一种氖氦分离提取系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种氖氦分离提取系统，所述系统包括通过管道依次连通的混合物收集输出单元、净化除氢单元、浓缩冷凝单元、吸附净化单元、氖获取单元和氦获取单元，其中，所述浓缩冷凝单元和吸附净化单元设于一绝热外壳中，且所述混合物收集输出单元还包括设于低压接收器前的混合物收集组件，采用该系统，其提取工艺包括净化除氢、浓缩冷凝、吸附净化、纯氖提取、纯氦提取等步骤。采用本实用新型的系统，具有各单元的设备结构简单，安装方便，且工艺操作易控制，纯氖、纯氦提取率高的特点，分离提取出的氦气和氖气纯度不低于99.999%，适合工业化生产的需求。
【专利说明】一种氖氦分离提取系统
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种气体分离提取的系统，具体涉及一种从含氖氦的混合气中分离提取纯氖气和纯氦气的系统。
【背景技术】
[0002]目前，氦气、氖气被广泛应用于各个领域，从空分中分离提取氖、氦的工艺一般包括以下步骤:1、制取粗氖、氦混合气；2、制取纯氖、氦混合气；3、氖、氦分离，获得纯氖、纯氦气产品。然而，现有的提取工艺较为复杂，提取率相对较低，且其涉及到的设备种类较多，不利于生产操作。
实用新型内容
[0003]本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设备简单，提取率高的氖氦分离提取系统。
[0004]为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现:
[0005]一种氖氦分离提取系统，包括通过管道依次连通的混合物收集输出单元、净化除氢单元、浓缩冷凝单元、吸附净化单元、氖获取单元和氦获取单元，且所述浓缩冷凝单元和吸附净化单元设于一绝热外壳中，其中:
[0006]混合物收集输出单元:包括通过管道依次连通的低压接收器(API)、压缩机(Cl)和高压接收器(AP2)；
[0007]净化除氢单元:包括通过管路依次串联的第一混合器(AP4)、第一催化反应器(AP5)、第一水冷却器(AP6)、第一除湿器(AP7)、第二混合器(AP8)、第二催化反应器(AP9)、第二水冷却器(APlO)和第二除湿器(APII)；
[0008]浓缩冷凝单元:包括通过管道依次串联的第一冷凝器(AP18)、冷凝水汇集器(AP19)和第二冷凝器(AP20)；
[0009]吸附净化单元:包括封装于一外套中并联设计的第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)，所述外套通过管路与外部的氮气输送管路相连，所述第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)并联后通过管路还依次连接有换热器(AP16)、压缩机(C3)和纯氖氦混合物收集器(AP24)；
[0010]氖获取单元:包括依次连接的压缩机(C4)、精馏塔(AP30)、液体分离器(AP29)、压缩机(C7)和浓缩氦收集器(AP32)，所述压缩机(C4)与精馏塔(AP30)间还设有热交换器机组及氮池，且所述精馏塔(AP30)与热交换器机组及氮池均处于一真空绝热容器中，所述精馏塔(AP30)的塔底通过管路依次连接有压缩机(C5)和产品氖储瓶(AP31)；
[0011]氦获取单元:包括通过管路依次连接的热交换器(AP35)以及封装于一外套中并联设计的第一吸附器(AP36)和第二吸附器(AP37)，所述外套通过管路与外部的氮气输送管路相连，所述第一吸附器(AP36)和第二吸附器(AP37)并联后通过管路还依次连接有压缩机(C8)和产品氦储瓶(AP34)。[0012]优选的是:所述混合物收集输出单元还包括设于低压接收器(API)前的混合物收集组件，所述混合物收集组件包括至少两条并联设置的、与空气分离装置相连通的混合物输送管路，每条混合物管输送路上分别设有压力调节器及流量计。
