способ получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, включающий разделение потоков воздуха в нижней и верхней колоннах на потоки, подачу основного потока жидкого кислорода из верхней колонны в группу последовательно соединенных по линии жидкого кислорода основных конденсаторов, испарение части основного потока жидкого кислорода в группе основных конденсаторов с образованием потоков газообразного кислорода соответствующих конденсаторов по ходу линии жидкого кислорода, вывод части потока жидкого кислорода из группы основных конденсаторов в виде циркуляционного потока жидкого кислорода, подачу части циркуляционного потока жидкого кислорода в испаритель-конденсатор, частичное испарение в испарителе-конденсаторе последнего потока с образованием двух потоков - потока очищенного газообразного кислорода и потока жидкого кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, извлечение из потока жидкого кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, ксенонового концентрата, отбор потоков продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода, отличающийся тем, что отбор потока газообразного продукционного кислорода осуществляют из потока газообразного кислорода первого основного конденсатора по ходу линии жидкого кислорода, а поток очищенного газообразного кислорода направляют в верхнюю колонну.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток газообразного продукционного кислорода и поток газообразного очищенного кислорода сепарируют от капельной влаги.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отбор потока продукционного жидкого кислорода осуществляют из основного потока жидкого кислорода перед подачей последнего в группу основных конденсаторов.

4. Устройство получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, содержащее соединенные между собой верхнюю и нижнюю колонны, группу основных конденсаторов с последовательным соединением основных конденсаторов по линии жидкого кислорода, подогреватель кислорода, испаритель-конденсатор, испаритель жидкого кислорода и блок извлечения ксенонового концентрата, отличающееся тем, что вход газообразного кислорода в подогреватель кислорода соединен трубопроводом с выходом газообразного кислорода из первого по линии жидкого кислорода основного конденсатора, выход очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора соединен трубопроводом с входом в верхнюю колонну газообразного кислорода из группы основных конденсаторов, а патрубок выхода из устройства жидкого продукционного кислорода соединен трубопроводом с выходом из верхней колонны основного потока жидкого кислорода и содержит отделители жидкости на трубопроводе входа газообразного кислорода в подогреватель кислорода и на трубопроводе на выходе очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к низкотемпературной ректификации воздуха, и может быть использовано в химической промышленности.

Известен способ получения ксенонового концентрата, включающий разделение потоков воздуха в нижней и верхней колоннах на потоки, подачу основного потока жидкого кислорода из верхней колонны в группу последовательно соединенных по линии жидкого кислорода основных конденсаторов, испарение части основного потока жидкого кислорода в группе основных конденсаторов с образованием потоков газообразного кислорода соответствующих конденсаторов по ходу линии жидкого кислорода, вывод части потока жидкого кислорода из группы основных конденсаторов в виде циркуляционного потока жидкого кислорода, подачу части циркуляционного потока жидкого кислорода в испаритель-конденсатор, частичное испарение в испарителе-конденсаторе последнего потока с образованием двух потоков - потока очищенного газообразного кислорода и жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, извлечение из жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, ксенонового концентрата, отбор потоков продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода (см. патент Российской Федерации RU 2129904 C1, опубл. 10.05.99 БЮЛ. N 13).

Недостатком аналога является низкое извлечение ксенона вследствие его потерь с потоками продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет увеличения извлечения ксенона.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, включающем разделение потоков воздуха в нижней и верхней колоннах на потоки, подачу основного потока жидкого кислорода из верхней колонны в группу последовательно соединенных по линии жидкого кислорода основных конденсаторов, испарение части основного потока жидкого кислорода в группе основных конденсаторов с образованием потоков газообразного кислорода соответствующих конденсаторов по ходу линии жидкого кислорода, вывод части потока жидкого кислорода из группы основных конденсаторов в виде циркуляционного потока жидкого кислорода, подачу части циркуляционного потока жидкого кислорода в испаритель-конденсатор, частичное испарение в испарителе-конденсаторе последнего потока с образованием двух потоков - потока очищенного газообразного кислорода и жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, извлечение из жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, ксенонового концентрата, отбор потоков продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода, отличительной особенностью является то, что отбор потока продукционного газообразного кислорода осуществляют из потока газообразного кислорода первого конденсатора по ходу линии жидкого кислорода, поток очищенного газообразного кислорода направляют в верхнюю колонну, а отбор потока продукционного жидкого кислорода осуществляют из основного потока жидкого кислорода перед его подачей в группу основных конденсаторов, причем поток газообразного очищенного кислорода и поток газообразного продукционного кислорода сепарируют от капельной влаги.

