專利名稱：含CO₂和甲烷的氪氙濃縮物的分離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種空氣 分離裝置，尤其涉及一種含CO2和甲烷的氪氙濃縮物的
分罔裝直。
背景技術(shù)：
氪、氙均為稀有氣體，大氣中含量極低，廣泛用于電子工業(yè)、電光源工業(yè)，還用于氣體激光器和等離子流中。例如，用純氪、氙氣充的燈泡與同功率的充氬燈泡相比具有發(fā)光率高、體積小、壽命長、省電等優(yōu)點(diǎn)，大量用于制造礦燈；由于它的透射率特別高，可以用于制造夜戰(zhàn)時越野戰(zhàn)車的照射燈和飛機(jī)跑道指示燈，醫(yī)療衛(wèi)生方面用來測量腦血流量，其同位素可用作顯跡劑；放射性氪可用于密閉容器的檢漏和材料厚度的連續(xù)測定，還可制成不需電能的原子燈；氙燈凹面聚光后可生成2500°c高溫可用于焊接或切割難熔金屬如鈦、鉬寸?？諝夥蛛x是制備氪、氙氣的重要的方法之一，但是，空氣分離過程中會在氪、氙濃縮物中帶入大量的二氧化碳和碳?xì)浠衔?主要為甲烷)，尤其是隨著氪氙濃縮物濃度的升高，碳?xì)浠衔餄舛纫矔黾樱坏┖窟^高，會呈過飽和狀態(tài)析出，形成爆炸物。目前常用的氪氙濃縮物中的二氧化碳和甲烷的分離方法，包括使用催化法和吸附法，這些方法通常是要在45(T50(TC的高溫下，使氧氣和甲烷進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，并生產(chǎn)二氧化碳和水；然后再使用分子篩吸附器在常溫下脫出二氧化碳和水；分子篩吸附飽和后需進(jìn)行加溫再生。如李享在《4000m3/h空分氪氙提取裝置問題分析與整改》(冶金動力，2010，(6) :63飛5)公開的去除碳?xì)浠衔铩⒍趸?、提取氪氙的裝置中，包括除甲烷系統(tǒng)，分子篩吸附系統(tǒng)等八大系統(tǒng)組成，將貧氪液氣化，電加熱至催化反應(yīng)溫度480°C，甲烷在除甲烷觸媒爐中與氧氣在催化劑作用下反應(yīng)，生產(chǎn)二氧化碳和水，冷卻后送入分子篩吸附器同時脫除二氧化碳和水，分子篩吸附器至少為兩個，一個使用，另一個再生。但是這種設(shè)備和方法有著明顯的缺陷，如1)由于反應(yīng)放熱，若氪氙混合物中甲烷含量過高，則一次催化過程時，催化器出口溫度會超過催化劑的使用溫度，即要進(jìn)行多次催化，流程復(fù)雜，能耗高且影響氪氙混合物的提取率；2 )使用了不可再生的吸附劑或催化劑，使用壽命有限；而且一般使用鈀催化劑，價
格昂貴；3)在分子篩吸附器泄壓完成后的部分氪氙濃縮物無法進(jìn)入下游工序，或者放空或者回收。若放空則大大影響氪氙的提取率。若重新回收，則回收工藝較復(fù)雜，增加設(shè)備投資及維護(hù)費(fèi)用。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型提供了一種含C02和甲烷的氪氙濃縮物的分離裝置，包括三個精餾塔和制冷流體管道系統(tǒng)，可通過低溫精餾的方式去除二氧化碳和甲烷，克服了傳統(tǒng)技術(shù)分離成本高、氪氙產(chǎn)率低等缺點(diǎn)和不足。 本實(shí)用新型含C02和甲烷的氪氙濃縮物的分離裝置，包括第一精餾塔、第二精餾塔和第三精餾塔，第一精餾塔塔頂餾分出口與第二精餾塔入口相連，第二精餾塔塔底餾分出口與第三精餾塔入口相連；三個精餾塔塔底均設(shè)有再沸器。三只精餾塔入口優(yōu)選位于精餾塔的中部。再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器進(jìn)行熱量傳遞，正確地控制再沸器的熱負(fù)荷。根據(jù)本實(shí)用新型所述分離裝置的一種優(yōu)選實(shí)施方式，其中，還包括制冷流體管道系統(tǒng)和冷量交換設(shè)備，所述制冷流體管道系統(tǒng)包括通過冷量交換設(shè)備連接的流體源輸送管道和低溫流體管道。所述三只精餾塔頂部均還安裝冷凝蒸發(fā)器，所述低溫流體管道設(shè)有三個出口管分別與所述三個精餾塔內(nèi)的冷凝蒸發(fā)器入口連接。還包括流體回流管道，所述流體回流管道連接所述冷凝蒸發(fā)器出口。