温后返回空分设备主冷箱内;
所述回流的液体在蒸发器内进行换热,其中低沸点组分不断被蒸发成上升的气体,高沸点组分回流至精馏塔底部,得到液体产品,所述液体产品为浓缩的贫氪氙液体产品,精馏塔底部连接有第一出管,贫氪氙液体产品通过第一出管进入贮槽A被收集。
进一步地,所述氪氙冷箱外侧还设置有气体压缩机,气体压缩机与蒸发器上端通过管道连接,氮气通过管道经气体压缩机及换热器后成为压缩氮气,压缩氮气进入蒸发器内作为热源,与精馏塔回流的液体进行换热,回流的液体中低沸点组分被蒸发成上升的气体,压缩氮气被冷凝为液氮;
所述蒸发器下端连接有第二出管,所述第二出管上设有第二分管,第二分管的出口端连接冷凝器;所述冷凝器顶部设有第四管道,第四管道经换热器后与气体压缩机连接;所述液氮一部分经第二分管进入冷凝器内作为冷源,液氮本身蒸发成氮气,通过第四管道经换热器后进入气体压缩机中被再次利用;另一部分经第二出管进入贮槽B作为液氮产品被收集。
进一步地,所述低温液体贮槽通过管道连接一套或多套空分设备主冷箱,可充分利用一套或多套空分设备的资源。
进一步地,所述管道上均设有调节阀,用于调节管路内部介质的压力及物流分配,确保提取过程顺利进行。
此外,本发明还提供一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的方法,采用上述的从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,该方法包括以下步骤:
S1,从空分设备主冷箱中将富氧液空原料液引入低温液体贮槽,并经低温液体泵泵入吸附器中吸附净化,得到净化的原料液;
S2,将净化的原料液送入精馏塔中进行精馏,使低沸点组分被蒸发变成上升的气体,高沸点组分被冷凝成回流的液体;
S2.1,使所述上升的气体经冷凝器冷却后,变成气液混合物,气液混合物中的液体经第三管道进入精馏塔内作为回流的液体,气液混合物中的气体经第一分管进入空分设备主冷箱被回收再利用;
S2.2,使所述回流的液体经蒸发器蒸发后,回流的液体中低沸点组分形成气体上升,进而在精馏塔底部得到浓缩的贫氪氙液态产品,将贫氪氙液态产品经第一出管引入贮槽A被收集。
进一步地,该方法还可提取液氮产品,主要通过步骤S3,将氮气源中的氮气通过管道经气体压缩机及换热器后送入蒸发器内作为热源,压缩氮气自身被冷凝为液氮;一部分液氮进入冷凝器内作为冷源,液氮本身被蒸发成氮气,再次进入气体压缩机被循环利用;另一部分经第二出管进入贮槽B作为液氮产品被收集。
进一步地,还包括步骤S4,将贮槽B中的液氮通过管道注入空分设备中,为空分设备补充冷量,保证空分设备的正常工作,进而确保贫氪氙产品的提取不受影响。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1、本发明提取贫氪氙的装置,充分考虑到国内空分设备的实际情况,在不对现有设备进行扒砂改造的情况下,将提取装置与空分设备的主冷箱连接,充分利用了现有空分设备资源,从1套或多套空分设备富氧液空中提取粗氪氙产品,有效解决了现有的3900万Nm3/h(GO2)规模的空分设备或新建的1套或多套规模较小的空分设备无法直接进行粗氪氙提取的技术问题,不仅节省了改造成本,同时也具有较高的推广价值。
2、本发明提取贫氪氙的装置,主要针对在建和已运行的内压缩空分设备,充分利用空分设备的资源,生产出市场急需的贫氪氙液体产品,增加经济效益。
3、本发明提取贫氪氙的方法,通过将空分设备主冷箱中的低温原料液经吸附后引入精馏塔内,利用精馏原理最终转化为贫氪氙液体产品,同时也可收集液氮产品,并可循环利用氮气资源,具有较高的经济效益。
4、本发明提取贫氪氙的装置不影响空分设备的正常生产,空分设备主冷箱不需停车、主冷箱不需要扒珠光砂进行设备或管道的改造,氪氙冷箱也可根据实际生产场所需要做成撬装设备,同时生产贫氪氙产品和液氮产品。
