DE19526226A1 - Ultra-pure xenon prodn. - Google Patents
Ultra-pure xenon prodn.Info
- Publication number
- DE19526226A1 DE19526226A1 DE1995126226 DE19526226A DE19526226A1 DE 19526226 A1 DE19526226 A1 DE 19526226A1 DE 1995126226 DE1995126226 DE 1995126226 DE 19526226 A DE19526226 A DE 19526226A DE 19526226 A1 DE19526226 A1 DE 19526226A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- refrigerant
- xenon
- condenser
- evaporator
- liquefaction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04248—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion
- F25J3/04254—Generation of cold for compensating heat leaks or liquid production, e.g. by Joule-Thompson expansion using the cold stored in external cryogenic fluids
- F25J3/0426—The cryogenic component does not participate in the fractionation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04642—Recovering noble gases from air
- F25J3/04745—Krypton and/or Xenon
- F25J3/04751—Producing pure krypton and/or xenon recovered from a crude krypton/xenon mixture
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04793—Rectification, e.g. columns; Reboiler-condenser
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
- F25J3/04818—Start-up of the process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
- F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
- F25J3/04—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream for air
- F25J3/04763—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used
- F25J3/04769—Operation, control and regulation of the process; Instrumentation within the process
- F25J3/04812—Different modes, i.e. "runs" of operation
- F25J3/04842—Intermittent process, so-called batch process
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/50—Oxygen
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
- F25J2215/36—Xenon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2270/00—Refrigeration techniques used
- F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Bei der Gewinnung von Xenon aus Luftzerlegungsanlagen werden immer höhere Reinheitsanforderungen an das Endprodukt gestellt. Demgegenüber befinden sich in der Ansaugluft immer mehr Verunreinigungen wie z. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ und/oder R115, die sich vorwiegend in Roh-Xenon ansammeln und schwierig zu entfernen sind. Die Erfindung betrifft die Reinst-Xenon-Gewinnung aus einem Roh-Xenon-Strom, der überwiegend Xenon und beispielsweise einige Zehntel-Prozent Krypton sowie Spuren von Verunreinigungen, beispielsweise der oben erwähnten Art, enthält.The extraction of xenon from air separation plants keeps getting higher Purity requirements are placed on the end product. In contrast, are in the intake air more and more impurities such. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ and / or R115, which mainly accumulate in raw xenon and are difficult to remove. The invention relates to the purest xenon extraction from a raw xenon stream, the predominantly xenon and, for example, a few tenths of a percent of krypton and traces of impurities, for example of the type mentioned above.
Bisher ist es üblich, zu diesem Zweck eine diskontinuierliche Destillation (Batch- Destillation) einzusetzen. Zur Kühlung des Kopfes der Destilliersäule wird festes Kohlendioxid in einer Trägerflüssigkeit eingesetzt. Die Temperatur des schmelzenden Kohlendioxids reicht für die Kondensation der Kopffraktion der Säule nicht mehr aus, wenn sich dort die flüchtigen Bestandteile auf eine relativ hohe Konzentration angereichert haben. Damit ist das bekannte Verfahren für hohe Xenon-Ausbeuten nicht geeignet. Um einen befriedigenden Wärmeübergang zwischen dem kondensierenden Kopfgas und den Trägerflüssigkeits-Kohlendioxid-Gemisch zu erreichen, muß außerdem die Flüssigkeit in Bewegung gehalten werden (beispielsweise durch Umrühren). Dabei stellen sich Schwankungen in der Wärmeübertragungsleistung und damit schwankende Rücklaufmengen und Drücke in der Säule ein.So far, it has been common to use batch distillation (batch Distillation). To cool the head of the distillation column, solid becomes Carbon dioxide used in a carrier liquid. The temperature of the melting Carbon dioxide is no longer sufficient for the condensation of the top fraction of the column, if the volatile components are there at a relatively high concentration have enriched. This is not the known method for high xenon yields suitable. To a satisfactory heat transfer between the condensing To reach head gas and the carrier liquid-carbon dioxide mixture must also keep the liquid moving (e.g. by Stir). There are fluctuations in the heat transfer capacity and fluctuating return quantities and pressures in the column.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Reinst-Xenon-Gewinnung anzugeben, bei dem Rücklaufschwankungen in der Destilliersäule weitgehend vermieden werden.The invention has for its object a method for the purest xenon production to specify, where the return fluctuations in the distillation column largely be avoided.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Kopf der Destilliersäule durch indirekten Wärmeaustausch mit einem verdampfenden ersten Kältemittel gekühlt wird.This object is achieved in that the head of the distillation column by indirect Heat exchange is cooled with an evaporating first refrigerant.
