專利名稱：全精餾制備純氪和純氙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及全精餾制備純氪和純氙的方法，尤其是涉及一種從貧氪氙濃縮物中 提取制備純氪和純氤的簡(jiǎn)單方法。
背景技術(shù)：
大氣中的氪和氙含量分別約為U38X10"和0.0857X1(T6，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(diǎn)組分氪、氙、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(gè)氪附加精餾塔(俗 稱一氪塔)?？色@得氪氙含量為0.2 0.3%Kr+Xe的貧氪氤濃縮物，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0.5Q^CH4)是極其危險(xiǎn)的，只 有預(yù)先脫除掉貧氪氙濃縮物中的甲垸后，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5.5MPa并使其汽化，再減壓到 l.OMPa后進(jìn)入甲垸純化裝置。甲垸純化裝置是通過鈀催化劑，在480 500'C的溫 度下，氧與甲烷進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)后甲垸被脫除(殘余甲垸含量可低于1X10'6)，然后 用分子篩吸附脫除化學(xué)反應(yīng)生成物一二氧化碳和水。隨著氪氙逐級(jí)濃縮，甲烷含量 又隨之提高，因此這種化學(xué)反應(yīng)脫除甲垸也要多次進(jìn)行。
貧氪氙濃縮物中的微量氟化物，屬高沸點(diǎn)組分。在氪氙分離過程中，將積聚在 純氪和純氙內(nèi)。在已知的方法中，是分別通過活性鋯鋁吸氣劑，在70(TC溫度下， 脫除掉雜質(zhì)氣體氟化物。
這些化學(xué)法清除甲垸的缺點(diǎn)是(i)要消耗大量的電能和貴重金屬(鈀合金)
制成催化劑，活性鋯鋁吸氣劑是屬消耗物資，需定期更換。(2)采用化學(xué)反應(yīng)法脫 除甲垸的裝置運(yùn)行不安全且要損失掉一部分氪和氙，同時(shí)由于工藝路線長(zhǎng)，設(shè)備多， 泄露損失也隨之增加。因此氪和氙的回收率較低， 一般不超過60~63%。 (3)設(shè)備 和閥門多，操作不方便，且不能連續(xù)運(yùn)行。
中國(guó)專利99806566.8是一種從液態(tài)氧一塔料中提取氙和可能同時(shí)提取氪的方法，其中，碳?xì)浠衔锟梢员淮蟛糠值某?，然而現(xiàn)代工業(yè)由于大氣污染等因素的 影響，液態(tài)氧中聚集的氟化物的數(shù)量已經(jīng)非?？捎^，這些氟化物會(huì)成百倍的聚集在
最終產(chǎn)品中。2006年最新發(fā)布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，氟化物在高純氤中的摩爾比例 不可超過O.IXIO'6。該已知方法的缺點(diǎn)在于，得到的產(chǎn)品純度不高，并且不能去 除原料中的氟化物。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種產(chǎn)品純度高、 方法簡(jiǎn)單、控制精確、應(yīng)用范圍廣的制備純氪和純氙的簡(jiǎn)單方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)全精餾制備純氪和純氙的方法， 其特征在于，該方法是在-19(TC -130'C的低溫條件下，在貧氪氙液中填充惰性氣 體，將助燃?xì)庋鯕庥枰韵♂?，使甲垸在氧氣中的含量不大?.5%，通過五級(jí)精餾 塔經(jīng)過逐級(jí)精餾，利用碳?xì)浠衔?、氟化物、氪和氙各自的沸點(diǎn)不同，依次分離貧 氪氙液中所含雜質(zhì)，得到純氪和純氙產(chǎn)品。
所述的方法具體包括以下步驟
(1) 將貧氪氙液經(jīng)液體泵增壓后以液體形式送入第一級(jí)精餾塔中，在該第一 級(jí)精餾塔中引入惰性氣體，利用它們具有不同的相對(duì)揮發(fā)度，分離氧氣，氪氙液全 部從塔釜引出；
(2) 將第一級(jí)精餾塔塔釜引出的氪氙液送入第二級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 低沸點(diǎn)的氮、氧、甲垸從塔頂排出，氪氙液濃縮至99%以上，以液體形式從塔釜 引出；
(3) 將第二級(jí)精餾塔塔釜引出的液體送入第三級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 塔釜得到含氤液體，其中氙的摩爾含量不低于99%，塔頂?shù)玫郊冸串a(chǎn)品，其中氪 的摩爾含量不低于99.999%;
(4) 將第三級(jí)精餾塔塔釜得到的含氙液體送入第四級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔頂?shù)玫侥柡坎坏陀?9.5%的含氙流體；
(5) 將第四級(jí)精餾塔塔頂?shù)玫降暮黧w送入第五級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔釜得到摩爾含量不低于99.999%的純氙產(chǎn)品。
