一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法，该装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部。该装置的冷量分别由真空下的液氮和氦气膨胀机提供，避免了超高压气体进入冷箱，整个流程的压力维持在32公斤以下，换热器简化为高效的板翅换热器，不再需要液氮容器的相互切换，从而节省了大量液氮和占地面积，整个流程更加简洁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及稀有气体制造及化工深冷工程
，具体涉及一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法。
技术介绍
现有技术中，由氖氦混合气生产纯氖的生产工艺流程如图1所示，整个流程由相互切换的两个独立除氮单元冷箱(第一冷箱1和第二冷箱2)和氖氦精馏冷箱3组成。图1中，第一冷箱1中充满了负压的液氮，其温度约为65K，第一氮吸附器A正在工作，第二冷箱2中的液氮已经被抽走，并恢复室温，第二氮吸附器B正在再生。30公斤左右表压压力(1公斤压力指的是1公斤重的物体作用在1平方厘米的面积上所产生的压强，1公斤压力等于0.1Mpa的压力，同时1公斤压力等于1000mbarA的压力，表压即介质相对所处大气压的压力差)的含有氮气的粗氖氦气体进入第一冷箱1中，通过第一绕管换热器3A使得温度降低到65k左右，使得其中含有的部分氮气液化，通过第一气液分离器1A得到含有较少氮气的氖氦混合气进入第一氮吸附器A，吸附掉剩余的氮气后回到第一绕管换热器3A复热到室温得到纯氖氦混合气，而第一气液分离器1A中得到的液体则节流到1.5公斤左右的压力进入第二气液分离器2A，得到含有99％左右氮的液体排入到第一冷箱1中，以部分弥补抽真空导致的液氮损失。复热到室温后的纯氖氦混合气其中一部分进入第二冷箱2中，反吹第二氮吸附器B以再生氮吸附剂，另一部分则由第一压缩机4增压到180公斤的压力进入氖氦精馏冷箱3，经过第三绕管换热器后冷却到液氮温区以上和液氮换热器31中的液氮换热到78K左右，继续进入下一级的第四绕管换热器3D使得温度进一步降低到40K左右，然后节流到30公斤左右的压力，进入液氖换热器32与液氖换热，气化液氖，温度降到25K左右，使得粗氖氦部分液化，然后进入气液分离罐33，得到含有90％左右氦的冷态粗氦气和富含氖的富氖液，其中冷态粗氦气通过两级绕管式换热器复热后得到粗氦气用于充瓶包装外卖或者进入下一道工序进一步净化，而富氖液体则节流到1.5公斤左右的压力进入精馏塔34，在塔顶得到部分的富氖气在复热后回收去气囊，在塔底得到的纯氖液体回到之前的液氖换热器32气化后通过绕管换热器复热后得到纯氖气，纯氖气由第二压缩机5压缩后充瓶包装外卖。现有技术中由氖氦混合气生产纯氖的生产工艺流程的缺点包括：对于除氮单元：其中一个除氮单元在除氮时内部需要充填液氮用于冷却各个流程单元设备，另一个则需要排出液氮恢复到室温以再生除氮吸附器，因为涉及到的流程设备多，热容量大，在再生除氮吸附器完成再生后需要用液氮冷却大量的流程设备，从而消耗掉大量的液氮，另一方面使得容器热应力经常变化容易导致泄漏；另外，多套容器需要更大的场地安放和更高的投资。对于氖氦精馏单元：1)需要超高压气体节流以产生冷量，这种通过高压气体节流的方式制冷是效率极低的；2)由于超高压气体的存在只能使用低效率的盘管式换热器(绕管换热器)；3)由于180公斤压力的超高压气体的存在，对系统的制造和安全性的要求很高。流程中需要两台压缩机将气体压缩到200公斤，增加了额外的投资。总的来说，现有技术中的流程系统复杂，效率低下，需要多台高压压缩机，也有一定的安全隐患；最重要的是最后生产出的氖只能以气体的形式经过下游的压缩机压入钢瓶，在这个过程中很容易导致泄漏以及引入油和水分，最后导致产品质量的下降。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新的由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法，降低系统的复杂性，去除不安全的超高压流程气体，减少投资、提高效率和产品质量。为实现上述目的，本专利技术所述的由氖氦混合气生产纯氖的装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部；所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接；第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接；第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接；第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接；第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接；第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接；第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接；第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接；精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接；精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接；液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接；液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接；空浴式气化器的出口与气瓶连接；液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口连接；氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接；真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接；氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接；第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联，第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联，第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第一气液分离器的第二出口连接在第一阀门与第二阀门之间；第三回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间；第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联，第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的出口连接在第五阀门与第六阀门之间；第七阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第七阀门的第二端与第八阀门的第一端串联，第八阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的入口连接在第七阀门与第八阀门之间；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道同样连接在第七阀门与第八阀门之间；与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。所述的真空液氮换热器抽到真空压力50mbarA(等于5kPaA，即5000 pascal绝对压强)以下，真空液氮换热器、氦气压缩机和膨胀机组成循环以提供装置所需的冷量。第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器和第二氮吸附器安装在63-70K温区，用于除去粗氖氦混合气中的氮组分；用于再生氮吸附器的再生加热器安装在冷箱内；第三气液分离器和精馏塔安装在20-35K温区，用于从纯氖氦混合气中分离氖气。所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入电加热器，被电加热器加热到本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由氖氦混合气生产纯氖的装置，其特征在于，所述装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部；所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接；第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接；第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接；第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接；第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接；第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接；第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接；第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接；精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接；精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接；液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接；液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接；空浴式气化器的出口与气瓶连接；液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口连接；氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接；真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接；氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接；第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联，第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联，第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第一气液分离器的第二出口连接在第一阀门与第二阀门之间；第三回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间；第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联，第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的出口连接在第五阀门与第六阀门之间；第七阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第七阀门的第二端与第八阀门的第一端串联，第八阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的入口连接在第七阀门与第八阀门之间；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道同样连接在第七阀门与第八阀门之间；与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。...

【技术特征摘要】
1.一种由氖氦混合气生产纯氖的装置，其特征在于，所述装置包括冷箱、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器，其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器、第二氮吸附器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、电加热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器；氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部；所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接；第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接；第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接；第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接；第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接；第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接；第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接；第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接；精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接；精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接；液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接；液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接；空浴式气化器的出口与气瓶连接；液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口连接；氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接；真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接；氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接；第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联，第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接；第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联，第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接；第一气液分离器的第二出口连接在第一阀门与第二阀门之间；第三回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间；第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联，第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的出口连接在第五阀门与第六阀门之间；第七阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接；第七阀门的第二端与第八阀门的第一端串联，第八阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接；电加热器的入口连接在第七阀门与第八阀门之间；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道同样连接在第七阀门与第八阀门之间；与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系；与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的真空液氮换热器抽到真空压力50mbarA以下，真空液氮换热器、氦气压缩机和膨胀机组成循环以提供装置所需的冷量。3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，第一气液分离器、第二气液分离器、第一氮吸附器和第二氮吸附器安装在63-70K温区，用于除去粗氖氦混合气中的氮组分；用于再生氮吸附器的再生加热器安装在冷箱内；第三气液分离器和精馏塔安装在20-35K温区，用于从纯氖氦混合气中分离氖气。4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作，当第一氮吸附器工作的时候，由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气一部分经过第七阀门和纯氖氦混合气排出管道进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：李琦，
申请(专利权)人：李琦，
类型：发明
国别省市：浙江;33