CN220187220U - 从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于空分设备技术领域，公开了一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置，包括冷箱系统、贮存系统，还包括氧气增压系统，所述冷箱系统包括主换热器、液氧吸附器、贫氪氙塔、液氧回收量筒和设置在贫氪氙塔塔底的蒸发器；所述氧气增压系统包括氧气鼓风机和冷却器；所述贮存系统包括原料液氧贮槽、贫氪氙液贮槽、液氧回收贮槽。本实用新型通过设置氧气鼓风机对来自贫氪氙塔的氧气进行增压，为蒸发器内液氧蒸发、氪氙浓缩提供热源，而自身被液化回收，使贫氪氙液的提取和液氧的回收在贫氪氙塔的蒸发器内同时完成，无需单独设置冷凝器，使流程变得简单，降低了设备成本。
Description
技术领域
本实用新型属于空分设备技术领域，具体涉及一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置。
背景技术
氪气和氙气是重要的工业气体，世界各国对氪气和氙气的需求量逐年增长，长期处于供不应求的状态。大气中的氪和氙含量分别约为1.14ppm(v)和0.086ppm(v)，微量氪和氙随空气进入空气分离装置的冷箱后，高沸点组分氪、氙等均富集在上塔的液氧内。在外压缩空分装置的液氧产品中氪含量约为53ppm(v)、氙含量约17ppm(v)，氪氙的含量因液氧、氧气比例不同略有差异。目前主要是将外压缩空气分离装置的液氧产品送入一个含有贫氪氙塔的冷箱内进行精馏获得贫氪氙浓缩物。而贫氪氙塔通常设置有蒸发器和冷凝器，并使用压力氮气做热源、冷凝后的压力氮气（液氮）做冷源，导致工艺复杂，成本较高。因此，需要开发一种流程短、成本低的从液氧中提取贫氪氙浓缩液的装置。
发明内容
本发明针对现有从液氧中提取贫氪氙浓缩液的工艺复杂、成本较高的技术问题，提供一种新的从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置，采用氧气增压，为蒸发器内液氧蒸发、氪氙浓缩提供热源，而自身被液化回收，使贫氪氙液的提取和液氧的回收在贫氪氙塔的蒸发器内同时完成，无需单独设置冷凝器，使流程变得简单，降低了设备成本。
为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置，包括冷箱系统、贮存系统，还包括氧气增压系统，所述冷箱系统包括主换热器、液氧吸附器、贫氪氙塔、液氧回收量筒和设置在贫氪氙塔塔底的蒸发器；所述氧气增压系统包括氧气鼓风机和冷却器；所述贮存系统包括原料液氧贮槽、液氧回收贮槽、贫氪氙液贮槽；
所述原料液氧贮槽的液氧出口与液氧吸附器的液氧入口连通，液氧吸附器的液氧出口与贫氪氙塔中部的液氧入口连通，贫氪氙塔底部的贫氪氙液出口与贫氪氙液贮槽的液体入口连通，贫氪氙塔顶部的氧气出口与主换热器的冷流体氧气入口连通，主换热器的冷流体氧气出口与氧气鼓风机的氧气入口连通，氧气鼓风机的氧气出口与冷却器的气体入口连通，冷却器的气体出口与主换热器的热流体氧气入口连通，主换热器的热流体氧气出口与蒸发器的增压氧气入口连通，蒸发器的液氧出口与液氧回收量筒的液氧入口连通，液氧回收量筒底部的液氧出口与液氧回收贮槽的液体入口连通。
在一个技术方案中，原料液氧经液氧吸附器除去氧化亚氮后，为防止液氧吸附器中的硅胶长期使用后有破损时会随液氧进入贫氪氙塔，在液氧吸附器的液氧出口与贫氪氙塔中部的液氧入口的连通管线上设置有液氧过滤器。
在一个技术方案中，所述液氧吸附器的液氧出口还与再生氮气进气管路连通，液氧吸附器的液氧进口还与再生氮气出气管路连通。
在一个技术方案中，所述主换热器的冷流体氧气出口与氧气鼓风机的氧气入口的连通管线还与液氧回收贮槽的液体出口连通，作为装置启动的充气管路。
在一个技术方案中，所述主换热器的冷流体氧气出口与氧气鼓风机的氧气入口的连通管线还与氧气回收管线连通。
