一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置的制作方法
1.本實用新型涉及氣體分離技術領域，具體涉及一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置。
背景技術：
2.大氣中的氪和氙含量分別約為1.138x10-6
和0.0857x10-6
，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，將低壓塔的液氧送入一個氪附加精餾塔(俗稱貧氪塔)。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%。氧氣中甲烷含量過高(一般不超過0.5%ch4)是極其危險的，只有預先脫除掉貧氪氙濃縮物中的甲烷后，才有可能繼續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臨界壓力5.5mpa并使其汽化，再減壓到1.0mpa后進入甲烷純化裝置。甲烷純化裝置是通過鈀催化劑，在480~500℃的溫度下，氧與甲烷進行化學反應后甲烷被脫除(殘余甲烷含量可低于1x10-6
，然后用分子篩吸附脫除化學反應生成物
??
二氧化碳和水。去除甲烷后的原料氣進入第一級精餾塔后得到氪氙混合物，一般的精制設備利用此氪氙混合物作為原料，以氮氣和液氮的混合氣為冷源，通過增設多級精餾的形式分離氪氣、氙氣，并進一步提純氪氣氙氣，設備復雜，且操作繁瑣，提純效率低。因此，需要提供一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，以解決上述現有存在的問題。
技術實現要素：
3.有鑒于此，本實用新型提供一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，結構簡單、流程設計合理、安全可靠、操作簡便。
4.為達到上述技術效果，本實用新型提供一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，采用如下方案：
5.一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，包括：
6.主換熱器，用于原料氣進行降溫處理；
7.脫氧機構，與主換熱器通過管道連接且將原料氣中的氧氣脫出；脫氧機構包括與主換熱器通過管道連接的脫氧塔、與脫氧塔通過管道連接并對脫氧塔頂部排出氣體進行冷凝的脫氧塔頂部冷凝器、與脫氧塔的再沸器通過管道連接的第一氣液分離器；
8.精氪氣制取機構，與脫氧機構通過管道連接，用于將經過脫氧機構脫氧后的氣體進行處理，得到精純的氪氣，所述精氪氣制取機構包括與脫氧塔通過管道連接的精氪塔、與精氪塔通過管道連接并對精氪塔頂部排出氣體進行冷凝的精氪塔頂部冷凝器、與精氪塔頂部冷凝器通過管道連接的第二氣液分離器。
9.進一步的，所述脫氧塔的再沸器通過管道與主換熱器第一出口連接，再沸器的出口通過管道與第一氣液分離器連接，第一氣液分離器的排氣口與外界連接，第一氣液分離器的出液口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二進口連接。
10.進一步的，所述脫氧塔的頂部出氣口通過管道分別與脫氧塔頂部冷凝器第二進口和主換熱器第二進口連接，脫氧塔頂部冷凝器第二出口通過管道分別與液氧罐和脫氧塔的回流口連接，脫氧塔的上部通過管道分別與第二氣液分離器的出液口和出氣口連接，對脫氧塔內的氣體和液體進行換質換熱。
11.進一步的，所述脫氧塔頂部冷凝器第一進口與液氮源連接為脫氧塔頂部冷凝器提供冷源，脫氧塔頂部冷凝器第一出口通過管道與主換熱器第三進口連接，用于繼續回收冷量。
12.進一步的，所述精氪塔的進口通過管道與脫氧塔的底部連接，從脫氧塔下塔底部排出的原料液，通過管道從精氪塔中下部進入，精氪塔的底部通過管道與氙產品提純系統連接。
