专利名称：一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置及其使用方法
技术领域：
本发明涉及一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的方法和装置，尤其是涉及一种从液氧 产品中同时提取氪氙浓缩物和高纯氧的装置及其使用方法。
背景技术：
工艺流程以低温精馏法制取高纯氧为普遍，原料液主要为液氧和气氧两种，根据 原料液的不同，液氧中提取高纯氧工艺，主要是从主冷中抽取液氧(99. 5 99. 7% )，其余 为氮、氩、氪、氙及碳氢化合物等进入一只高纯氧塔中，以回流的方式进行精馏，制取的高纯 氧纯度为99. 995%，此方法高纯氧的制取量较小。另一种方式为选取粗氩塔回流液作高纯液氧的原料，从氩塔下部约5块塔板处抽 取含量93. 17% 02，6. 8% Ar，0. 013% N2的原料气，送入纯氧塔进行精馏，经过约50块塔板， 塔釜产出约20Nm3/h的纯度为99. 9995%的高纯氧。该方法原料液氧不是从主冷抽取，而是 选取粗氩塔回流液作为原料，其提取率只有约1.43%。随着电子工业技术的不断发展，对高纯氧的需求日益增大。目前普遍采用液氧为 原料进行高纯氧的制取，提取率较低。而在氪氙粗制工艺流程中，经过一次、二次纯化后的 氧气，纯度达到99. 5% 99. 99%是制取高纯氧的极佳原料，其特点是产量大、纯度高。而 这样的原料气普遍采取放空或者与其他气体混合的方式，调节冷凝蒸发器温度，未能充分 利用现有资源，实现循环经济。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高纯氧的回收 率高、同时生产氪氙混合物以及高纯氧、应用广泛的生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置及其 使用方法。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现—种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，该装置包括第一级精馏塔及 第二级精馏塔，所述的第一级精馏塔内设置数块塔板，该第一级精馏塔塔侧的管道上设置 原料进料口，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置再沸器，所述的第二级精馏塔中部与第一级精 馏塔的上部经管道连接，该第二级精馏塔内设置数块塔板，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置 再沸器，塔侧设置高纯气/液氧抽口，所述的第一级精馏塔塔釜的再沸器经节流阀与管道 与第一级精馏塔及第二级精馏塔塔顶的冷凝蒸发器连接。所述的原料进料口设在距第一级精馏塔塔釜的至少一块塔板的高度。所述的第一级精馏塔内的塔板数为8 20块，第二级精馏塔内的塔板数为40 100块，优选68块。所述的再沸器为电加热器或气体蒸发塔釜液体的换热器。 所述的高纯气/液氧抽口设在距第二级精馏塔塔釜2 10块塔板的高度，优选距 塔釜5块塔板的高度。
所述的高纯气/液氧抽口设在第二级精馏塔塔釜。一种生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步 骤(1)将原料经原料进料口导入至第一级精馏塔中进行精馏处理，控制第一级精馏 塔的温度为-126 _164°C，压力为1. 5 3bar，在塔釜得到氪氙浓缩物，在塔顶得到去除 氪、氙及碳氢化合物的氧气或液氧；(2)塔顶得到的氧气或液氧进入第二级精馏塔继续精馏，控制第二级精馏塔的温 度为-170 _175°C，压力为2 5bar，在高纯气/液氧抽口得到高纯液氧或高纯气氧，塔 顶得到氧氩混合物；(3)氮气进入第一级精馏塔塔釜再沸器液化成液氮，液氮经节流阀节流至低压进 入第一级精馏塔及第二级精馏塔的塔顶冷凝蒸发器，蒸发成气氮，未被蒸发的液氮作为液 氮产品从第一级精馏塔中输出。