5、本发明提取贫氪氙的装置,对于低温液体不丰富或冷量不足的空分设备,可通过将收集的液氮产品返注入空分设备中,进而仅生产贫氪氙产品,将生产贫氪氙需求的冷量降到最低,且不影响空分装置的正常生产。
附图说明
图1为本发明一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置实施例结构示意图;
图2为本发明一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置实施例中贫氪氙塔结构示意图。
附图标记如下:
1-低温液体贮槽,2-氪氙冷箱,3-气体压缩机,4-吸附器,5-贫氪氙塔,51-精馏塔,52-冷凝器,53-蒸发器,6-换热器,7-低温液体泵,101-第一管道,102-第二管道,103-第三管道,104-第四管道,201-第一分管,202-第二分管,301-第一出管,302-第二出管。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置及方法的技术方案进行清楚、完整的描述。附图采用简化的形式且使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的,需要说明的是,本发明中所用的术语“第一”“第二”“第三”“第四”等仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明基于空分设备主系统,利用液空中各组分沸点的不同,通过深冷精馏原理及设备,通过合理、优化的工艺流程组织,从富氧液空中提取出贫氪氙液体产品。
如图1所示,本发明提供了一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,该装置设置在空分设备外侧,包括氪氙冷箱2,及设置在氪氙冷箱2外侧并与氪氙冷箱2连接的低温液体贮槽1。低温液体贮槽1为低温液体真空贮槽,其入口端通过管道与空分设备主冷箱连接,用于收集空分设备主冷箱中的富氧液空原料液。低温液体贮槽1可通过管道连接一套或多套空分设备的主冷箱,从而充分利用各空分设备的资源,实现从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的目的。
氪氙冷箱2内设置有通过管道依次连接的吸附器4、贫氪氙塔5和换热器6;低温液体贮槽1的出口端与吸附器4的入口端通过第一管道101连接,第一管道101上连接有低温液体泵7,确保低温液体贮槽1中的富氧液空原料液可以快速进入吸附单元4,当富氧液空原料液进入吸附器4中后,通过吸附器4的吸附作用,得到净化的原料液。吸附器4为低温液体吸附器,其内部装有特制低温吸附剂,用于吸附原料液中溶解的微量的碳氢化合物和一氧化二氮等危险杂质,因碳氢化合物在氪氙组分精馏分离的过程中会进一步浓缩,一方面会给装置带来爆炸、燃烧的风险,另一方面阻止了氪氙组分的进一步浓缩,得不到较高纯度的贫氪氙液体产品,因此需将其去除,进而提取高纯度的贫氪氙产品。
结合图1和图2所示,贫氪氙塔5包括精馏塔51、安装在精馏塔51上部的冷凝器52及安装在精馏塔51下部的蒸发器53,精馏塔51选择填料塔或筛板塔。吸附器4的出口端通过管道与精馏塔51连接,将净化的原料液引入精馏塔5内进行精馏,精馏过程中高沸点组分被冷凝成回流的液体,低沸点组分被蒸发变成上升的气体,最终在塔底得到浓缩的液体产品,塔顶得到低沸点的气体混合物,气体混合物包括氧气、氮气和氩气等组分。
冷凝器52上端与精馏塔51上部之间设有第二管道102,下端与精馏塔51上部之间设有第三管道103,上升的气体通过第二管道102进入冷凝器52内进行换热形成气液混合物,气液混合物中的气体和液体在管道内自动分离,液体通过第三管道103再次进入精馏塔51内作为回流液体;第三管道103上设有第一分管201,第一分管201经换热器6与空分设备主冷箱连接;气液混合物中的气体通过第一分管201经换热器6复热至常温后返回空分设备主冷箱内被循环再利用。
