CN217275142U - 一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置 - Google Patents

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Abstract

本实用新型属于一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置；包括主精馏塔，主精馏塔包括上塔、主冷凝蒸发器以及下塔，下塔分别与通过低压板式换热器的第一管程、高压板式换热的第一管程以及膨胀机组的空气管道相连；下塔底部的富氧液空出口管道通过过冷器的第一管程以及气液分离器与上塔中部相连；主冷凝蒸发器为并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器；并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口分别与下塔的下塔精馏液进口和液氮储槽相连；具有结构简单、设计合理、在上塔底部和主冷凝蒸发器底部分别设置液氧集液空间，由上塔下部集中采出液氧，主冷凝蒸发器液氧干蒸发浓缩使贫氪氙浓缩集聚提取高浓度的含氪和氙液氧的特点。

Description

一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置
技术领域
本实用新型属于空分系统提取氪和氙的的技术领域，涉及一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置。
背景技术
氪、氙作为稀有气体，在照明、空间卫星及医疗行业等领域有着广泛的应用；空气中的氪的含量为1.14ppm，氙的含量为0.086ppm，氪、氙主要从空分设备的副产品中提取。目前的贫氪氙提取装置存在着大型化、复杂化、操作难度大，产品不稳定以及提取氪氙纯度低的缺陷。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，而提供一种结构简单、设计合理、针对空分设备采用全浸式双层主冷凝蒸发器并联的特点，在上塔底部和主冷凝蒸发器底部分别设置液氧集液空间，通过工艺操作的调整和产品产出位置的不同，由上塔下部集中采出液氧，主冷凝蒸发器液氧干蒸发浓缩使贫氪氙浓缩集聚提取高浓度的含氪和氙液氧的由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置。
本实用新型的目的是这样实现的：一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，该装置包括主精馏塔，主精馏塔包括上塔、主冷凝蒸发器以及下塔，所述下塔分别与通过低压板式换热器的第一管程、高压板式换热的第一管程以及膨胀机组的空气管道相连；下塔底部的富氧液空出口管道通过过冷器的第一管程以及气液分离器与上塔中部相连；所述主冷凝蒸发器为并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器，下塔上部的氮气出口与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧进口相连；所述上塔的塔底与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氧侧相连通；所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口分别与下塔的下塔精馏液进口和液氮储槽相连；所述上塔的塔底液氧出口和并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通依次与高压液氧泵和高压板式换热的第二管程与下游用户装置相连；所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通之间依次设有第二三通以及第一调节阀，第二三通的第三端的出口通过过冷器的第二管程分别与液氧储槽和贫氪氙提取装置相连。
优选的，所述下塔中上部污氮气出口通过过冷器的第三管程的上塔的上塔第二精馏液进口相连，上塔的顶部设有污氮气出口，污氮气出口通过的过冷器的第四管程以及高压板式换热的第三管程与水冷系统相连。
优选的，所述下塔中上部的下塔氮气出口通过管道与纯氩蒸发系统相连，下塔氮气出口和纯氩蒸发系统之间的管道上设有第三三通，第三三通的第三端通过低压板式换热器的第二管程与低压产品氮气管网相连。
优选的，所述上塔下部的塔壁上设有环形液氧收集槽，环形液氧收集槽的底部设有上塔的塔底液氧出口，环形液氧收集槽的中部为主冷凝蒸发器的氧气上升通道，并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器上分别设有溢流管道。
优选的，所述上塔的塔底液氧出口和第一三通之间设有第二调节阀。
优选的，所述过冷器的第二管程的出口处设有第四三通，第四三通的第二端通过第三调节阀与液氧储槽相连，第四三通的第三端通过第四调节阀与贫氪氙提取装置相连。
优选的，所述气液分离器的气相出口上塔气相进口相连，气液分离器的液相出口上塔中部的上塔第一精馏液进口相连，上塔第一精馏液进口的设置位置低于上塔气相进口的设置位置。
优选的，所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口和下塔的下塔精馏液进口之间设有第五三通，第五三通的第二端通过第五调节阀与下塔精馏液进口相连，第五三通的第三端通过过冷器的第五管程以及第六调节阀与液氮储槽相连。