Durch die Verwendung eines siedenden Kältemittels anstelle eines schmelzenden ist ein guter und gleichmäßiger Wärmeübergang am Kopfkondensator der Destilliersäule gesichert. Die chemische Zusammensetzung des ersten Kältemittels sollte so gewählt werden, daß einerseits seine Siedetemperatur niedrig genug ist, um das Kopfgas der Säule auch bei hohen Konzentrationen von flüchtigen Bestandteilen zu kondensieren, und andererseits gewährleistet ist, daß die Temperatur am Kopf der Säule nicht unter den Schmelzpunkt von Xenon sinkt. By using a boiling refrigerant instead of a melting one good and even heat transfer at the top condenser of the distillation column secured. The chemical composition of the first refrigerant should be chosen in this way be that on the one hand its boiling temperature is low enough to the top gas of the Condense the column even at high concentrations of volatile components, and on the other hand it is ensured that the temperature at the top of the column is not below the melting point of xenon drops.
Diese Bedingungen werden erfüllt, wenn Ethylen als erstes Kältemittel eingesetzt wird. Mit "Ethylen" ist hier ein überwiegend Ethylen enthaltendes Gemisch insbesondere technisch reines Ethylen (mit beispielsweise etwa 1 vol% Verunreinigungen) gemeint. Die Siedetemperatur von Ethylen beträgt bei einem Druck von 2,0 bar 182 K. Bei einer Temperaturdifferenz von 8 K am Kopfkondensator kann damit reines Xenon unter einem Druck von 3,5 bar (entsprechend 190 K) kondensiert werden. Steigt die Konzentration von Verunreinigungen am Kopf der Destilliersäule an, so kann dies durch eine Druckabsenkung auf der Verdampfungsseite des Kopfkondensators ausgeglichen werden.These conditions are met when ethylene is used as the first refrigerant. With "ethylene" here is a mixture containing predominantly ethylene technically pure ethylene (with for example about 1 vol% impurities). The boiling temperature of ethylene is 182 K at a pressure of 2.0 bar Temperature difference of 8 K at the top capacitor can thus be pure xenon a pressure of 3.5 bar (corresponding to 190 K). The increases Concentration of impurities at the top of the distillation column can be caused by compensated for a drop in pressure on the evaporation side of the top condenser will.
Sind beispielsweise im Roh-Xenon Verunreinigungen von 5000 vppm Krypton enthalten, die mit dem Restgas am Kopf der Säule abgezogen werden sollen, und möchte man dabei nur etwa 0,5% Xenon verlieren, muß sich das Kopfgas aus 50% Krypton und 50% Xenon zusammensetzen. Anstelle einer alleinigen Erhöhung des Kolonnendruckes (16,9 bar wären erforderlich) kann beim erfindungsgemäßen Verfahren der Ethylen-Verdampfungsdruck auf 1,0 bar entsprechend einer Verdampfungstemperatur von 169 K, gesenkt werden. Damit würde sich bei einer Temperaturdifferenz von 8 K eine Kondensationstemperatur des 50%igen Krypton- Xenon-Gemischs von 177 K und damit ein Kolonnendruck von 11 bar einstellen.For example, in raw xenon there are contaminations of 5000 vppm krypton contain, which are to be withdrawn with the residual gas at the top of the column, and if you only want to lose about 0.5% xenon, the head gas must be 50% Combine krypton and 50% xenon. Instead of increasing the Column pressure (16.9 bar would be necessary) in the invention Process the ethylene evaporation pressure to 1.0 bar corresponding to one Evaporation temperature of 169 K, can be reduced. That would make one Temperature difference of 8 K a condensation temperature of 50% krypton Set the xenon mixture to 177 K and thus a column pressure of 11 bar.