回流的液体在蒸发器53内进行换热,其中低沸点组分不断被蒸发成上升的气体,高沸点组分回流至精馏塔51底部,得到浓缩的贫氪氙液体产品,精馏塔51底部连接有第一出管301,贫氪氙液体产品通过第一出管301进入贮槽A被收集。
为了实现精馏过程中气体的循环利用,同时充分利用该装置提取液氮产品,在氪氙冷箱2外侧还设置有气体压缩机3,气体压缩机3与蒸发器53上端通过管道连接,氮气通过管道经气体压缩机3及换热器6后成为压缩氮气,压缩氮气进入蒸发器53内作为热源,与精馏塔51回流的液体进行换热,回流的液体中低沸点组分被蒸发成上升的气体,压缩氮气被冷凝为液氮。
蒸发器53下端连接有第二出管302,第二出管302上设有第二分管202,第二分管202的出口端连接冷凝器52,冷凝器52顶部设有第四管道104,第四管道104经换热器6后与气体压缩机3连接。压缩氮气被冷凝为液氮后,一部分液氮经第二分管202进入冷凝器52内作为冷源,液氮本身蒸发成氮气,通过第四管道104经换热器6后进入气体压缩机3内被再次利用;另一部分液氮经第二出管302进入贮槽B作为液氮产品被收集。
为了实现提取过程的有效进行,各管道上均设有调节阀,调压阀选择低温调压阀,用于根据实际情况调节管路内部介质的流量及压力。
基于本实施例提取贫氪氙的装置,本实施例还提供了一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的方法,包括以下步骤:
S1,从空分设备主冷箱中将富氧液空原料液引入低温液体贮槽1,并经低温液体泵7泵入吸附器5中吸附净化,得到净化的原料液。
针对现有的3900万Nm3/hGO2规模的空分设备或新建的1套或多套规模较小的空分设备,可将一套或多套空分设备的主冷箱内的原料液通过管道引入低温液体贮槽1内进行收集,由于低温液体贮槽1为真空贮槽,可确保原料液在精馏前的稳定性。
进入低温液体贮槽1的原料液由于压力较低,需要通过低温液体泵7将其引至吸附器4中,吸附器4将原料液中的危险杂质吸附,杂质主要包括碳氢化合物和一氧化二氮等对贫氪氙的提取过程产生安全影响的物质,从而得到净化的原料液。
S2,将净化的原料液进入精馏塔51中进行精馏,精馏过程中低沸点组分被蒸发变成上升的气体,高沸点组分被冷凝成回流的液体;
S2.1,上升的气体通过第一管道102进入冷凝器52,经冷凝器52冷却后,变成气液混合物,其中,气液混合物中的液体通过第三管道103进入精馏塔51内作为回流的液体,气体通过第一分管201经过换热器6进行热量交换后,进入空分设备主冷箱中被回收再利用。
S2.2,回流的液体经蒸发器53蒸发后,回流的液体中低沸点组分形成气体上升,回流液体下沉,进而在精馏塔51底部得到浓缩的液态贫氪氙,液态贫氪氙经第一出管301进入贮槽A被收集,从而得到高浓度的贫氪氙产品。
此外,利用本装置还可提取液氮,具体为如下:
S3,气体压缩机3设置在氪氙冷箱2外侧,为保证贫氪氙塔5内的提取过程稳定的进行,需适时的补充氮气,将氮气源中的氮气通过管道通入气体压缩机3内进行压缩,并经换热器6复热,被压缩的氮气通过管道进入蒸发器53内作为热源,回流的液体中低沸点组分的气体受热蒸发,氮气自身被冷凝为液氮,一部分液氮通过第二分管202进入冷凝器52内作为冷源,在冷凝器52内,液氮吸收热量蒸发变成氮气,氮气通过第四管道104并经换热器6进行热量交换后,再次进入气体压缩机3内被循环利用;另一部分液氮经第二出管302进入贮槽B作为液氮产品被收集,从而得到液氮产品。
S4,将贮槽B中的液氮通过管道注入空分设备中,为空分设备补充冷量。
若空分设备中的低温液体不丰富或冷源不足,可将液氮通过管道返注入空分设备中,而不收集液氮产品,进而将生产贫氪氙需求的冷量降到最低,又可保证空分设备的正常工作,确保贫氪氙产品的提取不受影响。
