一种从液氧中提取氪氙的方法技术

本发明专利技术涉及一种从液氧中提取氪氙的方法，将液氧通入分馏塔系统中的第一级精馏塔内精馏分离，在塔顶得到氧气，塔底得到氪氙浓缩液，浓缩液经过清除甲烷系统、换热器降温后送入二级精馏塔内，在塔顶得到氧气，塔釜得到氪氙二次浓缩液，二次浓缩液送入第三级精馏塔中精馏分离，塔顶得到氪浓缩物，塔底得到氙浓缩物，氪浓缩液送入第四级精馏塔中精馏得到纯氪产品，含氙浓缩物送入第五级精馏塔精馏得到含氙流体，最后将含氙流体送入第六级精馏塔中，精馏得到纯氙产品。与现有技术相比，本发明专利技术氪和氙的回收率高，经济效益好、提高了装置运行安全性能、操作简单、节省了设备投资费用和能源消耗，应用范围广原料中的氧气不会被污染，且纯度更高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种提取稀有气体的方法，尤其涉及。
技术介绍
大气中的氪和氙含量分别约为1. 138 X 10—6和0. 0857X 10—6，微量氪和氙随空气进 入空气分离装置的低温精馏塔后，高沸点组分氪、氙、碳氢化合物(主要是甲烷)以及氟化 物均积聚在低压塔的液氧内，将低压塔的液氧送入一个氪附加精馏塔(俗称一氪塔)。可获 得氪氙含量为0. 2 0. 3% Kr+Xe的贫氪氙浓縮物，其中甲烷含量约为0. 3 0. 4%。 在已知的方法中，氪氙的提取设备依赖于大型空气分离设备中必须带有一氪塔， 然后将一氪塔排出的贫氪氙浓縮物加压到5. 5MPa并使其汽化，再减压到1. 0MPa后进入甲 烷纯化装置。甲烷纯化装置是通过钯催化剂，在480 50(TC的温度下，氧与甲烷进行化学 反应后甲烷被脱除(残余甲烷含量可低于1X10—6)，然后用分子筛吸附脱除化学反应生成 物一二氧化碳和水。随着氪氙逐级浓縮，甲烷含量又随之提高，因此这种化学反应脱除甲烷 也要多次进行。 贫氪氙浓縮物中的微量氟化物，属高沸点组分。在氪氙分离过程中，将积聚在纯氪 和纯氙内。在已知的方法中，是分别通过活性锆铝吸气剂，在70(TC温度下，脱除掉杂质气体 氟化物。 氪氙的提纯要经过除氧、氪氙分离、氪精制、粗氙提纯、氙精制等几个步骤，每个步骤都在精馏塔内完成。目前常采用液氮、低温氮气、常温氮气等作为冷源，出冷凝蒸发器的冷源气体温度一般在-IO(TC以下，各级精馏塔排出的低温气汇集之后直接经过空温式汽化器复热回空压机，冷量直接散失至大气。 现有技术制取纯氪和纯氙具有以下缺点 (1)清除氟化物所需的活性锆铝吸气剂是属消耗物资，需定期更换； (2)需要多次运用化学法清除甲烷； (3)冷量不进行回收，能耗高； (4)依赖于大型空分装置中带有一氪塔，应用范围窄。
技术实现思路
本专利技术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产品纯度高、操作简单、应用范围广的从液氧中提取氪氙的方法。 本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现 —种从液氧中提取氪氙的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤 (1)将液氧通入分馏塔系统中的第一级精馏塔内，精馏塔塔压控制在O. 1 0. 4MPa，优选0. 3MPa，塔板数为4 20块，优选10块，塔温控制为-160 _180°C ，进行精 馏分离，在塔顶得到氧气，塔底得到氪氙浓縮液； (2)将步骤(1)塔釜得到的氪氙浓縮液送出冷箱，经过清除甲烷系统，将氪氙浓縮物中的甲烷摩尔含量降至1X10—Smol，然后使用分子筛吸附系统去除氪氙浓縮物中水和二 氧化碳； (3)将步骤(2)得到的氪氙浓縮物送进冷箱，经过换热器降温后送入二级精馏塔 内，精馏塔塔压控制在0. 