按照上述方案制成的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，通过设置主精馏塔以及在主精馏塔内部设置上塔、主冷凝蒸发器以及下塔能够实现在一塔内对空气进行分离、提取液氧以及含贫氪氙的液氧，进一步地，在上塔和下塔的基础上设置主冷凝蒸发器，并使用并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器能够实现通过工艺操作的调整和产品产出位置的不同，由上塔下部集中采出液氧，主冷凝蒸发器液氧干蒸发浓缩使贫氪氙浓缩集聚提取高浓度的含氪和氙液氧优点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图。
具体实施方式
为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本实用新型的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与实用新型相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。
如图1所示，本实用新型为一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，包括主精馏塔，主精馏塔包括上塔1、主冷凝蒸发器2以及下塔3，所述下塔3分别与通过低压板式换热器4的第一管程、高压板式换热5的第一管程以及膨胀机组6的空气管道相连；下塔3底部的富氧液空出口管道通过过冷器7的第一管程以及气液分离器8与上塔1中部相连；所述主冷凝蒸发器2为并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器，下塔3上部的氮气出口9与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧进口相连；所述上塔1的塔底与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氧侧相连通；所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口分别与下塔3的下塔精馏液进口10和液氮储槽11相连；所述上塔1的塔底液氧出口和并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通12依次与高压液氧泵13和高压板式换热5的第二管程与下游用户装置14相连；所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通12之间依次设有第二三通15以及第一调节阀16，第二三通15的第三端的出口通过过冷器7的第二管程分别与液氧储槽17和贫氪氙提取装置18相连。本实用新型具有结构简单以及流程设计合理和便于控制的特点，具体的说本实用新型使用一个主精馏塔对空气进行空分处理，通过下塔3分离出富氧液空、液空、污液氮、纯氮气和液氮；进一步地在上塔1中使用富氧液空和污液氮作为精馏液用于精馏得到液氧，同时本实用新型在并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器中使用液氮作为热源对液氧进行加热产生气氧，上述过程中能够实现主冷凝蒸发器2对液氧干蒸发浓缩以实现贫氪氙浓缩集聚，从而得到高浓度的含氪和氙液氧的目的，在上述基础上，本实用新型能够通过工艺流程以及阀门的控制向用户提供液氧。
进一步地，所述下塔3中上部污氮气出口通过过冷器7的第三管程的上塔1的上塔第二精馏液进口19相连，上塔1的顶部设有污氮气出口37，污氮气出口37通过的过冷器7的第四管程以及高压板式换热5的第三管程与水冷系统20相连。本实用新型在下塔3中的污液氮进入上塔1中作为精馏液使用后通过上塔1顶部的污氮气出口37实现外排。
进一步地，所述下塔3中上部的下塔氮气出口21通过管道与纯氩蒸发系统22相连，下塔氮气出口21和纯氩蒸发系统22之间的管道上设有第三三通23，第三三通23的第三端通过低压板式换热器4的第二管程与低压产品氮气管网24相连。本实用新型在进行空分的过程中产生的液氮可以作为产品外售或者进入纯氩蒸发系统22中作为提取氩气的原料。
进一步地，所述上塔1下部的塔壁上设有环形液氧收集槽26，环形液氧收集槽26的底部设有上塔1的塔底液氧出口，环形液氧收集槽26的中部为主冷凝蒸发器2的氧气上升通道，并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器上分别设有溢流管道27。在上塔1中精馏得到的液氧通过环形液氧收集槽26进行收集，在环形液氧收集槽26的中部为氧气上升通道，环形液氧收集槽26中的液氧过量时溢流通过氧气上升通道溢流至主冷凝蒸发器2内，并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器中使用液氮作为热源对液氧进行加热产生气氧，气氧经过氧气上升通道进入上塔1中进行精馏；当并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器中上层的液氧过量时可通过溢流管道27进入下层，当下层的液氧过量时可通过相应的溢流管道27进入主冷凝蒸发器2的底部；同时溢流管道27还可以作为气氧上升的通道。
进一步地，所述上塔1的塔底液氧出口和第一三通12之间设有第二调节阀28。
