專利名稱：一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種純氪和純氙的提取方法，尤其涉及一種從貧氪氙濃縮物中提取 純氪和純氙的方法。
背景技術(shù)：
大氣中的氪和氙含量分別約為1.138X10-6禾B 0.0857X 1(T6，根據(jù)中國(guó)專利 99125538.0的記載，微量氪和氙隨空氣進(jìn)入空氣分離裝置的低溫精餾塔后，高沸點(diǎn) 組份氪、氙、碳?xì)浠衔?主要是甲垸)以及氟化物均積聚在低壓塔的液氧內(nèi)，將 低壓塔的液氧送入一個(gè)氪附加低溫精餾塔進(jìn)行精餾，可獲得氪氙含量為0.2 0.3% Kr+Xe的貧氪氙濃縮物，其中甲垸含量約為0.3 0.4%。氧氣中甲垸含量過(guò)高(一 般不超過(guò)0.5%CH4)是極其危險(xiǎn)的，只有預(yù)先脫除掉貧氪氙濃縮物中的甲烷后， 才有可能繼續(xù)提高液氧中的氪氙濃度，在已知的方法中，是通過(guò)鈀催化劑，在480 50(TC溫度下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)脫除甲烷，并用分子篩吸附脫除02-CH4化學(xué)反應(yīng)生成物 ——二氧化碳和水份，隨著氪氙逐級(jí)濃縮，這種化學(xué)反應(yīng)脫除甲垸也要多次進(jìn)行。 這樣，氪氙分離設(shè)備的工藝路線長(zhǎng)、設(shè)備多、設(shè)備減漏可能性增加，因此在已知方 法中，氪和氙的回收率較低， 一般為60 65%。
貧氪氙濃縮物中的微量氟化物，在已知的方法中，如中國(guó)專利通011451238， 常通過(guò)活性鋯鋁吸氣劑，在70(TC溫度下進(jìn)行脫除。活性鋯鋁吸氣劑與氟化物化學(xué) 反應(yīng)是不可逆的，因此使用中要定期更新吸氣劑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種收率高、方法 簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、應(yīng)用范圍廣的從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法。
本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn): 一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪 和純氙的方法，其特征在于，該方法是將原料在經(jīng)過(guò)甲垸催化器去除其中的大多數(shù)
4的碳?xì)浠衔镏?，得到的貧氪氙濃縮物送至四級(jí)精餾塔中逐級(jí)精餾，脫除原料中 的氟化物和碳?xì)浠衔?，得到高純度氪和氙?所述的方法具體包括以下步驟(1) 將貧氪氙濃縮物經(jīng)氣體熱交換器換熱后送入第一級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾 分離，氪氙液從第一級(jí)精餾塔塔釜引出；(2) 將第一級(jí)精餾塔塔釜引出的氪氙液送入第二級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 塔頂?shù)玫诫吹哪柡坎坏陀?9.999%的純氪產(chǎn)品，塔釜得到氙的摩爾含量不低于 99%的含氙液體；(3) 將第二級(jí)精餾塔塔釜引出的含氙液體送入第三級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔頂?shù)玫诫坎坏陀?9.5%的含氪氙濃縮液；(4) 將第三級(jí)精餾塔塔頂?shù)玫降暮措瘽饪s液送入第四級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精 餾分離，塔釜得到氙摩爾含量不低于99.999%的純氙產(chǎn)品。所述的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔和第四級(jí)精餾塔的頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，底部均設(shè)有再沸器。所述的第一級(jí)精餾塔塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器連接液氮低溫儲(chǔ)槽，采用液氮為冷源。 