一种全精馏制备纯氪和纯氙的方法技术

本发明专利技术涉及一种全精馏制备纯氪和纯氙的方法，该方法是在低温条件下，在原料中填充惰性气体，将助燃气氧气予以稀释，使甲烷在氧气中的含量不大于０．５％，通过多级精馏塔经过逐级精馏，利用碳氢化合物、氟化物、氪和氙各自的沸点不同，依次分离原料中所含杂质，得到纯氪和纯氙产品。与现有技术相比，本发明专利技术具有收率高、方法简单、应用范围广等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高纯度氪和氙的制备方法，尤其是涉及一种全精馏制备纯氪和 纯氙的方法。
技术介绍
大气中的氪和氙含量分别约为1.138X10^和0.0857X1(T6，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(主要是甲垸) 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 称一氪塔)。可获得氪氙含量为0.2 0.3%Kr+Xe的贫氪氙浓縮物，其中甲垸含量 约为0.3 0.4%。氧气中甲垸含量过高(一般不超过0.5XCH4)是极其危险的，只 有预先脱除掉贫氪氙浓縮物中的甲垸后，才有可能继续提高液氧中的氪氙浓度，在 已知的方法中，首先将贫氪氙浓縮物加压到5.5MPa并使其汽化，再减压到l.OMPa 后进入甲垸纯化装置。甲垸纯化装置是通过钯催化剂，在480 50(TC的温度下，氧 与甲垸进行化学反应后甲垸被脱除(残余甲垸含量可低于1X10—6)，然后用分子筛 吸附脱除化学反应生成物一二氧化碳和水。随着氪氙逐级浓縮，甲烷含量又随之提 高，因此这种化学反应脱除甲垸也要多次进行。现有技术中清除贫氪氙液中甲烷，通过换热、加热至高温(500°C)在钯触媒 的作用下，催化甲垸燃烧生成二氧化碳和水，然后设置分子筛纯化器来吸附这些反 应产物，此技术能耗较大(低温-17(TC加热至50(TC，再降温换热至-16(TC)，经过 分子筛纯化器时气体损失达2%，将直接影响到纯氪和/或纯氙的提取率。贫氪氙浓缩物中的微量氟化物，属高沸点组分。在氪氙分离过程中，将积聚在 纯氪和纯氙内。在已知的方法中，是分别通过活性锆铝吸气剂，在70(TC温度下， 脱除掉杂质气体氟化物。制取纯氪和纯氙的已知技术有以下缺点(1)要消耗大量的电能和贵重金属(钯合金)制成催化剂，活性锆铝吸气剂是属消耗物资，需定期更换。(2) 采用化学反应法脱除甲垸的装置运行不安全且要损失掉一部分氪和氙，同 时由于工艺路线长，设备多，泄露损失也随之增加。因此氪和氙的回收率较低，一般不超过60 63%。(3) 设备和阀门多，操作不方便，且不能连续运行。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种收率高、方法 简单、应用范围广的全精馏制备纯氪和纯氙的方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现 一种全精馏制备纯氪和纯氤的方法，其特征在于，该方法是在低温条件下，在原料中填充惰性气体，将助燃气氧气予以稀释，使甲垸在氧气中的含量不大于0.5%，通过多级精馏塔经过逐级精馏， 利用碳氢化合物、氟化物、氪和氙各自的沸点不同，依次分离原料中所含杂质，得 到纯氪和纯氙产品。所述的原料为空分装置氪附加塔生产的贫氪氙浓縮物。所述的方法具体包括以下步骤(1) 将原料通过液体泵增压后以液体形式进入第一级精馏塔中，进行精馏分离，高沸点的氪氙浓縮物从塔釜引出进入第二级精馏塔中；(2) 在第二级精馏塔中氪氙浓縮物进一步浓縮精馏，塔釜得到摩尔浓度为 10-30%的氪氙浓縮液；(3) 将步骤(2)塔釜得到的氪氙浓縮液送入第三级精馏塔中，进行精馏分离， 塔釜得到摩尔浓度不低于卯％的氪氙浓縮液；(4) 将步骤(3)塔釜得到的氪氙浓縮液送入第四级精馏塔中，进行精馏分离， 塔釜得到含氙浓縮物，塔顶得到含氪浓縮物；(5) 将步骤(4)塔顶得到的含氪浓縮物送入第五级精馏塔中，进行精馏分离， 塔顶得到摩尔含量不低于99.999%的纯氪产品；(6) 将步骤(4)塔釜得到的含氙浓縮物送入第六级精馏塔中，进行精馏分离， 在塔顶得到摩尔含量不低于99.5%的含氙流体；(7) 将步骤(6)塔釜得到的含氙流体送入第七级精馏塔中，进行精馏分离， 在塔顶得到摩尔含量不低于99.999%的纯氤产品。