CN216863648U - 一种液氧浓缩氪氙装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种液氧浓缩氪氙装置，属于空分技术领域，包括：液氧储罐；预冷器，与液氧储罐连接；精馏塔，下部进液口与预冷器的冷物料出口连接；顶部冷凝器，气相进口与精馏塔的塔顶气相出口连接；气液分离器，液相进口与顶部冷凝器的液相出口连接，气液分离器的中部液相出口与精馏塔的回流口进口连接，气液分离器的气相出口与顶部冷凝器的气相进口连接；预冷器，热物流进口与气液分离器底部的液相出口连接；过冷器，进口A与预冷器的热物流出口连接，过冷器的出口D与液氧储罐的进口连接，过冷器的液相进口C与精馏塔的底部液相出口连接；富氪氙储罐，与过冷器连接。本实用新型结构简单、流程合理、操作简便、产品收率高、节能降耗。

Description

一种液氧浓缩氪氙装置

技术领域

本实用新型涉及空分技术领域，具体涉及一种液氧浓缩氪氙装置。

背景技术

大气含有微量的氪和氙，随空气进入空气分离装置的低温精馏塔后，高沸点组分的氪、氙、碳氢化合物以及氟化物均积聚在低压塔的液氧内。通常针对外压缩空气分离设备进行氪氙浓缩，是将液氧送入一个附加精馏塔（俗称贫氪氙塔）进行精馏。

目前，国内液氧浓缩氪氙技术较落后，生产成本高，提取率低，工艺复杂。因此，需要提供一种液氧浓缩氪氙装置及其生产工艺，以解决现有存在的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供供一种液氧浓缩氪氙装置，结构简单、设计合理、操作简便、产品收率高、节能降耗。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种液氧浓缩氪氙装置，包括：

液氧储罐；

预冷器，所述预冷器的冷物料进口与液氧储罐的液相出口连接；

精馏塔，所述精馏塔的下部进液口与预冷器的冷物料出口连接；

顶部冷凝器，所述顶部冷凝器的气相进口与精馏塔的塔顶气相出口连接；

气液分离器，所述气液分离器的液相进口与顶部冷凝器的液相出口连接，所述气液分离器的中部液相出口与精馏塔的回流口进口连接，所述气液分离器的气相出口与顶部冷凝器的气相进口连接；

预冷器，所述预冷器的热物流进口与气液分离器底部的液相出口连接；

过冷器，所述过冷器的进口A与预冷器的热物流出口连接，所述过冷器的出口D与液氧储罐的进口连接，所述过冷器的液相进口C与精馏塔的底部液相出口连接；

富氪氙储罐，所述富氪氙储罐的进口与过冷器的液相出口B连接。

进一步的，还包括：

液氮储罐，所述液氮储罐的出口与过冷器的进口E连接；

回冷器，所述回冷器的进口F与过冷器的出口F连接，所述回冷器的进口B与顶部冷凝器的顶部气相出口连接；

缓冲罐，所述缓冲罐的进口C与回冷器的出口E连接，所述缓冲罐的进口B与回冷器的出口A连接；

再沸器，所述再沸器设置于精馏塔的底部，所述再沸器的进口与回冷器的出口D连接；

液氮平衡罐，所述液氮平衡罐的进口与再沸器的出口连接，所述液氮平衡罐的底部出口与顶部冷凝器的中部液相进口连接，所述液氮平衡罐的气相出口与大气相连，所述液氮平衡罐的中部液相出口与过冷器的进口E连接。