Das erste Kältemittel kann in einem Primärkreislauf geführt werden, innerhalb dessen es durch indirekten Wärmeaustausch mit einem zweiten Kältemittel verflüssigt wird. Vorzugsweise verdampft das zweite Kältemittel bei diesem indirekten Wärmetausch. Die Kälte für den Betrieb der Destilliersäule wird also durch ein zweites Kältemittel geliefert; das erste Kältemittel zirkuliert als Kälteträger im Primärkreislauf. Häufig wird die Reinst-Xenon-Gewinnung in größeren Tieftemperaturanlagen durchgeführt, in denen Flüssigkeiten mit geeigneter Verdampfungstemperatur zur Verwendung als zweites Kältemittel zur Verfügung stehen.The first refrigerant can be routed within a primary circuit it is liquefied by indirect heat exchange with a second refrigerant. The second refrigerant preferably evaporates during this indirect heat exchange. The cold for the operation of the distillation column is therefore a second refrigerant delivered; the first refrigerant circulates as a coolant in the primary circuit. Frequently the purest xenon extraction is carried out in larger cryogenic plants, in which liquids with suitable evaporation temperature for use as second refrigerant are available.
Insbesondere im Zusammenhang mit Luftzerlegungsanlagen ist es günstig, wenn ein Fluid, das ein oder mehrere Luftgase enthält als zweites Kältemittel eingesetzt wird. Vorzugsweise wird verdampfender Sauerstoff oder Stickstoff verwendet. Hierbei ist zu beachten, daß Ethylen bei einer Temperatur von 103,4 K fest wird, daß also die Siedetemperatur der zur Verflüssigung des Ethylens eingesetzten Flüssigkeit nicht niedriger als 104 K sein darf. Dies entspricht flüssigem Sauerstoff von 3,5 bar oder flüssigem Stickstoff von 10,2 bar. Bei einer Betriebsweise mit Ethylen unter 2 bar und flüssigem Sauerstoff unter 3,5 bar bzw. flüssigem Stickstoff unter 10,2 bar ergibt sich am zweiten Kondensator-Verdampfer zur Rückverflüssigung des Ethylens eine Temperaturdifferenz von 78 K. Aus dieser großen Temperaturdifferenz resultiert eine relativ kleine Heizfläche. Auch nach Berücksichtigung des Leidenfrost-Effekts führt dies zur Konstruktion einer kompakten, sich selbst regelnden Einrichtung.Especially in connection with air separation plants, it is beneficial if a Fluid that contains one or more air gases is used as the second refrigerant. Vaporizing oxygen or nitrogen is preferably used. Here is too note that ethylene solidifies at a temperature of 103.4 K, i.e. the Boiling temperature of the liquid used to liquefy the ethylene is not may be lower than 104 K. This corresponds to liquid oxygen of 3.5 bar or liquid nitrogen of 10.2 bar. When operating with ethylene under 2 bar and liquid oxygen below 3.5 bar or liquid nitrogen below 10.2 bar results on the second condenser-evaporator to re-liquefy the ethylene Temperature difference of 78 K. This large temperature difference results in a relatively small heating area. Even after considering the Leidenfrost effect, this leads for the construction of a compact, self-regulating device.
Dazu ist es günstig, wenn der Primärkreislauf in Strömungsverbindung mit einem Gasspeicher steht und insbesondere der indirekte Wärmetausch zwischen dem ersten und dem zweiten Kältemittel in einem Wärmetauscher durchgeführt wird, dessen Verflüssigungsseite so ausgebildet ist, daß bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Menge der im Primärkreislauf vorhandenen Flüssigkeit die Wärmeübertragungs leistung stark reduziert wird. Hierdurch ist es möglich, durch einen bestimmten Anfangsdruck im Ethylen-Kreislauf und durch eine Regelung der Temperatur beim Verdampfen des zweiten Kältemittels das gesamte Verfahren zu steuern.For this purpose, it is advantageous if the primary circuit is in flow connection with a Gas storage stands and in particular the indirect heat exchange between the first and the second refrigerant is carried out in a heat exchanger, the Liquefaction side is designed so that when a certain value is exceeded the amount of liquid present in the primary circuit is the heat transfer performance is greatly reduced. This makes it possible to go through a specific one Initial pressure in the ethylene cycle and by regulating the temperature at Vaporizing the second refrigerant to control the entire process.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist eine Destilliersäule auf, die mit einer Roh- Xenon-Zuführungsleitung und mit einem ersten Kondensator-Verdampfer in Strömungsverbindung steht, dessen Verflüssigungsseite mit dem oberen Bereich der Destilliersäule und dessen Verdampfungsseite mit einer Flüssigkeitsleitung zur Zufuhr eines ersten Kältemittels verbunden ist.The device according to the invention has a distillation column which is equipped with a crude Xenon feed line and with a first condenser-evaporator in Flow connection is established, the liquefaction side with the upper area of the Distillation column and its evaporation side with a liquid line for supply a first refrigerant is connected.