进一步地，所述过冷器7的第二管程的出口处设有第四三通29，第四三通29的第二端通过第三调节阀30与液氧储槽17相连，第四三通29的第三端通过第四调节阀31与贫氪氙提取装置18相连。
进一步地，所述气液分离器8的气相出口上塔气相进口32相连，气液分离器8的液相出口上塔1中部的上塔第一精馏液进口33相连，上塔第一精馏液进口33的设置位置低于上塔气相进口32的设置位置。
进一步地，所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口和下塔3的下塔精馏液进口10之间设有第五三通34，第五三通34的第二端通过第五调节阀35与下塔精馏液进口10相连，第五三通34的第三端通过过冷器7的第五管程以及第六调节阀36与液氮储槽11相连。
本实用新型中还公开了一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置的提取方法，该提取方法包括如下步骤：
步骤一：第一股空气通过低压板式换热器4进入下塔3内，第二股空气通过高压板式换热5进入下塔3内，第三股空气通过膨胀机组6进入下塔3内；所述第一股空气的压力为：0.4～0.5Mpa,温度为：15～20℃；通过低压板式换热器4后的压力为：0.4～0.5Mpa,温度为：-170～-175℃；第二股空气的压力为：7～8Mpa,温度为：25～35℃；通过高压板式换热5后的压力为：7～8Mpa,温度为：-170～-175℃；第三股空气后的压力为：4.3～4.4Mpa,温度为：-105～-110℃；通过膨胀机组6后的压力为：0.45～0.5Mpa,温度为：-165～-170℃；
上述三股空气在下塔3内于来自下塔精馏液进口10的液氮进行精馏，精馏后下塔3的底部为富氧液空，下塔3的中上部为液空和污液氮，下塔3的顶部为纯氮气和液氮；所述液氮的温度为：-175～-180℃；所述富氧液空中的含氧量为36～39％，温度为-184℃；
步骤二：富氧液空通过下塔3底部的富氧液空出口管道和过冷器7的第一管程后进入气液分离器8内进行气液分离，气液分离后的气相通过上塔气相进口32进入上塔1，气液分离后的液相通过上塔第一精馏液进口33进入上塔1中，作为上塔精馏液；上述气液分离后的气相温度为：-180～-185℃；
步骤三：污液氮通过下塔3中上部污液氮出口、过冷器7的第三管程以及上塔第二精馏液进口19进入上塔1内作为上塔精馏液；所述上塔精馏液的温度为：-185～-190℃；
步骤四：上塔1底部的环形液氧收集槽26中的液氧溢流进入并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器内，并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器被来自下塔3底部的氮气加热蒸发产生气氧，气氧有氧气上升通道进入上塔1中进行精馏，精馏后的液相进入环形液氧收集槽26和主冷凝蒸发器2内，并通过相应的溢流管道27进入并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧；所述气氧的温度为：-175～-180℃；
步骤五：所述下塔3顶部的压力为：0.44Mpa的纯氮气进入通过氮气出口(9和并联双层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧进口进入到并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器内与液氧换热后冷凝成为液氮，部分液氮通过第五三通34的第二端、第五调节阀35和下塔精馏液进口10进入下塔3内作为下塔的精馏液；所述液氮的温度为：-175～-180℃；
步骤六：当下游用户装置14需要液氧时，关闭第二调节阀28，打开第一调节阀16，使并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧通过第一调节阀16、高压液氧泵13和高压板式换热5的第二管程送入下游用户装置14内；进入下游用户装置14内的气氧压力为7.6Mpa,温度为：30℃；
步骤七：当下游用户装置14和液氧储槽17均需要液氧时，打开第一调节阀16和第三调节阀30，关闭第二调节阀28和第四调节阀31，使上塔1的塔底液氧通过第一三通12、高压液氧泵13和高压板式换热5的第二管程送入下游用户装置14内；并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧通过第二三通15的第三端的出口、过冷器7的第二管程以及第三调节阀30进入液氧储槽17中；上述进入下游用户装置14内的气氧压力为7.6Mpa,温度为：30℃；上述进入液氧储槽17中的液氧温度为：-186℃；
步骤八：当下游用户装置14和贫氪氙提取装置18，关闭第一调节阀16和第三调节阀30，打开第四调节阀31和第二调节阀28，使上塔1的塔底液氧通过第一三通12、高压液氧泵13和高压板式换热5的第二管程送入下游用户装置14内；并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧通过第二三通15的第三端的出口、过冷器7的第二管程以及第四调节阀31进入贫氪氙提取装置18中；所述进入下游用户装置14内的气氧压力为7.6Mpa,温度为：30℃；所述进入贫氪氙提取装置18中液氧内氪含量不小于180ppm,氙含量不小于20ppm；
步骤九：所述的步骤一中下塔3的顶部的液氮根据需要可选择进入低压产品氮气管网24或纯氩蒸发系统22内，当需要进入纯氩蒸发系统22时，液氮通过下塔3中上部的下塔液氮出口21以及相应的管道直接进入纯氩蒸发系统22内；
