CN208475805U - 一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，该整合装置包括：氮气循环压缩机，冷箱，以及设置于冷箱内的主换热器、贫氪塔、贫氪塔冷凝蒸发器、过冷器、粗氖塔冷凝蒸发器和粗氖塔，贫氪塔底部设有贫氪塔再沸器。本实用新型的整合装置通过把贫氪塔与粗氖塔整合在一个冷箱内，通过氮气或液氮的相互引入，充分利用液氧的冷量和不凝气的高氮气含量，降低氪氙浓缩和氖氦浓缩的投资成本和液氮的补充量；且氮气循环压缩机的使用将不凝气中的氮气利用起来，无需另外补充氮气，以达到降低能耗的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种气体浓缩系统，尤其涉及一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置。
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。
大气中的氪和氙含量分别约为1.138×10-6和0.0857×10-6，微量氪和氙随空气进入空气分离装置的低温精馏塔后，高沸点组分氪、氙、碳氢化合物(主要是甲烷)以及氟化物均积聚在低压塔的液氧内。
已建成空气分离设备也存在富含氖氦的不凝气，作为进一步提纯原料，通常会单独设置浓缩塔精馏塔进行精馏浓缩。通常使用液氮做为冷源。
如想对已建成的外压缩空气分离设备进行氪氙浓缩，通常做法是将液氧送入一个氪附加精馏塔(俗称贫氪塔)进行精馏。可获得氪氙含量为0.2～0.3％Kr+Xe 的贫氪氙浓缩物，其中甲烷含量约为0.3～0.4％。通常使用压力氮气做冷源和热源。
现有技术中对已建成空气分离设备进行氖氦和氪氙同时浓缩时，会外挂两个冷箱，这增加了投资成本，也降低了氮气使用率和液氧的回收率。因此，针对上述现有技术中设备回收率低、设备投资成本大且能耗高的缺陷，本领域的技术人员亟待开发一种能够把氖氦浓缩和氪氙浓缩流程整合的方法。
实用新型内容
本实用新型是针对已建成空气分离设备在进行氖氦浓缩和氪氙浓缩的特点，提供了一种可有效提高设备回收率、减少投资和降低能耗的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
本实用新型提供一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，包括：氮气循环压缩机，冷箱，以及设置于所述冷箱内的主换热器、贫氪塔、贫氪塔冷凝蒸发器、过冷器、粗氖塔冷凝蒸发器和粗氖塔，所述贫氪塔底部设有贫氪塔再沸器；其中：
所述氮气循环压缩机通过管道与所述贫氪塔再沸器的上部连通，所述贫氪塔再沸器的下部通过管道经所述过冷器与所述贫氪塔冷凝蒸发器的上部连通；
所述贫氪塔顶部分别通过管道经所述主换热器与所述冷箱外界连通、通过管道与所述贫氪塔冷凝蒸发器的上部连通，所述贫氪塔冷凝蒸发器的底部通过管道连通所述贫氪塔的顶部；
所述粗氖塔顶部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器上部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器下部通过管道与所述粗氖塔顶部连通，所述粗氖塔底部通过管道连通所述粗氖塔冷凝蒸发器的顶部；
所述贫氪塔冷凝蒸发器底部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部和所述贫氪塔冷凝蒸发器顶部分别通过管道经所述主换热器与所述氮气循环压缩机连通。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述贫氪塔底部通过管道连接液体泵。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部通过管道经所述过冷器、所述主换热器与所述氮气循环压缩机连通。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述贫氪塔冷凝蒸发器的底部通过管道与所述冷箱外界连通。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述粗氖塔冷凝蒸发器的吹扫口通过管道与所述冷箱外界连通。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述氮气循环压缩机多余的氮气通过管道与所述整合装置外界连通，作为仪表气等其它用气。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述冷箱外的空气分离设备通过管道直接与所述粗氖塔连通，或通过管道经所述主换热器与所述粗氖塔连通。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述贫氪塔底部与液体泵之间的管道上装设有第一阀门；所述粗氖塔底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部之间的管道上设有第七阀门；所述第二阀门和所述第七阀门为节流阀。