本实施例的方法将从空分设备主冷箱来的低温原料液中,通过精馏及氮气循环,最终转换为贫氪氙液体产品及液氮产品,具有很大的经济效益及推广价值。
本发明主要针对在建和已运行的内压缩空分设备,充分利用空分设备的资源,生产市场急需的贫氪氙液体产品,进而增加经济效益。
如表1所示,以总制氧规模为90000Nm3/h内压缩空分设备连接本实施例的装置提取贫氪氙产品为例:
表1本实施例方案各项指标展示
Figure BDA0003878123610000071
针对此种提取方法,若含氙180ppm的贫氪氙液体按平均市场价3万元/t计算,电价:0.62元/kw,年运转时间7200h,考虑5%的液体充装损耗,则本实施例技术方案的运作成本较低,且贫氪氙产品的产量较高,液体损耗也较低,可在现有的内压缩空分设备中推广使用。
如表2所示,对传统方案与本实施例方案进行比较:
表2传统方案与本实施例方案比较
Figure BDA0003878123610000081
由上表可知,相对传统方案,若用户需在现有空分设备上安装提取贫氪氙的装置,则需将空分设备的主冷箱扒砂,并对设备、管道、冷箱、设备基础、楼梯平台等进行改造,该方案改造不仅改造工期长、费用高,并且由于内压缩的流程组织性质,只有4万等级以上规模的空分设备才具有改造意义,而对于规模小且数量众多的空分设备,一是无改造的价值,二是其所蕴含的氪氙资源无法有效利用,无法创造价值;因此,国内大部分空分设备运行单位无法对现有的空分设备所蕴含的氪氙资源进行充分的利用。
若采用本实施例方案,在现有空分设备主冷箱不扒砂的情况下,无论空分设备规模的大小,只要空分总制氧规模达到40000Nm3/h以上,均可采用本实施例的技术方案。
综上,和传统方案相比,本发明实施例的方案不影响空分设备的正常生产,空分主冷箱不需额外进行改造,氪氙冷箱也可做成撬装设备,利用该设备可同时生产贫氪氙和液氮产品,具有很大的推广、应用价值及市场前景。
本装置经过aspen及hysys两种计算软件模拟计算对比,结果一致,故在深冷分离领域,证明是可行的。

Claims (7)

1.一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特征在于:
包括氪氙冷箱(2)和设置在氪氙冷箱(2)外侧的低温液体贮槽(1);
所述低温液体贮槽(1)为低温液体真空贮槽,其入口端通过管道与空分设备主冷箱连接,用于收集空分设备主冷箱中的富氧液空原料液;
所述氪氙冷箱(2)内设置有通过管道依次连接的吸附器(4)、贫氪氙塔(5)和换热器(6);所述低温液体贮槽(1)的出口端与吸附器(4)的入口端通过第一管道(101)连接,第一管道(101)上连接有低温液体泵(7);
所述吸附器(4)为低温液体吸附器,低温液体泵(7)将富氧液空原料液泵入吸附器(4)中,在吸附器(4)内净化;
所述贫氪氙塔(5)包括精馏塔(51)、安装在精馏塔(51)上部的冷凝器(52)及安装在精馏塔(51)下部的蒸发器(53);所述吸附器(4)的出口端通过管道与精馏塔(51)连接,净化的原料液进入精馏塔(51)内进行精馏,精馏过程中高沸点组分被冷凝成回流的液体,低沸点组分被蒸发变成上升的气体,最终在塔底得到浓缩的液体产品,塔顶得到低沸点的气体混合物;
所述冷凝器(52)上端与精馏塔(51)上部之间设有第二管道(102),下端与精馏塔(51)上部之间设有第三管道(103),所述上升的气体通过第二管道(102)进入冷凝器(52)内进行换热形成气液混合物,气液混合物中的液体通过第三管道(103)再次进入精馏塔(51)内作为回流液;所述第三管道(103)上设有第一分管(201),第一分管(201)经换热器(6)与空分设备主冷箱连接;气液混合物中的气体通过第一分管(201)经换热器(6)复热到常温后返回空分设备主冷箱内;
