一種從空分裝置液氮中提取粗氖氦產(chǎn)品的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]能源、化工、空氣分離、低溫設(shè)備領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]稀有氣體是一般指氬、氖、氦、氪、氙五種氣體。除了氦主要由天然氣提取外，空氣是這些稀有氣體的主要來(lái)源。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，稀有氣體的應(yīng)有越來(lái)越廣泛，需求也越來(lái)越大，從空氣中回收稀有氣體顯露出極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003]目前氖氦粗制氣的提取主要通過(guò)大型空分中所帶的氖氦粗制裝置實(shí)現(xiàn)。這種制取方法必須在空分下塔頂部安裝一段精餾塔板，如若建設(shè)初期沒(méi)安裝這段塔板則不能夠通過(guò)這種方法制取粗氖氦氣，而且在下塔加裝的這段塔板上氣液比和下塔其他部分相比有很大差別，稍有設(shè)計(jì)偏差和操作偏差容易造成整個(gè)空分工況的不穩(wěn)定。因此，設(shè)計(jì)操作難度高，投資大，產(chǎn)量受空分規(guī)模的限制，難適應(yīng)現(xiàn)代化企業(yè)對(duì)氖氦越來(lái)越大的需求。
[0004]本方法可在不增加空分下塔塔板的前提下提取粗氖氦氣，既適用于新有空分的建設(shè)也適用于原有未帶氖氦粗制裝置的空分改造。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種從空分裝置液氮中提取粗氖氦產(chǎn)品的方法，該方法可用于新上空分裝置也可用于原有空分裝置改造。該方法具備投資及占用空間都比較小且適用性強(qiáng)的特點(diǎn)。
[0006]本發(fā)明提供的技術(shù)方案是:
從空分裝置液氮中提取粗氖氦產(chǎn)品的方法，同時(shí)進(jìn)行以下作業(yè)流程:
a、將粗氖氦塔冷凝器、粗氖氦塔、粗氖氦塔蒸發(fā)器自上而下依次固定布置，粗氖氦塔冷凝器吸收腔通過(guò)管路與粗氖氦塔他頂部連通，粗氖氦塔蒸發(fā)器與粗氖氦塔底部連通。然后同時(shí)進(jìn)行后續(xù)作業(yè)流程；
b、空分主冷凝蒸發(fā)器吸收腔產(chǎn)生的液氮分為兩路，一路進(jìn)下塔頂部，另一路從的中部送入粗氖氦塔精餾；放出冷量的液氮(氖氦組分從液氮中蒸發(fā))從粗氖氦塔蒸發(fā)器通過(guò)連接管路輸入過(guò)冷器吸收冷量后分為兩路，一路輸入上塔中部精餾，另一路降壓后輸入粗氖氦塔冷凝器再次釋放冷量，變成氣相后輸入上塔頂部低壓氮?dú)夤苈罚?br> C、粗氖氦塔頂部氣體輸入粗氖氦塔冷凝器吸收腔吸收冷量后得到氣液相混合物，其中液相部分輸回粗氖氦塔頂部，氣相部分作為產(chǎn)品粗氖氦氣輸出系統(tǒng)；
d、中壓氣液臨界點(diǎn)的空氣(或氮?dú)?進(jìn)入粗氖氦塔蒸發(fā)器吸收腔吸收冷量后轉(zhuǎn)換為液態(tài)后輸入上塔的液空(或液氮)管線；
粗氖氦塔冷凝器內(nèi)液氮的蒸發(fā)溫度低于吸收腔內(nèi)氮?dú)?富含氖氦組分)的液化溫度，通過(guò)控制液氮的壓力和氮?dú)?富含氖氦組分)的壓力實(shí)現(xiàn)，粗氖氦塔蒸發(fā)器內(nèi)空氣的液化溫度高于液氮的蒸發(fā)溫度，通過(guò)控制空氣和液氮的壓力實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的工作原理是: 1、空氣中的氖含量為18ppm，氦含量為5.2ppm。在空分下塔實(shí)現(xiàn)氧氮分離的過(guò)程中，空氣中微量的氖氦都濃縮在液氮中(含氖50ppm左右)進(jìn)入空分上塔，然后隨氮?dú)猱a(chǎn)品輸出系統(tǒng)，加入粗氖氦塔后，使主冷凝蒸發(fā)器產(chǎn)生的液氮先經(jīng)過(guò)粗氖氦塔精餾提取其中的氖氦成分，再將取出了氖氦組分的液氮送入上塔繼續(xù)參加精餾。