进一步地，在所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置中，所述过冷器与所述贫氪塔冷凝蒸发器之间的管道上装设有第二阀门；所述贫氪塔冷凝蒸发器与所述主换热器之间的管道上设有第三阀门；所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部与所述主换热器之间的管道上设有第四阀门；所述贫氪塔冷凝蒸发器底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部之间的管道上设有第五阀门；所述粗氖塔冷凝蒸发器顶部与所述过冷器之间的管道上设有第六阀门。
本实用新型采用上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本实用新型提供的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，通过把贫氪塔与粗氖塔整合在一个冷箱内，通过氮气或液氮的相互引入，充分利用液氧的冷量和不凝气的高氮气含量，降低氪氙浓缩和氖氦浓缩的投资成本和液氮的补充量；此外，氮气循环压缩机的使用将不凝气中的氮气利用起来，无需另外补充氮气，以达到降低能耗的目的。
附图说明
图1为本实用新型一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置的原理框架示意图；
其中，各附图标记为：
1-氮气循环压缩机，2-冷箱；3-主换热器，4-贫氪塔再沸器，5-贫氪塔，6- 贫氪塔冷凝蒸发器，7-过冷器，8-粗氖塔冷凝蒸发器，9-粗氖塔，10-液体泵。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本实用新型进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本实用新型，但是下述实施例并不限制本实用新型范围。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，包括：氮气循环压缩机1，冷箱2，以及设置于所述冷箱2内的主换热器3、贫氪塔5、贫氪塔冷凝蒸发器6、过冷器7、粗氖塔冷凝蒸发器8和粗氖塔9，所述贫氪塔5底部设有贫氪塔再沸器4；其中：所述氮气循环压缩机1通过管道与所述贫氪塔再沸器4的上部连通，所述贫氪塔再沸器4的下部通过管道经所述过冷器7与所述贫氪塔冷凝蒸发器6的上部连通；所述贫氪塔5顶部分别通过管道经所述主换热器3与所述冷箱2外界连通、通过管道与所述贫氪塔冷凝蒸发器6 的上部连通，所述贫氪塔冷凝蒸发器6的底部通过管道连通所述贫氪塔5的顶部；所述粗氖塔9顶部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器8上部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器8下部通过管道与所述粗氖塔9顶部连通，所述粗氖塔9底部通过管道连通所述粗氖塔冷凝蒸发器8的顶部；所述贫氪塔冷凝蒸发器6底部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部和所述贫氪塔冷凝蒸发器6顶部分别通过管道经所述主换热器3与所述氮气循环压缩机1连通。
在本实施例中，所述贫氪塔5底部通过管道连接液体泵10，将贫氪塔5底部符合设计浓度的氪氙浓缩物经过液体泵10加压后送到储槽储存或者进入下一步纯化流程。
在本实施例中，粗氖塔冷凝蒸发器8顶部通过管道经过冷器7、主换热器3 与氮气循环压缩机1连通，即先将粗氖塔冷凝蒸发器8中汽化后的氮气经过冷器 7回收冷量后，再与贫氪塔冷凝蒸发器6汽化的氮气汇合后一并经主换热器3复热送入冷箱2外的氮气循环压缩机1中。
在本实施例中，所述贫氪塔冷凝蒸发器6的底部通过管道与所述冷箱2外界连通；以及所述粗氖塔冷凝蒸发器8的吹扫口通过管道与所述冷箱2外界连通。
在本实施例中，所述氮气循环压缩机1多余的氮气通过管道与所述整合装置外界连通，作为仪表气等其它用气。
在本实施例中，所述冷箱2外的空气分离设备通过管道直接与所述粗氖塔9 连通，或通过管道经所述主换热器3与所述粗氖塔9连通。
在本实施例中，所述贫氪塔5底部与液体泵10之间的管道上装设有第一阀门V1；所述过冷器7与所述贫氪塔冷凝蒸发器6之间的管道上装设有第二阀门 V2；所述贫氪塔冷凝蒸发器6与所述主换热器3之间的管道上设有第三阀门V3；所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部与所述主换热器3之间的管道上设有第四阀门V4；所述贫氪塔冷凝蒸发器6底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部之间的管道上设有第五阀门V5；所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部与所述过冷器7之间的管道上设有第六阀门V6；所述粗氖塔9底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器8顶部之间的管道上设有第七阀门V7；所述第二阀门V2和所述第七阀门V7为节流阀。
实施例2
本实施例提供一种用于上述整合装置的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合方法，具体包括如下步骤：
步骤1，将来自空气分离设备的液氧，注入到冷箱2中的贫氪塔5内，由氮气循环压缩机1产生且经主换热器3换热后的压力氮气通过贫氪塔再沸器4为贫氪塔5提供热量；
步骤2，同时贫氪塔再沸器4内被液化的压力氮气经过冷器7冷却，通过节流阀节流后进入贫氪塔冷凝蒸发器6，为贫氪塔5提供冷量；
