CN219308318U - 用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，该方案包括：离心式低压液氧泵，与液氧吸附器连通；液氧吸附器，与贫氪塔中部连通，用于吸附液氧中的碳氢化合物和氧化亚氮；贫氪塔，上部设有冷凝器，底部设有蒸发器，用于使液相贫氪中氧组分蒸发而成为上升蒸汽，该上升蒸汽冷凝后送至液体空分设备的空分冷箱的液氧管路，其中部分液氮蒸发成为氮气返回至液体空分设备的污氮气管道；主换热器，与贫氪塔底部连通；空分冷箱，下塔内设有液氮，该液氮用于作为贫氪塔上部冷凝器的冷源，以使得将上升的蒸汽冷凝成回流液。本申请具有可进行氪氙预浓缩的效果，从而提高后续的稀有气体分离效率。

Description

用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置

技术领域

本申请涉及化工技术，具体涉及用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置。

背景技术

随着各行各业的快速发展，对工业气体的要求量也有较大的增长，特别是氪氙等稀有气体产品的需求量逐年上升，每年以15％～20％的速度增加。由于液氧具有便利贮存、供应方便、保证质量、输送效率高等优点，被氪氙精制装置采用作为原料使用，市场潜力很大。

目前液体空分设备通常用于从空气中分离出不同成分的气体，其中包括氧气、氮气、氩气以及稀有气体如氦、氖、氪、氙等。液体空分设备中的氧氮分离塔通常是基于连续变压吸附(PSA)或压力摩擦法(VPSA)等技术进行设计的，这些技术可以有效地分离氧氮等组分。然而，这些技术不能很好地分离氪氙等稀有气体，因为它们在空气中的含量很低，一般只有几个百万分之一。

因此需要一种氪氙预浓缩装置将液态空气中的氪氙成分进行预先分离和浓缩，从而提高后续的稀有气体分离效率。

实用新型内容

本申请的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置。

为了实现上述申请目的，本申请采用了以下技术方案：用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置包括：

离心式低压液氧泵，与液氧吸附器连通，用于将来自空分设备的含有氪氙的液氧加压送至液氧吸附器；

液氧吸附器，与贫氪塔中部连通，用于吸附液氧中的碳氢化合物和氧化亚氮；

贫氪塔，上部设有冷凝器，底部设有蒸发器，用于使液相贫氪中氧组分蒸发而成为上升蒸汽，该上升蒸汽冷凝后送至液体空分设备的空分冷箱的液氧管路，其中部分液氮蒸发成为氮气返回至液体空分设备的污氮气管道；

主换热器，与贫氪塔底部连通，用于将空分设备末冷去膨胀前的空气进行冷却，以作为贫氪塔塔底蒸发器的热源；

空分冷箱，下塔内设有液氮，该液氮用于作为贫氪塔上部冷凝器的冷源，以使得将上升的蒸汽冷凝成回流液；

其中，液体空分设备的污氮气管道与氮气再生装置相联通，氮气进入液体空分设备的污氮气管回收冷量，污氮气进入氮气再生装置再生。

工作原理及有益效果：与现有技术相比，本申请通过用低温离心泵加压含有氪氙的液氧，并将液氧增压送至冷箱内的液氧吸附器，去除掉其中大部分的碳氢化合物及氧化亚氮，之后液氧被送至贫氪塔中部。来自空分末冷去热膨前的空气，在氪氙预浓缩装置的主换热器中被冷却后作为贫氪塔塔底蒸发器的热源使用，同时使液相贫氪中氧组分蒸发而成为上升蒸汽，上升蒸汽冷凝后出预浓缩装置后去到空分冷箱的液氧管道。从空分冷箱下塔顶部抽取的液氮送至贫氪塔上部的冷凝器作为冷源，将贫氪塔顶部上升的蒸汽冷凝成回流液，液氮则蒸发成氮气后返回空分流程的污氮反流管线。最终在贫氪氙塔底部得到浓缩的贫氪氙液。如此可实现贫氪氙液的预浓缩，从而显著提升后续的稀有气体分离效率。而氮气再生装置可以有效地利用污氮气并进行再生。

进一步地，还包括与该贫氪塔底部连通的计量罐，该计量罐用于计量浓缩的贫氪氙液和少量贫氪的暂存。

进一步地，离心式低压液氧泵与液氧吸附器之间设有低温调节阀，贫氪塔与空分冷箱的下塔之间也设有低温调节阀。

进一步地，计量罐连接贫氪氙液储罐，该贫氪氙液储罐用于存储浓缩的贫氪氙液。

进一步地，氮气再生装置包括空气纯化后排出端、分子筛吸附器D1001、分子筛吸附器D1002、压力差传感器PDIS1201、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01，空气纯化后排出端通过成品气母管连接分子筛吸附器D1001和分子筛吸附器D1002的顶部，分子筛吸附器D1001和分子筛吸附器D1002底部均连接原料氪氙气入口、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01，压力差传感器PDIS1201设于分子筛吸附器D1001顶部和分子筛吸附器D1002顶部之间，用于检测两个吸附器的压力差，再生蒸汽加热器SH01接入有蒸汽进口，用于对再生氮气进行加热。