1 0. 7MPa，优选0. 6MPa，塔板数为10 50块，优选25块，塔温控制为-110 -ie(rc，在塔顶得到氧气，塔釜得到氪氙二次浓縮液； (4)将步骤(3)塔釜得到的氪氙二次浓縮液送入第三级精馏塔中，精馏塔塔压控 制在0. 1 0. 7MPa，优选0. 5MPa，塔板数为4 40块，优选18块，塔温控制为-70 _140°C ， 进行精馏分离，塔顶得到氪浓縮物，塔底得到氙浓縮物； (5)将步骤(4)塔顶得到的氪浓縮液送入第四级精馏塔中，精馏塔塔压控制在 0. 1 0. 6MPa，优选0. 45MPa，塔板数为4 30块，优选15块，塔温控制为-120 _140°C ， 进行精馏分离，塔顶得到摩尔含量不低于99. 999%的纯氪产品； (6)将步骤(4)塔釜得到的含氙浓縮物送入第五级精馏塔中，精馏塔塔压控制在 0. 1 0. 4MPa，优选0. 3MPa，塔板数为10 90块，优选60块，塔温控制为_80 -ll(TC ， 进行精馏分离，在塔顶得到摩尔含量不低于99. 99%的含氙流体； (7)将步骤(6)塔顶得到的含氙流体送入第六级精馏塔中，精馏塔塔压控制在 0. 1 0. 4MPa，优选0. 25MPa，塔板数为4 20块，优选10块，塔温控制为-80 -ll(TC ， 进行精馏分离，在塔底得到摩尔含量不低于99. 999%的纯氙产品。 所述的第一级精馏塔的塔底设置有再沸器及冷凝蒸发器，氮气引入分馏塔系统， 经过主换热器降温后通入第一级精馏塔的塔底再沸器中，作为热源，氮气被冷却为液氮。 所述的液氮抽取一部分引入第一级精馏塔及第二级精馏塔塔顶的冷凝蒸发器中 作为冷源使用。 所述的第三级精馏塔、第四级精馏塔、第五级精馏塔及第六级精馏塔的冷凝蒸发 器采用低温氮气及常温氮气混合后的气体。 所述的精馏塔塔顶的冷凝蒸发器排出的氮气汇合后均返回主换热器，进行冷量回 收利用。 所述的精馏塔、连接精馏塔之间的低温管线及阀门都包在充有绝热材料的冷箱 内。 所述的绝热材料包括超细玻璃棉或膨胀珍珠岩。 与现有技术相比，本专利技术具有以下优点 (1)液氧中的氪和氙的回收率高，分别可达95%以上； (2)本专利技术在本系统中设置一氪塔，进行氪氙的一次浓縮，通过化学法清除甲烷， 再通过逐级精馏，脱除掉浓氪氙原料气中的所有低沸点组分(02、N2、Ar)和高沸点组分碳 氢化合物(CH4、 C2H4、 C2H6、 C3H8)及氟化物(CF4、 C2F6、 SF6)最终获得纯度高于99. 999 %的 纯氪和纯氙产品，其中各种杂质单项含量均低于GB/T5829-2006高纯氪技术指标和GB/ T5828-2006高纯氙技术指标； (3)此工艺流程经济效益好、提高了装置运行安全性能、操作简单、节省了设备投 资费用和能源消耗； (4)应用范围广，本装置仅需要少量氮气即可为整个分馏塔系统提供冷源补充，在 用户设置了充装氪氙液体杜瓦瓶和液氮低温贮槽后，本专利技术装置可脱离空气分离装置，独立运行，也可配套现有空分设备使用，实现连续稳定生产操作； (5)本装置原料中的氧气不会被污染，通过主换热器复热后可直接提供用户使用。 本装置回收了液氧的冷量制取了液氮产品。附图说明 图1为实施例1中的工艺流程图； 图2为实施例2中的工艺流程图。 