在一个技术方案中，所述液氧回收量筒顶部的氧气出口与贫氪氙塔顶部的氧气出口连通。
相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
本实用新型通过设置氧气鼓风机对来自贫氪氙塔的氧气进行增压，为蒸发器内液氧蒸发、氪氙浓缩提供热源，而自身被液化回收，使贫氪氙液的提取和液氧的回收在贫氪氙塔的蒸发器内同时完成，无需单独设置冷凝器，使从液氧中提取贫氪氙浓缩液的流程变得简单，降低了设备成本。此外，本实用新型的贫氪氙塔为两段填料式塔，并采用回收液氧作为贫氪氙塔上段的回流液，通过控制上段的气液比，氪回收率达到99%以上。
本实用新型采用氧气增压，与采用氮气循环相比，能耗更低，以每小时处理处理1000Nm3原料液氧的装置为例，氧气鼓风机的功率约23KW，而氮气循环压缩机功率约101KW，故采用氧气鼓风机每小时节省约78度电。
附图说明
图1为本实用新型从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置的流程图。
附图中标记：1为冷箱系统，101为主换热器，102为液氧吸附器，103为液氧过滤器，104为贫氪氙塔，105为液氧回收量筒，106为液氧回收泵，107为贫氪氙液泵，108为蒸发器；2为氧气增压系统，201为氧气鼓风机，202为冷却器；3为贮存系统，301为原料液氧贮槽，302为液氧回收贮槽，303为贫氪氙液贮槽，304为原料液氧泵，305为液氧汽化器。
具体实施方式
以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限定本实用新型的保护范围。
如图1所示，本实用新型一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置，包括冷箱系统1、贮存系统3，还包括氧气增压系统2，其中：冷箱系统1包括主换热器101、液氧吸附器102、贫氪氙塔104、液氧回收量筒105和设置在贫氪氙塔104塔底的蒸发器108；氧气增压系统2包括氧气鼓风机201和冷却器202；贮存系统3包括原料液氧贮槽301、液氧回收贮槽302、贫氪氙液贮槽303。
参照图1所示的流程图，本实用新型各设备间的连接关系如下：原料液氧贮槽301的液氧出口与液氧吸附器102的液氧入口连通，液氧吸附器102的液氧出口与贫氪氙塔104中部的液氧入口连通，贫氪氙塔104底部的贫氪氙液出口与贫氪氙液贮槽303的液体入口连通，贫氪氙塔104顶部的氧气出口与主换热器101的冷流体氧气入口连通，主换热器101的冷流体氧气出口与氧气鼓风机201的氧气入口连通，氧气鼓风机201的氧气出口与冷却器202的气体入口连通，冷却器202的气体出口与主换热器101的热流体氧气入口连通，主换热器101的热流体氧气出口与蒸发器108的增压氧气入口连通，蒸发器108的液氧出口与液氧回收量筒105的液氧入口连通，液氧回收量筒105底部的液氧出口与液氧回收贮槽302的液体入口连通。
液氧吸附器102中充填硅胶以吸附氧化亚氮，原料液氧经液氧吸附器102除去氧化亚氮后，为防止液氧吸附器中的硅胶长期使用后有破损时会随液氧进入贫氪氙塔，本实用新型在液氧吸附器102的液氧出口与贫氪氙塔104中部的液氧入口的连通管线上设置有液氧过滤器103，即从液氧吸附器102的液氧出口出来的液氧经液氧过滤器103后再经贫氪氙塔104中部的液氧入口进入贫氪氙塔104。
为保证液氧吸附器102的工作效率，液氧吸附器102可一备一用设置，当其中一个液氧吸附器102中硅胶需要再生时，液氧吸附器102的液氧出口与再生氮气进气管路连通，液氧吸附器102的液氧进口与再生氮气出气管路连通，通入常温低压氮气进行再生。