所述的第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔和第四級(jí)精餾塔塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器采用第一級(jí)精餾塔塔頂排出的氧氣和臨近空氣分離裝置提供的帶壓常溫氮混合氣體作為冷源。所述的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器直接加熱或者蒸汽間接加熱來(lái)進(jìn)行 熱量傳遞，正確地控制再沸器的熱負(fù)荷。各級(jí)精餾塔頂部冷凝蒸發(fā)器排出的氮?dú)饣蜓?氮混合氣匯合后均返回空氣分離 裝置。所述的四級(jí)精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段面分別 設(shè)有5~15個(gè)測(cè)溫元件，將各個(gè)測(cè)溫元件得到的數(shù)據(jù)全部送入系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單 元進(jìn)行邏輯運(yùn)算得出 一個(gè)平均溫度，并根據(jù)該溫度控制塔頂餾出物的閥門開(kāi)度。四級(jí)精餾塔、連接各級(jí)精餾塔間的低溫管線和閥門都包在充有絕熱材料的冷箱內(nèi)。所述的絕熱材料包括膨脹珍珠巖或超細(xì)玻璃棉。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn) l.氪和氙的回收率高，均可達(dá)95%。2. 流程簡(jiǎn)單，僅設(shè)置4只精餾塔，通過(guò)逐級(jí)精餾，脫除掉貧氪氙原料氣中的所 有低沸點(diǎn)組份(比如02、 N2、 Ar等)和高沸點(diǎn)組份碳?xì)浠衔?比如CH4、 C2H4、 C2H6、 QH8等)及氟化物(比如CF4、 C2F6、 SF6等)最終獲得純度高于99.999% 的純氪和純氙產(chǎn)品，其中各種雜質(zhì)含量均低于GB/T5829-2006高純氪技術(shù)指標(biāo)和 GB/T5828-2006高純氤技術(shù)指標(biāo)。
3. 本發(fā)明裝置經(jīng)濟(jì)節(jié)能。
4. 應(yīng)用范圍廣，在用戶設(shè)置了貧氪氙液氧和液氮低溫貯槽后，本發(fā)明裝置可脫 離空氣分離裝置，獨(dú)立運(yùn)行。


圖l為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。 實(shí)施例1
如圖1所示是一個(gè)用來(lái)分離貧氪氙濃縮物的裝置流程圖。
裝置包括熱交換器15，第一級(jí)精餾塔l、第二級(jí)精餾塔2、第三級(jí)精餾塔3和 第四級(jí)精餾塔4，所述的熱交換器15連接第一級(jí)精餾塔1，第一級(jí)精餾塔1底部連 接第二級(jí)精餾塔2，第二級(jí)精餾塔2頂部連接純氪產(chǎn)品收集器，底部連接第三級(jí)精 餾塔3，第三級(jí)精餾塔3頂部連接第四級(jí)精餾塔4，第四級(jí)精餾塔4底部連接純氤 產(chǎn)品收集器，所述的第一級(jí)精餾塔l、第二級(jí)精餾塔2、第三級(jí)精餾塔3和第四級(jí) 精餾塔4的頂部分別設(shè)有冷凝蒸發(fā)器5、冷凝蒸發(fā)器6、冷凝蒸發(fā)器7和冷凝蒸發(fā) 器8，底部分別設(shè)有再沸器9、再沸器IO、再沸器ll、再沸器12。
所述的第一級(jí)精餾塔1頂部的冷凝蒸發(fā)器連接液氮低溫儲(chǔ)槽，采用液氮為冷 源，液氮沸騰使塔內(nèi)上升蒸汽冷凝成回流液，從而建立起精餾工況；其它精餾塔的 冷凝蒸發(fā)器采用第一級(jí)精餾塔l頂部排出的氧氣(溫度約為-163.rC)和臨近空氣 分離裝置提供的帶壓常溫氮混合氣體作冷源，通過(guò)低溫管線23和低溫管線27分別 引入第二級(jí)精餾塔2和第三級(jí)精餾塔3頂部的冷凝蒸發(fā)器作為冷源，剩余氣體送入 第四級(jí)精餾塔4頂部的冷凝蒸發(fā)器8作為冷源，溫度控制在-138'C左右，在該溫度 下可避免塔內(nèi)蒸汽中的氪氙結(jié)晶，同時(shí)又能形成塔內(nèi)精餾工況的需要的回流液。排出的流體21，從第三級(jí)精餾塔3頂 部的冷凝蒸發(fā)器7排出的流體25，第四級(jí)精餾塔4頂部的冷凝蒸發(fā)器8排出的流 體30均返回空分裝置。