进一步的， 还包括：

氮气增压机，所述氮气增压机的进口与回冷器的出口E通过连接管道进行连接，所述连接管道上引出支管与大气相连，所述氮气增压机的出口与缓冲罐的进口C连接；

氮气循环压缩机，所述氮气循环压缩机的进口与缓冲罐的出口A连接，所述氮气循环压缩机的出口与回冷器的进口C连接。

进一步的，所述液氧储罐与预冷器之间设有液氧泵，所述液氧储罐的液相出口与液氧泵的进口连接，所述液氧泵的出口与预冷器的冷物流进口相连。

进一步的，所述液氮储罐与过冷器之间设有液氮泵，所述液氮储罐的出口与液氮泵的进口连接，所述液氮泵的出口与过冷器的进口E连接。

本实用新型的上述技术方案至少包括以下有益效果：

1、精馏塔的塔顶设置气液分离器，塔顶排出的氧蒸汽经部分液化后，分离得到的气相再汇入顶部冷凝器进一步冷凝液化，回收氧蒸汽中的氪、氙组分，提高产品收率；

2、利用塔顶冷凝后的液氧与原料液进行换热，液氧产品过冷降低损耗，原料液中的轻组分被蒸发，降低精馏塔再沸负荷，节能降耗；

3、设置液氮平衡罐，将液氮中的不凝气体及时排出，降低压缩功耗；

4、本工艺设计了补液氮口用于平衡系统不同负荷下的冷量，提高装置操作弹性；

5、利用循环液氮过冷产品，降低产品损耗。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：

1 、液氧泵；2、预冷器；3、精馏塔；4、顶部冷凝器；5、气液分离器；6、过冷器；7、再沸器；8、回冷器；9、缓冲罐；10、氮气循环压缩机；11、氮气增压机；12、液氮平衡罐；13、第一液氧储罐；14、富氪氙液产品储罐；15、液氮储罐；16、液氮泵；17、第二液氧储罐。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图1，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种液氧浓缩氪氙装置，包括：

液氧储罐；

预冷器2，所述预冷器2的冷物料进口与液氧储罐的液相出口连接；

精馏塔3，所述精馏塔3的下部进液口与预冷器2的冷物料出口连接；

顶部冷凝器4，所述顶部冷凝器4的气相进口与精馏塔3的塔顶气相出口连接；

气液分离器5，所述气液分离器5的液相进口与顶部冷凝器4的液相出口连接，所述气液分离器5的中部液相出口与精馏塔3的回流口进口连接，所述气液分离器5的气相出口与顶部冷凝器4的气相进口连接；

预冷器2，所述预冷器2的热物流进口与气液分离器5底部的液相出口连接；

过冷器6，所述过冷器6的进口A与预冷器2的热物流出口连接，所述过冷器6的出口D与液氧储罐的进口连接，所述过冷器6的液相进口C与精馏塔3的底部液相出口连接；

富氪氙储罐，所述富氪氙储罐的进口与过冷器6的液相出口B连接。

具体而言，一种液氧浓缩氪氙装置，包括：

第一液氧储罐13；

预冷器2，预冷器2的冷物料进口与第一液氧储罐13的液相出口连接；

精馏塔3，精馏塔3的下部进液口与预冷器2的冷物料出口连接；

顶部冷凝器4，顶部冷凝器4的气相进口与精馏塔3的塔顶气相出口连接；

气液分离器5，气液分离器5的液相进口与顶部冷凝器4的液相出口连接，气液分离器5的中部液相出口与精馏塔3的回流口进口连接，气液分离器5的气相出口与顶部冷凝器4的气相进口连接；

预冷器2，预冷器2的热物流进口与气液分离器5底部的液相出口连接；

过冷器6，过冷器6的进口A与预冷器2的热物流出口连接，过冷器6的出口D与第二液氧储罐17的进口连接，过冷器6的液相进口C与精馏塔3的底部液相出口连接；

富氪氙储罐，富氪氙储罐的进口与过冷器6的液相出口B连接。

精馏塔3的塔顶设置气液分离器5，塔顶排出的氧蒸汽经部分液化后，分离得到的气相再汇入顶部冷凝器4进一步冷凝液化，回收氧蒸汽中的氪、氙组分，提高产品收率；用塔顶冷凝后的液氧与原料液进行换热，液氧产品过冷降低损耗，原料液中的轻组分被蒸发，降低精馏塔3再沸负荷，节能降耗。

