[發明專利]一種氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置及方法

有效

• 申請號: 201810461213.2
• 申請日: 2018-05-15
• 公開（公告）號: CN108413706B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 郝文炳
• 申請（專利權）人: 瀚沫能源科技（上海）有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

本發明公開了一種氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置及方法，該整合裝置包括：氮氣循環壓縮機，冷箱，以及設置于冷箱內的主換熱器、貧氪塔、貧氪塔冷凝蒸發器、過冷器、粗氖塔冷凝蒸發器和粗氖塔，貧氪塔底部設有貧氪塔再沸器。本發明通過把貧氪塔與粗氖塔整合在一個冷箱內，通過氮氣或液氮的相互引入，充分利用液氧的冷量和不凝氣的高氮氣含量，降低氪氙濃縮和氖氦濃縮的投資成本和液氮的補充量；且氮氣循環壓縮機的使用將不凝氣中的氮氣利用起來，無需另外補充氮氣，以達到降低能耗的目的。

技術領域

本發明涉及一種氣體濃縮的方法，尤其涉及一種氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置及方法。

背景技術

氖氣與氦氣是惰性氣體，其在空氣中的含量僅為18.18×10^-6和5.24×10^-6。氖氣、氦氣在空分設備精餾塔內為不凝氣，而以氣態聚集在主冷凝器頂部和氮回流液中。

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入空氣分離裝置的低溫精餾塔后，高沸點組分氪、氙、碳氫化合物(主要是甲烷)以及氟化物均積聚在低壓塔的液氧內。

已建成空氣分離設備也存在富含氖氦的不凝氣，作為進一步提純原料，通常會單獨設置濃縮塔精餾塔進行精餾濃縮。通常使用液氮做為冷源。

如想對已建成的外壓縮空氣分離設備進行氪氙濃縮，通常做法是將液氧送入一個氪附加精餾塔(俗稱貧氪塔)進行精餾。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％。通常使用壓力氮氣做冷源和熱源。

現有技術中對已建成空氣分離設備進行氖氦和氪氙同時濃縮時，會外掛兩個冷箱，這增加了投資成本，也降低了氮氣使用率和液氧的回收率。因此，針對上述現有技術中設備回收率低、設備投資成本大且能耗高的缺陷，本領域的技術人員亟待開發一種能夠把氖氦濃縮和氪氙濃縮流程整合的方法。

發明內容

本發明是針對已建成空氣分離設備在進行氖氦濃縮和氪氙濃縮的特點，提供了一種可有效提高設備回收率、減少投資和降低能耗的氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置及方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

本發明的第一個方面是提供一種氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置，包括：氮氣循環壓縮機，冷箱，以及設置于所述冷箱內的主換熱器、貧氪塔、貧氪塔冷凝蒸發器、過冷器、粗氖塔冷凝蒸發器和粗氖塔，所述貧氪塔底部設有貧氪塔再沸器；其中：

所述氮氣循環壓縮機通過管道與所述貧氪塔再沸器的上部連通，所述貧氪塔再沸器的下部通過管道經所述過冷器與所述貧氪塔冷凝蒸發器的上部連通；

所述貧氪塔頂部分別通過管道經所述主換熱器與所述冷箱外界連通、通過管道與所述貧氪塔冷凝蒸發器的上部連通，所述貧氪塔冷凝蒸發器的底部通過管道連通所述氪塔的頂部；

所述粗氖塔頂部通過管道與所述粗氖塔冷凝蒸發器上部連通，所述粗氖塔冷凝蒸發器下部通過管道與所述粗氖塔頂部連通，所述粗氖塔底部通過管道連通所述粗氖塔冷凝蒸發器的頂部；

所述貧氪塔冷凝蒸發器底部通過管道與所述粗氖塔冷凝蒸發器頂部連通，所述粗氖塔冷凝蒸發器頂部和所述貧氪塔冷凝蒸發器頂部分別通過管道經所述主換熱器與所述氮氣循環壓縮機連通。

進一步地，在所述的氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置中，所述貧氪塔底部通過管道連接液體泵。

進一步地，在所述的氪氙濃縮和氖氦濃縮含循環氮氣的整合裝置中，所述粗氖塔冷凝蒸發器頂部通過管道經所述過冷器、所述主換熱器與所述氮氣循環壓縮機連通。