[0013]优选的是:所述净化除氢单元还包括第一吸附干燥器(AP12)、第二吸附干燥器(AP13)和过滤器(AP14)，其中，所述第一吸附干燥器(AP12)和第二吸附干燥器(AP13)通过管道并联设于第二除湿器APll之后，并与第二除湿器(APll)的出口相连。
[0014]优选的是:所述浓缩冷凝单元中的第一冷凝器(AP18)和第二冷凝器(AP20)的冷却外套的下部分别通过管道与来自空分设备的液氮输送管路相连，且所述第一冷凝器(AP18)的入口处还连有并联设计的第一换热器(AP16)和第二换热器(AP17)。
[0015]优选的是:所述吸附净化单元还包括通过管路连接于第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)的出口处的压缩机(C2)，且所述压缩机(C2)通过管路与混合物收集输出单元的高压接收器(AP2)相连。
[0016]优选的是:所述氖获取单元还包括通过管路与精馏塔(AP30)的下部相连的液体分离器(AP29)，且所述液体分离器(AP29)的下部液体出口与精馏塔(AP30)的上部相连通，所述液体分离器(AP29)的上部出口通过管路依次连接有压缩机(C7)和浓缩氦收集器(AP32)。
[0017]优选的是:所述氖获取单元的精馏塔(AP30)的塔顶通过管路与设于真空绝热容器外的压缩机(C6)相连。
[0018]优选的是:所述氦获取单元中的第一吸附器(AP36)和第二吸附器(AP37)的出口处通过管路还连接有压缩机(C9)和浓缩氖收集器(AP38)，所述浓缩氖收集器(AP38)通过管路与吸附净化单元中的纯氦氖混合物收集器(AP24)相连。
[0019]本实用新型的有益效果在于，本实用新型的氖氦分离提取系统，各单元的设备结构简单，安装方便，且工艺操作易控制，纯氖、纯氦提取率高，适合工业化生产的需求。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1示出了本实用新型中的混合物收集输出单元的结构示意图；
[0021]图2示出了本实用新型中的净化除氢单元的结构示意图；
[0022]图3示出了本实用新型中的浓缩冷凝单元的结构示意图；
[0023]图4示出了本实用新型中的吸附净化单元的结构示意图；
[0024]图5示出了本实用新型中的氖获取单元的结构示意图；
[0025]图6示出了本实用新型中的氦获取单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】做进一步说明。
[0027]本实用新型所述的氖氦分离提取系统，用于从空气分离装置获得的氖氦浓缩物中分离提取纯氖和纯氦，包括通过管道依次连通的混合物收集输出单元、净化除氢单元、浓缩冷凝单元、吸附净化单元、氖获取单元和氦获取单元。
[0028]如图1所示，所述混合物收集输出单元包括通过管道依次连通的低压接收器AP1、压缩机Cl和高压接收器AP2。所述混合物收集输出单元还包括设于低压接收器APl前的混合物收集组件，所述混合物收集组件包括至少两条并联设置的、与空气分离装置相连通的混合物输送管路，每条混合物管输送路上分别设有压力调节器及流量计，作为一个优选的实施方式，本实施例中，设于低压接收器APl前的混合物收集组件包括三条并联设置、与空气分离装置相连通的混合物输送管路，所述混合物输送管路上分别对应设有压力调节器Rl.1、Rl.2、Rl.3和流量计Fl.1、Fl.2、Fl.3，并联设置的混合物输送管中的氦氖浓缩物汇集至一条管路中后，输送至低压接收器APl的入口处。进一步地，所述混合物收集组件与低压接收器APl间还设有阀门Al.1，用于对混合物进行取样分析。所述低压接收器APl和粗混合物压缩机Cl间还设有减压阀Rl.4。当低压接收器APl内压力大于0.35MPa时，减压阀Rl.4的阀门截面会自动降低，旁通阀流量减小，从低压接收器APl经压缩机Cl压缩到高压接收器AP2的混合物供给量则随之增加。当低压接收器APl内压力小于0.02MPa时，减压阀Rl.4的阀门截面会相应自动增加，从低压接收器APl经压缩机Cl压缩到高压接收器AP2的混合物供给量则随之减小。所述高压接收器AP2内的压力为5?15MPa。所述混合物收集输出单元经减压阀R2.1节流后送往净化除氢单元。
