[发明专利]一种纯氖气的低温分离提取系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种从空分装置生产的氖、氦、氮、氢混合气中纯氖气的低温分离提取系统及方法，属于低温气体分离技术领域。

背景技术

目前氖气广泛应用于光电、高能物理等各个领域。

氖主要来源于空气，现有的制取工艺都是利用空分装置从空气中提取，提取氖气的步骤包括：1、空分装置制取氖、氦、氮、氢的混合气；2、燃烧法去除混合气中的氢制取含氖、氦、氮的粗氖、氦混合气；3、去除粗氖、氦中的氮制取纯氖、氦混合气；4、去除氦制取纯氖气产品。然而，现有的制取方法工艺路径长，设备复杂，提取率相对较低，操作难度高，高温过程安全性要求高，不利于生产。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种工艺路线短，设备简单，提取率高，操作简单，安全性高，适合于工业生产需求的纯氖气的低温分离提取系统及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，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，其中：

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、原料压缩机和中压缓冲罐；

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和二级分离器，所述一级分离器与混合物缓存增压单元中压缓冲罐之间还设有第一换热器，且所述第一换热器、一级分离器和二级分离器均放置于第一真空绝热容器中；

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

所述的氖净化单元包括通过管路依次连接的循环膜压机、液氮冷却器和除氦塔，所述循环膜压机和液氮冷却器之间还设有第二换热器，所述液氮冷却器和除氦塔之间还设有第三换热器，所述除氦塔底部还通过管路与液氖冷却器和除氢塔相连，所述除氢塔底部还通过管路依次与液氖冷却器和纯氖膜压机相连，且所述第二换热器、液氮冷却器、第三换热器、除氦塔、液氖冷却器和除氢塔均放置于高真空绝热容器中。

作为一种优选：所述原料缓存增压单元中的低压缓冲罐还通过管路与冷凝分离除氮单元中的二级分离器顶部相连；

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

作为一种优选：所述吸附除氮单元中的第一除氮吸附器顶部和第二除氮吸附器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下端连接，第二真空绝热容器和第三真空绝热容器分别与高温氮气管路相连并且分别连通氮气排放管，第二真空绝热容器和第三真空绝热容器还分别连通来自液氮罐的液氮管路，第二真空绝热容器和第三真空绝热容器还通过管道分别连通真空泵和真空泵。

作为一种优选：所述冷凝分离除氮单元中的第一换热器上端与氖净化单元中的循环膜压机入口通过管路相连，且所述循环膜压机入口处还连有除氢塔顶部出口管路，所述除氦塔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入口，所述液氮冷却器出口通过管路与大气连接，高真空绝热容器还通过管路连接真空泵。

一种利用所述低温分离提取系统进行纯氖气的提取方法，所述的提取方法包括如下步骤：

a、原料气缓存：原料压缩机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中储存，中压缓冲罐(13)中的压力为4.0MPa；

b、冷凝分离除氮：将步骤a中压原料气进行降温冷凝，经过一级分离器和二级分离器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和第二除氮吸附器进行低温吸附处理，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左右经过除氢塔进行精馏分离处理，得到纯氖气。

作为一种优选：所述的步骤中：