本实用新型专利技术提供了从氖气中分离21Ne的装置，所述装置包括：压缩机（1），冷却器，分离设备（2），以及若干阀门与管线；所述分离设备（2）主要包括：高温段换热器（3）、液氮冷却器（4）、冷屏（5）、低温段换热器（6）、冷凝蒸发器（9）、精馏塔（11）、冷凝蒸发器（15）、精馏塔（17）、以及调节阀（7）、调节阀（8）、调节阀（13）与调节阀（14）；使用上述装置分离得到的21Ne气体的纯度和产量均优于现有技术，因此，本实用新型专利技术所提供的技术方案具有良好的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
本技术涉及一种Ne同位素的分离提纯的装置，具体涉及一种从氖气中分离21Ne的装置。
技术介绍
Ne（氖）是一种化学元素，它的原子序数为10，在自然界中以单质存在，称为氖气，是一种稀有的惰性气体。Ne主要具有三种同位素：20Ne、21Ne和22Ne，其中20Ne约占90.48%，22Ne约占9.25%，而21Ne则仅约占0.257%。由此可见，21Ne的分离纯化相对于Ne的其它同位素而言更加困难。现有技术中，1956年《TheJournalOfChemicalPhysics》第24期报道了克劳修斯等人用一般的热扩散柱制备出了99%以上的22Ne和20Ne以及13%的21Ne，然后用氘甲烷作辅助气体将21Ne进一步浓缩到99.6%；而在1940年，克劳修斯的研究团队成功地提取了99.8%的20Ne和99.7%的22Ne各2.5升。1969年美国原子能委员会Mound实验室报告，他们采用四柱四级热扩散塔级联分离氖同位素，能够以4.2升/天的产量得到99.95%的20Ne，以0.56升/天的产量得到2.0%的21Ne，以0.22升/天的产量得到99.8%的22Ne。然而，采用该方法制备高丰度的Ne同位素气体，往往存在产量低和生产周期长的缺陷。目前，热扩散法是Ne同位素分离提纯中较为成熟的方法，但热扩散法仍然存在产量低，周期长等缺陷，也不适于大规模工业化生产。低温精馏法，是一种适于工业化生产的方法，然而，现有技术中并没有相应的低温精馏分离装置针对性地用于分离21Ne；因此，研发出一种适于大规模工业化生产的分离21Ne的装置，成为当今本领域研发人员的研究热点之一。技术内容本技术旨在克服上述现有技术中存在的种种缺陷，特别是针对21Ne产量低、浓缩难度大的技术问题，提供了一种从氖气中高效分离出高纯度21Ne的装置。为达到此目的，专利技术人拟采用低温精馏法，以大规模分离出高纯度21Ne，且获得所需的产量。因此，本技术提供了一种从氖气中分离21Ne的装置，所述装置包括：压缩机1，冷却器，分离设备2，以及若干阀门与管线；其中，所述分离设备2内包括：高温段换热器3、液氮冷却器4、冷屏5、低温段换热器6、冷凝蒸发器9、精馏塔11、冷凝蒸发器15、精馏塔17、以及调节阀7、调节阀8、调节阀13与调节阀14；其中，所述冷凝蒸发器9具有冷凝蒸发器外壳10，所述精馏塔11的底部设置有精馏塔底电加热器12；其中，所述冷凝蒸发器15具有冷凝蒸发器外壳16，所述精馏塔17的底部设置有精馏塔底电加热器18；其中，高纯Ne原料气进料管线与循环氖气管线在所述压缩机1前合并，并且，所述压缩机1与冷却器串联，所述冷却器通过管线接入所述分离设备2；高纯Ne原料气与循环氖气合并后先经所述压缩机1压缩，再经所述冷却器冷却得到压缩冷却的氖气；其中，高温段换热器3、液氮冷却器4与低温段换热器6串联设置，用于进一步冷却所述压缩冷却的氖气，并输出低温氖气；输出低温氖气的管线分支为三路，其中：第一路上设置有调节阀7，用于将低温氖气节流减压后送入精馏塔11进行精馏；第二路上设置有调节阀8，用于将低温氖气节流减压后，生成液体Ne而被输送入设置在精馏塔11顶部的冷凝蒸发器9；第三路上设置有调节阀13，用于将低温氖气节流减压后生成液体Ne，并被输送入设置在精馏塔17顶部的冷凝蒸发器15；其中，所述液氮冷却器4、所述低温段换热器6、所述精馏塔11、所述冷凝蒸发器9、所述精馏塔17和所述冷凝蒸发器15均被容纳于冷屏5围成的空间中，且所述空间保持1×10-6Pa至1×10-2Pa的真空度；其中，所述冷屏5内部通液氮，用于维持所述空间中的低温工况；所述精馏塔11的塔顶设置有两条20Ne输出管线，其中，第一条20Ne输出管线延伸依次通过所述低温段换热器6和所述高温段换热器3，最后伸出所述分