Известно устройство получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, содержащее соединенные между собой верхнюю и нижнюю колонны, группу основных конденсаторов с последовательным соединением основных конденсаторов по линии жидкого кислорода, подогреватель кислорода, испаритель-конденсатор, испаритель жидкого кислорода и блок извлечения ксенонового концентрата (см. патент Российской Федерации RU 2129904 C1, опубл. 10.05.99 Бюл. N 13).

Недостатком известного устройства является низкое извлечение ксенона вследствие его потерь с потоками продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет увеличения извлечения ксенона.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, содержащем соединенные между собой верхнюю и нижнюю колонны, группу основных конденсаторов с последовательным соединением основных конденсаторов по линии жидкого кислорода, подогреватель кислорода, испаритель-конденсатор, испаритель жидкого кислорода и блок извлечения ксенонового концентрата, отличительной особенностью является то, что вход газообразного кислорода в подогреватель кислорода соединен трубопроводом с выходом газообразного кислорода из первого по линии жидкого кислорода основного конденсатора, выход очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора соединен трубопроводом с входом в верхнюю колонну газообразного кислорода из группы основных конденсаторов, а патрубок выхода из устройства жидкого продукционного кислорода соединен трубопроводом с выходом из верхней колонны основного потока жидкого кислорода и содержит отделители жидкости на трубопроводе входа газообразного кислорода в подогреватель кислорода и на трубопроводе на выходе очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора.

Заявляемый способ получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках может быть реализован в заявляемом устройстве, схематично показанном на чертеже (см. фиг. 1), содержащем трубопровод (линию) 1 подачи основного потока воздуха (потока А) в нижнюю колонну 2, линию 3 подачи потока кубовой жидкости (потока В) из нижней колонны 2 через переохладитель кубовой жидкости и грязной азотной флегмы 4 и адсорбер кубовой жидкости 5 в верхнюю колонну 6, линию 7 подачи потока грязной азотной флегмы (потока Г) через переохладитель 4 в верхнюю колонну 6, линию 8 подачи потока чистой азотной флегмы (потока Д) из нижней колонны 2 через переохладитель чистой азотной флегмы 9 в верхнюю колонну 6, линию 10 подачи детандируемого потока воздуха (потока Е) в верхнюю колонну 6, линию 11 вывода потока чистого азота (потока Ч) из верхней колонны 6 через переохладитель 9, линию 12 вывода потока отбросного азота (потока От) через переохладитель 4, линию 13 подачи одной части основного потока жидкого кислорода (потока Ж) из верхней колонны 6 в группу основных конденсаторов 14а, 14б, соединенных линией 34 подачи потока жидкого кислорода из основного конденсатора 14а в основной конденсатор 14б, линию 28 отбора другой части основного потока жидкого кислорода из верхней колонны в качестве потока продукционного жидкого кислорода (Кж) и соединенную с патрубком 38, линию 37, соединяющую линии 34 подачи потока жидкого кислорода из основного конденсатора 14а в основной конденсатор 14б и 28 отбора части основного потока жидкого кислорода из верхней колонны, линию 15 подачи потока газообразного азота (потока Б) из нижней колонны 2 в группу основных конденсаторов 14а, 14б, линию 16 подачи потока жидкого азота (потока Л) из группы основных конденсаторов 14а, 14б в нижнюю колонну 2, линию 17 подачи одной части потока испаряемого газообразного кислорода (потока И) из группы основных конденсаторов 14а, 14б в верхнюю колонну 6, линию 18 отбора другой части потока продукционного газообразного кислорода (Кпр) из потока газообразного кислорода первого конденсатора 14а по ходу линии жидкого кислорода и вывода потока продукционного газообразного кислорода через отделитель 26 и подогреватель кислорода 19, линию 35 слива сепарированной в отделителе 26 влаги в линию 34 подачи потока жидкого кислорода из основного конденсатора 14а в основной конденсатор 14б, линию 20 вывода циркуляционного потока жидкого кислорода (потока М) из группы основных конденсаторов 14а, 14б, линию 21 подачи части циркуляционного потока жидкого кислорода (потока Н) в испаритель-конденсатор 22, линию 23 подачи адсорбционной части циркуляционного потока жидкого кислорода (потока М") через адсорбер жидкого кислорода 24 в группу основных конденсаторов 14а, 14б, линию 25 подачи потока очищенного газообразного кислорода (потока О) из испарителя-конденсатора 22 через отделитель жидкости 27 в верхнюю колонну 6, линию 36 слива сепарированной в отделителе 27 влаги в линию 29 вывода из испарителя-конденсатора 22 жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном (поток П), линию 29 вывода из испарителя-конденсатора 22 жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном (потока П), линию 30 подачи одной части потока П (поток С) через испаритель жидкого кислорода 31 в блок извлечения ксенонового концентрата 32, линию 33 подачи другой части потока П (поток Р) в блок извлечения ксенонового концентрата 32.