步骤3，液氧在贫氪塔5中精馏浓缩，在贫氪塔5底部得到符合设计浓度的氪氙浓缩物，经过液体泵10加压后送到储槽储存或者进入下一步纯化流程；
步骤4，贫氪塔5塔顶抽出氧气，一部分经主换热器3回收冷量后送出冷箱 2；另一部分进入贫氪塔冷凝蒸发器6被液氮冷却液化后，部分作为回流液送回贫氪塔5，其余部分作为回收产品，送出冷箱2；
步骤5，将来自空气分离设备的不凝气送入冷箱2后，直接送入粗氖塔9或经过主换热器3降温后送入粗氖塔9；进入粗氖塔9的不凝气，作为上升气参与粗氖塔9的精馏，在塔顶得到的氖氦含量较高的气体进入粗氖塔冷凝蒸发器冷凝 8，粗氖氦气从冷凝蒸发器吹扫口排出；
步骤6，冷凝后的液体氮气流回粗氖塔9参与精馏，粗氖塔9底部的液氮经节流阀节流后送入顶部的粗氖塔冷凝蒸发器8作为冷源，当粗氖塔9底部的液氮作为粗氖塔冷凝蒸发器8的冷源不够时，从贫氪塔冷凝蒸发器6引入液氮进行补；
步骤7，粗氖塔冷凝蒸发器8汽化后的氮气，与贫氪塔冷凝蒸发器6汽化后的氮气汇合后经主换热器3送入氮气循环压缩机1循环利用。
实施例3
本实施例提供一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合应用，请继续参阅图1所示，冷箱2内配置主换热器3用以回收冷量，贫氪塔5用于浓缩氪氙，粗氖塔9用于浓缩氖氦。
在使用过程中，来自空气分离设备(通常为外压缩流程)的液氧(取量 1000Nm3/h，成份为：O2：99.7％，Kr：～109ppm；Xe：17ppm；甲烷：～33ppm；其他组分：氩气)直接注入到冷箱2中的贫氪塔5内，贫氪塔5操作压力一般为 0.05MPaG～0.2MPaG，操作温度受压力和浓度限值会有所不同。压力氮气(饱和态，0.5～1.0Mpa)通过贫氪塔5塔底的贫氪塔再沸器4为贫氪塔5提供热量，以满足精馏中对上升气体的需求。同时压力氮气(液体，0.5～1.0MpaG)被液化流出，经过过冷器7冷却，再通过节流阀V2节流后至0.3～0.6MPaG进入6贫氪塔冷凝蒸发器为5贫氪塔提供液体。液氧在贫氪塔5中精馏浓缩，在贫氪塔5 的塔底得到符合设计浓度的氪氙浓缩物，浓缩物的浓度一般收甲烷限值，要求甲烷含量在国标规定的安全值以下，这里的设计含量为～3500ppm，对应的Kr含量为～0.12％，Xe含量为～200ppm，通过管道排出，通常经过液体泵10加压 (0.1～0.5MPaG)后送到储槽储存或者进入下一步纯化流程。5贫氪塔塔顶抽出氧气(O2：～99.7％，Ar：～0.3％)，一部分(量约为0～100Nm3/h)经过主换热器3回收冷量后送出冷箱2；另一部分(量约为800～950Nm3/h)进入贫氪塔冷凝蒸发器6冷凝侧，被液氮冷却液化后，部分作为回流液经过管道送回贫氪塔5，并抽出部分通过管道经过阀门V4，送出冷箱2。
同时，从空气分离设备出来的不凝气举例取量500Nm3/h，温度为-150℃，压力为0.4MPaG，组分为：N2:～99％；Ne：～0.73％；He：～0.21％；H2:0.04％；其它为氧气和氩气，送入2冷箱后，可直接进入粗氖塔9，也可经过主换热器3 降温后进入粗氖塔9。进入粗氖塔9的不凝气，作为上升气参与粗氖塔9的精馏，操作压力为0.3～0.4MPaG，在塔顶得到氖氦含量较高的气体，经过管道进入粗氖塔冷凝蒸发器8冷凝，粗氖氦气可以从粗氖塔冷凝蒸发器8的吹扫口经管道排出，排出的量6～8Nm3/h，组分含量为：Ne：43～53％；He：12～15％；H2:2.5～ 3％；其它为N2。经过压缩后送入精制(操作压力一般为0.3～0.8MPaG)或储存设备(操作压力一般为15～20MPaG)。其它的氮气被液化后经过管道流回粗氖塔9参与精馏。粗氖塔9底部的液体为液氮产品，经过节流阀V7节流至0.02～ 0.05MPaG送入顶部的粗氖塔冷凝蒸发器8做冷源。粗氖塔冷凝蒸发器8内所需液氮的欠缺部分，从贫氪塔冷凝蒸发器6经由管道和阀门V5控制后输送。在粗氖塔冷凝蒸发器8中汽化后的氮气，因压力低，温度低，通过管道和阀门V6送入过冷器7回收冷量后，与贫氪塔冷凝蒸发器6的汽化氮气汇合后经过主换热器 3复热送出冷箱2。通过管道送入氮气循环压缩机1加压至0.5～1.0MpaG，约为 1000～1500Nm3/h的压力氮气经过管道作为需要使用的压力氮气进入冷箱2，经过主换热器3冷却后送入贫氪塔9底部再沸器。部分多余氮气可通过管道作为产品送回客户，或作为仪表气等其它用气。
本实用新型通过把贫氪塔与粗氖塔整合在一个冷箱内，通过氮气或液氮的相互引入，充分利用液氧的冷量和不凝气的高氮气含量，降低氪氙浓缩和氖氦浓缩的投资成本，减少液氮的补充量；而且氮气循环压缩机的使用将不凝气中的氮气利用起来，无需另外补充氮气，达到了降低能耗的目的。
以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本实用新型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，任何对本实用新型进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本实用新型的范围内。
Claims (9)
1.一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，包括：氮气循环压缩机(1)，冷箱(2)，以及设置于所述冷箱(2)内的主换热器(3)、贫氪塔(5)、贫氪塔冷凝蒸发器(6)、过冷器(7)、粗氖塔冷凝蒸发器(8)和粗氖塔(9)，所述贫氪塔(5)底部设有贫氪塔再沸器(4)；其中：