离设备2并延伸至所述装置的外部；第二条20Ne输出管线连接至所述冷凝蒸发器9；而所述冷凝蒸发器9的冷凝侧设置有冷凝回流管线，用于将冷凝Ne液回流至所述精馏塔11内；所述精馏塔11的底部设置有一条混合氖液管线，连接至所述精馏塔17，并且该混合氖液管线上设置调节阀14；所述冷凝蒸发器15的冷凝侧设置有冷凝回流管线，用于将冷凝Ne液回流至所述精馏塔17内；其中，所述精馏塔17的塔顶设置有一条21Ne气体产品输出管线，延伸依次通过所述低温段换热器6和所述高温段换热器3，最后输出给用户或储存；所述精馏塔17的底部设置有一条22Ne液输出管线，延伸依次通过所述低温段换热器6和所述高温段换热器3，最后输出给用户或储存；其中，所述冷凝蒸发器9与所述冷凝蒸发器15的顶部以及所述冷凝蒸发器15的蒸发侧分别设置一条制冷循环氖气支管线，合并后形成制冷循环氖气主管线，延伸依次通过所述低温段换热器6和所述高温段换热器3后，连接至所述循环氖气管线。使用上述装置，研发或生产人员可按照以下步骤实施21Ne的分离：将高纯Ne原料气与循环氖气合并，输送入压缩机1压缩至7~9MPa（g），接着经冷却器进行冷却，得到压缩冷却的氖气；然后，将所述压缩冷却的氖气输送入分离设备2；在所述分离设备2内：所述压缩冷却的氖气先进入高温段换热器3进行降温至-140℃~-150℃，接着进入液氮冷却器4冷却至-190℃~-195℃，最后进入低温段换热器6进一步冷却至-219℃~-224℃，输出低温氖气；所述低温氖气分流为三股：其中第一股通过调节阀7节流减压至0.1～0.2MPa（g）后，进入精馏塔11进行精馏；其中第二股通过调节阀8节流减压至0.02MPa（g）后，生成液体Ne，被输送入设置在精馏塔11顶部的冷凝蒸发器9而作为冷源；其中第三股通过调节阀13节流减压至0.02MPa（g）后，生成液体Ne，被输送入设置在精馏塔17顶部的冷凝蒸发器15而作为冷源；其中，所述精馏塔11内部填有规整填料，待分离的氖气中主要含有22Ne、21Ne和20Ne组分；其中，22Ne与21Ne的沸点相对较高，所以在液体中积聚；20Ne的沸点相对较低，所以在气体中积聚。因此，所述精馏塔11的塔顶生成20Ne气体，分流为两部分输出，一部分依次经所述低温段换热器6和所述高温段换热器3回收冷量，之后从所述分离设备2排出；另一部分通过所述冷凝蒸发器9，并从其冷凝侧生成冷凝Ne液，回流至所述精馏塔11内，成为塔内的下降液体；所述精馏塔11的底部生成一股21Ne与22Ne的混合氖液，通过调节阀14进入所述精馏塔17；同样地，所述精馏塔17内部填有规整填料，21Ne与22Ne的混合氖液中，22Ne的沸点相对较高，所以在液体中积聚；21Ne沸点相对较低，所以在气体中积聚。其中，所述冷凝蒸发器15的冷凝侧生成冷凝Ne液，回流至所述精馏塔17内，成为塔内的下降液体；随着精馏的进行，21Ne气体在所述精馏塔17的塔顶不断富集，直至纯度达到99.8%后，从塔顶抽出，依次经所述低温段换热器6和所述高温段换热器3回收冷量后，作为21Ne气体产品从所述分离设备2输出；所述精馏塔17的底部生成一股主要含22Ne的氖液，依次经所述低温段换热器6和所述高温段换热器3回收冷量，之后从所述分离设备2排出；所述冷凝蒸发器9与所述冷凝蒸发器15的顶部以及所述冷凝蒸发器15的蒸发侧分别生本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种从氖气中分离21Ne的装置，其特征在于，所述装置包括：压缩机（1），冷却器，分离设备（2），以及若干阀门与管线；其中，所述分离设备（2）内包括：高温段换热器（3）、液氮冷却器（4）、冷屏（5）、低温段换热器（6）、冷凝蒸发器（9）、精馏塔（11）、冷凝蒸发器（15）、精馏塔（17）、以及调节阀（7）、调节阀（8）、调节阀（13）与调节阀（14）；其中，所述冷凝蒸发器（9）具有冷凝蒸发器外壳（10），所述精馏塔（11）的底部设置有精馏塔底电加热器（12）；其中，所述冷凝蒸发器（15）具有冷凝蒸发器外壳（16），所述精馏塔（17）的底部设置有精馏塔底电加热器（18）；其中，高纯Ne原料气进料管线与循环氖气管线在所述压缩机（1）前合并，并且，所述压缩机（1）与冷却器串联，所述冷却器通过管线接入所述分离设备（2）；高纯Ne原料气与循环氖气合并后先经所述压缩机（1）压缩，再经所述冷却器冷却得到压缩冷却的氖气；其中，