主换热器101包含两个换热通道，即热流体增压氧气通道和冷流体氧气通道，主换热器101的冷流体氧气出口与氧气鼓风机201的氧气入口的连通管线还与液氧回收贮槽302的液体出口连通，作为装置启动的充气管路，从液氧回收贮槽302出来的液氧经液氧汽化器305后进入氧气鼓风机201，而主换热器101的冷流体氧气出口与氧气鼓风机201的氧气入口的连通管线还与氧气回收管线连通。
液氧回收量筒105顶部的氧气出口与贫氪氙塔104顶部的氧气出口连通，以使装置中产生的氧气可以充分利用。
在一个具体的实施方式中，贫氪氙塔104为两段填料式贫氪氙塔，下部设置浴式蒸发器，其回流液入口位于上段填料与塔顶之间，液氧入口位于上段填料与下端填料之间，贫氪氙塔104底部设置有贫氪氙液出口；蒸发器108的蒸发侧与贫氪氙塔104的塔釜相通，冷凝侧设置增压氧气进口和液氧出口、并位于贫氪氙塔104下部侧壁；冷却器202以冷却水为冷却介质。以每小时处理1000Nm3原料液氧的装置为例，原料液氧贮槽301中的原料液氧来自设有分子筛纯化系统的外压缩空分装置，分子筛纯化系统被设计用来去除空气中所有的水、大部分的二氧化碳和许多碳氢化合物。分子筛纯化系统可以完全去除空气中的C4+、乙炔和丙烯，但它仅能去除一部分乙烯、丙烷和氧化亚氮，基本上不去除甲烷和乙烷。所以原料液氧中主要存在甲烷、乙烷、乙烯、丙烷和氧化亚氮这些污染物，原料液氧的主要组分如下：氮几乎无、氧99.74%、氩0.24%、氪52.8ppm、氙17.3ppm、甲烷54ppm、乙烯4.1ppm、乙烷19.6ppm、丙烷3.6ppm、氧化亚氮16.4ppm。参照图1，基于本实用新型一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置的工艺流程如下：
（1）来自主换热器101的1038Nm3/h、33℃、18kpA的低压氧气，其中1010Nm3/h进入氧气鼓风机201增压至90kpA后经冷却器202冷却到40℃后送入主换热器101中继续冷却为1010Nm3/h、-178.23℃、65kpA的增压氧气，剩余28Nm3/h氧气通过氧气回收管路回收至用户低压氧气管网或放空。
（2）原料液氧泵304从原料液氧贮槽301内抽取富含氪氙的原料液氧1000Nm3/h，并将原料液氧加压至0.4Mpa输送入至冷箱系统1内的液氧吸附器102除去氧化亚氮。原料液氧中氧化亚氮含量经液氧吸附器102后将从16.4ppm/v降低为0.1ppm/v，约0.12%的液氧损耗，液氧流量变为998.8Nm3/h，除去大部分氧化亚氮后的原料液氧经液氧过滤器103过滤掉破损的硅胶杂质，经节流阀送入贫氪氙塔104中部的液氧入口。
（3）经主换热器101冷却到1010Nm3/h、-178.23℃、65kpA的增压氧气进入蒸发器108，加热蒸发器101内的贫氪氙液得到1019.67Nm3/h氧气，为贫氪氙塔101提供上升气，而增压氧气则被冷凝成液氧并减压至35kpA送入液氧回收量筒105，液氧回收量筒105顶部约14Nm3/h、35kpA的氧气与贫氪氙塔104顶部的氧气一起送至主换热器101，液氧回收量筒105底部约996Nm3/h的液氧经液氧回收泵106加压至0.4Mpa，其中约125Nm3/h液氧送至贫氪氙塔104顶部作为上段回流液洗涤上升气中的氪，剩余871Nm3/h作为液氧产品回收入液氧回收贮槽302。
（4）在贫氪氙塔104内，顶部来自液氧回收泵106的125Nm3/h液氧和中部来自原料液氧贮槽301经液氧吸附器102和液氧过滤器103后的998.8Nm3/h液氧，与经蒸发器108蒸发来的1019.67Nm3/h氧气在填料上进行热质交换，轻组分氧、氮、氩进入塔顶气体中，在贫氪氙塔104塔顶得到1024Nm3/h氧气，重组分氪、氙、氧化亚氮及烃类在液氧中富集，最后1119.47Nm3/h液氧离开下段填料汇集在贫氪氙塔104的蒸发器108内，其中约1019.67Nm3/h液氧被增压氧气加热蒸发成氧气，液氧中的重组分氪氙等进一步浓缩，剩余100Nm3/h作为贫氪氙液产品经贫氪氙塔104塔底的贫氪氙液泵107送入贫氪氙液贮槽303。贫氪氙液中氪氙含量分别为527ppm和169ppm，有害污染物甲烷540ppm、乙烯41ppm、乙烷196ppm、丙烷36ppm、氧化亚氮1ppm。