图中1为第一级精馏塔、2为第二级精馏塔、3为第三级精馏塔、4为第四级精馏塔、 5为第五级精馏塔、6为第六级精馏塔、7为冷凝蒸发器、8为冷凝蒸发器、9为冷凝蒸发器、10 为冷凝蒸发器、11为冷凝蒸发器、12为冷凝蒸发器、13为电再沸器、14为电加热器、15为电 加热器、16为电加热器、17为电加热器、18为电加热器、19为原料罐、20为液氧泵、21为汽 化器、22为回热器、23为电加热器、24为甲烷接触炉、25为冷却器、26为分子筛吸附器、27 为主换热器、28为主换热器、29为冷箱。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。 实施例1 —种从液氧中提取氪氙灯方法，其工艺流程如图1所示，包括一个分馏塔系统，内 含主换热器27、28，六级精馏塔，第一级精馏塔1底部液体排放出冷箱，进入清除甲烷系 统。经过清除甲烷系统后的浓縮物进入第二级精馏塔2中。第二级精馏塔2顶部排出物为 氧气，经过主换热器复热后排出冷箱。第二级精馏塔2底部连接到第三级精馏塔3中。第 三级精馏塔3顶部连接到第四级精馏塔4中，第三级精馏塔3底部连接到第五级精馏塔5 中。第五级精馏本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从液氧中提取氪氙的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：　　（１）将液氧通入分馏塔系统中的第一级精馏塔内，精馏塔塔压控制在０．１～０．４ＭＰａ，优选０．３ＭＰａ，塔板数为４～２０块，优选１０块，塔温控制为－１６０～－１８０℃，进行精馏分离，在塔顶得到氧气，塔底得到氪氙浓缩液；　　（２）将步骤（１）塔釜得到的氪氙浓缩液送出冷箱，经过清除甲烷系统，将氪氙浓缩物中的甲烷摩尔含量降至１×１０↑［－６］ｍｏｌ，然后使用分子筛吸附系统去除氪氙浓缩物中水和二氧化碳；　　（３）将步骤（２）得到的氪氙浓缩物送进冷箱，经过换热器降温后送入二级精馏塔内，精馏塔塔压控制在０．１～０．７ＭＰａ，优选０．６ＭＰａ，塔板数为１０～５０块，优选２５块，塔温控制为－１１０～－１６０℃，在塔顶得到氧气，塔釜得到氪氙二次浓缩液；　　（４）将步骤（３）塔釜得到的氪氙二次浓缩液送入第三级精馏塔中，精馏塔塔压控制在０．１～０．７ＭＰａ，优选０．５ＭＰａ，塔板数为４～４０块，优选１８块，塔温控制为－７０～－１４０℃，进行精馏分离，塔顶得到氪浓缩物，塔底得到氙浓缩物；　　（５）将步骤（４）塔顶得到的氪浓缩液送入第四级精馏塔中，精馏塔塔压控制在０．１～０．６ＭＰａ，优选０．４５ＭＰａ，塔板数为４～３０块，优选１５块，塔温控制为－１２０～－１４０℃，进行精馏分离，塔顶得到摩尔含量不低于９９．９９９％的纯氪产品；　　（６）将步骤（４）塔釜得到的含氙浓缩物送入第五级精馏塔中，精馏塔塔压控制在０．１～０．４ＭＰａ，优选０．３ＭＰａ，塔板数为１０～９０块，优选６０块，塔温控制为－８０～－１１０℃，进行精馏分离，在塔顶得到摩尔含量不低于９９．９９％的含氙流体；　　（７）将步骤（６）塔顶得到的含氙流体送入第六级精馏塔中，精馏塔塔压控制在０．１～０．４ＭＰａ，优选０．２５ＭＰａ，塔板数为４～２０块，优选１０块，塔温控制为－８０～－１１０℃，进行精馏分离，在塔底得到摩尔含量不低于９９．９９９％的纯氙产品。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：俞建，周大荣，严寿鹏，陈志诚，刘剑，
申请(专利权)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，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]