13.進一步的，所述精氪塔的頂部出氣口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第一進口連接，精氪塔頂部冷凝器第一出口通過管道分別與精氪塔的回流口和氪氣儲罐連接。
14.進一步的，所述第二氣液分離器的進口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二出口連接，從精氪塔頂部冷凝器排出的氣體進行氣液分離。
15.本實用新型的上述技術方案至少包括以下有益效果：
16.1、將出脫氧塔上塔頂部氣相分成兩股，一股為原料氣液化提供冷量，一股與液氮換熱液化為脫氧塔上塔提供回流液，本設計一方面降低液氮消耗，另一方面彌補原料氣單純靠回收氮氣冷量液化的不足，可根據原料氣量的變化，靈活調節，使能量始終平衡，保證系統穩定運行；
17.2、脫氧塔再沸器以原料氧為熱源，通過與塔釜液體進行熱交換，實現塔內輕組分分離，原料氧吸收塔釜冷量自身被液化，實現能量的等效交換，與電加熱相比，不僅節能降耗，且安全穩定；
18.3、通過耦合精餾將原料氣中的氧含量脫除至ppb級以下，設備高度集成，減少占地面積，輸送過程簡潔流暢，減少系統阻力；
19.4、本實用新型首先進行原料脫氧，然后直接生產出電子級氪產品，與氪氙分離再提純的工藝相比，流程簡單，能耗低，產品純度高且穩定。
附圖說明
20.圖1為本實用新型實施例中流程示意圖。
21.圖中：
22.1、脫氧塔；2、精氪塔；3、脫氧塔頂部冷凝器；4、精氪塔頂部冷凝器；5、再沸器；6、第一氣液分離器；7、第二氣液分離器；8、主換熱器；9、第一調節閥；10、第二調節閥；11、第三調節閥；12、脫氧塔頂部冷凝器第一進口；13、脫氧塔頂部冷凝器第一出口；14、脫氧塔頂部冷凝器第二進口；15、脫氧塔頂部冷凝器第二出口；16、精氪塔頂部冷凝器第一進口；17、精氪塔頂部冷凝器第一出口；18、精氪塔頂部冷凝器第二進口；19、精氪塔頂部冷凝器第二出口；20、主換熱器第一進口；21、主換熱器第一出口；22、主換熱器第二進口；23、主換熱器第二出口；24、主換熱器第三進口。
具體實施方式
23.為使本實用新型實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本實用新型實施例的附圖1，對本實用新型實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本實用新型的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。
24.如圖1所示：一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，包括主換熱器8，用于原料氣進行降溫處理；
25.脫氧機構，與主換熱器8通過管道連接且將原料氣中的氧氣脫出；脫氧機構包括與主換熱器8通過管道連接的脫氧塔1、與脫氧塔1通過管道連接并對脫氧塔1頂部排出氣體進行冷凝的脫氧塔頂部冷凝器3、與脫氧塔1的再沸器5通過管道連接的第一氣液分離器6；
26.精氪氣制取機構，與脫氧機構通過管道連接，用于將經過脫氧機構脫氧后的氣體進行處理，得到精純的氪氣，所述精氪氣制取機構包括與脫氧塔1通過管道連接的精氪塔2、與精氪塔2通過管道連接并對精氪塔2頂部排出氣體進行冷凝的精氪塔頂部冷凝器4、與精氪塔頂部冷凝器4通過管道連接的第二氣液分離器7。
27.脫氧塔1的再沸器5通過管道與主換熱器第一出口21連接，再沸器5的出口通過管道與第一氣液分離器6連接，第一氣液分離器6的排氣口與外界連接，第一氣液分離器6的出液口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二進口18連接。所述脫氧塔1的頂部出氣口通過管道分別與脫氧塔頂部冷凝器第二進口15和主換熱器第二進口22連接，脫氧塔頂部冷凝器第二出口15通過管道分別與液氧罐和脫氧塔1的回流口連接，脫氧塔1的上部通過管道分別與第二氣液分離器7的出液口和出氣口連接，對脫氧塔1內的氣體和液體進行換質換熱。所述脫氧塔頂部冷凝器第一進口12與液氮源連接為脫氧塔頂部冷凝器3提供冷源，脫氧塔頂部冷凝器第一出口13通過管道與主換熱器第三進口24連接，用于繼續回收冷量。