所述的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔、第四級(jí)精餾塔和第五級(jí) 精餾塔的頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，底部均設(shè)有再沸器。所述的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔的冷凝蒸發(fā)器采用液氮為冷源，該冷凝蒸 發(fā)器放出的低溫氮與第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔塔頂分離出的氮?dú)饧暗趸旌蠚?匯集，通過加入其他低溫氣體形成混合氣作為第三級(jí)精餾塔、第四級(jí)精餾塔和第五 級(jí)精餾塔的冷凝蒸發(fā)器的冷源。
所述的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器或者加熱蒸汽間接加熱來(lái)進(jìn)行熱量 傳遞，準(zhǔn)確地控制再沸器的熱負(fù)荷。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
1. 氪和氙的回收率高，均可達(dá)95%。
2. 工藝流程簡(jiǎn)單，僅設(shè)置了5只精餾塔，通過逐級(jí)精餾，脫除掉貧氪氙濃縮液 中的碳?xì)浠衔?CnHm)和氟化物(CF4,C2F6,SF6等)及其他雜質(zhì)，提高了運(yùn)行 安全性能、節(jié)省了設(shè)備投資費(fèi)用和能源消耗。
3. 應(yīng)用范圍廣，在用戶設(shè)置了貧氪氙液氧和液氮低溫貯槽后，本發(fā)明裝置可脫 離空氣分離裝置，獨(dú)立運(yùn)行。也可配套現(xiàn)有空分設(shè)備使用，實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)操作。


圖l為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1
如圖1所示是一個(gè)用來(lái)分離貧氪氙濃縮物的裝置流程圖。
裝置包括第一級(jí)精餾塔l、第二級(jí)精餾塔2、第三級(jí)精餾塔3、第四級(jí)精餾塔4 和第五級(jí)精餾塔5，所述的第一級(jí)精餾塔l、第二級(jí)精餾塔2、第三級(jí)精餾塔3、第 四級(jí)精餾塔4和第五級(jí)精餾塔5的頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，底部分別設(shè)有再沸器6、 再沸器7、再沸器8、再沸器9和再沸器10。
所述的第一級(jí)精餾塔1、第二級(jí)精餾塔2的冷凝蒸發(fā)器分別采用液氮15、液氮 22為冷源，該冷凝蒸發(fā)器放出的低溫氮21、低溫氮23與第一級(jí)精餾塔1、第二級(jí) 精餾塔2塔頂分離出的氮?dú)饧暗趸旌蠚?6氮?dú)饧暗趸旌蠚?7匯集，通過加入 常溫氮形成混合氣分流后分別以流體25、流體26作為第三級(jí)精餾塔3、第四級(jí)精 餾塔4的冷凝蒸發(fā)器的冷源，剩余混合氣作為第五級(jí)精餾塔5的冷凝蒸發(fā)器的冷源。從第三級(jí)精餾塔3頂部的冷凝蒸發(fā)器排出的流體24，第四級(jí)精餾塔4頂部的 冷凝蒸發(fā)器排出的流體和第五級(jí)精餾塔5頂部的冷凝蒸發(fā)器排出的流體27返回空 分設(shè)備。
所述的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器或者加熱蒸汽間接加熱來(lái)進(jìn)行熱量 傳遞，正確地控制再沸器的熱負(fù)荷。
本發(fā)明在-19(TC -13(TC的低溫條件下，在貧氪氙濃縮物中填充惰性氣體，將 助燃?xì)庋鯕庥枰韵♂?，使甲烷在氧氣中的含量不大?.5%，避免甲垸濃度過高引 起爆炸的可能，通過五級(jí)精餾塔經(jīng)過逐級(jí)精餾，利用碳?xì)浠衔?CnHm)、氟化 物(CF4,C2F6,SF6)、氪和氙各自的沸點(diǎn)不同，依次分離貧氪氤濃縮物中所含雜質(zhì)， 在保持高提取率(不低于90%)的前提下，生產(chǎn)純度高于99.999%的純氪和純氙 產(chǎn)品。從液氧中提取貧氪氙、甲垸清除、氪氙濃縮、高純氪和或高純氙實(shí)現(xiàn)了全精 餾工況，減少了能耗和產(chǎn)品損失。
具體步驟如下
將空分裝置氪附加塔生產(chǎn)的貧氪氙濃縮物11,經(jīng)液體泵12增壓后以液體形式 13進(jìn)入第一級(jí)精餾塔1中，在該第一級(jí)精餾塔1中引入惰性氣體14 (氮?dú)饣蛘邭?氣等)，利用它們具有不同的相對(duì)揮發(fā)度，分離氧氣，高沸點(diǎn)的氪氙、其余雜質(zhì)均 存在于液體28中，從塔釜引出進(jìn)入第二級(jí)精餾塔2中。第一級(jí)精餾塔l中氪氙全 部從塔底引出，由于惰性氣體的存在避免了甲烷濃度過高而存在安全隱患的問題。
第二級(jí)精餾塔2進(jìn)行精餾分離后，低沸點(diǎn)的氮、氧、甲垸混合氣17從塔頂排 出，氪氙液濃縮至99%以上，以液體形式29從塔釜引出進(jìn)入第三級(jí)精餾塔3中， 底部氪氙混合物的摩爾濃度達(dá)到99%以上，氮氧和甲烷得以除去。
將第二級(jí)精餾塔塔釜引出的液體29送入第三級(jí)精餾塔3中，進(jìn)行精餾分離， 塔釜得到含氙液體30，其中氙的摩爾含量不低于99%,主要雜質(zhì)有C2H4， CF4， C2F6， SF6， C2H6， N20等高沸點(diǎn)的雜質(zhì)；塔頂?shù)玫郊冸串a(chǎn)品18，其中氪的摩爾含 量不低于99.999%;
