空分装置提取贫氪氙的几种方法及其特点

空分装置提取贫氪氙的几种方法及其特点李美玲;郑三七;张建松;于浩【摘要】随着氪氙气体在国民经济中的地位日趋升高，空分行业利用空分装置副产品提取氪氙的工艺研究也大力开展，针对空分工艺的特点进行研究和模算，得出了几种切实可行的提取贫氪氙的方法，氪氙提取率高，设备结构紧凑，流程简单，可操作性强。给用户提供更多的选择。%Withtherisingstatusofkryptonandxenongasesinnationaleconomy,researchesonkryptonandxenonrecoveryprocessutilizingASUhavebeendevelopedrapidlyinASUindustry.BasedontheASUprocesscharacteristics,studiesandsimulationcalculationsaremade,therefore,severalpracticalandfeasiblerecoverysolutionsareputforward.Withthecharacteristicsofhighkrypton&xenonrecoveryrate,compactstructure,simpleprocessandstrongoperability,wecouldprovideourcustomerswithmoreoptions.【期刊名称】《低温与特气》【年(卷)，期】2016(034)003【总页数】4页(P33-36)【关键词】贫氪氙提取工艺;特点【作者】李美玲;郑三七;张建松;于浩【作者单位】开封空分集团 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 研究院，河南开封475004;开封空分集团设计研究院，河南开封475004;开封空分集团设计研究院，河南开封475004;开封空分集团设计研究院，河南开封475004【正文语种】中文【中图分类】TB657.7•工艺与设备・氪气和氙气是国民经济中重要的工业气体。目前在我国乃至世界对氪气和氙气的需求量继续保持高增长，主要原因是其应用领域越来越广，他们不仅应用在传统的照明工业，特别是近年来在建筑门窗、平板电视、电子芯片、空间、卫星及医疗行业上的应用正在崛起。通常工业制取氪氙有以下几个途径：1.从空气分离装置的副产品中提取；2.从合成氨排放气中提取；3.从核反应堆的裂变气中提取。而我国目前主要是从空气分离装置的副产品中提取氪气和氙气。常压下，氪的沸点为-153.2OJ氙的沸点为-109.1°C，均高于氧的沸点-182.971，因而在空气分离装置中，氪氙首先富集在下塔的富氧液空中，进而富集在上塔的液氧中，由于氪氙在大气组分中含量很小（氪：1.14x10-6，氙：0.086x10-6）,在空分装置中，随着空分装置的大型化，提取氪氙的原料液氧也呈几何数增长。因此从富氧液空或液氧中回收氪氙蕴藏着巨大的经济前景。开封空分集团长期致力于全提取空分工艺的研究，在提取贫氪氙工艺流程及设备的设计上有一些独到之处，乐与同行分享。根据大气组分物性特点及空分工艺的组织特点，提取氪氙要么从下塔的富氧液空中，要么从上塔底部主冷液氧中提取。我公司主要有以下几种方法。外压或自增压空分设备工艺流程组织中，氪氙塔是以主冷来的液氧为原料并作为其回流液，该液氧分别从上塔底及主冷分别抽取，氪氙塔蒸发器以正流空气为热源将塔釜中液氧蒸发，蒸发的氧气作为上升气与上部回流的液氧直接接触进行传质传热，高沸点的Kr、Xe、CH4、CO2、N2O等被洗涤下来浓缩在塔釜中的液氧中，得到0.2%Kr+0.014%Xe的贫氪氙浓缩物产品。而低沸点的氧气在塔顶得到，并作为产品送出，见图1。特点：氪氙提取率高，可达~89%。制取氪氙原料分别来自上塔底及主冷，在粗氪氙塔同位置进料，采用规整填料塔，结构简单，制造容易。制取压力氧或制取低压氧可以和制取粗氪氙在氪氙塔同时完成，也可不出贫氪氙产品，大量产出液氧产品，流程简单，操作方便。