[發(fā)明專利]一種氪氙精制工藝中循環(huán)利用氮氣的方法及其裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810050490.4
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108106326A
• 公開（公告）日: 2018-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 郝文炳
• 申請（專利權(quán)）人: 瀚沫能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發(fā)明涉及一種氪氙精制工藝中循環(huán)利用氮氣的方法，所述氪氙精制工藝采用液氮作為冷源，各冷凝蒸發(fā)器排出的氮氣均進(jìn)行循環(huán)利用，循環(huán)利用的氮氣分為常溫氮氣和低溫氮氣；其中，將從一級冷凝蒸發(fā)器排出的汽化氮氣作為低溫氮氣，將從其余冷凝蒸發(fā)器排出的氮氣經(jīng)匯總并通過主換熱器復(fù)熱后作為常溫氮氣；本發(fā)明還涉及一種應(yīng)用于上述方法中的裝置，其包括各精餾塔、各冷凝蒸發(fā)器、主換熱器、循環(huán)壓縮機以及連接管道。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用液氮和氮氣的混合氣作為冷源，可穩(wěn)定的維持各冷凝蒸發(fā)器的操作溫度，保證精餾的順利的進(jìn)行；通過對氮氣的回收循環(huán)利用，氪氙精制工藝中的液氮或氮氣消耗量會大幅度降低，從而降低了能耗和生產(chǎn)成本。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種氣體循環(huán)利用的方法，尤其涉及一種氪氙精制工藝中循環(huán)利用氮氣的方法及其裝置。

背景技術(shù)

大氣中的氪和氙含量分別約為1.138×10-6和0.0857×10-6，微量氪和氙隨空氣進(jìn)入空氣分離裝置的低溫精餾塔后，高沸點組分氪(Kr)、氙(Xe)、碳?xì)浠衔?主要是甲烷)以及氟化物均積聚在低壓塔的液氧內(nèi)，將低壓塔的液氧送入一個氪附加精餾塔(俗稱貧氪塔)。可獲得氪氙含量為0.2～0.3％Kr+Xe的貧氪氙濃縮物，其中甲烷含量約為0.3～0.4％。氧氣中甲烷含量過高(一般不超過0.5％CH4)是極其危險的，只有預(yù)先脫除掉貧氪氙濃縮物中的甲烷后，才有可能繼續(xù)提高液氧中的氪氙濃度，在已知的方法中，首先將貧氪氙濃縮物加壓到臨界壓力5.5MPa并使其汽化，再減壓到1.0MPa后進(jìn)入甲烷純化裝置。甲烷純化裝置是通過鈀催化劑，在480～500℃的溫度下，氧與甲烷進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后甲烷被脫除(殘余甲烷含量可低于1×10-6)，然后用分子篩吸附脫除化學(xué)反應(yīng)生成物-二氧化碳和水。去除甲烷后的原料氣進(jìn)入第一級精餾塔后得到氪氙混合物。

一般的精制設(shè)備利用此氪氙混合物作為原料，以氮氣和液氮的混合氣為冷源，通過增設(shè)多級精餾的形式分離氪氣、氙氣，并進(jìn)一步提純氪氣氙氣。而精制設(shè)備所需的氮氣通常來自于液氮的汽化，因此精制設(shè)備的液氮使用量較大，成本較高，但現(xiàn)有技術(shù)中并未對冷源的冷量進(jìn)行充分回收，這造成一定的能源損失，使得能耗較高，降低了經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)中的問題，基于目前氪氙精制設(shè)備中氮氣使用量太大的特點，致力于開發(fā)氪氙精制方法，準(zhǔn)確的說是一種氪氙精制中循環(huán)利用氮氣的方法，其對氮氣進(jìn)行回收循環(huán)利用，有效降低了液氮用量，減少了能耗。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

本發(fā)明的第一個目的是提供一種氪氙精制工藝中循環(huán)利用氮氣的方法，所述氪氙精制工藝包括用于分離和精制的一級精餾塔、二級精餾塔、純氪塔、粗氙塔和純氙塔，各塔的塔頂分別對應(yīng)設(shè)置一級冷凝蒸發(fā)器、二級冷凝蒸發(fā)器、純氪塔冷凝蒸發(fā)器、粗氙塔冷凝蒸發(fā)器和純氙塔冷凝蒸發(fā)器，所述氪氙精制工藝采用液氮作為冷源，各冷凝蒸發(fā)器排出的氮氣均進(jìn)行循環(huán)利用，循環(huán)利用的氮氣分為常溫氮氣和低溫氮氣；其中，將從一級冷凝蒸發(fā)器排出的汽化氮氣作為低溫氮氣，將從其余冷凝蒸發(fā)器排出的氮氣經(jīng)匯總并通過主換熱器復(fù)熱后作為常溫氮氣。

為了進(jìn)一步優(yōu)化上述方法，本發(fā)明所采取的技術(shù)措施還包括：

進(jìn)一步地，根據(jù)各塔的操作溫度，一級冷凝蒸發(fā)器采用以一定比例混合的液氮與部分冷卻后的常溫氮氣作為冷源，二級冷凝蒸發(fā)器、純氪塔冷凝蒸發(fā)器、粗氙塔冷凝蒸發(fā)器和純氙塔冷凝蒸發(fā)器分別采用以相應(yīng)比例混合的低溫氮氣和常溫氮氣作為冷源。

進(jìn)一步地，從二級冷凝蒸發(fā)器、純氪塔冷凝蒸發(fā)器、粗氙塔冷凝蒸發(fā)器和純氙塔冷凝蒸發(fā)器排出的氮氣匯總后經(jīng)過主換熱器復(fù)熱后，送至循環(huán)壓縮機進(jìn)行加壓，形成常溫氮氣；常溫氮氣從循環(huán)壓縮機出來分兩路，一路經(jīng)過主換熱器冷卻后進(jìn)入一級精餾塔的冷凝蒸發(fā)器與液氮混合生成低溫氮氣，另一路直接進(jìn)入塔內(nèi)，作為常溫氮氣參與調(diào)溫。