[发明专利]一种纯氖气的低温分离提取系统及方法

权利要求书

1.一种纯氖气的低温分离提取系统，该系统包括通过管道依次连接的原料缓存增压单元、冷凝分离除氮单元、吸附除氮单元和氖净化单元，其特征在于：

所述的原料缓存增压单元包括通过管道依次连通的低压缓冲罐(11)、原料压缩机（12）和中压缓冲罐(13)；

所述的冷凝分离除氮单元包括通过管道依次连通的一级分离器（21）和二级分离器（22），所述一级分离器（21）与混合物缓存增压单元中压缓冲罐（13）之间还设有第一换热器（23），且所述第一换热器（23）、一级分离器（21）和二级分离器（22）均放置于第一真空绝热容器（24）中；

所述的吸附除氮单元包括并联连通的第一除氮吸附器（31）和第二除氮吸附器（32），且所述第一除氮吸附器（31）和第二除氮吸附器（32）分别放置于第二真空绝热容器（33）和第三真空绝热容器（34）中；

所述的氖净化单元包括通过管路依次连接的循环膜压机（41）、液氮冷却器（42）和除氦塔（43），所述循环膜压机（41）和液氮冷却器（42）之间还设有第二换热器（44），所述液氮冷却器（42）和除氦塔（43）之间还设有第三换热器（45），所述除氦塔（43）底部还通过管路与液氖冷却器（46）和除氢塔（47）相连，所述除氢塔（47）底部还通过管路依次与液氖冷却器（46）和纯氖膜压机（48）相连，且所述第二换热器（44）、液氮冷却器（42）、第三换热器（45）、除氦塔（43）、液氖冷却器（46）和除氢塔（47）均放置于高真空绝热容器（49）中。

2.根据权利要求1所述纯氖气的低温分离提取系统，其特征在于所述原料缓存增压单元中的低压缓冲罐(11)还通过管路与冷凝分离除氮单元中的二级分离器（22）顶部相连；

所述冷凝分离除氮单元中的一级分离器（21）顶部还通过管路与吸附除氮单元中的第一除氮吸附器（31）底部和第二除氮吸附器（32）底部并联连接，二级分离器（22）底部还通过管路与第一真空绝热容器（24）内腔连通，第一真空绝热容器（24）还连通来自液氮罐的液氮管路，所述第一换热器（23）还通过管路与真空泵（25）相连。

3.根据权利要求1或2所述纯氖气的低温分离提取系统，其特征在于所述吸附除氮单元中的第一除氮吸附器（31）顶部和第二除氮吸附器（32）顶部通过管路并联连接同时与冷凝分离除氮单元中的第一换热器（23）下端连接，第二真空绝热容器（33）和第三真空绝热容器（34）分别与高温氮气管路相连并且分别连通氮气排放管，第二真空绝热容器（33）和第三真空绝热容器（34）还分别连通来自液氮罐的液氮管路，第二真空绝热容器（33）和第三真空绝热容器（34）还通过管道分别连通真空泵（35）和真空泵（36）。

4.根据权利要求3所述纯氖气的低温分离提取系统，其特征在于所述冷凝分离除氮单元中的第一换热器（23）上端与氖净化单元中的循环膜压机（41）入口通过管路相连，且所述循环膜压机（41）入口处还连有除氢塔（47）顶部出口管路，所述除氦塔（43）顶部出口还通过管路与大气连接，液氮管路还连接液氮冷却器（42）入口，所述液氮冷却器（42）出口通过管路与大气连接，高真空绝热容器（49）还通过管路连接真空泵（50）。

5.一种利用权利要求1或2或3或4所述低温分离提取系统进行纯氖气的提取方法，其特征在于所述的提取方法包括如下步骤：

a、原料气缓存：原料压缩机（12）将空分装置中的原料气及冷凝分离除氮单元返回的气体压缩到中压缓冲罐(13)中储存，中压缓冲罐(13)中的压力为4.0MPa（G）；

b、冷凝分离除氮：将步骤a中压原料气进行降温冷凝，经过一级分离器（21）和二级分离器（22）分离得到含少量氮的氖、氦、氢不凝气；

c、吸附除氮：将步骤b中得到的含少量氮的氖、氦、氢不凝气经过第一除氮吸附器（31）和第二除氮吸附器（32）进行低温吸附处理，去除其中的氮和微量氧氩等杂质，得到纯氖、氦、氢混合气；

d、氖净化：将步骤c中得到的纯氖、氦、氢混合气冷却至45K左右经过除氦塔（43）进行精馏分离处理，得到纯氖、氢混合液体，再将纯氖氢混合液体进一步冷却至25K左右经过除氢塔（47）进行精馏分离处理，得到纯氖气。

6.根据权利要求5所述纯氖气的提取方法，其特征在于所述的步骤中：

步骤a，来自空分装置的氖、氦、氮、氢混合气经过减压后，以10KPa—50KPa的压力混合气储存于低压缓冲罐(11)中，低压缓冲罐(11)同时还接收来自冷凝分离除氮单元中二级分离器（22）顶部分离出来的气体，这两部分气体混合后经过原料压缩机（12）压缩到4.0MPa后进入到中压缓冲罐(13)以供后续单元连续运行使用；

步骤b，来自原料缓存增压单元中压缓冲罐(13)中的带压原料气进入第一换热器（23）冷凝，得到的气液混合物送入一级分离器（21），一级分离器（21）底部得到的液体主要成分为氮，将该股液氮降压至100KPa（G）通入二级分离器（22）中，二级分离器（22）底部液氮排放至第一真空绝热容器（24）中，二级分离器（22）顶部气体送入原料缓存增压单元低压缓冲罐(11)重复利用，一级分离器（21）顶部得到的不凝气体成分为氖、氦与低于2%的少量氮，将该不凝气通入下一工序单元继续净化；

步骤c，来自冷凝除氮单元一级分离器（21）顶部的含氖、氦组分和少量氮的不凝气通入到所述第一除氮吸附器（31）底部，在第一除氮吸附器（31）顶部得到的低温纯氖、氦、氢混合气通入冷凝分离除氮单元的第一换热器（23）下端，第一换热器（23）上端得到的常温纯氖、氦、氢混合气（290K）通入氖净化单元循环膜压机（12）入口；

步骤d，来自冷凝分离除氮单元的第一换热器（23）上端的常温纯氖、氦、氢混合气通入循环膜压机（41）入口，同时循环膜压机（41）入口还有除氢塔（47）顶部气体并联，循环膜压机（41）的出口气体压力为18.0MPa（G）—20.0MPa（G），通过管路依次通过第二换热器（44）、液氮冷却器（42）和第三换热器（45）冷却得到45K左右的低温气液混合物，将上述混合物降压至3.0MPa（G）后通入除氦塔（43），除氦塔（43）顶部得到的含氦、氢和少量氖的混合气体依次通入第三换热器（45）和第二换热器（44）升温至300K后排放，将除氦塔（43）底部得到仅含氖和氢的液体通入液氖冷却器（46）冷却到25K左右的后降压至50KPa（G）—80KPa（G）通入除氢塔（47），除氢塔（47）顶部得到的含氢和氖的混合气依次通过连接管路通入第三换热器（45）和第二换热器（44）升温至300K后通入循环膜压机（41）入口，除氢塔（47）底部得到的含氖量高于99.999%的纯氖液体通过管路依次通入液氖冷却器（46）、第三换热器（45）和第二换热器（44），气化升温至300K后通入纯氖膜压机（48）入口，纯氖膜压机（48）出口得到15.0MPa（G）—20.0MPa（G）的纯氖气产品。