[發明專利]一種采用同一熱泵生產貧氪氙和超純氧的裝置及生產工藝

有效

• 申請號: 202310168852.0
• 申請日: 2023-02-27
• 公開（公告）號: CN115854653B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 鄭夢杰;崔增濤;閆紅偉;渠會麗;何新賓;莫佩;穆非讓
• 申請（專利權）人: 河南心連心深冷能源股份有限公司
• 主分類號: F25J3/04
• 分類號: F25J3/04
• 代理公司: 鄭州隆盛專利代理事務所(普通合伙) 41143
• 代理人: 張朝陽

1.一種采用同一熱泵生產貧氪氙和超純氧的裝置的生產工藝，其特征在于：該生產工藝包括如下步驟：

步驟一：原料液氧管道內的原料液氧至原料液氧儲罐（1）內緩存，通過液氧泵（2）加壓、吸附塔（3）吸附后，通過第一調節閥（17）進入貧氪氙塔（4）內，經貧氪氙塔釜再沸器（7）、頂部冷凝器（10）分別提供熱量和冷量精餾，所述原料液氧的溫度為：-180～-183℃，流量為：3500Nm³/h，氣相分率為：0，原料液氧中的氪含量為：10～200ppm，原料液氧中的氙含量為：1～50ppm；

步驟二：使步驟一中進入貧氪氙塔（4）的原料液進行一次精餾提純后的氣相進入頂部冷凝器（10）部分液化至氣液分離器Ⅰ（11）內，氣液分離器Ⅰ（11）的液相回流至貧氪氙塔（4）內；貧氪氙塔的釜液通過第十調節閥（26）至貧氪氙儲罐（14）；貧氪氙儲罐（14）中的汽化氣通過十二調節閥（28）、回冷器第一進口（57）和回冷器第一出口（60）進入原料液氧儲罐（1）內緩存；所述貧氪氙塔的釜液溫度為：-179.5～-178.5℃，氪氙摩爾分數為：1500～3000ppm；

步驟三：步驟二中氣液分離器Ⅰ（11）的氣相進入脫氪塔（5）內，經脫氪塔釜再沸器（8）、頂部冷凝器（10）分別提供熱量和冷量精餾后，脫氪塔頂氣相經頂部冷凝器（10）液化后進入氣液分離器Ⅱ（12）中進行氣液分離，氣液分離器Ⅱ（12）內的液相一部分通過脫氪塔循環進液口（49）回流至脫氪塔（5）中，另一部分通過脫氬塔（6）的進口進入脫氬塔（6）中；所述氣液分離器Ⅱ（12）的液相出口溫度：-180～-181℃，液氧含量99.999～99.9995%；

步驟四：步驟三中進入脫氬塔（6）的液相在脫氬塔釜再沸器（9）、頂部冷凝器（10）分別提供熱量和冷量精餾后，脫氬塔釜液通過第十四調節閥（47）、回冷器第四進口（51）和回冷器第四出口（50）進入超純氧儲罐（52）中，所述回冷器第四出口（50）的超純氧液的溫度為：-181～-182℃，液氧含量99.99993～99.99995%；

步驟五：步驟三中經脫氪塔（5）精餾后的脫氪塔釜液通過脫氪塔（5）底部的液相出口、第十一調節閥（27）、回冷器第二進口（45）、回冷器第二出口（61）和原料液氧儲罐第三進口（64）進入到原料液氧儲罐（1）中；所述脫氪塔（5）液相出口的脫氪塔釜液溫度為：-178～-179℃，氪氣含量10～100ppm；所述回冷器第二出口（61）的液相溫度：-180～-181℃；

步驟六：步驟三中脫氪塔（5）精餾過程中，脫氪塔（5）上部的液相通過第一槽式液體收集分布器（69）進入第一規整填料層（67）中，液相在重力的作用下再通過第二槽式液體收集分布器（71）和第二規整填料層（68）進入脫氪塔（5）的底部，上述過程中第一溫度傳感器（70）檢測第一槽式液體收集分布器（69）上部液相的溫度，第二溫度傳感器（72）檢測通過第二規整填料層（68）的液相溫度；當第一溫度傳感器（70）和第二溫度傳感器（72）的平均溫度為-160～-165℃時，打開第十五調節閥（44），脫氪塔（5）的中部液相通過甲烷液體外抽放空管道（41）、主換熱器第五進口（43）和主換熱器第五出口（42）排放至大氣中放空；所述主換熱器第五出口（42）的氣相溫度為：35～40℃，甲烷含量：97～99%；

步驟七：步驟四中經過脫氬塔（6）進行精餾后的氣相通過脫氬塔（6）的頂部氣相出口、頂部冷凝器第三進口（37）、頂部冷凝器第三出口（35）和氣液分離器Ⅱ第一進口進入氣液分離器Ⅱ（12）中；氣液分離器Ⅱ（12）內氣液分離后的液相重復上述步驟三，氣液分離后的氣相通過氣液分離器Ⅱ（12）的氣相出口、第四調節閥（20）、主換熱器第一進口（66）和主換熱器第一出口（55）排放至大氣中放空；

步驟八：熱泵（30）內的循環氣通過主換熱器第三進口（58）和主換熱器第三出口（53）分別進入貧氪氙塔釜再沸器（7）、脫氪塔釜再沸器（8）和脫氬塔釜再沸器（9）內；

步驟九：步驟八中的氣氮通過第七調節閥（23）進入貧氪氙塔釜再沸器（7）內，將換熱后的液氮送至頂部冷凝器（10）提供冷量，所述進入貧氪氙塔釜再沸器的流量為6000～7000Nm³/h，溫度為：-170～-172℃；進入頂部冷凝器（10）的溫度為-175～-178℃;

步驟十：步驟八中的氣氮通過第八調節閥（24）進入脫氪塔釜再沸器（8）內，將換熱后的液氮送至頂部冷凝器（10）提供冷量，所述進入頂部冷凝器（10）的溫度為-176～-178℃;?進入脫氪塔釜再沸器（8）的氣氮流量為：3500Nm³/h；

步驟十一：步驟八中的氣氮通過第九調節閥（25）進入脫氬塔釜再沸器（9）內，將換熱后的液氮換熱后送至頂部冷凝器（10）提供冷量，所述進入頂部冷凝器（10）的溫度為-177～-179℃;?進入脫氬塔釜再沸器（9）的氣氮流量：?2200～3000?Nm³/h；

步驟十二：步驟九、步驟十以及步驟十一中進入頂部冷凝器（10）的液氮進行換熱后成為氣相通過頂部冷凝器（10）的殼程出口、主換熱器第四進口（56）和主換熱器第四出口（46）進入熱泵（30）內；所述主換熱器第四出口（46）出口的氣相溫度為：35～40℃，流量11000～12000Nm³/h；

步驟十三：當頂部冷凝器（10）的殼程內需要補入冷量時，液氮儲罐（16）內的液氮通過液氮儲罐（16）的第一液相出口、第五調節閥（21）和頂部冷凝器（10）的殼程第一進口（32）向頂部冷凝器（10）的殼程補入液氮；所述補入頂部冷凝器（10）的殼程液氮溫度為：?-181～-182℃；

步驟十四：當吸附塔（3）需要再生時，液氮儲罐（16）內的液氮通過液氮儲罐（16）的第二液相出口、回冷器第三進口（59）、回冷器第三出口（62）、第十三調節閥（29）、主換熱器第二進口（65）和主換熱器第二出口（54）進入吸附塔（3）中進行再生，再生后的氮氣通過吸附塔（3）的再生氣出口送入氮氣管網（40）。