进一步地，分子筛吸附器D1001的顶部和分子筛吸附器D1002的顶部连接形成第一支路，分子筛吸附器D1001的底部和分子筛吸附器D1002的底部连接形成第二支路，第一支路和第二支路通过阀V1213和阀V1214连通。

进一步地，还包括消音器SL01，该消音器SL01分别连接分子筛吸附器D1001的底部和分子筛吸附器D1002的底部，用于在分子筛吸附器D1001或分子筛吸附器D1002放空气体时降低噪声。

进一步地，分子筛吸附器D1001顶部的支路以及分子筛吸附器D1002顶部的支路均与再生蒸汽加热器SH01的出口支路和电加热器EH01的出口支路连通，且分子筛吸附器D1001顶部的支路设有阀V1205，分子筛吸附器D1002顶部的支路设有阀V1206。

进一步地，再生蒸汽加热器SH01的出口支路设有水汽分析仪AI，用于监测再生蒸汽加热器SH01是否有水蒸气泄露。

进一步地，再生蒸汽加热器SH01的出口支路设有温度指示器TI1211，电加热器EH01的出口支路分别设有温度指示器TIA，均用于测量加热后的氮气温度。

附图说明

图1是本申请的结构示意图；

图2是本申请的具体结构示意图；

图3是本申请氮气再生装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本领域技术人员应理解的是，在本申请的披露中，术语“纵向”“横向”“上”“下”“前”“后”“左”“右”“竖直”“水平”“顶”“底”“内”“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本申请的限制。

如图1-2所示，本用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置包括：

离心式低压液氧泵，与液氧吸附器连通，用于将来自空分设备的含有氪氙的液氧加压送至液氧吸附器；

优选地，离心式低压液氧泵与液氧吸附器之间设有低温调节阀，贫氪塔与空分冷箱的下塔之间也设有低温调节阀。

液氧吸附器，与贫氪塔中部连通，用于吸附液氧中的碳氢化合物和氧化亚氮；

贫氪塔，上部设有冷凝器，底部设有蒸发器，用于使液相贫氪中氧组分蒸发而成为上升蒸汽，该上升蒸汽冷凝后送至液体空分设备的空分冷箱的液氧管路，其中部分液氮蒸发成为氮气返回至液体空分设备的污氮气管道；

主换热器，与贫氪塔底部连通，用于将空分设备末冷去膨胀前的空气进行冷却，以作为贫氪塔塔底蒸发器的热源；

空分冷箱，下塔内设有液氮，该液氮用于作为贫氪塔上部冷凝器的冷源，以使得将上升的蒸汽冷凝成回流液；

计量罐，与该贫氪塔底部连通，该计量罐用于计量和暂存浓缩的贫氪氙液；计量罐连接贫氪氙液储罐，该贫氪氙液储罐用于存储浓缩的贫氪氙液。

还可以设有真空泵，真空泵用于装置开车时抽管路真空所用。或者空温氏汽化器用于当装置停车或意外紧急停车的残液排放。

其中，液体空分设备的污氮气管道与氮气再生装置相联通，氮气进入液体空分设备的污氮气管回收冷量，污氮气进入氮气再生装置再生。

在本实施例中，如图3所示，氮气再生装置包括：

空气纯化后排出端，通过成品气母管连接分子筛吸附器D1001和分子筛吸附器D1002的顶部；

在本实施例中，空气纯化后排出端用于把净化后的原料气送到冷箱内进行精馏，具体如何精馏属于现有技术，这里不再赘述，而精馏前需要把空气进行压缩和膨胀，这里有部分膨胀前的空气就作为了离心式低压液氧泵的空气来源。

分子筛吸附器D1001，底部连接原料氪氙气入口、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01；

分子筛吸附器D1002，底部连接原料氪氙气入口、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01；

在本实施例中，分子筛吸附器D1001与成品气母管之间的支路设有阀V1203，分子筛吸附器D1002与成品气母管的支路之间设有阀V1204，且两个支路之间设有阀V1209，分子筛吸附器D1001顶部的支路以及分子筛吸附器D1002顶部的支路均与再生蒸汽加热器SH01的出口支路和电加热器EH01的出口支路连通，且分子筛吸附器D1001顶部的支路设有阀V1205，分子筛吸附器D1002顶部的支路设有阀V1206。分子筛吸附器D1001的顶部和分子筛吸附器D1002的顶部连接形成第一支路，分子筛吸附器D1001的底部和分子筛吸附器D1002的底部连接形成第二支路，第一支路和第二支路通过阀V1213和阀V1214连通。