所述回流的液体在蒸发器(53)内进行换热,其中低沸点组分不断被蒸发成上升的气体,高沸点组分回流至底部,得到浓缩的贫氪氙液体产品,精馏塔(51)底部连接有第一出管(301),贫氪氙液体产品通过第一出管(301)进入贮槽A被收集。
2.根据权利要求1所述的从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特征在于:
所述氪氙冷箱(2)外侧还设置有气体压缩机(3),气体压缩机(3)与蒸发器(53)上端通过管道连接,氮气通过管道经气体压缩机(3)及换热器(6)后成为压缩氮气,压缩氮气进入蒸发器(53)内作为热源,与精馏塔(51)中回流的液体进行换热,回流的液体中低沸点组分被蒸发成上升的气体,压缩氮气被冷凝为液氮;
所述蒸发器(53)下端连接有第二出管(302),所述第二出管(302)上设有第二分管(202),第二分管(202)的出口端连接冷凝器(52);所述冷凝器(52)顶部设有第四管道(104),第四管道(104)经换热器(6)后与气体压缩机(3)连接;所述液氮一部分经第二分管(202)进入冷凝器(52)内作为冷源,液氮本身蒸发成氮气,通过第四管道(104)经换热器(6)后进入气体压缩机(3)内被再次利用;另一部分经第二出管(302)进入贮槽B作为液氮产品被收集。
3.根据权利要求2所述的从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特征在于:
所述低温液体贮槽(1)通过管道连接一套或多套空分设备主冷箱,可充分利用一套或多套空分设备的资源。
4.根据权利要求3所述的从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特征在于:
所述管道上均设有调节阀,用于调节管路内部介质的压力及物流分配。
5.一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的方法,采用权利要求1-4任一所述的从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的装置,其特征在于,包括以下步骤:
S1,从空分设备主冷箱中将富氧液空原料液引入低温液体贮槽(1),并经低温液体泵(7)泵入吸附器(5)中吸附净化,得到净化的原料液;
S2,将净化的原料液送入精馏塔(51)中进行精馏,使低沸点组分被蒸发变成上升的气体,高沸点组分被冷凝成回流的液体;
S2.1,使所述上升的气体经冷凝器(52)冷却后,变成气液混合物,气液混合物中的液体经第三管道(103)进入精馏塔(51)内作为回流的液体,气液混合物中的气体经第一分管(201)进入空分设备主冷箱被回收再利用;
S2.2,使所述回流的液体经蒸发器(53)蒸发后,回流的液体中低沸点组分形成气体上升,进而在精馏塔(51)底部得到浓缩的贫氪氙液态产品,将贫氪氙液态产品经第一出管(301)引入贮槽A被收集。
6.根据权利要求5所述的一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的方法,其特征在于:
还包括步骤S3,将氮气源中的氮气通过管道经气体压缩机(3)及换热器(6)后送入蒸发器(53)内作为热源,压缩氮气自身被冷凝为液氮;一部分液氮进入冷凝器(52)内作为冷源,液氮本身被蒸发成氮气,再次进入气体压缩机(3)被循环利用;另一部分经第二出管(302)进入贮槽B作为液氮产品被收集。
7.根据权利要求6所述的一种从空分设备富氧液空中提取贫氪氙的方法,其特征在于:
还包括步骤S4,将贮槽B中的液氮通过管道注入空分设备中,为空分设备补充冷量。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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