28.精氪塔2的進口通過管道與脫氧塔1的底部連接，從脫氧塔1下塔底部排出的原料液，通過管道從精氪塔2中下部進入，精氪塔2的底部通過管道與氙產品提純系統連接。所述精氪塔2的頂部出氣口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第一進口16連接，精氪塔頂部冷凝器第一出口17通過管道分別與精氪塔1的回流口和氪氣儲罐連接。所述第二氣液分離器7的進口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二出口19連接，從精氪塔頂部冷凝器4排出的氣體進行氣液分離。
29.具體的操作過程如下：來自凈化工序的富氪氙原料液，壓力為18~20bar，溫度為15~25℃，組分為氧≥99.5%，甲烷≤10ppb，氪≥1500ppm，其他組分為微量的二氧化碳、氧化亞氮、四氟化碳等，通過管道進入主換熱器第一進口20，與出脫氧塔頂部冷凝器3的氮氣、脫氧塔1的塔頂氣相出口第二股氣相換熱，回收冷量，自身被降溫至-120~-126℃，然后從主換熱器第一出口21排出，進入再沸器5，與脫氧塔1上塔塔釜液體進行換熱，自身被冷凝液化，原料液提供的熱量使脫氧塔1的塔釜輕組分沸騰蒸發，重組分在脫氧塔1的塔釜不斷累積，從再沸器5出口排出的原料液先進入第一氣液分離器6,進行氣液分離，氣相放空，液相經過第一調節閥9，被節流至15~19bar，進入精氪塔頂部冷凝器第二進口18，為熱流股提供冷量，自身被少量氣化，從精氪塔頂部冷凝器第二出口19排出進入第二氣液分離器7，進行氣液分離，液相經過第二調節閥10，被節流至4~7bar，從脫氧塔1上塔中上部進入塔內，與上升的蒸汽換質換熱；從第二氣液分離器7排出的氣相經過第三調節閥11，被節流至4~7bar從脫氧塔
1上塔中上部進入塔內，與脫氧塔1的頂部回流液體進行換質換熱。
30.從脫氧塔1的頂部排出的氣相，分成兩股，第一股進入脫氧塔頂部冷凝器的第二進口14，經換熱冷凝后分成兩股，一股進入液氧罐，作為工業氧出售，一股作為回流液，從脫氧塔1的上塔回流口進入；第二股進入主換熱器第二進口22，經換熱回收冷量后從主換熱器第二出口23排出放空；從脫氧塔1上塔塔釜排出的液體作為下塔回流液，從脫氧塔1下塔回流口進入，從脫氧塔1的下塔頂部排出的氣相進入脫氧塔1的上塔底部，進一步脫氧；從脫氧塔1下塔的塔底部排出的原料液，氧含量在ppb級以下，通過管道從精氪塔2中下部進入，與塔內上升蒸汽發生換質換熱，從精氪塔2的頂部排出的氣相，進入精氪塔頂部冷凝器第一進口16，經換熱冷凝后，從精氪塔頂部冷凝器第一出口17排出，然后分成兩股，一股作為精氪塔2的回流液從精氪塔2的回流口進入，一股作為電子級氪產品去充裝，產品純度≥99.999995%；
31.從精氪塔2底部排出的液相為富氙液，通過管道送往氙產品提純系統。
32.脫氧塔頂部冷凝器3冷源來自液氮，壓力12~13bar,溫度-186℃，從脫氧塔頂部冷凝器第一進口12進入，提供冷量后，自身被氣化從脫氧塔頂部冷凝器第一出口13排出，溫度為-160~-170℃，然后進入主換熱器第三進口24繼續回收冷量，被復溫至-50~-40℃，然后進入原料液凈化工段繼續回收冷量。
33.精氪塔頂部冷凝器4冷量來自原料液，原料液回收脫氧塔1底部冷量后，自身被液化，然后進入精氪塔頂部冷凝器4為精氪塔2頂部排出的氣相提供冷量，精氪塔2塔頂氣相被冷凝液化后，分成兩股，一股作為回流液返回精氪塔2，一股作為電子級氪產品去充裝。
34.在本實用新型中，除非另有明確的規定和限定，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或成一體；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通或兩個元件的相互作用關系，除非另有明確的限定，對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。