在本实施例中，分子筛吸附器均为市面上可采购到的产品，冷却后的原料氪氙气自下而上通过分子筛吸附器D1001或D1002(以下简称吸附器),使原料气中所含的H₂O、C₂H₂、CO₂等杂质被吸附清除，净化后的原料气，通过空气纯化后排出端进行精馏。吸附器是成对交替使用的，一只工作时，另一只再生。

压力差传感器PDIS1201，设于分子筛吸附器D1001顶部和分子筛吸附器D1002顶部之间，用于检测两个吸附器的压力差；

电加热器EH01，与再生蒸汽加热器SH01并联，用于对再生氮气进行加热；

再生蒸汽加热器SH01，接入有蒸汽进口，用于对再生氮气进行加热；

在本实施例中，再生蒸汽加热器SH01和电加热器EH01的入口支路均通过阀1217连接再生氮气，且该阀1217处设有流量控制器FIC，该流量控制器FIC分别与温度指示器TIA和温度指示器TI1211通信连接。

优选地，再生蒸汽加热器SH01的通入的蒸汽温度至少为220℃，蒸汽压力至少为25bar。

消音器SL01，该消音器SL01分别连接分子筛吸附器D1001的底部和分子筛吸附器D1002的底部，用于在分子筛吸附器D1001或分子筛吸附器D1002放空气体时降低噪声。

其中，吸附器的再生分五步进行，第一步：泄压；第二步：吹除；第三步：加热；第四步：吹冷；第五步：均压。

泄压：吸附器D1001或D1002在工作结束时，打开V1210(或V1211阀)将剩留在分子筛吸附器内的气体从消声器SL01放空。在泄压过程中，为了避免因排压的速度过快造成分子筛床层受到压力波动的冲击，因此需要严格控制泄压的速度，此步完成时间不短于8分钟。泄压是按压力联锁实现的。

吹扫：当压力差传感器PDIS1201→0.01MPa(小于0.01MPa)时，即无压差报警,标志着泄压完成，这时候打开污氮气控制加热阀V1212(由于再生蒸汽加热器SH01和电加热器EH01的入口处均设有单独的阀门，因此可根据需求开启，如需要使用再生蒸汽加热器SH01就打开再生蒸汽加热器SH01自己的阀门，如使用电加热器EH01就打开电加热器EH01自己的阀门，如都要使用就全打开)，同时打开污氮气进、出分子筛阀V1205、V1207(或阀V1206、阀V1208)。此时阀V1214关闭，使污氮气进入分子筛吸附器，对分子筛吸附进行低压吹扫。注意此时不打开两个加热器。

加热：吹扫约10分钟后，打开再生蒸汽加热器SH01和/或电加热器EH01，使污氮气经再生蒸汽加热器SH01和/或电加热器EH01加热后进入分子筛吸附器D1001或D1002，通过污氮气为热量的载体，将分子筛吸附器D1001或D1002内的吸附剂加热，污氮气自上而下通过吸附器，时间为85分钟(根据实际情况)。

吹冷：当加热至分子筛出口温度上升至20℃时，关闭蒸汽进口阀门V1224和/或电加热器EH01，同时打开阀V1213，并关闭阀V1212，使再生用污氮气不经过再生蒸汽加热器SH01而是经过再生冷吹管路直接进分子筛吸附器D1001或D1002，吹冷期内，污氮气出吸附器温度起初继续上升，可上升至80℃以上，然后逐渐下降。吹冷末，污氮气出吸附器温度可下降至比工作温度低,当污氮气吹冷至分子筛出口温度约为15℃时，此步时间约为120分钟。

均压：接着关闭阀V1213，关闭阀V1205、阀V1207(或阀V1206、阀V1208)，打开阀V1209，使正在工作的一只吸附器中的原料氪氙气一部分充入在再生完成的吸附器中，当压差联锁压力差传感器PDIS1201→0.008MPa时，说明再生吸附器的压力与工作吸附器的压力已经均衡，充气便告结束。为避免气流冲击分子筛床层，使床层发生移动或摩擦，充气要缓慢，此步完成时间不要短于15分钟。充气时，污氮气经阀V1214旁通放空。

再生五步骤结束后，该只吸附器就转入工作过程，打开阀V1202、阀V1204(或者阀V1201、阀V1203)。然后关闭阀V1201、阀V1203(或者关闭阀V1202、阀V1204)。切换完成。

