一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统，包括：循环压缩机，以及与所述循环压缩机连接的分馏塔；还涉及一种根据上述可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制方法；本发明专利技术的优势是通过从主换热器中部抽出较低温氮气作为调温的热流，回收了液氮的冷量，氪氙精制的液氮消耗量会大幅度降低；将氧气通过进一步分馏，制取经济价值更高的高纯氧。

【技术实现步骤摘要】
一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统及其方法
本专利技术涉及气体分离领域，尤其涉及一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统及其方法。
技术介绍
大气中的氪和氙含量分别约为1.138×10-6和0.0857×10-6，微量氪和氙随空气进入空气分离装置的低温精馏塔后，高沸点组分氪、氙、碳氢化合物(主要是甲烷)以及氟化物均积聚在低压塔的液氧内，将低压塔的液氧送入一个氪附加精馏塔(俗称贫氪塔)。可获得氪氙含量为0.2～0.3％Kr+Xe的贫氪氙浓缩物，其中甲烷含量约为0.3～0.4％。氧气中甲烷含量过高(一般不超过0.5％CH4)是极其危险的，只有预先脱除掉贫氪氙浓缩物中的甲烷后，才有可能继续提高液氧中的氪氙浓度，在已知的方法中，首先将贫氪氙浓缩物加压到临界压力5.5MPa并使其汽化，再减压到1.0MPa后进入甲烷纯化装置。甲烷纯化装置是通过钯催化剂，在480～500℃的温度下，氧与甲烷进行化学反应后甲烷被脱除(残余甲烷含量可低于1×10-6)，然后用分子筛吸附脱除化学反应生成物——二氧化碳和水。去除甲烷后的原料气进入第一级精馏塔后得到氪氙混合物。精制的原料中99％以上是氧气，通常情况下，这部分氧气直接放空，造成很大的经济浪费。这氧气因已去除甲烷，用以生产高纯氧气将是比较好的用途。一般的精制设备利用此氪氙混合物作为原料，以氮气和液氮的混合气为冷源，通过增设多级精馏的形式分离氪气、氙气，并进一步提纯氪气氙气。精制设备所使用的的氮气直接进冷箱，没有预冷过程，对应使用的液氮量较大。>因此，本领域的技术人员致力于开发一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统及其方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术中的不足，提供一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统及其方法。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：本专利技术的第一方面是提供一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统，包括：循环压缩机，以及与所述循环压缩机连接的分馏塔；所述分馏塔包括：一级精馏塔，与所述一级精馏塔塔顶连接的高纯氧塔，与所述一级精馏塔塔底连接的二级精馏塔，与所述二级精馏塔塔顶连接的纯氪塔，与所述二级精馏塔塔底连接的粗氙塔，与所述粗氙塔塔顶连接的纯氙塔，设于所述一级精馏塔塔顶的一级冷凝蒸发器，设于所述二级精馏塔塔顶的二级冷凝蒸发器，设于所述纯氪塔塔顶的纯氪塔冷凝蒸发器，设于所述粗氙塔塔顶的粗氙塔冷凝蒸发器，设于所述纯氙塔塔顶的纯氙塔冷凝蒸发器，设于所述高纯氧塔塔顶的高纯氧塔冷凝蒸发器，设于所述高纯氧塔塔底的再沸器，以及与所述循环压缩机、所述一级精馏塔、所述二级冷凝蒸发器、所述纯氪塔冷凝蒸发器、所述粗氙塔冷凝蒸发器、所述纯氙塔冷凝蒸发器、所述再沸器和所述高纯氧塔分别连接的主换热器；其中，所述连接均为管路连接。优选地，所述一级冷凝蒸发器分别与所述二级冷凝蒸发器、所述纯氪塔冷凝蒸发器、所述粗氙塔冷凝蒸发器、所述纯氙塔冷凝蒸发器和所述高纯氧塔冷凝蒸发器连接。优选地，所述再沸器和所述高纯氧塔冷凝蒸发器连接。优选地，所述连接管路上还设有调压阀。本专利技术中涉及到的分馏塔中的塔板数和塔径、分布器数量、形式由具体设计而订，分馏塔形式的变动并不影响本专利技术的描述。众所周知，使分馏塔工作，塔底上升的气体和塔顶下降的液体是分馏塔正常工作所必需的条件。氪氙精制设备流量一般较小，上升气体通常由塔底的电加热器加热液体得到，下降液体通常由塔顶的冷凝蒸发器冷凝气体得到。本专利技术的第二方面是提供一种根据上述可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制方法，包括氪氙精制管路和液氮氮气管路；所述氪氙精制管路包括：氪氙浓缩物经分馏塔的主换热器降温后进入一级精馏塔，在所述一级精馏塔内分离为高沸点组分和低沸点组分；所述高沸点组分自所述一级精馏塔塔底进入二级精馏塔，在所述二级精馏塔内分离为高沸点的粗氙气和低沸点的粗氪气；所述粗氙气自所述二级精馏塔塔底进入粗氙塔，在所述粗氙塔内去除高沸点组分后，自所述粗氙塔塔顶进入纯氙塔，在所述纯氙塔内去除低沸点组分后，自所述纯氙塔塔底进入下一步工序；所述粗氪气自所述二级精馏塔塔顶进入纯氪塔，在所述纯氪塔内去除高沸点组分后，自所述纯氪塔塔顶进入下一步工序；所述低沸点组分自所述一级精馏塔塔顶进入高纯氧塔，在所述高纯氧塔内分离为高沸点的高纯氧和低沸点的其他组分；所述高纯氧自所述高纯氧塔塔底进入下一步工序；所述其他组分自所述高纯氧塔塔顶进入下一步工序；所述液氮氮气管路包括：液氮和氮气的直接混合气为一级冷凝蒸发器的冷源；经所述一级冷凝蒸发器汽化后的低温氮气，和经所述主换热器降温后的较低温氮气，两者的混合气为其他冷凝蒸发器的冷源；自其他冷凝蒸发器的氮气经所述主换热器复热后，进入循环压缩机增压或直接送空；自所述循环压缩机的氮气经主换热器降温后，一部分即所述较低温氮气，另一部分为再沸器的热源；自所述再沸器液化后的氮气进入高纯氧塔冷凝蒸发器；自所述高纯氧塔冷凝蒸发器的氮气进入所述一级冷凝蒸发器；其中，所述其他冷凝蒸发器包括二级冷凝蒸发器、纯氪塔冷凝蒸发器、粗氙塔冷凝蒸发器和纯氙塔冷凝蒸发器。进一步优选地，所述高纯氧自所述高纯氧塔塔底一部分经所述再沸器气化后返回所述高纯氧塔，另一部分进入下一步工序。进一步优选地，所述其他组分自所述高纯氧塔塔顶一部分经所述高纯氧塔冷凝蒸发器冷凝后返回所述高纯氧塔，另一部分经所述主换热器复热后进入下一步工序。进一步优选地，根据其他冷凝蒸发器不同的冷源需求，经所述一级冷凝蒸发器汽化后的低温氮气，和经所述主换热器降温后的较低温氮气，两者的混合比例不同，保证每个冷凝蒸发器的温差在设计范围之内。进一步优选地，自所述再沸器液化后的氮气，经连接管路上的调压阀减压后，进入高纯氧塔冷凝蒸发器。进一步优选地，若自所述高纯氧塔冷凝蒸发器进入所述一级冷凝蒸发器的所述氮气已气化，则与所述一级冷凝蒸发器的液氮混合为所述低温氮气，否则直接进入所述一级冷凝蒸发器。本专利技术采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：本专利技术的优势是通过从主换热器中部抽出较低温氮气作为调温的热流，回收了液氮的冷量，氪氙精制的液氮消耗量会大幅度降低；将氧气通过进一步分馏，制取经济价值更高的高纯氧。附图说明图1为本专利技术可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统的示意图；其中的附图标记为：循环压缩机1；分馏塔2；主换热器3；一级精馏塔4；二级精馏塔5；纯氪塔6；粗氙塔7；纯氙塔8；一级冷凝蒸发器9；二级冷凝蒸发器10；纯氪塔冷凝蒸发器11；粗氙塔冷凝蒸发器12；纯氙塔冷凝蒸发器13；再沸器14；高纯氧塔15；高纯氧塔冷凝蒸发器16。具体实施方式...