Sie umfaßt vorzugsweise einen zweiten Kondensator-Verdampfer, dessen Verflüssigungsseite einerseits über eine Gasleitung und andererseits über die Flüssigkeitsleitung mit der Verdampfungsseite des ersten Kondensator-Verdampfer verbunden ist.It preferably comprises a second condenser-evaporator, the Liquefaction side on the one hand via a gas line and on the other hand via the Liquid line with the evaporation side of the first condenser-evaporator connected is.
Insbesondere dann, wenn in dem zweiten Kondensator-Verdampfer einerseits ein brennbares und andererseits ein sauerstoffhaltiges Kältemittel verwendet werden (insbesondere Ethylen auf der Verflüssigungs- und Sauerstoff auf der Verdampfungsseite) ist es günstig, wenn im zweiten Kondensator-Verdampfer Verdampfungs- und Verflüssigungsseite durch ein einziges Werkstück voneinander getrennt sind. Dadurch kann vermieden werden, daß sich die beiden Kältemittel durch undichte Verbindungsnähte (beispielsweise Schweißnähte) zwischen verschiedenen Werkstücken zu einem explosiven Gemisch austauschen. Dies wird am besten dadurch realisiert, daß Verdampfungs- und Verflüssigungsseite jeweils von einem eigenen Behälter umschlossen werden, der aus einer Hülle und aus dem einzigen Werkstück besteht, wobei die Hüllen der beiden Behälter untereinander nicht verbunden sind; damit besteht also keinerlei abzudichtende Verbindung zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsseite des zweiten Kondensator-Verdampfers.Especially when on the one hand in the second condenser-evaporator flammable and on the other hand an oxygen-containing refrigerant can be used (especially ethylene on the liquefaction and oxygen on the Evaporation side) it is beneficial if in the second condenser evaporator Evaporation and liquefaction side by a single workpiece from each other are separated. This can avoid that the two refrigerants through leaky seams (e.g. welds) between different Exchange workpieces into an explosive mixture. This will be best realized in that the evaporation and liquefaction side of one own container to be enclosed, the one shell and the only one Workpiece exists, whereby the shells of the two containers are not one another are connected; there is therefore no connection to be sealed between Liquefaction and evaporation side of the second condenser evaporator.
Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further details of the invention are described below of an embodiment shown in the drawing.
Eine Roh-Xenon-Zuführungsleitung 2 dient zur Einleitung von Roh-Xenon, das einige Zehntel-Prozent Krypton sowie Spuren von Verunreinigungen wie z. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ und/oder R115 enthält, in eine Destilliersäule 1, von der in der Zeichnung nur ein Ausschnitt gezeigt ist. Am Sumpf der Säule 1 kann über eine Produktleitung 3 flüssiges Reinst-Xenon kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeführt werden. Eine elektrisch betriebene Heizung dient zur Zufuhr von Wärme in den Säulensumpf. (Alternativ sind auch andere Arten der Beheizung möglich, beispielsweise durch Verbrennung von Gas.) Der obere Abschnitt der Destilliersäule 1 ist mit dem Verflüssigungsraum 51 eines ersten Kondensator-Verdampfers 50 verbunden, der als Kopfkondensator betrieben wird. Der Verflüssigungsraum 51 weist im wesentlichen Zylinderform auf und ist von dem im wesentlichen zylinderringförmigen Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 umgeben.A raw xenon feed line 2 is used to introduce raw xenon, which contains a few tenths of a percent of krypton and traces of contaminants such as e.g. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ and / or R115 contains, in a distillation column 1 , of which only a section is shown in the drawing. At the bottom of column 1 , liquid ultrapure xenon can be removed continuously or discontinuously via a product line 3 . An electrically operated heater serves to supply heat to the column sump. (Alternatively, other types of heating are also possible, for example by burning gas.) The upper section of the distillation column 1 is connected to the liquefaction chamber 51 of a first condenser-evaporator 50 , which is operated as a top condenser. The liquefaction space 51 has an essentially cylindrical shape and is surrounded by the essentially cylindrical evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 .
