[发明专利]一种分离提纯氪和氙的方法及装置

说明书

本发明属于气体提纯领域，具体涉及一种分离提纯氪和氙的方法及装置，在常温或者低温条件下，将氪氙浓缩物原料气加入惰性气体中形成混合气，通过精馏塔连续精馏，利用碳氢化合物、氟化物、氪和氙各自的沸点不同，依次分离原料中所含杂质，得到纯氪和纯氙产品。本发明将惰性气体加入至氪氙浓缩物中形成混合气体，避免在精馏的过程中，碳氢化合物与氧聚集发生爆炸的危险，提高工艺安全性。

技术领域

本发明属于气体提纯领域，具体涉及一种分离提纯氪和氙的方法及装置。

背景技术

大气中的氪和氙含量分别约为1.138×10^-6和0.0857×10^-6，氪气和氙气一般采用多次精馏的方式从空气中提取，该过程主要利用氪和氙与空气中的其他组分沸点的不同。在氪氙生产过程中，高沸点的氪、氙、碳氢化合物以及氟化物等组分会与液氧集聚在一起，碳氢化合物是在一定温度下，通过催化剂与氧进行化学反应后生成水和二氧化碳，然后用吸附剂脱除二氧化碳和水。通过低温的精馏的方式，可得到氪氙含量在90％以上的氪氙浓缩物，浓缩物中的主要杂质仍为碳氢化合物以及氟化物。

目前清除氪氙浓缩物中的碳氢化合物，也是通过将浓缩物加热至高温在触媒的作用下，催化碳氢化合物生成二氧化碳和水，然后利用纯化器来吸附二氧化碳和水，此技术能耗较大，经过纯化器时气体损失达3％以上。

这种高温法清除碳氢化合物，消耗电能和贵金属(钯合金或铂合金)制成催化剂。高温法清除氟化物，消耗的吸气剂是属消耗物资，需定期更换，增加了运营成本。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种分离提纯氪和氙的装置，将惰性气体加入至氪氙浓缩物中形成混合气体，避免在精馏的过程中，碳氢化合物与氧聚集发生爆炸的危险，提高工艺安全性。

为实现以上技术目的，本发明的技术方案是：

一种分离提纯氪和氙的装置，包括原料气缓冲罐，原料气吸附器，主换热器，第一级精馏塔，第二级精馏塔，第三级精馏塔，第四级精馏塔，第五级精馏塔，第一冷凝蒸发器，第二冷凝蒸发器，第三冷凝蒸发器，第四冷凝蒸发器，第五冷凝蒸发器，第一塔底再沸器，第二塔底再沸器，第三塔底再沸器，第四塔底再沸器，第五塔底再沸器，液氮贮槽，氮气压缩机，氪气压缩机，氪气钢瓶，氙气压缩机，氙气钢瓶，冷箱；

所述原料气缓冲罐出口端连接有原料气吸附器，且所述原料气吸附器的出气端与主换热器的原料气进气端连通，所述主换热器的原料气出口段连通至第一级精馏塔内；

所述第一级精馏塔底部连接至第二级精馏塔中，第二级精馏塔顶部连接到第三级精馏塔中，第二级精馏塔底部连接到第四级精馏塔中，第四级精馏塔顶部连接到第五级精馏塔中，且第一级精馏塔顶部设有第一冷凝蒸发器，底部设置有第一塔底再沸器，第二级精馏塔顶部设有第二冷凝蒸发器，底部设置有第二塔底再沸器，第三级精馏塔顶部设有第三冷凝蒸发器，底部设置有第三塔底再沸器，第四级精馏塔顶部设有第四冷凝蒸发器，底部设置有第四塔底再沸器，第五级精馏塔顶部设有第五冷凝蒸发器，底部设置有第五塔底再沸器；

所述第一冷凝蒸发器入口连接液氮贮槽，所述第二冷凝蒸发器、第三冷凝蒸发器、第四冷凝蒸发器和第五冷凝蒸发器的冷源均采用低温氮气和常温氮气的混合气体，第二冷凝蒸发器、第三冷凝蒸发器、第四冷凝蒸发器和第五冷凝蒸发器的出口处氮气汇合后送入主换热器的中部，回收冷量。

所述主换热器的氮气出口端的部分氮气连通至氮气压缩机压缩后排入至主换热器的原料气进口端，与经原料气吸附器处理的原料气相混合。

第一级精馏塔顶部的第一冷凝蒸发器的冷源采用液氮，控制塔内温度为-185℃～-120℃进行精馏，使精馏塔内上升气体冷凝成回流液，从而建立起精馏工况。