根据本实用新型的一个实施例，如图1所示，还包括：

液氮储罐15，液氮储罐15的出口与过冷器6的进口E连接；

回冷器8，回冷器8的进口F与过冷器6的出口F连接，回冷器8的进口B与顶部冷凝器4的顶部气相出口连接；

缓冲罐9，缓冲罐9的进口C与回冷器8的出口E连接，缓冲罐9的进口B与回冷器8的出口A连接；

再沸器7，再沸器7设置于精馏塔3的底部，再沸器7的进口与回冷器8的出口D连接；

液氮平衡罐12，液氮平衡罐12的进口与再沸器7的出口连接，液氮平衡罐12的底部出口与顶部冷凝器4的中部液相进口连接，液氮平衡罐12的气相出口与大气相连，液氮平衡罐12的中部液相出口与过冷器6的进口E连接。

设置液氮平衡罐12，将液氮中的不凝气体及时排出，降低压缩功耗；设计了补液氮口用于平衡系统不同负荷下的冷量，提高装置操作弹性。

根据本实用新型的另一个实施例，如图1所示， 还包括：

氮气增压机11，氮气增压机11的进口与回冷器8的出口E通过连接管道进行连接，连接管道上引出支管与大气相连，氮气增压机11的出口与缓冲罐9的进口C连接；

氮气循环压缩机10，氮气循环压缩机10的进口与缓冲罐9的出口A连接，氮气循环压缩机10的出口与回冷器8的进口C连接。

利用循环液氮过冷产品，降低产品损耗。

进一步的，液氧储罐与预冷器2之间安装有液氧泵1，液氧储罐的液相出口与液氧泵1的进口连接，液氧泵1的出口与预冷器2的冷物流进口相连。

进一步的，液氮储罐15与过冷器6之间安装有液氮泵16，液氮储罐15的出口与液氮泵16的进口连接，液氮泵16的出口与过冷器6的进口E连接。

一种液氧浓缩氪氙工艺，使用上述的液氧浓缩氪氙装置制备富氪氙液产品。

在本实用新型的一个实施例中，如图1所示，包括如下步骤内容：

S1、第一液氧储罐13内的液氧原料中O2纯度≥99%、Kr纯度≥40ppm、Xe纯度≥10ppm，其它组分为甲烷、氩，压力为0.13Mpa，温度为-180℃，液氧原料通过液氧泵1输送至预冷器2，与气液分离器5底部排出的液相进行换热，自身被复热至-165~-175℃；

S2、进入精馏塔3，与来自塔顶的回流液体发生传质传热，原料气中的重组分被液化在塔底不断累积，最终从塔底排出富氪氙产品的O2纯度≥99.3%、Kr纯度≥1300ppm、Xe纯度≥250ppm；

S3、富氪氙产品进入过冷器6，被过冷至-173~-183℃后，得富氪氙液产品，进入富氪氙液产品储罐14；

S4、轻组分从精馏塔3塔顶排出，进入顶部冷凝器4，被冷却至-165℃~-175℃，大量的氧被液化，然后进入气液分离器5进行气液分离，从气液分离器5中部排出液氧作为回流液从精馏塔3塔顶回流口进入，从气液分离器5底部排出的液氧进入预冷器2，被冷却至-174~-178℃后，进入过冷器6，被过冷至-180~-184℃后，进入第二液氧储罐17；

S5、从气液分离器5气相出口排出的气体与来自精馏塔3塔顶气相出口排出的气体汇合进入顶部冷凝器4，与来自液氮平衡罐12的液氮进行换热，液氮提供冷量后自身被气化，从顶部冷凝器4顶部气相出口排出，然后进入回冷器8回收冷量，被复热至35~40℃后进入缓冲罐9，从缓冲罐9顶部排出后，进入氮气循环压缩机10，被压缩至1.2~1.4MpaA后，进入回冷器8，被冷却液化，然后进入精馏塔3再沸器7提供热量，自身被进一步过冷至-164~-167℃，然后进入液氮平衡罐12，从液氮平衡罐12气相出口排出的气体进入大气；