以上可以单独用再生蒸汽加热器SH01，也可以是单独用电加热器EH01或者两者同时使用。

优选地，各切换阀门的动作都是由时间程序控制器(现有可购买到的产品，未在附图中画出)控制的。同时新增了温度指示器TI1211，用于根据步骤和再生蒸汽加热器SH01的污氮气温度状态，自动连锁控制蒸汽的用量负荷，还有温度指示器TIA，也用于根据步骤和电加热器EH01的污氮气温度状态，自动连锁控制功率；同时在再生蒸汽加热器SH01出口设置露点分析接口或者叫水汽分析仪AI，用来监测是否有水蒸气泄露。

本申请未详述部分为现有技术，故本申请未对其进行详述。

可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。

尽管本文较多地使用了专业术语，但并不排除使用其他术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本申请的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本申请精神相违背的。

本申请不局限于上述最佳实施方式，任何人在本申请的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上做任何变化，凡是具有与本申请相同或相似的技术方案，均落在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，包括：

离心式低压液氧泵，与液氧吸附器连通，用于将来自空分设备的含有氪氙的液氧加压送至液氧吸附器；

液氧吸附器，与贫氪塔中部连通，用于吸附液氧中的碳氢化合物和氧化亚氮；

贫氪塔，上部设有冷凝器，底部设有蒸发器，用于使液相贫氪中氧组分蒸发而成为上升蒸汽，该上升蒸汽冷凝后送至液体空分设备的空分冷箱的液氧管路，其中部分液氮蒸发成为氮气返回至液体空分设备的污氮气管道；

主换热器，与贫氪塔底部连通，用于将空分设备末冷去膨胀前的空气进行冷却，以作为贫氪塔塔底蒸发器的热源；

空分冷箱，下塔内设有液氮，该液氮用于作为贫氪塔上部冷凝器的冷源，以使得将上升的蒸汽冷凝成回流液；

其中，液体空分设备的污氮气管道与氮气再生装置相联通，氮气进入液体空分设备的污氮气管回收冷量，污氮气进入所述氮气再生装置再生。

2.根据权利要求1所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，还包括与该贫氪塔底部连通的计量罐，该计量罐用于计量浓缩和暂存的贫氪氙液。

3.根据权利要求1所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述离心式低压液氧泵与所述液氧吸附器之间设有低温调节阀，所述贫氪塔与所述空分冷箱的下塔之间也设有低温调节阀。

4.根据权利要求2所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述计量罐连接贫氪氙液储罐，该贫氪氙液储罐用于存储浓缩的贫氪氙液。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述氮气再生装置包括空气纯化后排出端、分子筛吸附器D1001、分子筛吸附器D1002、压力差传感器PDIS1201、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01，所述空气纯化后排出端通过成品气母管连接分子筛吸附器D1001和分子筛吸附器D1002的顶部，所述分子筛吸附器D1001和所述分子筛吸附器D1002底部均连接原料氪氙气入口、电加热器EH01以及再生蒸汽加热器SH01，所述压力差传感器PDIS1201设于分子筛吸附器D1001顶部和分子筛吸附器D1002顶部之间，用于检测两个吸附器的压力差，所述再生蒸汽加热器SH01接入有蒸汽进口，用于对再生氮气进行加热。

6.根据权利要求5所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述分子筛吸附器D1001的顶部和所述分子筛吸附器D1002的顶部连接形成第一支路，所述分子筛吸附器D1001的底部和所述分子筛吸附器D1002的底部连接形成第二支路，所述第一支路和所述第二支路通过阀V1213和阀V1214连通。

7.根据权利要求6所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，还包括消音器SL01，该消音器SL01分别连接所述分子筛吸附器D1001的底部和所述分子筛吸附器D1002的底部，用于在分子筛吸附器D1001或分子筛吸附器D1002放空气体时降低噪声。

8.根据权利要求7所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述分子筛吸附器D1001顶部的支路以及所述分子筛吸附器D1002顶部的支路均与所述再生蒸汽加热器SH01的出口支路和所述电加热器EH01的出口支路连通，且所述分子筛吸附器D1001顶部的支路设有阀V1205，所述分子筛吸附器D1002顶部的支路设有阀V1206。

9.根据权利要求8所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述再生蒸汽加热器SH01的出口支路设有水汽分析仪AI，用于监测再生蒸汽加热器SH01是否有水蒸气泄露。

10.根据权利要求9所述的用于液体空分设备的氪氙预浓缩装置，其特征在于，所述再生蒸汽加热器SH01的出口支路设有温度指示器TI1211，所述电加热器EH01的出口支路分别设有温度指示器TIA，均用于测量加热后的氮气温度。

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