[0029]如图2所示，所述净化除氢单元包括通过管路依次串联的第一混合器AP4、第一催化反应器AP5、第一水冷却器AP6、第一除湿器AP7、第二混合器AP8、第二催化反应器AP9、第二水冷却器APlO和第二除湿器AP11，其中，所述净化除氢单元通过第一混合器AP4与混合物收集输出单元相连通，所述第一水冷却器AP6和第二水冷却器APlO的底部还通过管路与冷却水水源相通。进一步地，所述第一混合器AP4和第二混合器AP8的气体入口处还分别通过两根并联的管路与氧气储瓶(图中未示出)相连通，且所述氧气储瓶(图中未示出)与并联后的混合器间还设置有减压阀R2.2，氧气储瓶中的氧通过减压阀R2.2严格控制进入到第一混合器AP4和第二混合器AP8中氧气的量。所述净化除氢单元还包括第一吸附干燥器AP12、第二吸附干燥器AP13和过滤器AP14，其中，所述第一吸附干燥器AP12和第二吸附干燥器AP13通过管道并联设于第二除湿器APll之后，并与第二除湿器APll的出口相连，所述第一吸附干燥器AP12和第二吸附干燥器AP13的入口处还分别通过管路与来自空分设备的气态氮相连通，以进一步保证吸附干燥器中的吸附干燥效果；经过第一吸附干燥器AP12和第二吸附干燥器AP13吸附干燥后的氖氦混合物经管路汇集后，通过过滤器AP14送往浓缩冷凝单元。
[0030]如图3所示，所述浓缩冷凝单元包括通过管道依次串联的第一冷凝器AP18、冷凝水汇集器AP19和第二冷凝器AP20，所述第一冷凝器AP18和第二冷凝器AP20的冷却外套的下部分别通过管道与来自空分设备的液氮输送管路相连，以进一步保证冷凝器中的低温环境，进一步地，所述的液氮输送管路上还设有液氮疏水阀AP15，来自氮储罐CCl的液氮先经过疏水阀AP15处理后再去往冷凝器的外套中，所述第一冷凝器AP18的入口处还连有并联设计的第一换热器AP16和第二换热器AP17，来自净化除氢单元的氖氦混合物先经第一换热器AP16和第二换热器AP17降温至T=IOOk后再进入第一冷凝器AP18中冷凝，所述第一冷凝器AP18和第二冷凝器AP20的冷却外套的上部还通过第二换热器17与大气相通，进一步地，第二冷凝器AP20的冷却外套的上部通过第二换热器AP17后还连有一真空泵VP1，以保证第二冷凝器AP20中的低温环境，经过冷凝后的氖氦混合器从第二冷凝器AP20的出口送往吸附净化单元。
[0031]如图4所示，所述吸附净化单元包括封装于一外套中并联设计的第一吸附器AP22和第二吸附器AP23，所述外套通过管路与外套外部的氮气输送管路相连，且所述氮气输送管上设有加热器AP21，即:所述外套可为第一、第二吸附器提供经加热器AP33加热后的液氮或氮气。当第一吸附器AP22中的温度升至220K后，加热器AP21关闭。所述第一吸附器AP22和第二吸附器AP23并联后通过管路还依次连接有浓缩冷凝单元的换热器AP16、压缩机C3和纯氖氦混合物收集器AP24。所述纯氖氦混合物收集器AP24中的压力为5?15MPa。进一步地，所述第一吸附器AP22和第二吸附器AP23的外套底部还通过管路与真空泵FPl及真空泵VP2相连，用以保证吸附器中的真空度。此外，所述第一吸附器AP22和第二吸附器AP23的出口处通过管路还连接有压缩机C2，吸附净化过程中产生的不合格混合物经压缩机C2压缩至混合物收集输出单元的高压接收器AP2中。本实用新型中，所述浓缩冷凝单元和吸附净化单元被设于一绝热外壳中，所述绝热外壳外部设有液氮管路，以保证绝热外壳内各处理单元的低温环境。