所述的四級(jí)精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段面分別 設(shè)有5 15個(gè)測(cè)溫元件，將各個(gè)測(cè)溫元件得到的數(shù)據(jù)全部送入系統(tǒng)的多變量運(yùn)算單 元進(jìn)行邏輯運(yùn)算得出一個(gè)平均溫度，是反應(yīng)精餾塔內(nèi)氪氙濃度的重要參數(shù)，并根據(jù) 該溫度控制塔頂餾出物的閥門開(kāi)度。所述的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器或者 蒸汽及以其他氣體間接加熱進(jìn)行熱量傳遞，準(zhǔn)確地控制再沸器的熱負(fù)荷。
采用上述裝置提取純氪和純氙的方法，具體步驟如下
將原料貧氪氙濃縮物在經(jīng)過(guò)一種除甲垸催化器來(lái)除去其中的大多數(shù)的碳?xì)浠?合物之后，送入上述裝置中。此時(shí)的貧氪氙濃縮物中，含有0.15 0.2XKr+Xe，0.1 0.5Xl(T6CnHm， 0.1Xl(T6CxFy，其余為02， CnHm為碳?xì)浠衔锇–H4， C2H4， C2H6， C3Hs等，CxFy為氟化物包括CF4， C2F6， SFe等。
(1) 從臨近的空氣分離裝置或液氮低溫貯槽從管線19向第一級(jí)精餾塔1頂部 的冷凝蒸發(fā)器5送入液氮，液氮的沸騰壓力為0.5MPa。隨后將貧氪氙濃縮物沿管 線13并經(jīng)過(guò)氣體熱交換器15被冷凝蒸發(fā)器5排出的返流低溫氣氮冷卻至大約 -162.8r后從第一級(jí)精餾塔1的中部進(jìn)入。貧氪氙濃縮物中的低沸點(diǎn)組份(02， N2， Ar等)及CH4從第一級(jí)精餾塔1頂部排出后沿管線18，與常溫氮混合后，進(jìn)入冷 凝器6 8作為冷源使用，從底部再沸器9可獲得的氪氙液20，該氪氙液20中含 有99.9X的Kr+Xe;雜質(zhì)N2、 Kr、 Ar以及CH4會(huì)在第一級(jí)精餾塔1的塔頂被排出， 與其他低溫氣體(例如，低溫壓力氮、常溫氮、富氧液空等)混合后作為后面幾只 塔中冷凝蒸發(fā)器的冷源使用，進(jìn)料的大多數(shù)CH4將在塔頂排出，而塔底氪氙液20 中的甲烷摩爾含量不超過(guò)0.2 X 10—6;
(2) 將第一級(jí)精餾塔1塔釜引出的氪氙液20送入第二級(jí)精餾塔2的中上部， 在塔頂?shù)玫降牧黧w22即為純氪產(chǎn)品，氪的摩爾含量不低于99.999%; Xe、 C2H4、 C2F6、 SF6、 C2H6、 C3F8、 C2F6等就集聚在了塔釜引出的液體24中，其中氙的摩爾 含量不低于99%，而沸點(diǎn)介于Kr、 Xe之間的CF4，在流體22和液體24中都會(huì)存 在，但在流體22中的摩爾含量不超過(guò)0.3乂10_6中；在液體24中主要雜質(zhì)有C2H4， 其摩爾含量在0.16%左右；CF4，摩爾含量在0.08%左右；
第三級(jí)精餾塔3和第四級(jí)精餾塔4用來(lái)清除來(lái)自第二級(jí)精餾塔2的液體24里的雜質(zhì)。
(3) 首先將第二級(jí)精餾塔2塔釜引出的含氙液體24送入第三級(jí)精餾塔3中， 進(jìn)行精餾分離，塔頂?shù)玫诫坎坏陀?9.5%的含氪氙濃縮液26，其中CF4的摩 爾含量不高于170X 10—6，雜質(zhì)C2H4的摩爾含量不超過(guò)1 X 10—6;將液體24引入到 第三級(jí)精餾塔3中，利用沸點(diǎn)不同，將液體24中的C2H4、 C2H6、 C2F6、 SF6、 N20 等雜質(zhì)清除掉，這些雜質(zhì)將會(huì)集聚在塔釜引出的液體28當(dāng)中被收集起來(lái)。
(4) 將第三級(jí)精餾塔3塔頂?shù)玫降暮措瘽饪s液26送入第四級(jí)精餾塔4中， 進(jìn)行精餾分離，此時(shí)含氪氙濃縮液26中的主要雜質(zhì)為CF4以及少量的Kr，雜質(zhì) C2H4的摩爾1含量不超過(guò)1 X 10—6，它們的沸點(diǎn)較低，將會(huì)在第四級(jí)精餾塔4的頂 部氣體29集聚并被收集起來(lái)，這樣就會(huì)在第四級(jí)精餾塔4的底部得到液體31即為 純氤，其中氤摩爾含量不低于99.999%。
權(quán)利要求