Способ получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках осуществляется следующим образом.

Предварительно сжатый, очищенный и охлажденный основной поток воздуха (поток А) подают по линии 1 в нижнюю колонну 2 (фиг. 1), где осуществляют ректификационное разделение основного потока воздуха с образованием следующих потоков: потока кубовой жидкости (потока В), потока грязной флегмы (потока Г), потока чистой азотной флегмы (потока Д), потока газообразного азота (потока Б). Поток В по линии 3 подачи потока кубовой жидкости выводят из нижней колонны 2, охлаждают в переохладителе кубовой жидкости и грязной азотной флегмы 4, очищают в адсорбере кубовой жидкости 5 и подают в верхнюю колонну 6. Поток Г по линии 7 подачи потока грязной азотной флегмы выводят из нижней колонны 2, охлаждают в переохладителе 4 и подают в верхнюю колонну 6. Поток Д по линии 8 подачи потока чистой азотной флегмы выводят из нижней колонны 2, охлаждают в переохладителе чистой азотной флегмы 9 и подают в верхнюю колонну 6. Также в колонну 6 по линии 10 подают детандируемый поток воздуха (поток Е), по линии 17 подают одну часть потока испаряемого газообразного кислорода (поток И) из группы основных конденсаторов 14а, 14б и по линии 25 подают из испарителя-конденсатора 22 через отделитель жидкости 27 поток очищенного газообразного кислорода (поток О).

В верхней колонне 6 осуществляют ректификационное разделение подаваемых в колонну потоков с образованием следующих потоков: потока чистого азота (потока Ч), потока отбросного азота (потока От), основного потока жидкого кислорода (потока Ж). Поток Ч выводят из колонны 6 по линии 11 вывода потока чистого азота через переохладитель 9. Поток От выводят из колонны 6 по линии 12 вывода потока отбросного азота через переохладитель 4. Одну часть потока Ж по линии 13 подают из верхней колонны 6 в группу основных конденсаторов 14а, 14б, а другую часть потока Ж по линии 28 выводят в качестве потока продукционного жидкого кислорода (Кж). Из нижней колонны 2 по линии 15 подают поток газообразного азота (поток Б) в группу основных конденсаторов 14а, 14б, где осуществляют ожижение потока Б, а сконденсированный азот в виде потока жидкого азота (потока Л) по линии 16 возвращают из группы основных конденсаторов 14а, 14б в нижнюю колонну 2. За счет теплоты конденсации потока Б в группе основных конденсаторов осуществляют частичное испарение основного потока жидкого кислорода. Одну часть потока испаряемого газообразного кислорода (поток И) по линии 17 подают из группы основных конденсаторов 14а, 14б в верхнюю колонну 6, другую часть потока испаряемого газообразного кислорода (поток Кпр) отбирают из потока газообразного кислорода первого конденсатора 14а по ходу линии жидкого кислорода 13 и по линии 18 через отделитель 26 и подогреватель кислорода 19 выводят в виде потока продукционного газообразного кислорода. Отсепарированную в отделителе 26 влагу направляют в линию 34 подачи потока жидкого кислорода из основного конденсатора 14а в основной конденсатор 14б.

Для обеспечения взрывобезопасности воздухоразделительной установки из последнего аппарата 14б по ходу линии жидкого кислорода 34 группы основных конденсаторов по линии 20 выводят циркуляционный поток жидкого кислорода (поток М). Одну часть потока М в виде адсорбционной части циркуляционного потока жидкого кислорода (потока М") очищают в адсорбере жидкого кислорода 24 от тяжелых углеводородов и диоксида углерода и по линии 23 возвращают в основной конденсатор 14б. Другую часть циркуляционного потока жидкого кислорода (поток Н) по линии 21 подают в испаритель-конденсатор 22, в котором осуществляют частичное испарение потока Н с образованием как минимум двух потоков - потока очищенного газообразного кислорода (потока О) и жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном (потока П). Поток О очищенного газообразного кислорода по линии 25 через отделитель 27 направляют в верхнюю колонну 6. Отсепарированную в отделителе 27 влагу возвращают в поток П. Жидкий поток кислорода, обогащенный ксеноном и криптоном, подают по линии 33 (поток Р) в блок извлечения ксенонового концентрата 32 или частично испаряют в испарителе жидкого кислорода 31 (поток С) и по линии 30 также подают в блок извлечения ксенонового концентрата.