根據(jù)本實(shí)用新型上述分離裝置的進(jìn)一步的優(yōu)選實(shí)施方式，其中，還包括常溫流體管道，常溫流體管道分別設(shè)有三個出口管，分別與所述低溫流體管道設(shè)有三個出口管連通。所述常溫流體管道入口段還可以連通流體源輸送管道。根據(jù)本實(shí)用新型上述分離裝置的另一進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述流體回流管道連通所述冷量交換設(shè)備。根據(jù)本實(shí)用新型上述分離裝置的更進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方式，其中，所述流體回流管通過膨脹機(jī)之后與所述冷量交換設(shè)備連通。根據(jù)本實(shí)用新型上述分離裝置的第三種進(jìn)一步優(yōu)選實(shí)施方式，所述冷量交換設(shè)備還設(shè)有制冷流體管道。本實(shí)用新型上述分離裝置，還包括副換熱器，流體源輸送管道先后通過所述冷量交換設(shè)備和所述副換熱器；所述制冷流體管道先后通過所述副熱交換器和所述冷量交換設(shè)備本實(shí)用新型分離裝置，其中，三只精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段面分別設(shè)有多個測溫元件，將各個測溫元件得到的數(shù)據(jù)全部送入DCS系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單元進(jìn)行邏輯運(yùn)算得出一個平均溫度，并根據(jù)該溫度控制塔頂餾出物的閥門開度；所述測溫單元通過數(shù)據(jù)線連接DCS系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單元。每只精餾塔中所述的測溫元件設(shè)有5 15個。本實(shí)用新型分離裝置，能夠通過低溫精餾的方式實(shí)現(xiàn)氪氙濃縮物的分離和提純， 無需高溫和價格昂貴的催化劑和吸附劑，與現(xiàn)有氪氙提取裝置相比，提取率更高，而且還可以實(shí)現(xiàn)CO2和甲烷的回收。

圖1為本實(shí)用新型分離裝置實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型分離裝置實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型分離裝置實(shí)施例3結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
[0027]本實(shí)用新型提供了一種用于分離含CO2和甲烷氪氙濃縮物的裝置，采用三只精餾塔串聯(lián)，通過低溫精餾的方式實(shí)現(xiàn)氪氙的分離和純化。下面參照圖1和圖2，通過具體實(shí)施例對本實(shí)用新型分離裝置進(jìn)行詳細(xì)的介紹和描述，以使更好的理解本實(shí)用新型內(nèi)容，但下述實(shí)施例并不限制本實(shí)用性新型范圍。實(shí)施例1參照圖1，本實(shí)用新型含CO2和甲烷氪氙濃縮物的分離裝置，包括第一精餾塔2、第二精餾塔3和第三精餾塔4，第一精餾塔2塔頂餾分出口連通第二精餾塔3中部位置的入口，第二精餾塔3塔底餾分出口連接第三精餾塔4中部位置的入口。三只精餾塔內(nèi)均安裝有加熱器(再沸器)，可以是電加熱器或流體加熱，圖1中，標(biāo)記16為塔底進(jìn)行間接加熱的流體或者是電加熱器。三只精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段面分別設(shè)有多個測溫元件，將各個測溫元件得到的數(shù)據(jù)全部送入DCS系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單元進(jìn)行邏輯運(yùn)算得出一個平均溫度，并根據(jù)該溫度控制塔頂餾出物的閥門開度。每只精餾塔中所述的測溫元件設(shè)有5-15個。含有二氧化碳和甲烷的原料氪氙濃縮物1送入第一精餾塔2的中部，0. 