（5）从贫氪氙塔104塔顶得到的1024Nm3/h氧气和液氧回收量筒105顶部的14Nm3/h氧气汇合后共计1038Nm3/h一起送入主换热器101中复热至33℃，同时冷却来自冷却器202后的增压氧气。
（6）步骤（2）液氧吸附器102为间歇工作，液氧吸附器102内充填硅胶吸附氧化亚氮，在达到预定的工作时间时，必须进行再生。再生时需关闭吸附器进出口阀，并打开旁路阀维持冷箱系统工作。再生气采用常温低压氮气，再生气反向流经液氧吸附器完成再生。
（7）循环冷却水送入步骤（1）中的冷却器202冷却经氧气鼓风机201增压后的增压氧气。
（8）装置启动时，步骤（1）的低压氧气来自液氧回收贮槽302内液氧经液氧气化器305气化所得。
以上所述之实施例，只是本实用新型的较佳实施例而已，仅仅用以解释本实用新型，并非限制本实用新型实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本实用新型的原理上所作的变化和改进等，均应包括于本实用新型申请专利范围内。
Claims (6)
1.一种从液氧中提取贫氪氙浓缩液装置，包括冷箱系统（1）、贮存系统（3），其特征在于，还包括氧气增压系统（2），所述冷箱系统（1）包括主换热器（101）、液氧吸附器（102）、贫氪氙塔（104）、液氧回收量筒（105）和设置在贫氪氙塔（104）塔底的蒸发器（108）；所述氧气增压系统（2）包括氧气鼓风机（201）和冷却器（202）；所述贮存系统（3）包括原料液氧贮槽（301）、液氧回收贮槽（302）、贫氪氙液贮槽（303）；
所述原料液氧贮槽（301）的液氧出口与液氧吸附器（102）的液氧入口连通，液氧吸附器（102）的液氧出口与贫氪氙塔（104）中部的液氧入口连通，贫氪氙塔（104）底部的贫氪氙液出口与贫氪氙液贮槽（303）的液体入口连通，贫氪氙塔（104）顶部的氧气出口与主换热器（101）的冷流体氧气入口连通，主换热器（101）的冷流体氧气出口与氧气鼓风机（201）的氧气入口连通，氧气鼓风机（201）的氧气出口与冷却器（202）的气体入口连通，冷却器（202）的气体出口与主换热器（101）的热流体氧气入口连通，主换热器（101）的热流体氧气出口与蒸发器（108）的增压氧气入口连通，蒸发器（108）的液氧出口与液氧回收量筒（105）的液氧入口连通，液氧回收量筒（105）底部的液氧出口与液氧回收贮槽（302）的液体入口连通。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液氧吸附器（102）的液氧出口与贫氪氙塔（104）中部的液氧入口的连通管线上设置有液氧过滤器（103）。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液氧吸附器（102）的液氧出口还与再生氮气进气管路连通，液氧吸附器（102）的液氧进口还与再生氮气出气管路连通。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主换热器（101）的冷流体氧气出口与氧气鼓风机（201）的氧气入口的连通管线还与液氧回收贮槽（302）的液体出口连通。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述主换热器（101）的冷流体氧气出口与氧气鼓风机（201）的氧气入口的连通管线还与氧气回收管线连通。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述液氧回收量筒（105）顶部的氧气出口与贫氪氙塔（104）顶部的氧气出口连通。
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