[0032]如图5所示，所述氖获取单元包括依次连接的压缩机C4、精馏塔AP30、液体分离器AP29、压缩机C7和浓缩氦收集器AP32，所述压缩机C4与精馏塔AP30间还设有第一热交换器AP25、第二热交换器AP27和第三热交换器AP28，所述第一热交换器AP25和第二热交换器AP27间还设有氮池AP26，所述氮池AP26的进口与出口还分别与来自空分设备的氮气输送管路及真空泵VP3相连。其中，所述精馏塔AP30、第一热交换器AP25、第二热交换器AP27、第三热交换器AP28及氮池AP26处于一真空绝热容器中，所述真空绝热容器通过与其相连的真空泵HP和FP2抽真空至所需真空度。所述精馏塔AP30的塔顶气相产物沿管路经过第二热交换器AP27和第一热交换器AP25复热后回流至压缩机C4中循环使用。所述精馏塔AP30的塔底通过管路依次连接有压缩机C5和产品氖储瓶AP31，精馏塔AP30的塔底液相产物通过管线依次经过第三热交换器AP28、第二热交换器AP27和第一热交换器AP25复热气化后，经过压缩机C5加压至产品氖储瓶AP31中。所述精馏塔AP30的下部通过管路还连接有液体分离器AP29，所述液体分离器AP29的下部液体出口与精馏塔AP30相连通，即:液体分离器AP29中分离出的下层液体沿管路重新返回至精馏塔AP30中，所述液体分离器AP29的上部气体出口通过管路依次与第二换热器AP27、第一换热器AP25、压缩机C7和浓缩氦收集器AP32相连接。即:液体分离器AP29中的上层分离物依次经过第二热交换器AP27和第一热交换器AP25复热后，经过压缩机C7加压至浓缩氦收集器AP32中。所述精馏塔AP30内的温度为T =35?40K，进一步地，为保证精馏塔AP30中的低温环境，所述精馏塔AP30的塔顶还内部还通过管路与设于真空绝热容器外的压缩机C6相连，以对精馏塔AP30内的物质提供进一步冷却作用。
[0033]如图6所示，所述氦获取单元包括通过管路依次连接的减压阀R6.1、热交换器AP35以及封装于一外套中并联设计的第一吸附器AP36和第二吸附器AP37，所述外套通过管路与外套外部的氮气输送管路相连，且所述氮气输送管上设有加热器AP33，即:所述外套可为第一、第二吸附器提供经加热器AP33加热后的液氮或氮气。所述第一吸附器AP36和第二吸附器AP37并联后通过管路还依次与热交换器AP35、压缩机CS和产品氦储瓶AP34相连接。进一步地，所述第一吸附器AP36和第二吸附器AP37的外壳的底部还通过管路与真空泵FP3及真空泵VP4相连，用以保证吸附器中的低温环境。此外，所述第一吸附器AP36和第二吸附器AP37的出口处通过管路还连接有压缩机C9和浓缩氖收集器AP38，氦获取单元中产生的浓缩氖经压缩机C9压缩至浓缩氖收集器AP38中后，沿管路回流至吸附净化单元中的纯氦氖混合物收集器AP24中。
[0034]本实用新型所述的氖氦分离提取系统，还包括设于各单元管路或设备上的各类仪表，除非有特殊说明，本实用新型中附图中的P均表示压力表，L表示液位计，T表示温度仪，F表示流量计，此类表示方法均为本领域技术人员的公知，在此不再一一赘述。
[0035]采用上述系统，从空气分离装置获得的氖氦浓缩物中分离提取纯氖和纯氦，包括以下步骤:
[0036]I)氖氦混合物收集:压缩机Cl将来自空分设备的氖氦浓缩物经压缩至高压接收器AP2中，且所述高压接收器AP2中的压力为5?15MPa ；
[0037]2)净化除氢:步骤I)中收集到的氖氦混合物在第一催化反应器AP5及第二催化反应器AP9中与氧进行反应，氧化氖氦混合物中的氢，使之形成水蒸气，并经除湿器AP6和除湿器APlO除去生成的水蒸气后，依次经过第一吸附干燥器AP12和第二吸附干燥器AP13的干燥以及过滤器AP14过滤纯化除去混合物中的杂质后，得到不含氢的氖氦混合物；