所述的第一级精馏塔和第二级精馏塔的冷源选用液氮，将液氮分别送至第一级 精馏塔和第二级精馏塔顶部的冷凝蒸发器中，采用液氮沸腾，使塔内上升蒸汽冷凝成回流液，控制塔内温度为-19(TC -13(TC进行精馏，所述的第三级精馏塔冷源选 用第二级精馏塔顶部排出的部分低温氮。所述的第四级精馏塔、第五级精馏塔、第六级精馏塔和第七级精馏塔的塔顶冷 凝蒸发器采用第一级精馏塔或第二级精馏塔排出的氮气与常温氮气的混合气体作 为冷源(或者采用低温冷源气体如富氧液空、常温氮、低温压力氮等混合气)，控 制塔内温度为-130'C -7(TC进行精馏。各级精馏塔塔顶的冷凝蒸发器排出的氮气或氧-氮混合气汇合后均返回空气分 离装置。各级精馏塔、连接精馏塔之间的低温管线及阀门都包在充有绝热材料的冷箱内。所述的绝热材料包括超细玻璃棉或膨胀珍珠岩等。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点(1) 氪和氙的回收率高，可达95%以上。(2) 本专利技术采用填充惰性气体如N2、 Ar等将氧气置换出塔，避免了实际生 产过程中甲垸在液氧中聚集浓度过高(超过0.5%)而引起爆炸的可能，同时可在 氪氙预浓縮阶段彻底脱除甲垸。再通过逐级精馏，脱除掉贫氪氙原料气中的所有低 沸点组分(02、 N2、 Ar)和高沸点组分碳氢化合物(CH4、 C2H4、 C2H6、 C3H8)及 氟化物(CF4、 C2F6、 SF6)最终获得纯度高于99.999%的纯氪和纯氙产品，其中各 种杂质含量均低于GB/T5829-2006高纯氪技术指标和GB/T5828-2006高纯氙技术 指标。(3) 此工艺流程简单、经济效益好、提高了装置运行安全性能、操作简单、 节省了设备投资费用和能源消耗。(4) 应用范围广，在用户设置了贫氪氙液氧和液氮低温贮槽后，本专利技术装置 可脱离空气分离装置，独立运行。也可配套现有空分设备使用，实现连续稳定生产 操作。附图说明图l为本专利技术的流程图具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。 实施例如图1所示是一个用来分离贫氪氙浓縮物的装置流程图。装置包括液体泵16，七级精馏塔，第一级精馏塔1底部连接到第二级精馏塔2 中，第二级精馏塔2底部连接到第三级精馏塔3中，第三级精馏塔3底部连接到第 四级精馏塔4中，第四级精馏塔4顶部连接到第五级精馏塔5中，底部连接第六级 精馏塔6中，第六级精馏塔6顶部连接第七级精馏塔7。各级精馏塔顶部均设有一 个冷凝蒸发器，底部均设有一个电加热器，第一级精馏塔1底部使用电加热器8， 第二级精馏塔2底部使用电加热器9，第三级精馏塔3底部使用电加热器10，第四 级精馏塔4底部使用电加热器11，第五级精镏塔5底部使用电加热器12，第六级 精馏塔6底部使用电加热器13，第七级精馏塔7底部使用电加热器14。第一级精 馏塔1和第二级精馏塔2顶部的冷凝蒸发器入口连接液氮低温jJt槽，冷凝蒸发器出 口分别连接其他精馏塔的冷凝蒸发器。第一级精馏塔1和第二级精馏塔2顶部冷凝蒸发器均采用液氮沸腾，控制塔内 温度为-l卯"C -130'C进行精馏，使塔内上升蒸汽冷凝成回流液，从而建立起精馏 工况。其它精馏塔的冷凝蒸发器采用第一级精馏塔1和第二级精馏塔2顶部排出的 氮气，温度为-180'C，和临近空气分离装置提供的带压常温氮混合气体作冷源，温 度控制在-130 -7(TC，在该温度下可避免塔内蒸汽中的氪氙结晶，同时又能形成塔 内精馏工况的需要的回流液。本专利技术在低温条件下填充惰性气体将助燃气氧气予以稀释分离，避免本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种全精馏制备纯氪和纯氙的方法，其特征在于，该方法是在低温条件下，在原料中填充惰性气体，将助燃气氧气予以稀释，使甲烷在氧气中的含量不大于０．５％，通过多级精馏塔经过逐级精馏，利用碳氢化合物、氟化物、氪和氙各自的沸点不同，依次分离原料中所含杂质，得到纯氪和纯氙产品。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志诚，刘剑，严寿鹏，俞建，
申请(专利权)人：上海启元科技发展有限公司，上海启元空分技术发展有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]