將第三級(jí)精餾塔3塔釜得到的含氙液體30送入第四級(jí)精餾塔4中，進(jìn)行精餾 分離，塔頂?shù)玫侥柡坎坏陀?9.5%的含氙流體20，其中CF4的mol含量不高 于170X10-6，雜質(zhì)C2H4的mol含量不超過1X10-6; C2F6、 SF6、 C3H8、 N20、 C2H6 混合物31從塔底排出收集；
將第四級(jí)精餾塔4塔頂?shù)玫降暮黧w20送入第五級(jí)精餾塔5中，進(jìn)行精餾分離，塔釜得到摩爾含量不低于99.999%的純氙產(chǎn)品32，雜質(zhì)C2H4的摩爾含量不 超過1 X 10—6。而含氙流體20中的低沸點(diǎn)組分CF4將在塔頂隨著流體19被排出收 集。
權(quán)利要求
1.全精餾制備純氪和純氙的方法，其特征在于，該方法是在-190℃～-130℃的低溫條件下，在貧氪氙濃縮物中填充惰性氣體，將助燃?xì)庋鯕庥枰韵♂專辜淄樵谘鯕庵械暮坎淮笥?.5％，通過五級(jí)精餾塔經(jīng)過逐級(jí)精餾，利用碳?xì)浠衔?、氟化物、氪和氙各自的沸點(diǎn)不同，依次分離貧氪氙濃縮物中所含雜質(zhì)，得到純氪和純氙產(chǎn)品。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的全精餾制備純氪和純氙的方法，其特征在于，所述 的方法具體包括以下步驟(1) 將貧氪氙濃縮物經(jīng)液體泵增壓后以液體形式送入第一級(jí)精餾塔中，在該 第一級(jí)精餾塔中引入惰性氣體，利用它們具有不同的相對(duì)揮發(fā)度，分離氧氣，氪氤 液全部從塔釜引出；(2) 將第一級(jí)精餾塔塔釜引出的氪氙液送入第二級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 低沸點(diǎn)的氮、氧、甲烷從塔頂排出，氪氙液濃縮至99%以上，以液體形式從塔釜 引出；(3) 將第二級(jí)精餾塔塔釜引出的液體送入第三級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 塔釜得到含氙液體，其中氙的摩爾含量不低于99%，塔頂?shù)玫郊冸串a(chǎn)品，其中氪 的摩爾含量不低于99.999%;(4) 將第三級(jí)精餾塔塔釜得到的含氙液體送入第四級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔頂?shù)玫侥柡坎坏陀?9.5%的含氤流體；(5) 將第四級(jí)精餾塔塔頂?shù)玫降暮黧w送入第五級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔釜得到摩爾含量不低于99.999%的純氙產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的全精餾制備純氪和純氙的方法，其特征在于，所述 的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔、第四級(jí)精餾塔和第五級(jí)精餾塔的 頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，底部均設(shè)有再沸器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的全精餾制備純氪和純氙的方法，其特征在于，所述 的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔的冷凝蒸發(fā)器采用液氮為冷源，該冷凝蒸發(fā)器放出 的低溫氮與第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔塔頂分離出的氮?dú)饧暗趸旌蠚鈪R集，通 過加入常溫氮形成混合氣作為第三級(jí)精餾塔、第四級(jí)精餾塔和第五級(jí)精餾塔的冷凝蒸發(fā)器的冷源。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高純度氪和氙的提取裝置，其特征在于，所述 的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器或者加熱蒸汽間接加熱來(lái)進(jìn)行熱量傳遞，準(zhǔn)確 地控制再沸器的熱負(fù)荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及全精餾制備純氪和純氙的方法，該方法是在低溫條件下，在貧氪氙濃縮物中填充惰性氣體，將助燃?xì)庋鯕庥枰韵♂?，使甲烷在氧氣中的含量不大?.5％，通過五級(jí)精餾塔經(jīng)過逐級(jí)精餾，利用氪和氙、碳?xì)浠衔?、氟化物及其他雜質(zhì)各自的沸點(diǎn)不同，依次分離貧氪氙濃縮物中所含雜質(zhì)，得到純氪和純氙產(chǎn)品。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有甲烷脫除率高、方法簡(jiǎn)單、控制精確、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25J3/08GK101634514SQ200910056400
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者嚴(yán)壽鵬, 建 俞, 劍 劉, 陳志誠(chéng) 申請(qǐng)人:上海啟元科技發(fā)展有限公司;上海啟元空分技術(shù)發(fā)展有限公司