[0038]3)浓缩冷凝:步骤2)中得到的不含氢的氖氦混合物经第一冷凝器AP18和第二冷凝器AP20冷凝形成氖氦冷凝液；
[0039]4)吸附净化:步骤3)中得到的氖氦冷凝液经第一吸附器AP22和第二吸附器AP23吸附除去氖氦冷凝液中的氮、氧及其它杂质后，通过换热器AP16复热气化后，并经压缩机C3压缩至纯氖氦混合物收集器AP24中，得到纯氖氦混合气，此外，吸附净化步骤中产生的不合格混合物经压缩机C2压缩至混合物收集输出单元的高压接收器AP2中再次进行循环除杂；
[0040]5)纯氖提取:步骤4)中得到的纯氖氦混合气在精馏塔AP30中进行氖和氦的分离，精馏塔AP30内温度T =35?40k，精馏塔AP30塔顶得到的气相组分，沿管路经过第二热交换器AP27和第一热交换器AP25复热后回流至压缩机C4中循环使用，精馏塔AP30塔底得到的高纯液氖沿管路依次经过第三热交换器AP28、第二热交换器AP27和第一热交换器AP25复热气化后，得到高纯氖气，并经过压缩机C5加压至产品氖储瓶AP31中。精馏塔AP30下部含有氦的液体沿进入到液体分离器AP29中进行分离，液体分离器AP29底部得到的液体回流至精馏塔AP30中进行再次精馏分离，液体分离器AP29上部得到的液态氦依次经第二热交换气AP27和第一热交换器AP25复热气化后，得到浓缩氦气，并经压缩机C7加压至浓缩氦收集器AP32中。
[0041]6)纯氦提取:步骤4)中得到的浓缩氦气经热交换器AP35冷却后，进入第一吸附器AP36和第二吸附器AP37中，吸附脱除氖等杂质，得到纯氦，并经热交换器AP35复热后，同过压缩机CS压缩至产品氦储瓶AP34中，此外，纯氦提取过程中产生的浓缩氖经压缩机C9压缩至浓缩氖收集器AP38中，并沿管路回流至吸附净化中进行循环。
[0042]采用本实用新型的氖氦分离提取系统进行氖、氦提取，可得到纯度不低于99.999%的氦气和氖气。
[0043]本实用新型已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。 申请人:的意图是所有这些变化和增加落在了本实用新型权利要求的保护范围中。相似的编号通篇指代相似的元件。为清晰起见，在附图中可能有将某些线、层、元件、部件或特征放大的情况。
[0044]本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，并非意在对本实用新型进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本实用新型所属领域的一般技术人员的理解相同。还须明确的是，除在本文中有明确的定义外，诸如字典中通常定义的术语应该解释为在本说明书以及相关技术的语境中可具有一致的意思，而不应解释的理想化或过分形式化。公知的功能或结构处于简要和清楚地考虑或不再赘述。
【权利要求】
1.一种氖氦分离提取系统，其特征在于:包括通过管道依次连通的混合物收集输出单元、净化除氢单元、浓缩冷凝单元、吸附净化单元、氖获取单元和氦获取单元，且所述浓缩冷凝单元和吸附净化单元设于一绝热外壳中，其中: 混合物收集输出单元:包括通过管道依次连通的低压接收器(API)、压缩机(Cl)和高压接收器(AP2)； 净化除氢单元:包括通过管路依次串联的第一混合器(AP4)、第一催化反应器(AP5)、第一水冷却器(AP6)、第一除湿器(AP7)、第二混合器(AP8)、第二催化反应器(AP9)、第二水冷却器(APlO)和第二除湿器(APII)； 浓缩冷凝单元:包括通过管道依次串联的第一冷凝器(AP18)、冷凝水汇集器(AP19)和第二冷凝器(AP20)； 