高温段换热器（3）、液氮冷却器（4）与低温段换热器（6）串联设置，用于进一步冷却所述压缩冷却的氖气，并输出低温氖气；输出低温氖气的管线分支为三路，其中：第一路上设置有调节阀（7），用于将低温氖气节流减压后送入精馏塔（11）进行精馏；第二路上设置有调节阀（8），用于将低温氖气节流减压后，生成液体Ne而被输送入设置在精馏塔（11）顶部的冷凝蒸发器（9）；第三路上设置有调节阀（13），用于将低温氖气节流减压后生成液体Ne，并被输送入设置在精馏塔（17）顶部的冷凝蒸发器（15）；其中，所述液氮冷却器（4）、所述低温段换热器（6）、所述精馏塔（11）、所述冷凝蒸发器（9）、所述精馏塔（17）和所述冷凝蒸发器（15）均被容纳于冷屏（5）围成的空间中，且所述空间保持1×10‑6Pa至1×10‑2Pa的真空度；其中，所述冷屏（5）内部通液氮，用于维持所述空间中的低温工况；所述精馏塔（11）的塔顶设置有两条20Ne输出管线，其中，第一条20Ne输出管线延伸依次通过所述低温段换热器（6）和所述高温段换热器（3），最后伸出所述分离设备（2）并延伸至所述装置的外部；第二条20Ne输出管线连接至所述冷凝蒸发器（9）；而所述冷凝蒸发器（9）的冷凝侧设置有冷凝回流管线，用于将冷凝Ne液回流至所述精馏塔（11）内；所述精馏塔（11）的底部设置有一条混合氖液管线，连接至所述精馏塔（17），并且该混合氖液管线上设置调节阀（14）；所述冷凝蒸发器（15）的冷凝侧设置有冷凝回流管线，用于将冷凝Ne液回流至所述精馏塔（17）内；其中，所述精馏塔（17）的塔顶设置有一条21Ne气体产品输出管线，延伸依次通过所述低温段换热器（6）和所述高温段换热器（3），最后输出给用户或储存；所述精馏塔（17）的底部设置有一条22Ne液输出管线，延伸依次通过所述低温段换热器（6）和所述高温段换热器（3），最后输出给用户或储存；其中，所述冷凝蒸发器（9）与所述冷凝蒸发器（15）的顶部以及所述冷凝蒸发器（15）的蒸发侧分别设置一条制冷循环氖气支管线，合并后形成制冷循环氖气主管线，延伸依次通过所述低温段换热器（6）和所述高温段换热器（3）后，连接至所述循环氖气管线。...
【技术特征摘要】
1.一种从氖气中分离21Ne的装置，其特征在于，所述装置包括：压缩机（1），冷却器，分离设备（2），以及若干阀门与管线；其中，所述分离设备（2）内包括：高温段换热器（3）、液氮冷却器（4）、冷屏（5）、低温段换热器（6）、冷凝蒸发器（9）、精馏塔（11）、冷凝蒸发器（15）、精馏塔（17）、以及调节阀（7）、调节阀（8）、调节阀（13）与调节阀（14）；其中，所述冷凝蒸发器（9）具有冷凝蒸发器外壳（10），所述精馏塔（11）的底部设置有精馏塔底电加热器（12）；其中，所述冷凝蒸发器（15）具有冷凝蒸发器外壳（16），所述精馏塔（17）的底部设置有精馏塔底电加热器（18）；其中，高纯Ne原料气进料管线与循环氖气管线在所述压缩机（1）前合并，并且，所述压缩机（1）与冷却器串联，所述冷却器通过管线接入所述分离设备（2）；高纯Ne原料气与循环氖气合并后先经所述压缩机（1）压缩，再经所述冷却器冷却得到压缩冷却的氖气；其中，高温段换热器（3）、液氮冷却器（4）与低温段换热器（6）串联设置，用于进一步冷却所述压缩冷却的氖气，并输出低温氖气；输出低温氖气的管线分支为三路，其中：第一路上设置有调节阀（7），用于将低温氖气节流减压后送入精馏塔（11）进行精馏；第二路上设置有调节阀（8），用于将低温氖气节流减压后，生成液体Ne而被输送入设置在精馏塔（11）顶部的冷凝蒸发器（9）；第三路上设置有调节阀（13），用于将低温氖气节流减压后生成液体Ne，并被输送入设置在精馏塔（17）顶部的冷凝蒸发器（15）；其中，所述液氮冷却器（4）、所述低温段换热器（6）、所述精馏塔（11）、所述冷凝蒸发器（9）、所述精馏塔（17）和所述冷凝蒸发器（15）均被容纳于冷屏（5）围成的空间中，且所述空间保持1×10-6Pa至1×10-2Pa的真空度；其中，所述冷屏（5）内部通液氮，用于维持所述空间中的低温工况；所述精馏塔（11）的塔顶设置有两条20Ne输...
【专利技术属性】
技术研发人员：郝文炳，俞建，
申请(专利权)人：上海启元空分技术发展股份有限公司，
类型：新型
国别省市：上海;31
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