所述氮气循环压缩机(1)通过管道与所述贫氪塔再沸器(4)的上部连通，所述贫氪塔再沸器(4)的下部通过管道经所述过冷器(7)与所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)的上部连通；
所述贫氪塔(5)顶部分别通过管道经所述主换热器(3)与所述冷箱(2)外界连通、通过管道与所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)的上部连通，所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)的底部通过管道连通所述贫氪塔(5)的顶部；
所述粗氖塔(9)顶部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)上部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)下部通过管道与所述粗氖塔(9)顶部连通，所述粗氖塔(9)底部通过管道连通所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)的顶部；
所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)底部通过管道与所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部连通，所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部和所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)顶部分别通过管道经所述主换热器(3)与所述氮气循环压缩机(1)连通。
2.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述贫氪塔(5)底部通过管道连接液体泵(10)。
3.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部通过管道经所述过冷器(7)、所述主换热器(3)与所述氮气循环压缩机(1)连通。
4.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)的底部通过管道与所述冷箱(2)外界连通。
5.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)的吹扫口通过管道与所述冷箱(2)外界连通。
6.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述氮气循环压缩机(1)多余的氮气通过管道与所述整合装置外界连通，作为仪表气等其它用气。
7.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述冷箱(2)外的空气分离设备通过管道直接与所述粗氖塔(9)连通，或通过管道经所述主换热器(3)与所述粗氖塔(9)连通。
8.根据权利要求1所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述过冷器(7)与所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)之间的管道上装设有第二阀门(V2)；所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)与所述主换热器(3)之间的管道上设有第三阀门(V3)；所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部与所述主换热器(3)之间的管道上设有第四阀门(V4)；所述贫氪塔冷凝蒸发器(6)底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部之间的管道上设有第五阀门(V5)；所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部与所述过冷器(7)之间的管道上设有第六阀门(V6)。
9.根据权利要求8所述的氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置，其特征在于，所述贫氪塔(5)底部与液体泵(10)之间的管道上装设有第一阀门(V1)；所述粗氖塔(9)底部与所述粗氖塔冷凝蒸发器(8)顶部之间的管道上设有第七阀门(V7)；所述第二阀门(V2)和所述第七阀门(V7)为节流阀。
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| CN108413706A (zh) * | 2018-05-15 | 2018-08-17 | 瀚沫能源科技（上海）有限公司 | 一种氪氙浓缩和氖氦浓缩含循环氮气的整合装置及方法 |
| CN114440554A (zh) * | 2022-01-26 | 2022-05-06 | 中科富海(杭州)气体工程科技有限公司 | 一种生产高纯氧的装置及其方法 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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