Am oberen Ende des Verflüssigungsraumes 51 ist eine Restgasleitung angeschlossen. Das Ventil 7 in der Restgasleitung 5 dient auch zur Einstellung des Drucks im Verflüssigungsraum 51 und damit in der Destilliersäule 1. Es kann zu diesem Zweck über eine Druckmeß- und -regeleinrichtung 6 (PIC: pressure indication and control) angesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer Flüssigkeitsstandregelung im Sumpf der Säule kann dieselbe Regeleinrichtung 6 kann auch zur Einstellung der Heizleistung verwendet werden, wie es durch die entsprechende gestrichelte Verbindung in der Zeichnung dargestellt ist.A residual gas line is connected to the upper end of the liquefaction space 51 . The valve 7 in the residual gas line 5 also serves to adjust the pressure in the liquefaction space 51 and thus in the distillation column 1 . For this purpose, it can be controlled via a pressure measuring and regulating device 6 (PIC: pressure indication and control). In addition or as an alternative to a liquid level control in the bottom of the column, the same control device 6 can also be used to adjust the heating power, as is shown by the corresponding dashed connection in the drawing.
Der Verdampfungsraum 52 ist in seinem oberen Bereich mit einer Gasleitung und in seinem unteren Bereich mit einer Flüssigkeitsleitung 9 verbunden und kommuniziert über beide mit dem Verflüssigungsraum 61 eines zweiten Kondensator-Verdampfers 60. Die Gasleitung 8 ist an einer Stelle mit dem Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 verbunden, die geodätisch höher als die Stelle der Verbindung der Gasleitung 8 mit dem Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 liegt. Letztere ist vorzugsweise am oberen Ende des Verflüssigungsraums 61 des zweiten Kondensator-Verdampfers angeordnet. The evaporation chamber 52 is connected to a gas line in its upper region and to a liquid line 9 in its lower region and communicates via both with the liquefaction chamber 61 of a second condenser-evaporator 60 . The gas line 8 is connected to the evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 at a point which is geodetically higher than the point of connection of the gas line 8 to the liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator 60 . The latter is preferably arranged at the upper end of the liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator.
Der Verdampfungsraum 62 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 weist je eine Leitung zur Zufuhr von Flüssigkeit (63) und zur Entnahme von Dampf (64) auf. Über die Flüssigzufuhr wird der Füllstand im Verdampfungsraum 62 geregelt (Flüssigkeitsstandregler 65, LIC: liquid indication and control), über die Gasentnahme der Druck (Druckregler 66). Ein Sicherheitsablaß 72 dient zur gelegentlichen Entnahme von Flüssigkeit am unteren Ende des Verdampfungsraums 62. Der Verdampfungsraum 62 ist von einem Behälter umschlossen, der durch eine Hülle 67 und eine Wärmeübertragungsplatte 68 gebildet wird. Der Behälter des Verflüssigungsraums 61 wird durch eine weitere Hülle 69 und ebenfalls durch die Wärmeübertragungsplatte 68 gebildet. Die Wärmeübertragungsplatte 68 ist aus einem einzigen Werkstück hergestellt. Die beiden Hüllen 67, 69 sind jeweils durch eine ringförmige Schweißnaht 70, 71 mit der Wärmeübertragungsplatte, aber nicht untereinander verbunden.The evaporation chamber 62 of the second condenser-evaporator 60 each has a line for the supply of liquid ( 63 ) and for the removal of steam ( 64 ). The level in the evaporation chamber 62 is regulated via the liquid supply (liquid level regulator 65 , LIC: liquid indication and control), and the pressure is removed via the gas extraction (pressure regulator 66 ). A safety drain 72 is used for occasional liquid removal at the lower end of the evaporation space 62 . The evaporation space 62 is enclosed by a container which is formed by a casing 67 and a heat transfer plate 68 . The container of the liquefaction space 61 is formed by a further shell 69 and also by the heat transfer plate 68 . The heat transfer plate 68 is made from a single workpiece. The two sleeves 67 , 69 are each connected to the heat transfer plate by an annular weld seam 70 , 71 , but not to one another.