1.一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其特征在于，該方法是將原料在經(jīng)過(guò)甲烷催化器去除其中的大多數(shù)的碳?xì)浠衔镏?，得到的貧氪氙濃縮物送至四級(jí)精餾塔中逐級(jí)精餾，脫除原料中的氟化物和碳?xì)浠衔?，得到高純度氪和氙?br> 2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，所述的方法具體包括以下步驟-(1) 將貧氪氙濃縮物經(jīng)氣體熱交換器換熱后送入第一級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾 分離，氪氙液從第一級(jí)精餾塔塔釜引出；(2) 將第一級(jí)精餾塔塔釜引出的氪氙液送入第二級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分離， 塔頂?shù)玫诫吹哪柡坎坏陀?9.999%的純氪產(chǎn)品，塔釜得到氙的摩爾含量不低于 99%的含氙液體；(3) 將第二級(jí)精餾塔塔釜引出的含氙液體送入第三級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精餾分 離，塔頂?shù)玫诫坎坏陀?9.5%的含氪氙濃縮液；(4) 將第三級(jí)精餾塔塔頂?shù)玫降暮措瘽饪s液送入第四級(jí)精餾塔中，進(jìn)行精 餾分離，塔釜得到氙摩爾含量不低于99.999%的純氙產(chǎn)品。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，所述的第一級(jí)精餾塔、第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔和第四級(jí)精餾塔的 頂部均設(shè)有冷凝蒸發(fā)器，底部均設(shè)有再沸器。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，所述的第一級(jí)精餾塔塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器連接液氮低溫儲(chǔ)槽，采用液氮為 冷源。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其特征在于，所述的第二級(jí)精餾塔、第三級(jí)精餾塔和第四級(jí)精餾塔塔頂?shù)睦淠舭l(fā)器采用第一級(jí)精餾塔塔頂排出的氧氣和臨近空氣分離裝置提供的帶壓常溫氮混合氣 體作為冷源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，各級(jí)精餾塔頂部冷凝蒸發(fā)器排出的氮?dú)饣蜓?氮混合氣匯合后均返回空氣分離裝置。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高純度氪和氙的提取裝置，其特征在于，所述 的再沸器采用調(diào)功器控制的電加熱器直接加熱或者蒸汽間接加熱來(lái)進(jìn)行熱量傳遞， 正確地控制再沸器的熱負(fù)荷。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氤的方法，其 特征在于，所述的四級(jí)精餾塔中均填充不銹鋼絲網(wǎng)規(guī)整填料，在填料層上下不同段 面分別設(shè)有5~15個(gè)測(cè)溫元件，將各個(gè)測(cè)溫元件得到的數(shù)據(jù)全部送入系統(tǒng)的多變量 運(yùn)算單元進(jìn)行邏輯運(yùn)算得出 一個(gè)平均溫度，并根據(jù)該溫度控制塔頂鎦出物的閥門開(kāi) 度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，四級(jí)精餾塔、連接各級(jí)精餾塔間的低溫管線和閥門都包在充有絕熱材料 的冷箱內(nèi)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，其 特征在于，所述的絕熱材料包括膨脹珍珠巖或超細(xì)玻璃棉。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種從貧氪氙濃縮物中提取純氪和純氙的方法，該方法是將原料在經(jīng)過(guò)甲烷催化器去除其中的大多數(shù)的碳?xì)浠衔镏螅玫降呢氹措瘽饪s物送至四級(jí)精餾塔中逐級(jí)精餾，脫除原料中的氟化物和碳?xì)浠衔?，得到高純度氪和氙。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有收率高、方法簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25J3/08GK101672564SQ20091005639
公開(kāi)日2010年3月17日 申請(qǐng)日期2009年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月13日
發(fā)明者嚴(yán)壽鵬, 建 俞, 劍 劉, 陳志誠(chéng) 申請(qǐng)人:上海啟元科技發(fā)展有限公司;上海啟元空分技術(shù)發(fā)展有限公司