一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统和方法，主要过程为低温甲醇洗不凝汽进行加压降温，得到浓缩气体同时回收了二氧化碳，通过将浓缩后的气体加入一定量氧气，利用燃烧反应将浓缩气体中的可燃物去除，先依靠吸附将氧气脱除，随后利用精馏手段分离重组分

【技术实现步骤摘要】
一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统和方法


[0001]本专利技术涉及深冷分离工艺中稀有气体回收
，具体涉及一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统和方法
。

技术介绍

[0002]大气中的氪氙主要来自原始生成，岩石圈
、
小行星
、
陨石通过风化作用释放出其中的稀有气体
。
宇宙射线和其他高能粒子的核反应也能产生少量氪氙
。
空气中氪气含量
1.14ppm、
氙气含量
87ppb。
[0003]目前提取氪氙的主要方法还是以大型空分得到的液氧作为原料进行进一步浓缩精制得到的氪氙，同时该过程也会副产很多高纯度的液氧，该方法对于空分的规模要求很大，还会改变空分冷箱的内部结构，同时大量的氧也会消耗很多的能源，所以会导致门槛高
、
能源消耗大
、
改变原有空分布局等缺点
。
[0004]核反应堆裂变气中的氪氙含量为
4.8
％左右，因为存在多种放射性的物质和不同的同位素，所以不能直接提取利用
。
[0005]煤炭作为一种资源，工业应用上不仅能燃烧发电，还能作为制取化工产品的原料
。
煤炭经过气化后的气体可以生产合成氨
、
甲醇以及众多的化工材料
。
当前的煤炭清洁利用的煤气化过程中基本都有配套制氧的空分
、
净化气体的低温甲醇洗，以及延伸的低温甲醇洗排放的气体中捕集液体二氧化碳
。
[0006]由于空气成分
、
空气中各个气体的性质决定，空分后氪氙基本都夹带在氧气中，氧气与煤炭经过煤气化后经过气体净化氪氙气体夹带在汽提二氧化碳中
。
[0007]随着二氧化碳的开发运用的广阔发展，煤气化后的低温甲醇洗净化过程中排放的气体进行二氧化碳的捕集具有明显的节能优势
。
[0008]空气经过空分
、
煤气化
、
气体净化
、
液体二氧化碳捕集等过程，氪氙气体得以富集
、
排放的不凝气中氪含量约
0.05
％
、
氙气含量约
0.004
％，为提取氪氙气体提供了便利
。