Die Destilliersäule 1 und die beiden Kondensator-Verdampfer 50, 60 sind innerhalb einer Cold box angeordnet, die zur thermischen Isolierung dient.The distillation column 1 and the two condenser evaporators 50 , 60 are arranged within a cold box, which is used for thermal insulation.
Die Gasleitung 8 ist über eine Ausgleichsleitung 10 mit einem Gasspeicher 11 verbunden, der ein relativ großes Füllvolumen aufweist, das beispielsweise etwa das Hundertfache des Rauminhalts des Primärkreislaufs (Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50, Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator- Verdampfers 66, Gasleitung 8 und Flüssigkeitsleitung 9) beträgt. Der Druck im Gasspeicher kann durch Zufuhr von zusätzlichen Mengen des im Primärkreislauf zirkulierenden ersten Kältemittels über die Leitung 12 eingestellt werden.The gas line 8 is connected via a compensating line 10 to a gas storage 11 which has a relatively large filling volume, for example approximately 100 times the volume of the primary circuit (evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 , liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator 66 , gas line 8 and liquid line 9 ). The pressure in the gas storage can be adjusted by supplying additional quantities of the first refrigerant circulating in the primary circuit via line 12 .
Als erstes Kältemittel wird in dem Ausführungsbeispiel Ethylen einer Reinheit von etwa 99 vol% eingesetzt. Im zweiten Kondensator-Verdampfer 60 wird Sauerstoff als zweites Kältemittel verdampft.In the exemplary embodiment, ethylene with a purity of approximately 99 vol% is used as the first refrigerant. In the second condenser-evaporator 60 , oxygen is evaporated as the second refrigerant.
Zum Verständnis der Funktionsweise des Verfahrens und der Anlage wird im folgenden deren Betrieb einschließlich des Anfahrens aus dem warmen Zustand geschildert.To understand the operation of the process and the system is as follows their operation including starting from the warm state is described.
Die Flüssigethylenmenge im Betrieb beziehungsweise die Gasmenge des Ethylens im warmen Zustand sind in dem Beispiel so ausgelegt, daß im warmen Zustand, das heißt bei Umgebungstemperatur, der Ethylendruck etwa 6,5 bar beträgt. Bei der Inbetriebnahme wird zunächst flüssiger Sauerstoff in den Verdampfungsraum 62 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 gefüllt; der Sauerstoff verdampft dabei stark. Der Druck im Verdampfungsraum 62 wird bei 3,5 bar konstant gehalten. Nachdem sich die Bauteile entsprechend abgekühlt haben, beginnt die Verflüssigung des zunächst gasförmigen Ethylens im Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator- Verdampfers. Da das Volumen des verflüssigten Gases viel kleiner als das Volumen im gasförmigen Zustand ist, sinkt der Druck im Primärkreislauf, in der Ausgleichsleitung und im Gasspeicher langsam ab. Dies geschieht so lange, bis der Flüssigkeitsstand im Verflüssigungsraum 61 die Wärmeübertragungsplatte 68 erreicht hat. Dabei stellt sich ein Ethylendruck (Druck des Gases im Primärkreislauf) von 2 bar ein. Das flüssige Ethylen kommuniziert über die Flüssigkeitsleitung 9 mit der Heizfläche im ersten Kondensator-Verdampfer 50.The amount of liquid ethylene in operation or the amount of gas of ethylene in the warm state are designed in the example so that in the warm state, that is to say at ambient temperature, the ethylene pressure is approximately 6.5 bar. When starting up, liquid oxygen is first filled into the evaporation space 62 of the second condenser-evaporator 60 ; the oxygen evaporates strongly. The pressure in the evaporation chamber 62 is kept constant at 3.5 bar. After the components have cooled accordingly, the liquefaction of the initially gaseous ethylene begins in the liquefaction chamber 61 of the second condenser-evaporator. Since the volume of the liquefied gas is much smaller than the volume in the gaseous state, the pressure in the primary circuit, in the compensating line and in the gas storage device slowly drops. This continues until the liquid level in the liquefaction space 61 has reached the heat transfer plate 68 . An ethylene pressure (pressure of the gas in the primary circuit) of 2 bar is established. The liquid ethylene communicates via the liquid line 9 with the heating surface in the first condenser-evaporator 50 .