当需要进入低压产品氮气管网24时，液氮通过下塔3中上部的下塔液氮出口21、第三三通23的第三端和低压板式换热器4的第二管程进入低压产品氮气管网24中；所述进入低压产品氮气管网24中的氮气压力为0.42MPa，温度为：30℃。
进一步地，所述步骤5中的另一部分液氮通过第五三通34的第三端、过冷器7的第五管程和第六调节阀36进入液氮储槽11中。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“相连”等等应做广义理解，例如，可以是固定连接，一体地连接，也可以是可拆卸连接；也可以是两个元件内部的连通；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。上文的示例仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式、变更和改造均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，该装置包括主精馏塔，主精馏塔包括上塔(1)、主冷凝蒸发器(2)以及下塔(3)，其特征在于：所述下塔(3)分别与通过低压板式换热器(4)的第一管程、高压板式换热(5)的第一管程以及膨胀机组(6)的空气管道相连；下塔(3)底部的富氧液空出口管道通过过冷器(7)的第一管程以及气液分离器(8)与上塔(1)中部相连；
所述主冷凝蒸发器(2)为并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器，下塔(3)上部的氮气出口(9)与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧进口相连；
所述上塔(1)的塔底与并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氧侧相连通；
所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口分别与下塔(3)的下塔精馏液进口(10)和液氮储槽(11)相连；
所述上塔(1)的塔底液氧出口和并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通(12)依次与高压液氧泵(13)和高压板式换热(5)的第二管程与下游用户装置(14)相连；
所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的液氧出口侧通过第一三通(12)之间依次设有第二三通(15)以及第一调节阀(16)，第二三通(15)的第三端的出口通过过冷器(7)的第二管程分别与液氧储槽(17)和贫氪氙提取装置(18)相连。
2.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述下塔(3)中上部污氮气出口通过过冷器(7)的第三管程的上塔(1)的上塔第二精馏液进口(19)相连，上塔(1)的顶部设有污氮气出口(37)，污氮气出口(37)通过的过冷器(7)的第四管程以及高压板式换热(5)的第三管程与水冷系统(20)相连。
3.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述下塔(3)中上部的下塔氮气出口(21)通过管道与纯氩蒸发系统(22)相连，下塔氮气出口(21)和纯氩蒸发系统(22)之间的管道上设有第三三通(23)，第三三通(23)的第三端通过低压板式换热器(4)的第二管程与低压产品氮气管网(24)相连。
4.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述上塔(1)下部的塔壁上设有环形液氧收集槽(26)，环形液氧收集槽(26)的底部设有上塔(1)的塔底液氧出口，环形液氧收集槽(26)的中部为主冷凝蒸发器(2)的氧气上升通道，并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器上分别设有溢流管道(27)。
5.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述上塔(1)的塔底液氧出口和第一三通(12)之间设有第二调节阀(28)。
6.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述过冷器(7)的第二管程的出口处设有第四三通(29)，第四三通(29)的第二端通过第三调节阀(30)与液氧储槽(17)相连，第四三通(29)的第三端通过第四调节阀(31)与贫氪氙提取装置(18)相连。
7.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述气液分离器(8)的气相出口上塔气相进口(32)相连，气液分离器(8)的液相出口上塔(1)中部的上塔第一精馏液进口(33)相连，
上塔第一精馏液进口(33)的设置位置低于上塔气相进口(32)的设置位置。
8.根据权利要求1所述的一种由主冷凝蒸发器提取贫氪氙或富氧的装置，其特征在于：所述并联双主冷四层全浸式主冷凝蒸发器的氮侧出口和下塔(3)的下塔精馏液进口(10)之间设有第五三通(34)，第五三通(34)的第二端通过第五调节阀(35)与下塔精馏液进口(10)相连，第五三通(34)的第三端通过过冷器(7)的第五管程以及第六调节阀(36)与液氮储槽(11)相连。
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