所述的原料包括含氪氙混合物的原料液氧或含氪氙混合物且经换热器预冷至接 近饱和状态的低温气氧，所述的原料液氧为连接空分设备的工业液氧或经浓缩并脱除甲烷 等高沸点组份的液氧。所述的氪氙浓缩物中氪氙含量为原料中氪氙含量的3 20倍，优选10倍。所述的高纯液氧或高纯气氧中氧气纯度达到99. 99v/v% -99. 9997v/v%。与现有技术相比，本发明具有以下优点(1)可实现氪氙混合物和高纯氧的同时回收，其中高纯氧的回收率高，可以达到 90%以上；(2)高纯氧产品气形式多样，生产的气体产品可以是气体，也可生产液体产品进入 液体储槽贮存；(3)设置两只精馏塔，可同时生产氪氙浓缩物以及高纯氧产品。通过逐级精馏，第 一级精馏塔底部生产的贫氪氙液或者粗氪氙液，已经脱除掉原料气中的高沸点组分(Kr、 Xe、 C3、CF4、C2F6、SF6等)，塔顶排放的氧气中仅含微量的Ar和N2，最终获得纯度高于 99. 999%的高纯氧产品，其中各种杂质含量均低于GB/T14599-2008高纯氧的技术指标；(4)应用范围广，在用户设置了液氧、液氮低温贮槽后，本发明装置可脱离空气分 离装置，独立运行。
图1为实施例1中本发明的结构示意图；图2为实施例2中本发明的结构示意图；图3为实施例3中本发明的结构示意图；图4为实施例4中本发明的结构示意图。图中，1为第一级精馏塔、2为第二级精馏塔、3为原料、4为低温氮气、5为液氮、6 为节流阀、7为液氮、8为氧气、9为氮气、10为液氮、13为液氮、14为氮气、15为高纯液氧、16 为液氧、17为氧氩混合物、18为再沸器、19为氪氙浓缩物、20为冷凝蒸发器、21为再沸器、22 为冷凝蒸发器。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。实施例1一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其结构如图1所示，原料液氧产品3以 1000Nm3/h送入第一级精馏塔1之中，塔内操作压力在2bar，设置10块塔板，塔底得 到200Nm3/h贫氪氙液，氪、氙、甲烷等高沸点组分初次洗涤进入贫氪氙液中，其中氪氙约 600ppm,甲烷约200ppm，其余杂质含量约20ppm，顶排放的氧气8中几乎不含氪氙等高沸点 组分，塔底流体得到贫氪氙液，进入第二级精馏塔2内再次精馏。贫氪氙塔底部流体采用氮 气加热，温度降至饱和点的流体氮气4，经过再沸器21及节流阀6之后分离成以气液两相， 得到液氮5，液氮7及液氮13分别进入两个塔顶的冷凝蒸发器20及22中作为冷源，多余的 液氮通过管线排出进入储槽，液氮蒸发使上升的氧气冷凝成液氧回流塔内进行精馏，液氮 被蒸发得到的氮气9及氮气14，在塔釜得到氪氙浓缩物19。氧气流线8进入第二级精馏塔2的中上部位置，距离冷凝蒸发器6块塔板位置，第 二级精馏塔2底部再沸器18采用电加热器，产生精馏所需的上升氧气，冷源采用经过节流 阀6之后的液氮13，冷却上升的氧气产生回流液氧建立精馏工况。第二级精馏塔2操作压力 3bar，设置68块塔板，高纯氧(液氧)抽口位于距离塔釜5块位置，得到纯度大于99. 999% 的高纯液氧15，其中氩的体积含量小于2ppm，总烃含量小于0. 5ppm，底部排出含有氪氙、甲 烷等高沸点杂质的液氧16，塔顶得到氧氩混合物17。实施例2一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其结构如图2所示，与实施例1的区别是进 入第二级精馏塔2的氧气流线8为第一级精馏塔1顶部冷凝蒸发器冷凝的液氧。实施例3—种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其结构如图3所示，与实施例1的区别是进 入第一级精馏塔1的塔釜再沸器为电加热器，进入第一级精馏塔1的冷凝蒸发器20的液氮 7及第二级精馏塔2的冷凝蒸发器22的液氮13为外部液氮5提供，而不是实施例1第一级 精馏塔1的塔釜再沸器冷凝的液氮。