Nach der Einspeisung von Roh-Xenon in die Destilliersäule 1 (vorzugsweise über Zweigleitung 2a am Kopf der Säule), wird dieses im Verflüssigungsraum 51 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 verflüssigt, läuft durch die Säule nach unten und sammelt sich in deren Sumpf. Wenn sich genügend Flüssigkeit im Sumpf angesammelt hat, wird dieser mit konstanter Leistung beheizt und die Einspeisung wird von Leitung 2a auf Leitung 2b umgestellt, die an einer Zwischenstelle in die Destilliersäule 1 mündet. In der Säule stellt sich zunächst ein Druck ein, der so hoch ist, daß die Summe aus der eingefahrenen Roh-Xenon-Menge und der im Sumpf verdampften Xenonmenge im ersten Kondensator-Verdampfer 50 kondensiert wird. Nach einiger Zeit, wenn sich am Kopf der Säule die Spurenverunreinigungen angesammelt haben, beginnt der Druck in der Kolonne zu steigen, damit auch die leichter siedenden Bestandteile verflüssigt werden können. Bei einem vorher anhand der Verunreinigungsmenge im Xenon und der gewünschten Ausbeute an Reinst-Xenon bestimmten Solldruck werden diese Verunreinigungen mit einem Feinstregelventil 7 als Restgas abgeregelt.After raw xenon has been fed into the distillation column 1 (preferably via branch line 2 a at the top of the column), this is liquefied in the liquefaction space 51 of the first condenser-evaporator 50 , runs down the column and collects in its sump. When enough liquid has accumulated in the sump, it is heated with constant power and the feed is switched from a line 2 to line 2 b, which ends at an intermediate point in the distillation column. 1 A pressure is initially set in the column which is so high that the sum of the amount of crude xenon drawn in and the amount of xenon evaporated in the sump is condensed in the first condenser-evaporator 50 . After some time, when the trace impurities have accumulated at the top of the column, the pressure in the column begins to rise so that the lower-boiling constituents can also be liquefied. At a target pressure previously determined on the basis of the amount of impurities in the xenon and the desired yield of ultrapure xenon, these impurities are regulated as residual gas with a fine control valve 7 .
Sind die Verunreinigungen im Roh-Xenon groß, beispielsweise bis zu 1 vol% Krypton, und man möchte eine hohe Anreicherung der Verunreinigungskomponenten im Restgas erreichen, um möglichst wenig Xenon mit dem Restgas zu verlieren, kann der Ethylendruck durch Abblasen aus dem Primärkreislauf oder aus dem Gasspeicher auf beispielsweise 1,0 bar abgesenkt werden. Damit wird die Temperaturdifferenz am ersten Kondensator-Verdampfer 50 zunächst vergrößert. Mit der Zeit sammelt sich bei ansteigendem Druck mehr und mehr reines Xenon im Sumpf der Säule an, das kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit über Leitung 3 als Produkt abgelassen wird.If the impurities in the raw xenon are large, for example up to 1 vol% krypton, and you want to achieve a high concentration of the impurity components in the residual gas in order to lose as little xenon as possible with the residual gas, the ethylene pressure can be released from the primary circuit or from the Gas storage can be reduced to, for example, 1.0 bar. The temperature difference at the first condenser-evaporator 50 is thus initially increased. Over time, with increasing pressure, more and more pure xenon accumulates in the bottom of the column, which is discharged as a product continuously or from time to time via line 3 .
