CN209367804U - 一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，包括液氧泵和冷箱内的精馏塔、冷凝蒸发器、氮气循环压缩机，精馏塔中部的液氧进口通过管道与液氧泵相连；精馏塔塔底设有再沸器，再沸器的压力氮气进口通过管道与氮气循环压缩机的压力氮气出口连接，再沸器的液氮出口通过管道与冷凝蒸发器连接，且精馏塔塔底的氪氙浓缩物出口与外界相连；精馏塔塔顶的氧蒸汽出口通过管道分别与冷凝蒸发器、外界相连，其中：冷凝蒸发器的液氧出口通过管道与精馏塔塔顶相连；冷凝蒸发器的氮气出口通过管道、用户管道均与氮气循环压缩机相连。本实用新型的操作简单、成本低、能耗低，在生产氪氙浓缩物的同时，甚至可根据客户需要，提供液氮、液氧或二者同时生产。

Description

一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备

技术领域

本实用新型涉及了液体浓缩领域，尤其涉及一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备。

背景技术

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。

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。

实用新型专利《201410036253.4一种从液氧中提取粗氪氙的设备及方法》使用的工艺复杂，因而成本会高。因此，本领域的技术人员致力于开发氪氙浓缩的设备，提供了一种从液氧中浓缩氪氙浓缩物且氮气循环利用，操作简单，安全性高，成本低，能耗低的设备。

实用新型内容

本实用新型是针对在运行空分中，重组分(沸点高于氧气的物质)在液氧中浓缩的特点，提供了氪氙进一步浓缩得到氪氙浓缩物氮气循环利用的设备。

本实用新型要解决的技术问题是通过以下技术方案是实现的：

本实用新型是一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，包括冷箱、设置于冷箱内的主换热器、精馏塔、冷凝蒸发器和氮气循环压缩机，用户管道通过管道与所述氮气循环压缩机的氮气进口连接，所述氮气循环压缩机通过管道经所述主换热器连接所述精馏塔塔底再沸器的压力氮气进口，所述再沸器的液氮出口通过管道与所述冷凝蒸发器连接，且所述精馏塔塔底的氪氙浓缩物出口与第五外界管道连接；所述精馏塔塔顶的氧蒸汽出口通过管道分别与所述冷凝蒸发器、第一外界管道连接；所述冷凝蒸发器的液氧出口通过管道与所述精馏塔塔顶连接；所述冷凝蒸发器的氮气出口通过管道与所述氮气循环压缩机的氮气进口连接。

优选的，所述冷凝蒸发器的液氧出口通过管道还与第三外界管道连接，所述冷凝蒸发器的液氮出口通过管道与第四外界管道连接。

优选的，还包括液压泵，所述液压泵与所述精馏塔中部的液氧进口连接。

优选的，所述精馏塔塔顶的氧蒸汽出口经过所述主换热器与所述第一外界管道连接，所述冷凝蒸发器的氮气出口经过所述主换热器与所述氮气循环压缩机的氮气进口连接。

优选的，还包括设于各连接管道上的节流阀。

优选的，所述的设备还包括设于各连接管道上的节流阀。

与现有技术相比，本实用新型具有如下技术效果：

本实用新型为一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其通过设置所述氮气循环压缩机，提供了一个氮气循环转换，为成为所述再沸器的热源和所述冷凝蒸发器的冷源的氮气形成循环使用，使本实用新型工作过程环保、节约、减低了生产成、降低了能耗。本实用新型的操作简单、成本低、能耗低，在生产氪氙浓缩物的同时，甚至可根据客户需要，提供液氮、液氧或二者同时生产。

附图说明

图1为本实用新型液氧中浓缩氪氙浓缩氮气循环利用的设备的结构示意图；

上述说明书中附图标记表示说明：

1-冷箱；2-主换热器；3-再沸器；4-精馏塔；5-冷凝蒸发器；6-液氧泵；7-低温吸附器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步说明，但不作为本实用新型的限定。

如图1所示，本实用新型提供一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，包括冷箱1、设置于冷箱1内的主换热器2、精馏塔4、冷凝蒸发器5和氮气循环压缩机7，用户管道通过管道与所述氮气循环压缩机7的氮气进口连接，所述氮气循环压缩机7通过管道经所述主换热器2连接所述精馏塔4塔底再沸器3的压力氮气进口，所述再沸器3的液氮出口通过管道与所述冷凝蒸发器5连接，且所述精馏塔4塔底的氪氙浓缩物出口与第五外界管道连接；所述精馏塔4塔顶的氧蒸汽出口通过管道分别与所述冷凝蒸发器5、第一外界管道连接；所述冷凝蒸发器5的液氧出口通过管道与所述精馏塔4塔顶连接；所述冷凝蒸发器5的氮气出口通过管道与所述氮气循环压缩机7的氮气进口连接。

本实用新型的一个较佳实施例中，所述冷凝蒸发器5的液氧出口通过管道还与第三外界管道连接，所述冷凝蒸发器5的液氮出口通过管道与第四外界管道连接。

本实用新型的一个较佳实施例中，还包括液压泵6，所述液压泵6与所述精馏塔4中部的液氧进口连接。

本实用新型的一个较佳实施例中，所述精馏塔4塔顶的氧蒸汽出口经过所述主换热器2与所述第一外界管道连接，所述冷凝蒸发器5的氮气出口经过所述主换热器2与所述氮气循环压缩机7的氮气进口连接。