[0008]2、通過(guò)控制輸入粗氖氦塔內(nèi)的液氮壓力以及輸入粗氖氦塔蒸發(fā)器的中壓氣液臨界點(diǎn)的空氣(或氮?dú)?壓力，保證兩種物流存在溫差(例如:液氮壓力為0.557MPa (A)時(shí)，蒸發(fā)溫度為_(kāi)177.8°C ;中壓空氣為0.562MPa (A)時(shí)，冷暖溫度為-171.8°C，兩者存在溫差60Oo這樣，中壓空氣(或氮?dú)?的冷凝和液氮的蒸發(fā)可同時(shí)進(jìn)行。
[0009]3、由于輸入粗氖氦塔冷凝器液氮的壓力低，而粗氖氦塔內(nèi)氮?dú)?富含氖氦組分)壓力高，所以可以控制兩種物流的壓力來(lái)保證溫差(例如:液氮壓力為0.131MPa (A)時(shí)，蒸發(fā)溫度為_(kāi)193.5°C ;氮?dú)?富含氖氦組分)壓力為0.48MPa (A)時(shí)，冷凝溫度為-188.3°C，兩者存在溫差5.2V)。這樣，液氮的蒸發(fā)和氮?dú)?富含氖氦組分)冷凝可同時(shí)進(jìn)行。
[0010]4、在粗氖氦塔中，上升蒸發(fā)氣與下流冷凝液產(chǎn)生熱交換，不斷的熱交換使頂部氣體中的氖氦濃縮，從而得到氖氦總含量為45%~50%左右的粗氖氦氣。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
首先，本方法能從空分下塔產(chǎn)生的液氮中提取粗氖氦氣，無(wú)需對(duì)空分主流路進(jìn)行更改，可用于新建空分項(xiàng)目也可應(yīng)用于原有空分改造，應(yīng)用范圍廣而且投資小，流程效率高，大大降低了粗氖氦氣的生產(chǎn)門(mén)檻。其次，粗氖氦氣產(chǎn)量高，整套空分中氖的提取率達(dá)81%左右，粗氖氦塔中氖提取率達(dá)95%左右。第三，具有低溫精餾方法的一切優(yōu)點(diǎn)，而無(wú)技術(shù)背景所述的原方法的局限。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是《不提取粗氖氦的空分流程示意圖》。其中:C1為下塔，C2為上塔，Kl為主冷凝蒸發(fā)器，K2為過(guò)冷器。圖2是《空分液氮中提取粗氖氦的流程圖》。其中:C1為上塔，C2為下塔，C3為粗氖氦塔，Kl為主冷凝蒸發(fā)器，K2為粗氖氦塔冷凝器，K3為粗氖氦塔蒸發(fā)器，Gl為主冷凝蒸發(fā)器吸收腔，G2為粗氖氦塔冷凝器吸收腔，G3為粗氖氦塔蒸發(fā)器吸收腔，El為過(guò)冷器。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明具有以下特點(diǎn):
1、從液氮中分離出產(chǎn)品粗氖氦氣
氧氮分離中，氖氦為輕組分存在于氮產(chǎn)品中，本發(fā)明用主冷凝蒸發(fā)器產(chǎn)生的液氮作為原料，將原料中的氖氦與氮組分進(jìn)行分離；
2、具有充足的熱源冷源
如前所述，粗氖氦塔的熱源及冷源都可采用來(lái)自原空分內(nèi)的流路，分別被冷凝和蒸發(fā)后再次進(jìn)入原空分參與精餾，其冷源和熱源的量不受約束，能夠充分滿足粗氖氦塔的精餾需要，從而提高粗氖氦塔的粗氖氦提取率。
[0014]以下通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例: a、從主冷凝蒸發(fā)器吸收腔Gl引出的液氮流入I號(hào)管路后分為兩股，一股通過(guò)2號(hào)管路進(jìn)下塔，一股通過(guò)3號(hào)管路作為原料氣進(jìn)入粗氖氦塔C3中部精餾，在G2粗氖氦塔冷凝器吸收腔的中通過(guò)4號(hào)管路取出粗氖氦產(chǎn)品，K3粗氖氦塔蒸發(fā)器底部液氮通過(guò)5號(hào)管路進(jìn)入過(guò)冷器El中過(guò)冷后分成兩股，一股通過(guò)6號(hào)管路降壓后進(jìn)入K2粗氖氦塔冷凝器釋放冷量，一股通過(guò)7號(hào)管路降壓后進(jìn)入上塔參與精餾；
b、氣液臨界點(diǎn)的空氣大部分通過(guò)10號(hào)管路進(jìn)入下塔參與精餾，另外一小部分通過(guò)11號(hào)管路進(jìn)入G3粗氖氦塔蒸發(fā)器吸收腔做吸收冷量，液化后的液空通過(guò)12號(hào)管路降壓后并入上塔中部參與精餾；
c、K2粗氖氦塔冷凝器的頂端輸出口還通過(guò)13號(hào)管路連接上塔頂部氮?dú)廨敵龉芫€。