Die beschriebene Vorrichtung kann bei kleinen Mengen an zu verarbeitendem Roh- Xenon auch vollständig diskontinuierlich betrieben werden (Batch-Betrieb). Dabei wird zunächst die zu verarbeitende Roh-Xenon-Menge einkondensiert und im Sumpf gesammelt. Danach wird wie oben beschrieben verfahren, es erfolgt lediglich keine kontinuierliche Zuspeisung an Roh-Xenon. Auch hier muß Restgas entnommen werden, um am Ende der Batch-Destillation ein reines Produkt im Sumpf abziehen zu können. Ein Teil dieses Restgases wird zunächst verworfen; die Hauptmenge des Restgases kann jedoch zur Wiederverwertung aufgefangen werden.The device described can be used for small quantities of raw material to be processed. Xenon can also be operated completely discontinuously (batch operation). Doing so the raw xenon quantity to be processed is first condensed and in the sump collected. The procedure is then as described above, only none continuous supply of raw xenon. Residual gas must also be removed here to draw off a pure product in the sump at the end of batch distillation can. Part of this residual gas is initially discarded; the bulk of the Residual gas can, however, be collected for recycling.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995126226 DE19526226C2 (en) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | Device for the production of pure xenon |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1995126226 DE19526226C2 (en) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | Device for the production of pure xenon |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19526226A1 true DE19526226A1 (en) | 1997-01-23 |
DE19526226C2 DE19526226C2 (en) | 1997-07-31 |
Family
ID=7767163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1995126226 Expired - Fee Related DE19526226C2 (en) | 1995-07-18 | 1995-07-18 | Device for the production of pure xenon |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19526226C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005106368A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Mikhail Jurievich Savinov | Method for cleaning and dividing a mixture by rectification and a mass-exchange device |
CN103759501A (en) * | 2014-01-16 | 2014-04-30 | 上海交通大学 | Low-temperature rectification device for production of ultra-pure xenon |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1543154A1 (en) * | 1964-09-25 | 1969-09-11 | Lummus Co | Process for the production of pure ethylene from gaseous mixtures |
DE4202468C2 (en) * | 1992-01-29 | 1994-03-17 | Linde Ag | Process for obtaining xenon |
-
1995
- 1995-07-18 DE DE1995126226 patent/DE19526226C2/en not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1543154A1 (en) * | 1964-09-25 | 1969-09-11 | Lummus Co | Process for the production of pure ethylene from gaseous mixtures |
DE4202468C2 (en) * | 1992-01-29 | 1994-03-17 | Linde Ag | Process for obtaining xenon |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005106368A1 (en) * | 2004-04-30 | 2005-11-10 | Mikhail Jurievich Savinov | Method for cleaning and dividing a mixture by rectification and a mass-exchange device |
CN103759501A (en) * | 2014-01-16 | 2014-04-30 | 上海交通大学 | Low-temperature rectification device for production of ultra-pure xenon |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE19526226C2 (en) | 1997-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE69214409T3 (en) | Process for the production of impure oxygen | |
EP0092770B1 (en) | Process for obtaining carbon monoxide | |
DE2920270C2 (en) | Process for generating oxygen | |
DE69911511T2 (en) | Production of argon by a cryogenic air separation process | |
DE1007345B (en) | Process for the separation of compressed air by deep freezing, liquefaction and rectification and device for the process | |
DE19507981A1 (en) | Air distillation argon column base linked by pipe and valve to main assembly | |
DE69506081T2 (en) | METHOD FOR PRODUCING ULTRA PURE HYDROGEN | |
EP0538857A1 (en) | Installation for the low temperature separation | |
DE2426056A1 (en) | PROCESS FOR THE RECOVERY OF CHLORINE FROM GAS MIXTURES CONTAINING CARBON DIOXIDE IN ADDITION TO CHLORINE | |
DE69619455T2 (en) | Production of ultra high purity oxygen | |
DE3428968A1 (en) | METHOD AND DEVICE FOR DISASSEMBLING ROHARGON | |
DE4218451A1 (en) | Process for the preparation of contaminated higher-boiling solvents and device for carrying out the process | |
DE19526226C2 (en) | Device for the production of pure xenon | |
DE935196C (en) | Method for delivering a gas | |
EP0019905B1 (en) | Apparatus for the separation of a gas mixture by rectification | |
DE4030749A1 (en) | Low temp. sepn. of argon, oxygen and nitrogen from air - using intermediate liq. oxygen fraction as cooling medium for the argon finishing column | |
DE69723906T2 (en) | air separation | |
EP1231440A1 (en) | Process and apparatus for air separation by cryogenic distillation | |
DE2831564A1 (en) | GAS ABSORPTION PROCEDURE | |
DE19526225C1 (en) | Refrigerant circuit for cooling fluids | |
DE69023141T2 (en) | METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING HIGH PURITY NITROGEN. | |
DE2753495A1 (en) | Gas removal system for liquefied gas vessel - has heat exchanger for liq. gas to ensure refilling of void | |
EP0904518B1 (en) | Process for starting an installation for low temperature air separation and installation for low temperature air separation | |
DE4202468C2 (en) | Process for obtaining xenon | |
DE2348734C2 (en) | Method for separating the solvent from miscella |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |