一种由氖氦混合气生产纯氖的装置及其方法与流程

文档序号:11857122阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种由氖氦混合气生产纯氖的装置,其特征在于,所述装置包括冷箱、第一氮吸附器、第二氮吸附器、真空泵、氦气压缩机、氦膨胀机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器,其中冷箱中设置有第一气液分离器、第二气液分离器、第一板翅式换热器、第二板翅式换热器、第三气液分离器、精馏塔、氦膨胀机和真空液氮换热器;第一氮吸附器、第二氮吸附器、真空泵、氦气压缩机、氦膨胀机制动端、液氖杜瓦、液氖泵和空浴式气化器均设置在冷箱的外部;所述的第一气液分离器的入口与粗氖氦气输入管道连接;第一气液分离器的第一出口与第二气液分离器的入口连接;第二气液分离器的第一出口与第一回收气输出管道连接;第二气液分离器的第二出口与污氮输出管道连接;第一气液分离器的第二出口与第一氮吸附器的入口以及第二氮吸附器的入口连接;第一氮吸附器的出口和第二氮吸附器的出口均与第三气液分离器的入口连接;第三气液分离器的第一出口与粗氦输出管道连接;第三气液分离器的第二出口与精馏塔的入口连接;精馏塔的第一出口与第二回收气输出管道连接;精馏塔的第二出口与液氖杜瓦的纯氖入口连接;液氖杜瓦的液氖出口与液氖泵的入口连接;液氖泵的出口与空浴式气化器的入口连接;空浴式气化器的出口与气瓶连接;液氖杜瓦的氦气出口通过第一氦气管道与氦气压缩机的入口连接;氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口连接;真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口连接;氦膨胀机的出口与液氖杜瓦的氦气入口连接;第一阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接;第一阀门的第二端与第二阀门的第一端串联,第二阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接;第三阀门的第一端与第一氮吸附器的入口连接;第三阀门的第二端与第四阀门的第一端串联,第四阀门的第二端与第二氮吸附器的入口连接;第一气液分离器的第二出口通过氖氦混合气氮吸附器管道连接在第一阀门与第二阀门之间;第四回收气输出管道连接在第三阀门与第四阀门之间;第四回收气输出管道的另一端与真空泵的入口连接;真空泵的出口与第三回收气输出管道连接;第五阀门的第一端与第一氮吸附器的出口连接;第五阀门的第二端与第六阀门的第一端串联,第六阀门的第二端与第二氮吸附器的出口连接;与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道连接在第五阀门与第六阀门之间;与第一气液分离器的第二出口连接的氖氦混合气氮吸附器管道、与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第一气液分离器的入口连接的粗氖氦气输入管道、与第二气液分离器的第二出口连接的污氮输出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在氦气压缩机的出口与真空液氮换热器的入口之间的第二氦气管道均与第一板翅式换热器连接并且与第一板翅式换热器形成换热关系;与第三气液分离器的入口连接的纯氖氦混合气排出管道、与第三气液分离器的第一出口连接的粗氦输出管道、连接在液氖杜瓦的氦气出口与氦气压缩机的入口之间的第一氦气管道以及连接在真空液氮换热器的出口与氦膨胀机的入口之间的第三氦气管道均与第二板翅式换热器连接并且与第二板翅式换热器形成换热关系。

2.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作,当第一氮吸附器工作的时候,第二氮吸附器由真空泵反向降压到真空以再生第二氮吸附器;由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第五阀门一部分进入纯氖氦混合气排出管道,另一部分被真空泵通过第六阀门吸入第二氮吸附器,对第二氮吸附器进行反吹再生,然后经第四阀门、第四回收气输出管道、真空泵由第三回收气输出管道回收去气囊;当第二氮吸附器工作的时候,第一氮吸附器由真空泵降压到真空以再生第一氮吸附器;由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第六阀门一部分进入纯氖氦混合气排出管道,另一部分被真空泵通过第五阀门吸入第一氮吸附器,对第一氮吸附器进行反吹再生,然后经第三阀门、第四回收气输出管道、真空泵由第三回收气输出管道回收去气囊。

3.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述真空液氮换热器抽到真空压力50mbarA以下,真空液氮换热器、氦气压缩机和氦膨胀机组成循环以提供装置所需的冷量。

4.如权利要求1所述的装置,其特征在于,在63-70K温区安装有第一气液分离器和第二气液分离器,在常温温区安装有第一氮吸附器和第二氮吸附器,用于除去粗氖氦混合气中的氮组分;在20-35K温区安装有氦气膨胀机、第三气液分离器和精馏塔用于将纯氖氦混合气中的氖分离。

5.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器用于吸附掉氖氦混合气中存在的氮气和氧气。

6.如权利要求1所述的装置,其特征在于,所述的真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA以下,真空液氮换热器中的液氮的温度低于65K。

7.如权利要求1所述的装置,其特征在于,与液氖杜瓦的氦气入口和氦气出口连接的管道均为真空绝热管道。

8.利用权利要求1-7任一项所述的装置由氖氦混合气生产纯氖的方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:

含有氮气的粗氖氦气经粗氖氦气输入管道输入冷箱,首先由第一板翅式换热器冷却,使得其中含有的氮气部分液化后进入第一气液分离器,得到的氖氦混合气通过第一气液分离器的第二出口进入氖氦混合气氮吸附器管道,然后进入第一板翅式换热器复热后进入第一氮吸附器或第二氮吸附器,所述第一氮吸附器和第二氮吸附器安装有吸附氮和氧的吸附剂,用于吸附掉氖氦混合气中存在的氮气和氧气;所述的第一氮吸附器和第二氮吸附器交替工作,当第一氮吸附器工作的时候,第二氮吸附器由真空泵反向降压到真空以再生第二氮吸附器;由第一氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第五阀门一部分进入纯氖氦混合气排出管道,另一部分被真空泵通过第六阀门吸入第二氮吸附器,对第二氮吸附器进行反吹再生,然后经第四阀门、第四回收气输出管道、真空泵由第三回收气输出管道回收去气囊;当第二氮吸附器工作的时候,第一氮吸附器由真空泵降压到真空以再生第一氮吸附器;由第二氮吸附器的出口排出的已经除去氮气的氖氦混合气经过第六阀门一部分进入纯氖氦混合气排出管道,另一部分被真空泵通过第五阀门吸入第一氮吸附器,对第一氮吸附器进行反吹再生,然后经第三阀门、第四回收气输出管道、真空泵由第三回收气输出管道回收去气囊;

由第一气液分离器得到的富氮液体节流以后,通过第一气液分离器的第一出口进入第二气液分离器,得到的闪蒸出来的含有氖气的气体通过第二气液分离器的第一出口进入第一回收气输出管道,直接出冷箱回收去气囊;而得到的进一步富集的污液氮则通过第二气液分离器的第一出口进入污氮输出管道,由第一板翅式换热器复热后作为污氮气直接放空;

由第一氮吸附器或第二氮吸附器纯化后的纯氖氦混合气进入纯氖氦混合气排出管道,经由第一板翅式换热器和第二板翅式换热器冷却,使得其温度下降,进而使得其中的氖组分液化,然后进入第三气液分离器,得到粗氦气和富含氖组分的粗液氖,其中粗氦气通过第三气液分离器的第一出口进入粗氦输出管道,经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热后由压缩机充瓶或者进入下一道的纯化工序;而粗液氖则通过第三气液分离器的第二出口流出,进入精馏塔,进一步精馏得到纯液氖和含有部分氦气的氖气;其中含有氦气的氖气通过精馏塔的第一出口进入第二回收气输出管道,直接出冷箱回收;而纯液氖则通过精馏塔的第二出口流出,由真空绝热管道送入液氖杜瓦储存。

9.如权利要求8所述的方法,其特征在于,当需要外卖氖气时,则由液氖泵将液氖杜瓦中的液氖增压到200公斤的压力,送入下游的空浴式气化器气化后送入气瓶,包装外卖。

10.如权利要求8所述的方法,其特征在于,冷箱的冷量由抽到真空压力50mbarA以下的真空液氮换热器中的温度低于65K的液氮和氦气压缩膨胀循环提供,氦气通过第一氦气管道进入氦压缩机,经由氦压缩机压缩后,通过第二氦气管道进入第一板翅式换热器,由第一板翅式换热器将氦气冷却,然后进入存有真空液氮的真空液氮换热器,真空液氮换热器被抽到真空压力50mbarA以下,真空液氮换热器中的液氮为温度低于65K的低温液氮,氦气与低温液氮换热冷却后,通过第三氦气管道进入第二板翅式换热器进一步冷却,然后进入氦气膨胀机膨胀,使得氦气的温度进一步下降,然后经由真空绝热管道进入液氖杜瓦,以冷却液氖杜瓦中蒸发的液氖,然后换热后的氦气由液氖杜瓦的氦气出口流出,经过真空绝热管道返回冷箱,进入第一氦气管道,经由第二板翅式换热器和第一板翅式换热器复热到常温,再进入氦压缩机。

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