8^1. 2MPa 和-10(T-37°C條件下進(jìn)行精餾，高沸點(diǎn)雜質(zhì)C02聚集在在這個塔的塔底隨著液體6被排出，在塔頂?shù)玫降酿s分5送入第二精餾塔3的中部，0. 3^0. 5MPa和-145 -120°C條件下進(jìn)行精餾，甲烷主要集中在了氣體7中排出，Kr、Xe等就集聚在了液體8中送入第三精餾塔4。將液體8引入到塔4中，0. 2^0. 4MPa和_135 -80°C條件下精餾，在塔底得到液體 10，其主要組分為Xe，經(jīng)檢測摩爾含量不低于99. 99% ；在塔頂?shù)玫搅黧w9，其主要組分為Kr， 經(jīng)檢測，摩爾含量不低于99. 99%。實(shí)施例2在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，本實(shí)用新型分離裝置還包括制冷流體管道系統(tǒng)和冷量交換設(shè)備17，所述制冷流體管道系統(tǒng)包括通過冷量交換設(shè)備17連接的流體源輸送管道11和低溫流體管道12 ；此外還設(shè)有流體回流管14。三只精餾塔頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，低溫流體管道12設(shè)有三個出口管分別與三個精餾塔頂部的冷凝蒸發(fā)器入口相連，冷凝蒸發(fā)器出口與流體回流管14相連。精餾過程中，流體源輸送管道11將流體送入冷量交換設(shè)備17 (如換熱器)制冷變?yōu)榈蜏亓黧w，低溫流通由低溫流體管道12送入冷凝蒸發(fā)器，在冷凝蒸發(fā)器內(nèi)與塔頂餾分進(jìn)行熱量交換，塔頂餾分冷卻，熱交換后的低溫流體通過流體回流管14送出。為了更好的控制低溫流體溫度，在本實(shí)施例中，還可以設(shè)有常溫流體管19，常溫流體管19的設(shè)有三個出口，并分別與低溫流體管12的三個出口管連通，常溫流體與低溫流體混合后進(jìn)入冷凝蒸發(fā)器，通過調(diào)節(jié)常溫流體和低溫流體的流速和流量，即可實(shí)現(xiàn)對冷源溫度的準(zhǔn)確控制。常溫流體管19的入口可以與流體源輸送管道11連通，流體源輸送管道11中的流體分為兩股，一股進(jìn)入常溫流體管19，另一股進(jìn)入冷量交換設(shè)備17。冷量交換設(shè)備17中的冷量來源可以是液氮或其他制冷劑，在此情況下，冷量交換設(shè)備17還設(shè)有制冷流體管道15，液氮由制冷流體管道15送入冷量交換設(shè)備17，與流體源輸送管道11送入的流體進(jìn)行冷量交換。[0043]一般情況下，經(jīng)過冷凝蒸發(fā)器后的制冷流體溫度會低于未經(jīng)冷凝蒸發(fā)器17冷卻的流體，為此，本實(shí)施例中，還可以將流體回流管道14出口端通過冷凝蒸發(fā)器17與流體源輸送管道11內(nèi)的流體進(jìn)行冷量交換。在此情況下，本實(shí)施例中還可以設(shè)有副換熱器18，流體經(jīng)流體源輸送管道11通過冷量交換設(shè)備17、副換熱器18后制冷變?yōu)榈蜏亓黧w，進(jìn)入低溫流通管道12 ；制冷流體管道15先通過副換熱器18再經(jīng)過冷量交換設(shè)備17，流體源輸送管道11內(nèi)的流體經(jīng)過冷量交換設(shè)備17第一次制冷后溫度下降，然后在副換熱器15內(nèi)與溫度更低的液氮進(jìn)行冷量交換。實(shí)施例3參照圖3，在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，按照實(shí)施例2所述方式按照各流體管道，與實(shí)施例 2不同的是，本實(shí)施例中，不使用液氮等制冷劑，而是將流體回流管道14中的流體進(jìn)行膨脹制冷。為此，本實(shí)施例中，流體回流管道14出口端設(shè)有膨脹機(jī)151，流體回流管道14通過膨脹機(jī)15之后在進(jìn)入冷量交換設(shè)備17。流體回流管道14內(nèi)的流體送入膨脹機(jī)15內(nèi)膨脹制冷，成為冷源，然后送入冷量交換設(shè)備17，與流體源輸送管道11內(nèi)的流體進(jìn)行冷量交換。