35.以上是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
技術特征：
1.一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，包括：主換熱器（8），用于對原料氣進行降溫處理；脫氧機構，與主換熱器（8）通過管道連接且將原料氣中的氧氣脫出；所述脫氧機構包括與主換熱器（8）通過管道連接的脫氧塔（1）、與脫氧塔（1）通過管道連接并對脫氧塔（1）頂部排出氣體進行冷凝的脫氧塔頂部冷凝器（3）、與脫氧塔（1）的再沸器（5）通過管道連接的第一氣液分離器（6）；精氪氣制取機構，與脫氧機構通過管道連接，用于對經過脫氧機構脫氧后的氣體進行處理，得到精純的氪氣，所述精氪氣制取機構包括與脫氧塔（1）通過管道連接的精氪塔（2）、與精氪塔（2）通過管道連接并對精氪塔（2）頂部排出氣體進行冷凝的精氪塔頂部冷凝器（4）、與精氪塔頂部冷凝器（4）通過管道連接的第二氣液分離器（7）。2.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述脫氧塔（1）的再沸器（5）通過管道與主換熱器第一出口（21）連接，再沸器（5）的出口通過管道與第一氣液分離器（6）連接，第一氣液分離器（6）的排氣口與外界連接，第一氣液分離器（6）的出液口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二進口（18）連接。3.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述脫氧塔（1）的頂部出氣口通過管道分別與脫氧塔頂部冷凝器第二進口（14）和主換熱器第二進口（22）連接，脫氧塔頂部冷凝器第二出口（15）通過管道分別與液氧罐和脫氧塔（1）的回流口連接，脫氧塔（1）的上部通過管道分別與第二氣液分離器（7）的出液口和出氣口連接，對脫氧塔（1）內的氣體和液體進行換質換熱。4.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述脫氧塔頂部冷凝器第一進口（12）與液氮源連接為脫氧塔頂部冷凝器（3）提供冷源，脫氧塔頂部冷凝器第一出口（13）通過管道與主換熱器第三進口（24）連接，用于繼續回收冷量。5.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述精氪塔（2）的進口通過管道與脫氧塔（1）的底部連接，從脫氧塔（1）下塔底部排出的原料液，通過管道從精氪塔（2）中下部進入，精氪塔（2）的底部通過管道與氙產品提純系統連接。6.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述精氪塔（2）的頂部出氣口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第一進口（16）連接，精氪塔頂部冷凝器第一出口（17）通過管道分別與精氪塔的回流口和氪氣儲罐連接。7.根據權利要求1所述的采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，其特征在于，所述第二氣液分離器（7）的進口通過管道與精氪塔頂部冷凝器第二出口（19）連接，從精氪塔頂部冷凝器（4）排出的氣體進行氣液分離。
技術總結
本實用新型提供一種采用耦合精餾脫除氪氙原料液中氧的裝置，屬于氣體分離技術領域，該裝置包括主換熱器，用于原料氣進行降溫處理；脫氧機構，與主換熱器通過管道連接且將原料氣中的氧氣脫出；精氪氣制取機構，與脫氧機構通過管道連接，用于將經過脫氧機構脫氧后的氣體進行處理，得到精純的氪氣。本實用新型將出脫氧塔上塔頂部氣相分成兩股，一股為原料氣液化提供冷量，一股與液氮換熱液化為脫氧塔上塔提供回流液，本設計一方面降低液氮消耗，另一方面彌補原料氣單純靠回收氮氣冷量液化的不足，可根據原料氣量的變化，靈活調節，使能量始終平衡，保證系統穩定運行。保證系統穩定運行。保證系統穩定運行。