【技术保护点】
1.一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统，其特征在于，包括：/n循环压缩机(1)，以及与所述循环压缩机(1)连接的分馏塔(2)；/n所述分馏塔(2)包括：一级精馏塔(4)，/n与所述一级精馏塔(4)塔顶连接的高纯氧塔(15)，/n与所述一级精馏塔(4)塔底连接的二级精馏塔(5)，/n与所述二级精馏塔(5)塔顶连接的纯氪塔(6)，/n与所述二级精馏塔(5)塔底连接的粗氙塔(7)，/n与所述粗氙塔(7)塔顶连接的纯氙塔(8)，/n设于所述一级精馏塔(4)塔顶的一级冷凝蒸发器(9)，/n设于所述二级精馏塔(5)塔顶的二级冷凝蒸发器(10)，/n设于所述纯氪塔(6)塔顶的纯氪塔冷凝蒸发器(11)，/n设于所述粗氙塔(7)塔顶的粗氙塔冷凝蒸发器(12)，/n设于所述纯氙塔(8)塔顶的纯氙塔冷凝蒸发器(13)，/n设于所述高纯氧塔(15)塔顶的高纯氧塔冷凝蒸发器(16)，/n设于所述高纯氧塔(15)塔底的再沸器(14)，以及/n与所述循环压缩机(1)、所述一级精馏塔(4)、所述二级冷凝蒸发器(10)、所述纯氪塔冷凝蒸发器(11)、所述粗氙塔冷凝蒸发器(12)、所述纯氙塔冷凝蒸发器(13)、所述再沸器(14)和所述高纯氧塔(15)分别连接的主换热器(3)；/n其中，所述连接均为管路连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制系统，其特征在于，包括：
循环压缩机(1)，以及与所述循环压缩机(1)连接的分馏塔(2)；
所述分馏塔(2)包括：一级精馏塔(4)，
与所述一级精馏塔(4)塔顶连接的高纯氧塔(15)，
与所述一级精馏塔(4)塔底连接的二级精馏塔(5)，
与所述二级精馏塔(5)塔顶连接的纯氪塔(6)，
与所述二级精馏塔(5)塔底连接的粗氙塔(7)，
与所述粗氙塔(7)塔顶连接的纯氙塔(8)，
设于所述一级精馏塔(4)塔顶的一级冷凝蒸发器(9)，
设于所述二级精馏塔(5)塔顶的二级冷凝蒸发器(10)，
设于所述纯氪塔(6)塔顶的纯氪塔冷凝蒸发器(11)，
设于所述粗氙塔(7)塔顶的粗氙塔冷凝蒸发器(12)，
设于所述纯氙塔(8)塔顶的纯氙塔冷凝蒸发器(13)，
设于所述高纯氧塔(15)塔顶的高纯氧塔冷凝蒸发器(16)，
设于所述高纯氧塔(15)塔底的再沸器(14)，以及
与所述循环压缩机(1)、所述一级精馏塔(4)、所述二级冷凝蒸发器(10)、所述纯氪塔冷凝蒸发器(11)、所述粗氙塔冷凝蒸发器(12)、所述纯氙塔冷凝蒸发器(13)、所述再沸器(14)和所述高纯氧塔(15)分别连接的主换热器(3)；
其中，所述连接均为管路连接。


