一种杂质气体分离与提纯装置的制作方法

本技术涉及气体分离装置，具体涉及一种杂质气体分离与提纯装置，主要用于从含杂质的粗氪或粗氙产品中分离提纯纯氪或纯氙。

背景技术：

1、空气中稀有气体氪的含量约为1.14ppm、氙的含量约为0.086ppm，纯氪和纯氙产品目前仅能从空气中利用空分装置提取。随着空分装置向大型化发展，从空分装置中提取氪氙稀有气体蕴含着巨大的经济价值。在空分装置中沸点低的氪和氙浓缩在液氧或者液空之中，利用精馏系统的贫氪氙塔将液氧或液空进一步浓缩，可以获取氪氙含量约2000～2500ppm的贫氪氙混合液。贫氪氙混合液经过催化培烧去除里面的碳氢化合物，再次利用精馏系统浓缩后可以获得纯度约为99%氪氙产品（kr+xe）。在精馏浓缩过程中，99%氪氙产品（kr+xe）进入精馏塔中逐级精馏，精馏塔顶设有冷凝器，底部设有蒸发器，塔底液体经蒸发器加热气化而产生上升气体，与塔顶经冷凝器流下来的冷凝液进行充分的传质传热，完成氪气和氙气的分离和提纯。即利用氪、氙以及各种杂质组分的沸点和液化点不同，采用多次精馏的方法可将氪氙两种组分分离并提纯，获得99.999%高纯度的氪产品和氙产品。

2、现有精馏塔尺寸很小，通过精馏塔得到的高纯氪、氙产量极低，而冷凝器利用冷源冷却塔内上升气体，冷凝器的负荷也很小，要实现冷凝器与精馏塔的负荷调节控制难度较大。尤其在采用中压液氮或者氧、氮混合气作为冷源冷却时，由于冷源用量少，液位低，不宜控制流量或压力，需要频繁放空，从而容易造成冷源的消耗；同时，由于纯氪的凝固点为-156.6℃，纯氙的凝固点为-112℃，冷却时若采用的结构不合理或者冷源温度低，特别是冷却氙气时，容易造成氪氙的凝固，堵塞冷凝器的换热通道。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本实用新型提供一种杂质气体分离与提纯装置，以解决现有氪氙精制分离精馏过程中精馏塔顶部氪、氙冷凝液化回流时发生凝固而堵塞冷凝器换热通道的问题。

2、为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

3、一种杂质气体分离与提纯装置，包括上下依次设置的：

4、塔顶冷凝器、精馏塔、塔底蒸发器及加热器；

5、其中，所述塔顶冷凝器分为上、下两层冷凝器，所述上层冷凝器的壳程充入第一冷却介质、管程与所述下层冷凝器的壳程连通，所述下层冷凝器的壳程充入第二冷却介质、管程与所述精馏塔顶部连通；所述精馏塔中部设有原料入口管、上部侧面设有气体出口管，所述塔底蒸发器下部侧面设有液体出口管。

6、在本申请公开的一个实施例中，所述上层冷凝器的壳程侧面设有第一入口管、用于充入所述第一冷却介质以冷凝气态的第二冷却介质；

7、所述上层冷凝器的壳程顶部设有第一排放管、用于所述第一冷却介质的蒸发排放；

8、所述下层冷凝器的壳程侧面上部设有第二入口管、用于充入所述第二冷却介质以冷凝所述精馏塔上升的气体。

9、在本申请公开的一个实施例中，所述第一入口管上安装有第一调节阀，用于调节所述第一冷却介质的流量。

10、在本申请公开的一个实施例中，所述第一排放管上安装有第二调节阀，用于调节所述第一冷却介质的蒸发压力。

11、在本申请公开的一个实施例中，所述下层冷凝器的壳程侧面下部设有第二排放管。

12、在本申请公开的一个实施例中，所述第一冷却介质为0.4～3mpa的液氮；

13、所述第二冷却介质为1.0～3mpa的纯氪或氮与氪的混合物。

14、在本申请公开的一个实施例中，所述上、下层冷凝器均为列管式换热器。

15、在本申请公开的一个实施例中，所述加热器为功率可调的电加热器。

16、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

17、1、通过双层结构的塔顶冷凝器，杂质气体在下层冷凝器的管程处冷凝后能够顺利回流而不会发生堵塞现象，配置合理，操作方便，同时能够循环利用第二冷却介质的冷量，经济节能。

18、2、分别通过第一调节阀、第二调节阀控制第一冷却介质的流量与蒸发压力，可以调节上层冷凝器壳程的液位，改变第一冷却介质提供的冷量，从而调节塔顶冷凝器的负荷，进而实现精馏塔冷量的微小调节（即调节精馏塔的回流量），减少冷却介质的排放，节约能耗。

19、3、通过调节电加热器的功率，可以控制精馏塔的操作负荷，从而实现精馏塔负荷的调节。

技术特征：

1.一种杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，包括上下依次设置的：

2.根据权利要求1所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，所述第一入口管上安装有第一调节阀，用于调节所述第一冷却介质的流量。

4.根据权利要求2或3所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，所述第一排放管上安装有第二调节阀，用于调节所述第一冷却介质的蒸发压力。

5.根据权利要求4所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，所述下层冷凝器的壳程侧面下部设有第二排放管。

6.根据权利要求1或5所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，所述上、下层冷凝器均为列管式换热器。

8.根据权利要求1所述的杂质气体分离与提纯装置，其特征在于，所述加热器为功率可调的电加热器。

技术总结
本技术涉及气体分离装置技术领域，提供一种杂质气体分离与提纯装置，包括上下依次设置的塔顶冷凝器、精馏塔、塔底蒸发器及加热器，塔顶冷凝器分为上、下两层冷凝器，上层冷凝器的壳程充入第一冷却介质、管程与下层冷凝器的壳程连通，下层冷凝器的壳程充入第二冷却介质、管程与精馏塔顶部连通；精馏塔中部设有原料入口管、上部侧面设有气体出口管，塔底蒸发器下部侧面设有液体出口管。通过双层结构的塔顶冷凝器，杂质气体在下层冷凝器的管程处冷凝后能够顺利回流而不会发生堵塞现象，配置合理，操作方便，同时能够循环利用第二冷却介质的冷量，经济节能。

技术研发人员：倪宏伟,江蓉,赖勇杰
受保护的技术使用者：四川空分设备（集团）有限责任公司
技术研发日：20230106
技术公布日：2024/1/12