实施例4一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其结构如图4所示，与实施例3的区别是进 入第二级精馏塔2的氧气流线8为第一级精馏塔1顶部冷凝蒸发器冷凝的液氧。实施例5一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，该装置包括第一级精馏塔及第二级精馏 塔，的第一级精馏塔内设置8块塔板，该第一级精馏塔塔侧的管道上设置原料进料口，原料 进料口设在距第一级精馏塔塔釜的一块塔板的高度，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置气体 蒸发塔釜液体的换热器，第二级精馏塔中部与第一级精馏塔的上部经管道连接，该第二级 精馏塔内设置40块塔板，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置气体蒸发塔釜液体的换热器，塔 侧设置高纯气/液氧抽口，高纯气/液氧抽口设在距第二级精馏塔塔釜2块塔板的高度，第 一级精馏塔塔釜的再沸器经节流阀与管道与第一级精馏塔及第二级精馏塔塔顶的冷凝蒸 发器连接。生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法包括以下步骤
(1)将浓缩并脱除甲烷等高沸点组份并含氪氙混合物的液氧经进料口导入至第一 级精馏塔中进行精馏处理，控制第一级精馏塔的温度为_126°C，压力为1. 5bar，在塔釜得 到氪氙浓缩物，氪氙浓缩物中氪氙含量为原料中氪氙含量的10倍，在塔顶得到去除氪、氙 及碳氢化合物的氧气；(2)塔顶得到的氧气进入第二级精馏塔继续精馏，控制第二级精馏塔的温度 为-170°C，压力为2bar，在高纯气/液氧抽口得到高纯液氧，高纯液氧或高纯气氧中氧气纯 度达到99. 99v/v%，塔顶得到氧氩混合物。(3)氮气进入第一级精馏塔塔釜再沸器液化成液氮，液氮经节流阀节流至低压进 入第一级精馏塔及第二级精馏塔的塔顶冷凝蒸发器，蒸发成气氮，未被蒸发的液氮作为液 氮产品从第一级精馏塔中输出。实施例6一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，该装置包括第一级精馏塔及第二级精馏 塔，所述的第一级精馏塔内设置20块塔板，该第一级精馏塔塔侧的管道上设置原料进料 口，原料进料口设在距第一级精馏塔塔釜的5块塔板的高度。塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设 置再沸器，第二级精馏塔中部与第一级精馏塔的上部经管道连接，该第二级精馏塔内设置 100块塔板，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置再沸器，塔釜设置高纯气/液氧抽口，第一级精 馏塔塔釜的再沸器经节流阀与管道与第一级精馏塔及第二级精馏塔塔顶的冷凝蒸发器连 接。生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法包括以下步骤(1)将浓缩并脱除甲烷等高沸点组份并含氪氙混合物的液氧经进料口导入至第一 级精馏塔中进行精馏处理，控制第一级精馏塔的温度为_164°C，压力为3bar，在塔釜得到 氪氙浓缩物，氪氙浓缩物中氪氙含量为原料中氪氙含量的3倍，在塔顶得到去除氪、氙及碳 氢化合物的液氧；(2)塔顶得到的液氧进入第二级精馏塔继续精馏，控制第二级精馏塔的温度 为_175°C，压力为5bar，在塔釜的高纯气/液氧抽口得到高纯气氧，高纯气氧中氧气纯度达 到99. 9997v/v%，塔顶得到氧氩混合物；(3)氮气进入第一级精馏塔塔釜再沸器液化成液氮，液氮经节流阀节流至低压进 入第一级精馏塔及第二级精馏塔的塔顶冷凝蒸发器，蒸发成气氮，未被蒸发的液氮作为液 氮产品从第一级精馏塔中输出。
权利要求