吸附净化单元:包括封装于一外套中并联设计的第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)，所述外套通过管路与外部的氮气输送管路相连，所述第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)并联后通过管路还依次连接有换热器(AP16)、压缩机(C3)和纯氖氦混合物收集器(AP24)； 氖获取单元:包括依次连接的压缩机(C4)、精馏塔(AP30)、液体分离器(AP29)、压缩机(C7)和浓缩氦收集器(AP32)，所述压缩机(C4)与精馏塔(AP30)间还设有热交换器机组及氮池，且所述精馏塔(AP30)与热交换器机组及氮池均处于一真空绝热容器中，所述精馏塔(AP30)的塔底通过管路依次连接有压缩机(C5)和产品氖储瓶(AP31)； 氦获取单元:包括通过管路依次连接的热交换器(AP35)以及封装于一外套中并联设计的第一吸附器(AP36)和第二吸附器(AP37)，所述外套通过管路与外部的氮气输送管路相连，所述第一吸附器(AP36`)和第二吸附器(AP37)并联后通过管路还依次连接有压缩机(C8)和产品氦储瓶(AP34)。
2.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述混合物收集输出单元还包括设于低压接收器(API)前的混合物收集组件，所述混合物收集组件包括至少两条并联设置的、与空气分离装置相连通的混合物输送管路，每条混合物管输送路上分别设有压力调节器及流量计。
3.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述净化除氢单元还包括第一吸附干燥器(AP12)、第二吸附干燥器(AP13)和过滤器(AP14)，其中，所述第一吸附干燥器(AP12)和第二吸附干燥器(AP13)通过管道并联设于第二除湿器(APll)之后，并与第二除湿器(APll)的出口相连。
4.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述浓缩冷凝单元中的第一冷凝器(AP18)和第二冷凝器(AP20)的冷却外套的下部分别通过管道与来自空分设备的液氮输送管路相连，且所述第一冷凝器(AP18)的入口处还连有并联设计的第一换热器(AP16)和第二换热器(AP17)。
5.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述吸附净化单元还包括通过管路连接于第一吸附器(AP22)和第二吸附器(AP23)的出口处的压缩机(C2)，且所述压缩机(C2)通过管路与混合物收集输出单元的高压接收器(AP2)相连。
6.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述氖获取单元还包括通过管路与精馏塔(AP30)的下部相连的液体分离器(AP29)，且所述液体分离器(AP29)的下部液体出口与精馏塔(AP30)的上部相连通，所述液体分离器(AP29)的上部出口通过管路依次连接有压缩机(C7)和浓缩氦收集器(AP32)。
7.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述氖获取单元的精馏塔(AP30)的塔顶通过管路与设于真空绝热容器外的压缩机(C6)相连。
8.根据权利要求1所述的氖氦分离提取系统，其特征在于:所述氦获取单元中的第一吸附器(AP36 )和第二吸附器(AP37 )的出口处通过管路还连接有压缩机(C9 )和浓缩氖收集器(AP38)，所述浓缩氖收集器(AP38)通过管路与吸附净化单元中的纯氦氖混合物收集器(AP24)相连。
【文档编号】F25J3/02GK203454605SQ201320467470
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】库兹涅佐夫·瓦切斯洛夫 申请人:俄罗斯深冷机械制造股份公司