本实用新型的一个较佳实施例中，还包括设于各连接管道上的节流阀。

利用本实用新型如上所述的设备从液氧中提取粗氪氙的方法，其过程为：

如附图1所示，空分产生的液氧(1200Nm³/h，微正压，本实施例中所含成份为：O2：99.7％；Kr：～109ppm；Xe：17ppm；甲烷：～33ppm；其他组分：氩气)，经过所述液氧泵6加压至0.3MPaA后，通过管道LO-201送入所述冷箱，进入所述精馏塔4中部参与精馏浓缩。参与精馏浓缩的所述精馏塔4的操作压力为0.18MPaA，在此压力下的混合物(空分液氧：主要为液氧)的沸点温度为-177.3℃。刚输入所述精馏塔4中部的空分液氧混入塔顶流下的液氧中，与塔底上升的氧蒸汽在填料(或筛板)上进行热质交换，轻组分(氧气、氮气、氩气等)进入气体中，重组分(沸点比氧气高的组分，例如：甲烷、氪气、氙气及其他物质)在液氧中富集，最后流入所述精馏塔4塔底。所述精馏塔4塔底设有所述再沸器3，利用进入所述再沸器3氮气进口的压力氮气(0.69MPaA，-172℃)做热源，蒸发所述精馏塔4塔底的液氧，为整个精馏提供上升气体。所述精馏塔4塔顶的氧气经分离重组分后，通过管道GO-202从塔顶抽出，分为两部分：一部分氧气作为产品经过管道GO-203送至主换热器2复热后送出冷箱1，流经管道GO-204，进入所述第一外界管道，副产品为液氧；另一部分氧气进入所述冷凝蒸发器5被液氮冷凝为液氧。从所述冷凝蒸发器5流出后在所述液氧出口LO-204的液氧分为两股：一股液氧作为回流液送入所述精馏塔4塔顶，且继续参与精馏浓缩过程；另一股最大流量为1180Nm³/h的液氧作为副产品经过管道LO-205，进入所述第三外界管道抽出所述冷箱。

上述实验，在所述精馏塔4塔底，得到的是重组分富集的液氧，尤其是氪氙及甲烷富集，本实施例为氧气98.6％，氩气0.012％，氪气8670ppm，氙气136ppm，甲烷3100ppm，及其他微量杂质。产量约为15Nm³/h，出冷箱压力为0.18MPaA作为产品，经所述氪氙浓缩物出口的管道LO-205送出冷箱1进入所述第五外界管道，可流入储槽或后继加工。

此外，所述再沸器的热源和所述冷凝蒸发器的冷源通过所述方法的氮气循环转换来提供。1950Nm³/h的氮气首先经过氮气循环压缩机7加压至0.7MPaA，并经过冷却器冷却到40℃，输入所述压力氮气进口的管道GN-101中。所述压力氮气进入冷箱1内的主换热器2热端冷却至-172℃，经过管道GN-102进入所述精馏塔4塔底的所述再沸器3热端，液化为液氮来为所述再沸器3提供热源。所述液氮自所述再沸器3出来后经管道LN-103，且经过节流阀V2降压至0.53MPa后，送入位于所述冷箱1顶部的所述冷凝蒸发器5中，为所述冷凝蒸发器5提供冷源。其中，该冷源将所述冷凝蒸发器5另一侧的氧气冷凝为液氧，部分液氮吸热被汽化为氮气经过管道GN-105，送入主换热器2复热回收冷量，通过所述主换热器2地氮气出口送出冷箱1进入所述氮气循环压缩机7的氮气进口。在所述冷凝蒸发器中，所述氮气出口的氮气的流量为1950Nm³/h，可将该氮气输入送还给用户或直接放空；副产品为液氮时，所述冷凝蒸发器5液体的一侧，部分液氮作为产品经过所述冷凝蒸发器液氮出口的液氮输送阀V5后送出冷箱进入所述第四外界管道，且输送给用户。

综合上述实施例其具体实施方式可见，本发明精馏浓缩的流程简单，在生产氪氙浓缩物的同时，可根据客户需要，提供液氮、液氧或二者同时生产，通过加入氮气循环压缩机使用的氮气循环工艺，降低氮气的补充量，降低运营成本。

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 (5)

1.一种液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其特征在于，包括冷箱(1)、设置于冷箱(1)内的主换热器(2)、精馏塔(4)、冷凝蒸发器(5)和氮气循环压缩机(7)，用户管道通过管道与所述氮气循环压缩机(7)的氮气进口连接，所述氮气循环压缩机(7)通过管道经所述主换热器(2)连接所述精馏塔(4)塔底再沸器(3)的压力氮气进口，所述再沸器(3)的液氮出口通过管道与所述冷凝蒸发器(5)连接，且所述精馏塔(4)塔底的氪氙浓缩物出口与第五外界管道连接；所述精馏塔(4)塔顶的氧蒸汽出口通过管道分别与所述冷凝蒸发器(5)、第一外界管道连接；所述冷凝蒸发器(5)的液氧出口通过管道与所述精馏塔(4)塔顶连接；所述冷凝蒸发器(5)的氮气出口通过管道与所述氮气循环压缩机(7)的氮气进口连接。

2.根据权利要求1所述的液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其特征在于，所述冷凝蒸发器(5)的液氧出口通过管道还与第三外界管道连接，所述冷凝蒸发器(5)的液氮出口通过管道与第四外界管道连接。

3.根据权利要求1所述的液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其特征在于，还包括液压泵(6)，所述液压泵(6)与所述精馏塔(4)中部的液氧进口连接。

4.根据权利要求3所述的液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其特征在于，所述精馏塔(4)塔顶的氧蒸汽出口经过所述主换热器(2)与所述第一外界管道连接，所述冷凝蒸发器(5)的氮气出口经过所述主换热器(2)与所述氮气循环压缩机(7)的氮气进口连接。

5.根据权利要求1所述的液氧中浓缩氪氙浓缩物氮气循环利用的设备，其特征在于，还包括设于各连接管道上的节流阀。