技术实现思路

[0009]为了克服上述现有技术存在的提取稀有气体的方法能耗过高，且应用条件苛刻的问题，本专利技术的目的在于提供一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统和方法，本专利技术是从低温甲醇洗不凝气中找到能耗更低，杂质更好分离的可以规模化生产的提取稀有气体的系统和方法，并在此过程中回收二氧化碳，大幅度减少二氧化碳的排放
。
[0010]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0011]一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统，包括不凝汽压缩机1，不凝汽压缩机1入口通入不凝汽，不凝汽压缩机1出口与不凝汽换热器2的热侧入口相连，不凝汽换热器2的热侧出口与不凝汽冷却器3的入口相连，不凝汽冷却器3的出口与气液分离罐4的入口相连，气液分离罐4的顶部混合气体出口与燃烧换热器6的冷侧入口相连，气液分离罐4底部的液态二氧化碳出口与不凝汽换热器2的冷侧入口相连，不凝汽换热器2的冷侧二氧化碳出口
与
PDS
脱硫塔5的底部入口相连，
PDS
脱硫塔5的
PDS
脱硫剂出口连接再生塔进行
PDS
脱硫剂再生；燃烧换热器6的冷侧浓缩的不凝汽出口与燃烧反应器7的入口相连，燃烧反应器7的出口与燃烧换热器6的热侧氧化燃烧后气体入口相连，燃烧换热器6的热侧氧化燃烧后气体出口与脱氧塔8的底部入口相连，脱氧塔8顶部的脱氧气出口与预分离塔9的入口相连，预分离塔9顶部的含氮稀有气体出口与氮气分离塔
10
的入口相连，预分离塔9底部为重组分
(
二氧化碳和水
)
出口，氮气分离塔
10
底部的稀有气体出口与稀有气体分离塔
11
的入口相连，稀有气体分离塔
11
顶部为氪氙混合气体出口，稀有气体分离塔
11
底部为氩气出口
。
[0012]所述预分离塔9塔底无再沸器，利用塔底进料为气体作为冷源进行分离，因为重组分和轻组分沸点差距很大，可以节省热量；氮气分离塔
10
和稀有气体分离塔
11
塔底有再沸器；所述预分离塔
9、
氮气分离塔
10
和稀有气体分离塔
11
中有冷凝器
。
[0013]所述不凝汽换热器2和燃烧换热器6为管壳式换热器，降低能源消耗
。
[0014]所述的捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统工作方法，包括如下步骤：
[0015]步骤1：低温分离二氧化碳：
[0016]将不凝汽通过不凝汽压缩机1中加压后进行冷却，进入不凝汽换热器2与气液分离罐4底部收集的液态二氧化碳进行换热后，进入不凝汽冷却器3进一步降温后，通入气液分离罐4，气液分离罐4顶部为含有部分二氧化碳的不凝汽以及一氧化碳
、
氢气
、
氮气
、
氩气和氪氙气体的混合气体，底部为二氧化碳液体进入不凝汽换热器2换热后进入
PDS
脱硫塔5进行脱硫，
PDS
脱硫塔5顶部排出高纯二氧化碳，
PDS
脱硫塔5底部的
PDS
脱硫剂送去再生塔再生；
[0017]步骤2：氧化燃烧脱氧：
[0018]气液分离罐4顶部的混合气体进入燃烧换热器6后进入燃烧反应器7，从燃烧反应器7另一侧的氧气入口通入氧气作为助燃剂，反应后气体进入燃烧换热器6换热后进入脱氧塔8脱除多余没反应的氧气；
[0019]步骤3：蒸馏分离：
[0020]气体脱氧后进入预分离塔9分离燃烧时产生的水和二氧化碳从底部排出，顶部气体进入氮气分离塔
10
，氮气从氮气分离塔
10
顶部排出，底部为稀有气体混合物，送入稀有气体分离塔
11
，气体分离塔
11
顶部采出氪氙混合气体，底部为氩气
。
[0021]步骤1中，二氧化碳的最小液化压力为
5.17bar
，该压力下的液化温度为
‑
56.6℃
；所以不凝汽压缩机1加压要大于
5.17bar
，换热后，不凝汽冷却器3补充的冷量要使得温度低于
‑
56.6℃
，压力大于
5.17bar
以上是二氧化碳才有液态形式，加压以蒸馏的方式回收二氧化碳可以最大程度浓缩稀有气体的同时，回收重新利用二氧化碳
。PDS
脱硫塔5的温度为
40
‑
本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统，其特征在于：包括不凝汽压缩机
(1)
，不凝汽压缩机
(1)
入口通入不凝汽，不凝汽压缩机
(1)
出口与不凝汽换热器
(2)
的热侧入口相连，不凝汽换热器
(2)
的热侧出口与不凝汽冷却器
(3)
的入口相连，不凝汽冷却器
(3)
的出口与气液分离罐
(4)
的入口相连，气液分离罐
(4)
的顶部混合气体出口与燃烧换热器
(6)
的冷侧入口相连，气液分离罐
(4)
底部的液态二氧化碳出口与不凝汽换热器
(2)
的冷侧入口相连，不凝汽换热器
(2)
的冷侧二氧化碳出口与
PDS
脱硫塔
(5)
的底部入口相连，
PDS
脱硫塔
(5)
的
PDS
脱硫剂出口连接再生塔进行
PDS
脱硫剂再生；燃烧换热器
(6)
的冷侧浓缩的不凝汽出口与燃烧反应器
(7)
的入口相连，燃烧反应器
(7)
的出口与燃烧换热器
(6)
的热侧氧化燃烧后气体入口相连，燃烧换热器
(6)
的热侧氧化燃烧后气体出口与脱氧塔
(8)
的底部入口相连，脱氧塔
(8)
顶部的脱氧气出口口与预分离塔
(9)
的入口相连，预分离塔
(9)
顶部的含氮稀有气体出口与氮气分离塔
(10)
的入口相连，预分离塔
(9)
底部为二氧化碳和水的出口，氮气分离塔
(10)
底部的稀有气体出口与稀有气体分离塔
(11)
的入口相连，稀有气体分离塔
(11)
顶部为氪氙混合气体出口，稀有气体分离塔
(11)
底部为氩气出口
。2.
根据权利要求1所述的捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统，其特征在于：所述预分离塔
(9)
塔底无再沸器，脱氧塔
8)、
氮气分离塔
(10)
和稀有气体分离塔
(11)
塔底有再沸器；所述脱氧塔
(8)、
预分离塔
(9)、
氮气分离塔
(10)
和稀有气体分离塔
(11)
中有冷凝器
。3.
根据权利要求1所述的捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统，其特征在于：所述不凝汽换热器
(2)
和燃烧换热器
(6)
为管壳式换热器
。4.
权利要求1至3任一项所述的捕集液体二氧化碳过程中提取氪氙的系统工作方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤1：低温分离二氧化碳：将不凝汽通过不凝汽压缩机
(1)
中加压后进行冷却，进入不凝汽换热器
(2)
与气液分离罐
(4)
底部收集的液态二氧化碳进行换热后，进入不凝汽冷却器
(3)
进一步降温后，通入气液分离罐
(4)
，气液分离罐
(4)
顶部为含有部分二氧化碳的不凝汽以及一氧化碳
、
氢气
、
氮气
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广宇，杜航，李院珍，曹松，马晓喆，
申请(专利权)人：宁夏大学，
类型：发明
国别省市：