S6、从液氮平衡罐12中部排出的液氮，被节流至0.25~0.35MpaA进入过冷器6提供冷量，自身被气化后，进入回冷器8进一步提供冷量，自身被复热至35~40℃后分成两股，一股进入大气，一股进入氮气增压机11，被压缩至0.87~1.0Mpa，然后进入缓冲罐9。

该工艺流程设计合理、操作简便。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

以上是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种液氧浓缩氪氙装置，其特征在于，包括：

液氧储罐；

预冷器（2），所述预冷器（2）的冷物料进口与液氧储罐的液相出口连接；

精馏塔（3），所述精馏塔（3）的下部进液口与预冷器（2）的冷物料出口连接；

顶部冷凝器（4），所述顶部冷凝器（4）的气相进口与精馏塔（3）的塔顶气相出口连接；

气液分离器（5），所述气液分离器（5）的液相进口与顶部冷凝器（4）的液相出口连接，所述气液分离器（5）的中部液相出口与精馏塔（3）的回流口进口连接，所述气液分离器（5）的气相出口与顶部冷凝器（4）的气相进口连接；

预冷器（2），所述预冷器（2）的热物流进口与气液分离器（5）底部的液相出口连接；

过冷器（6），所述过冷器（6）的进口A与预冷器（2）的热物流出口连接，所述过冷器（6）的出口D与液氧储罐的进口连接，所述过冷器（6）的液相进口C与精馏塔（3）的底部液相出口连接；

富氪氙储罐，所述富氪氙储罐的进口与过冷器（6）的液相出口B连接。

2.根据权利要求1所述的液氧浓缩氪氙装置，其特征在于， 还包括：

液氮储罐（15），所述液氮储罐（15）的出口与过冷器（6）的进口E连接；

回冷器（8），所述回冷器（8）的进口F与过冷器（6）的出口F连接，所述回冷器（8）的进口B与顶部冷凝器（4）的顶部气相出口连接；

缓冲罐（9），所述缓冲罐（9）的进口C与回冷器（8）的出口E连接，所述缓冲罐（9）的进口B与回冷器（8）的出口A连接；

再沸器（7），所述再沸器（7）设置于精馏塔（3）的底部，所述再沸器（7）的进口与回冷器（8）的出口D连接；

液氮平衡罐（12），所述液氮平衡罐（12）的进口与再沸器（7）的出口连接，所述液氮平衡罐（12）的底部出口与顶部冷凝器（4）的中部液相进口连接，所述液氮平衡罐（12）的气相出口与大气相连，所述液氮平衡罐（12）的中部液相出口与过冷器（6）的进口E连接。

3.根据权利要求2所述的液氧浓缩氪氙装置，其特征在于， 还包括：

氮气增压机（11），所述氮气增压机（11）的进口与回冷器（8）的出口E通过连接管道进行连接，所述连接管道上引出支管与大气相连，所述氮气增压机（11）的出口与缓冲罐（9）的进口C连接；

氮气循环压缩机（10），所述氮气循环压缩机（10）的进口与缓冲罐（9）的出口A连接，所述氮气循环压缩机（10）的出口与回冷器（8）的进口C连接。

4.根据权利要求1所述的液氧浓缩氪氙装置，其特征在于，所述液氧储罐与预冷器（2）之间设有液氧泵（1），所述液氧储罐的液相出口与液氧泵（1）的进口连接，所述液氧泵（1）的出口与预冷器（2）的冷物流进口相连。

5.根据权利要求2所述的液氧浓缩氪氙装置，其特征在于，所述液氮储罐（15）与过冷器（6）之间设有液氮泵（16），所述液氮储罐（15）的出口与液氮泵（16）的进口连接，所述液氮泵（16）的出口与过冷器（6）的进口E连接。

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