[0016]粗氖氦塔冷凝器K2、粗氖氦塔C3、粗氖氦塔蒸發(fā)器K3從上到下依次布置，粗氖氦塔冷凝器內(nèi)液氮的蒸發(fā)溫度低于含氖氦組分的氮?dú)獾囊夯瘻囟龋ㄟ^(guò)控制液氮的壓力和含氖氦組分的氮?dú)獾膲毫?shí)現(xiàn)，粗氖氦塔蒸發(fā)器內(nèi)空氣的液化溫度高于液氮的蒸發(fā)溫度，通過(guò)控制空氣和液氮的壓力實(shí)現(xiàn)。
[0017]所述粗氖氦塔C3的結(jié)構(gòu)與化工設(shè)備的精餾塔結(jié)構(gòu)相同；精餾元件可采用填料+分布器，也可采用篩板結(jié)構(gòu)，或填料、篩板的組合塔結(jié)構(gòu)；上述設(shè)備以及元件、部件可全部外購(gòu)或自制。
[0018]說(shuō)述粗氖氦塔冷凝器K2和粗氖氦塔蒸發(fā)器K3可根據(jù)傳熱溫差的需要，采用板翅式換熱器或管式換熱器結(jié)構(gòu)；也可外購(gòu)或自制。
[0019]以上所述的所有管路均分別安裝有調(diào)節(jié)管路內(nèi)介質(zhì)壓力的控制閥門(mén)(常規(guī)結(jié)構(gòu)閥門(mén)，可外購(gòu)獲得)。
[0020]本實(shí)施例工作流程如下:
主冷凝蒸發(fā)器吸收腔Gl中溫度為-177.8°C的液氮中作為原料進(jìn)入粗氖氦塔C3的中部參與精餾，在粗氖氦塔蒸發(fā)器吸收腔G3中，通過(guò)11號(hào)管路輸入的臨界溫度為-171.8°C的空氣將粗氖氦塔蒸發(fā)器K3中的液氮蒸發(fā)，在粗氖氦塔冷凝器K2中，通過(guò)6號(hào)管路輸入過(guò)冷并節(jié)流降壓的低溫液氮，將粗氖氦塔冷凝器G2中的含氖氦組分的氮?dú)庖夯诖帜屎に﨏3中，上升蒸發(fā)氣與下流冷凝液產(chǎn)生熱交換，不斷的熱交換使頂部氣體中的氖氦濃縮，從而得到氖氦總含量為45°/『50%左右的粗氖氦氣。
[0021]流程特點(diǎn):
本流程從液氮中分離出粗氖氦產(chǎn)品。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種從空分裝置液氮中提取粗氖氦產(chǎn)品的方法，其特征是: a、將粗氖氦塔冷凝器、粗氖氦塔、粗氖氦塔蒸發(fā)器自上而下依次固定布置，粗氖氦塔冷凝器吸收腔通過(guò)管路與粗氖氦塔他頂部連通，粗氖氦塔蒸發(fā)器與粗氖氦塔底部連通，然后同時(shí)進(jìn)行后續(xù)作業(yè)流程； b、空分主冷凝蒸發(fā)器吸收腔產(chǎn)生的液氮分為兩路，一路進(jìn)下塔頂部，另一路從的中部送入粗氖氦塔精餾；放出冷量的液氮(氖氦組分從液氮中蒸發(fā))從粗氖氦塔蒸發(fā)器通過(guò)連接管路輸入過(guò)冷器吸收冷量后分為兩路，一路輸入上塔中部精餾，另一路降壓后輸入粗氖氦塔冷凝器再次釋放冷量，變成氣相后輸入上塔頂部低壓氮?dú)夤苈罚? C、粗氖氦塔頂部氣體輸入粗氖氦塔冷凝器吸收腔吸收冷量后得到氣液相混合物，其中液相部分輸回粗氖氦塔頂部，氣相部分作為產(chǎn)品粗氖氦氣輸出系統(tǒng)； d、中壓氣液臨界點(diǎn)的空氣(或氮?dú)?進(jìn)入粗氖氦塔蒸發(fā)器吸收腔吸收冷量后轉(zhuǎn)換為液態(tài)后輸入上塔的液空(或液氮)管線； 粗氖氦塔冷凝器內(nèi)液氮的蒸發(fā)溫度低于吸收腔內(nèi)氮?dú)?富含氖氦組分)的液化溫度，通過(guò)控制液氮的壓力和氮?dú)?富含氖氦組分)的壓力實(shí)現(xiàn)，粗氖氦塔蒸發(fā)器內(nèi)空氣的液化溫度高于液氮的蒸發(fā)溫度，通過(guò)控制空氣和液氮的壓力實(shí)現(xiàn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種從空分裝置液氮中提取粗氖氦產(chǎn)品的工藝方法，采用此種方法后可使空分裝置生產(chǎn)粗氖氦產(chǎn)品。采用本發(fā)明的工藝，具有工藝簡(jiǎn)單易操作控制，氖氦組分提取率高的特點(diǎn)，其中重要的氖組分提取率不低于81%，適合工業(yè)生產(chǎn)的需求。
【IPC分類】F25J3/04
【公開(kāi)號(hào)】CN104990366
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510331567
【發(fā)明人】沈浩, 李楠
【申請(qǐng)人】浙江新銳空分設(shè)備有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月16日