Предусмотренная в схеме линия 37 позволяет осуществлять частично отбор потока продукционного жидкого кислорода (поток Кж) после первого по ходу жидкого кислорода конденсатора 14а. В этом случае в потоке Кж повышается концентрация кислорода, но несколько уменьшается количество извлекаемого в устройстве ксенона.

Автором заявляемого изобретения проведено экспериментальное исследование термодинамических процессов, осуществляемых в описанной выше схеме. При этом проводилось также измерение расхода и концентрации ксенона в следующих точках:

А₁ - на входе основного потока воздуха (потока А) в нижнюю колонну 2;

А₂ - на входе детандируемого потока воздуха (потока Е) в верхнюю колонну 6;

А₃ - на выходе основного потока жидкого кислорода (потока Ж) из верхней колонны 6;

А₄ - на выходе циркуляционного потока жидкого кислорода (потока М) из основного конденсатора 14б;

А₅ - на выходе потока очищенного газообразного кислорода (потока О) из испарителя-конденсатора 22;

А₆ - на выходе потока жидкого кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, (поток П) из испарителя-конденсатора 22;

А₇ - на выходе потока продукционного газообразного кислорода из подогревателя кислорода 19;

A₈ - в линии 28 потока продукционного жидкого кислорода;

А₉ - на выходе потока газообразного кислорода из основного конденсатора 14а;

А₁₀ - на выходе потока очищенного газообразного кислорода из отделителя 27.

Результаты исследования приведены в таблице. Из таблицы следует, что заявляемое изобретение позволяет в жидком потоке кислорода, обогащенном ксеноном и криптоном (поток П), увеличить содержание ксенона в три раза по сравнению с данными для аналога и довести его до от содержащегося в подаваемых на разделение в нижнюю и верхнюю колонны потоках воздуха - основном потоке воздуха (поток А) и детандируемом потоке (поток Е).

За счет того, что в способе получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, включающем разделение потоков воздуха в нижней и верхней колоннах на потоки, подачу основного потока жидкого кислорода из верхней колонны в группу последовательно соединенных по линии жидкого кислорода основных конденсаторов, испарение части основного потока жидкого кислорода в группе основных конденсаторов с образованием потоков газообразного кислорода соответствующих конденсаторов по ходу линии жидкого кислорода, вывод части потока жидкого кислорода из группы основных конденсаторов в виде циркуляционного потока жидкого кислорода в испаритель-конденсатор, частичное испарение в испарителе-конденсаторе последнего потока с образованием двух потоков - потока очищенного газообразного кислорода и жидкого потока кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, извлечение из потока жидкого кислорода, обогащенного ксеноном и криптоном, ксенонового концентрата, отбор потоков продукционного газообразного кислорода и продукционного жидкого кислорода - отбор потока газообразного продукционного кислорода осуществляют из потока газообразного кислорода первого основного конденсатора по ходу линии жидкого кислорода, поток очищенного газообразного кислорода направляют в верхнюю колонну, поток газообразного продукционного кислорода и поток газообразного очищенного кислорода сепарируют от капельной влаги, а отбор потока продукционного жидкого кислорода осуществляют из основного потока жидкого кислорода перед подачей последнего потока в группу основных конденсаторов, за счет чего повышается экономичность в результате увеличения извлечения ксенона.

За счет того, что в устройстве для получения ксенонового концентрата на воздухоразделительных установках, содержащем соединенные между собой верхнюю 6 и нижнюю 2 колонны, группу основных конденсаторов 14а, 14б с последовательным соединением основных конденсаторов по линии 13, 34 жидкого кислорода, подогреватель кислорода 19, испаритель-конденсатор 22, испаритель жидкого кислорода 31 и блок извлечения ксенонового концентрата 32 - вход газообразного кислорода в подогреватель кислорода 19 - соединен трубопроводом 18 с выходом газообразного кислорода из первого по линии 13 жидкого кислорода основного конденсатора 14а, выход очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора 22 соединен трубопроводом 25 с входом в верхнюю колонну 6 газообразного кислорода (поток И) из группы основных конденсаторов 14а, 14б, а патрубок выхода из установки жидкого продукционного кислорода 38 соединен трубопроводом 28 с выходом из верхней колонны 6 основного потока жидкого кислорода (поток Ж), содержатся отделители жидкости 26, 27 на трубопроводе 18 входа газообразного кислорода в подогреватель кислорода 19 и на трубопроводе 25 на выходе очищенного газообразного кислорода из испарителя-конденсатора 22, за счет чего повышается экономичность в результате увеличения извлечения ксенона.