以上對本實(shí)用新型的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本實(shí)用新型并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對本實(shí)用新型進(jìn)行的等同修改和替代也都在本實(shí)用新型的范疇之中。因此，在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種含CO2和甲烷的氪氙濃縮物的分離裝置，其特征在于，包括三只精餾塔；第一精餾塔塔頂餾分出口與第二精餾塔入口相連，第二精餾塔塔底餾分出口與第三精餾塔入口相連；三個精餾塔塔底均設(shè)有再沸器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離裝置，其特征在于，還包括制冷流體管道系統(tǒng)和冷量交換設(shè)備，所述制冷流體管道系統(tǒng)包括通過冷量交換設(shè)備連接的流體源輸送管道和低溫流體管道；所述三只精餾塔頂部均還安裝冷凝蒸發(fā)器，所述低溫流體管道設(shè)有三個出口管分別與所述三個精餾塔內(nèi)的冷凝蒸發(fā)器入口連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分離裝置，其特征在于，還包括常溫流體管道，常溫流體管道分別設(shè)有三個出口管，分別與所述低溫流體管道設(shè)有三個出口管連通；還包括流體回流管道，所述流體回流管道連接所述冷凝蒸發(fā)器出口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離裝置，其特征在于，所述常溫流體管道入口段連通流體源輸送管道。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分離裝置，其特征在于，所述流體回流管道連通所述冷量交換設(shè)備。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離裝置，其特征在于，所述冷量交換設(shè)備還設(shè)有制冷流體管道。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的分離裝置，其特征在于，還包括副換熱器，流體源輸送管道先后通過所述冷量交換設(shè)備和所述副換熱器；所述制冷流體管道先后通過所述副熱交換器和所述冷量交換設(shè)備。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分離裝置，其特征在于，所述流體回流管通過膨脹機(jī)之后與所述冷量交換設(shè)備連通。
9.根據(jù)上述權(quán)利要求廣8中任意一項所述的分離裝置，其特征在于，三只精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段面分別設(shè)有多個測溫元件；所述測溫單元通過數(shù)據(jù)線連接DCS系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的分離裝置，其特征在于，所述測溫元件設(shè)為5 15個。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種用于含CO2和甲烷的氪氙濃縮物分離裝置，包括三只精餾塔，每只精餾塔內(nèi)設(shè)有再沸器。本實(shí)用新型可通過低溫精餾的方式將氪氙分離純化，避免了現(xiàn)有分離技術(shù)中對使用催化劑和吸附劑、以及高溫反應(yīng)的要求；氪氙提取率高，成本低，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)化大規(guī)模生產(chǎn)。
文檔編號F25J3/02GK202216489SQ201120259308
公開日2012年5月9日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者嚴(yán)壽鵬, 俞建, 陳志誠 申請人:上海啟元空分技術(shù)發(fā)展股份有限公司