一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，该装置包括第一级精馏塔及第二级精馏塔，所述的第一级精馏塔内设置数块塔板，该第一级精馏塔塔侧的管道上设置原料进料口，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置再沸器，所述的第二级精馏塔中部与第一级精馏塔的上部经管道连接，该第二级精馏塔内设置数块塔板，塔顶设置冷凝蒸发器，塔釜设置再沸器，塔侧设置高纯气/液氧抽口，所述的第一级精馏塔塔釜的再沸器经节流阀与管道与第一级精馏塔及第二级精馏塔塔顶的冷凝蒸发器连接。
2.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，所述的 原料进料口设在距第一级精馏塔塔釜的至少一块塔板的高度。
3.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，所述的 第一级精馏塔内的塔板数为8 20块，第二级精馏塔内的塔板数为40 100块，优选68 块。
4.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，所述的 再沸器为电加热器或气体蒸发塔釜液体的换热器。
5.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，所述的 高纯气/液氧抽口设在距第二级精馏塔塔釜2 10块塔板的高度，优选距塔釜5块塔板的尚度。
6.根据权利要求1所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置，其特征在于，所述的 高纯气/液氧抽口设在第二级精馏塔塔釜。
7.—种生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)将原料经原料进料口导入至第一级精馏塔中进行精馏处理，控制第一级精馏塔的 温度为-126 _164°C，压力为1. 5 3bar，在塔釜得到氪氙浓缩物，在塔顶得到去除氪、氙 及碳氢化合物的氧气或液氧；(2)塔顶得到的氧气或液氧进入第二级精馏塔继续精馏，控制第二级精馏塔的温度 为-170 _175°C，压力为2 5bar，在高纯气/液氧抽口得到高纯液氧或高纯气氧，塔顶 得到氧氩混合物；(3)氮气进入第一级精馏塔塔釜再沸器液化成液氮，液氮经节流阀节流至低压进入第 一级精馏塔及第二级精馏塔的塔顶冷凝蒸发器，蒸发成气氮，未被蒸发的液氮作为液氮产 品从第一级精馏塔中输出。
8.根据权利要求7所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法，其特征在 于，所述的原料包括含氪氙混合物的原料液氧或含氪氙混合物且经换热器预冷至接近饱和 状态的低温气氧，所述的原料液氧为连接空分设备的工业液氧或经浓缩并脱除甲烷等高沸 点组份的液氧。
9.根据权利要求7所述的生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法，其特征在于，所 述的氪氙浓缩物中氪氙含量为原料中氪氙含量的3 20倍，优选10倍。
10.根据权利要求7所述的一种生产高纯氧及氪氙浓缩物装置的使用方法，其特征在 于，所述的高纯液氧或高纯气氧中氧气纯度达到99. 99v/v% -99. 9997v/v%。全文摘要
本发明涉及一种用于从含氪氙混合物的液氧中生产高纯氧及氪氙浓缩物的装置及其应用，该装置包括第一级精馏塔及第二级精馏塔，第一级精馏塔内设置数块塔板，该第一级精馏塔的塔侧设置原料液氧进料口，顶部设置冷凝蒸发器及底部设置再沸器，第二级精馏塔中部与第一级精馏塔的上部经管道连接，该第二级精馏塔内设置数块塔板，顶部设置冷凝蒸发器，底部设置再沸器，高纯气氧(或液氧)从第二级精馏塔内进料口下部数块塔板或塔釜中抽出，从第一级精馏塔釜得到含氪氙的浓缩物。与现有技术相比，本发明可实现氪氙混合物和高纯氧的同时回收，高纯氧的回收率高，且应用范围广，可脱离空气分离装置，独立运行。
文档编号C01B13/02GK101857201SQ201010190808
公开日2010年10月13日 申请日期2010年6月2日 优先权日2010年6月2日
发明者俞建, 刘剑, 周大荣 申请人:上海启元科技发展有限公司;上海启元空分技术发展有限公司