我公司在制取氪氙新工艺中还设置了氪氙塔加温装置，在主装置不停车的情况下可对氪氙塔进行单独加温，即对氪氙塔单设小冷箱，将氪氙塔物料进出口切断，通过设置的加温装置对氪氙塔进行加温清除杂质，此时氧氮等产品量稍有减少，但不影响主装置运行，产品连续生产，见图2。内压缩流程提取氪氙工艺组织通常有三种。第一种（氧产品压力大于1.0MPaG,液氧泵压后经高压板式复热出冷箱，带制氩系统）：制取贫氪氙的原料来源于粗氩塔冷凝器的液空蒸气和来自下塔富氧液空，氪氙塔蒸发器以下塔顶部氮气为热源将塔釜中液氧蒸发，并与来源于粗氩塔冷凝器的液空蒸气一起作为氪氙塔的上升气，从下塔来的部分富氧液空作为其回流液，精馏后塔底得到粗氪氙产品，粗氪氙塔蒸发器的热源为来自下塔顶部氮气，见图3。特点：氪氙提取率较高，~83%。制取氪氙原料分别来自于粗氩塔冷凝器的液空蒸气和来自下塔富氧液空，顶底进料，采用规整填料塔，结构简单，制造容易。制取粗氪氙是在制取工艺氩产品可同时进行，也可将制取粗氪氙塔随时切掉，流程简单，操作方便，选择性强。同时我公司在制取氪氙新工艺中也可设置氪氙塔加温装置，在主装置不停车的情况下可对氪氙塔进行单独加温，即对氪氙塔单设小冷箱，将氪氙塔物料进出口切断，通过设置的加温装置对氪氙塔进行加温清除杂质，此时氧氮氩产品量无任何影响（参考图2）。第二种（氧产品压力大于1.0MPaG,液氧泵压经高压板式复热直接出冷箱）：制取贫氪氙的原料来源于上塔底上三块板抽出少量液氧与从主冷凝蒸发器K抽出较大量液氧分别进入粗氪氙塔上部作为回流液，氪氙塔蒸发器以下塔顶部氮气（或富氧液空、或从主换热器来的饱和空气）为热源将塔釜中液氧蒸发作为氪氙塔的上升气，两侧传质传热，精馏后塔顶氧气回上塔，塔底得到粗氪氙产品，粗氪氙塔蒸发器K6的热源为来自下塔顶部氮气（或富氧液空、或从主换热器来的饱和空气），见图4。特点：氪氙提取率较低，~67%。产品液氧LO抽取在上塔C2底上三块理论板处抽出，该处氪氙的浓度较塔底小，但CH4含量较主冷也降了一个数量级，这样就减少了液氧产品带走氪氙量，使更多的氪氙得以在主冷富集。同时从该处抽取少量液氧原料进入粗氪氙塔C6调节控制粗氪氙产品中CH4的含量。由于能够从主冷凝蒸发器K中抽取较多氪氙浓度较高的原料，粗氪氙产品的提取率也有所增加。粗氪氙塔的蒸发器热源来自下塔顶部氮气，较空气做热源对上塔氧、氮、氩的提取有所提高，特别是氩的提取能提高近2%。通过设置附助冷凝蒸发器及该附冷氮侧阀门V20，实现了粗氪氙塔的灵活投运，完全不影响主塔工况，对空分装置是否设置制氩系统及制氩系统是否投运更无限制。大大方便了用户的流程选择，使操作更简单方便，节约了能耗。同时我公司在该制取氪氙工艺中还可设置氪氙塔加温装置，在装置不停车的情况下可对氪氙塔进行单独加温，即对氪氙塔单设小冷箱，将氪氙塔物料进出口切断，通过设置的加温装置对氪氙塔进行加温清除杂质，此时氧氮氩产品量无任何影响（参考图2）。第三种（氧产品压力小于1.0MPaG,为安全计液氧由液氧泵压后需经浴式蒸发器蒸发后再去高压板式复热出冷箱）：制取贫氪氙的原料来源于主冷凝蒸发器的液氧经泵压后进入粗氪氙塔C6上部作为回流液，氪氙塔蒸发器以出主换热器E1底部的近饱和态高压空气为热源，将塔釜中液氧蒸发作为氪氙塔的上升气，两侧传质传热，精馏后塔顶得到压力氧产品，塔底得到粗氪氙产品，粗氪氙塔蒸发器K6的热源为出主换热器E1底部的近饱和态高压空气，见图5。特点：氪氙提取率较高，~83%。制取压力氧可以和制取粗氪氙在氪氙塔同时完成，也可不出贫氪氙产品，大量产出液氧产品，流程简单，操作方便。粗氪氙塔采用高效筛板塔，结构合理，效率高，设备布置紧凑。在该工艺中设置了液氧吸附器用于吸附液氧中的CO2、C2H2等杂质，保障氪氙塔的安全运行。以上针对几种典型的氪氙提取工艺分别进行了简要阐述并分析其特点，据此可根据用户的需要和流程产品特性进行合理的组织及优化，将最优的方案推荐给用户进行选择。李美玲（1970），女，高级工程师，现在开封空分集团有限公司设计院从事填料塔及空分工艺流程设计工作。