2.根据权利要求1所述的氪氙精制系统，其特征在于，所述一级冷凝蒸发器(9)分别与所述二级冷凝蒸发器(10)、所述纯氪塔冷凝蒸发器(11)、所述粗氙塔冷凝蒸发器(12)、所述纯氙塔冷凝蒸发器(13)和所述高纯氧塔冷凝蒸发器(16)连接。


3.根据权利要求1所述的氪氙精制系统，其特征在于，所述再沸器(14)和所述高纯氧塔冷凝蒸发器(16)连接。


4.根据权利要求1所述的氪氙精制系统，其特征在于，所述连接管路上还设有调压阀。


5.一种根据权利要求1-4任一项所述可降低液氮使用量同时生产高纯氧的氪氙精制方法，其特征在于，包括氪氙精制管路和液氮氮气管路；
所述氪氙精制管路包括：
氪氙浓缩物经分馏塔(2)的主换热器(3)降温后进入一级精馏塔(4)，在所述一级精馏塔(4)内分离为高沸点组分和低沸点组分；
所述高沸点组分自所述一级精馏塔(4)塔底进入二级精馏塔(5)，在所述二级精馏塔(5)内分离为高沸点的粗氙气和低沸点的粗氪气；
所述粗氙气自所述二级精馏塔(5)塔底进入粗氙塔(7)，在所述粗氙塔(7)内去除高沸点组分后，自所述粗氙塔(7)塔顶进入纯氙塔(8)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郝文炳，
申请(专利权)人：上海迎飞能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31