專(zhuān)利名稱(chēng)：：氧、氪、氙混合氣中提取高純度氪、氙的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種雙精餾塔低溫分離和催化純化方法，具體地說(shuō)是從氧、氪、氙的混合氣中提取氪氣體產(chǎn)品、氙氣體產(chǎn)品的方法。對(duì)于從氧、氪、氙混合氣體中提取氪、氙通常是在低溫精餾塔部分采用篩板式塔或旋片膜式塔及一般拉西環(huán)填料塔；氪餾份的除氧部分采用活性銅和一般脫氧催化劑；氙餾份純化部分采用加吸附除去CO2和H2O，再用精餾除去H2，N2，Kr或用吸附法除去Kr，H2，N2及氙氣純化器和吸附法；第二精餾塔頂冷凝器溫度控制采用乙醇加干冰或液氮作冷卻介質(zhì)，均以人工方式加入。上述部分的缺點(diǎn)分別為分離效率較低，滯流量大增加平衡時(shí)間，上升氣流量的允許上下限幅度小，操作麻煩；所用除氧爐除氧容量少，每次處理15m3的氪餾份中氧后，需進(jìn)行加氫還原活化，面氫氣的存留需用大量高純氮?dú)鈦?lái)置換，仍會(huì)出現(xiàn)氫的污染，使氪產(chǎn)品中氫含量高達(dá)2～3ppm；吸附法的處理量低，流程繁雜，操作不便，更是氙提取率低；達(dá)種人工冷卻方式，操作者強(qiáng)度大，溫度不易控制。本發(fā)明的目的是針對(duì)上述存在的缺點(diǎn)，提供一種氪、氙提取率高，易于操作的方法。本發(fā)明的技術(shù)要點(diǎn)是將含有Kr-Xe組份濃度在18％以上的混合氣，作為本發(fā)明的原料，來(lái)提取99.995％或更高純度的氪產(chǎn)品和氙產(chǎn)品。氧中含有18％以上濃度的氪氙混合氣中，還含有CH4，N2，CO，CO2和N2O等雜質(zhì)，依這些雜質(zhì)組份的不同性質(zhì)，組成整個(gè)生產(chǎn)工藝流程，如圖1所示。原料氣以10～15m3/h流量投料至50m3時(shí)為止，作間歇操作生產(chǎn)，首先將原料氣中CH4除去通過(guò)除甲烷爐(1)將CH4加O2分介生成CO2和H2O，使CH4降至1ppm以下，而CO2和H2O用分子篩吸附器(2)吸附除去各降至1ppm以下。將混合氣送入第一低溫精餾塔(3)中，在0.3～0.5MPa壓力下操作，塔頂冷凝器采用液氧作冷卻介質(zhì)，將進(jìn)入的混合氣體冷凝，并從塔頂排出氧餾份，至進(jìn)料完畢為止，而后進(jìn)行全回流操作，塔釜用電加熱器或加熱的氮?dú)庾鳠嵩矗刮锪仙仙髁窟_(dá)穩(wěn)定操作狀態(tài)，然后繼續(xù)排出氧餾份，當(dāng)氪組份含量增加到0.1％以上至99.9％時(shí)，作為O2-Kr餾份送至貯罐(4)中。99.9％以上的氪為氪餾份，送入除氧爐(5)中除氧雜質(zhì)達(dá)1ppm以下，作為氪產(chǎn)品氣送去充裝于產(chǎn)品瓶中即完成了氪產(chǎn)品的生產(chǎn)。當(dāng)塔頂排料的氪餾份中含氙濃度為20ppm以上至97％時(shí)，作為Kr-Xe餾份送至貯罐(6)中，作下次操作的原料，并停止排料完成第一精餾塔的操作，塔中存料即為氙餾份送至貯罐(12)中存貯計(jì)量，氙餾份中含有雜質(zhì)約為Kr，O2，N2，CH4，CO2和N2O等，通入前端氙氣純化器(7)中將O2，N2，CH4，CO2和N2O除去達(dá)到產(chǎn)品所規(guī)定含量，并進(jìn)入予冷的第二低溫精餾塔(8)中，以全回流操作并保持塔壓在0.2～0.3MPa條件，塔頂冷凝器以乙醇加液氮作冷卻介質(zhì)并組成溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)(10)，塔釜以氮?dú)鈦?lái)加熱達(dá)到穩(wěn)定操作狀態(tài)，將塔頂氪等雜質(zhì)作間斷排出，送至貯罐(9)中存放，當(dāng)塔頂排料中氪組份至100ppm以下或依要求更低時(shí)，停止排料和操作而塔中物料即為氙產(chǎn)品，送至貯罐(11)后再分別充入產(chǎn)品瓶中，完成了氙氣產(chǎn)品的生產(chǎn)。如氙餾份中N2O等雜質(zhì)很少時(shí)，可采用終端氙氣純化器，如圖(2)所示流程進(jìn)行處理。它是將含有Kr-Xe組份濃度在18％以上的混合氣作為原料，其特征在于原料氣通過(guò)除甲烷爐(1)生成CO2和H2O，除去CH4達(dá)1ppm以下，利用分子篩吸附器(2)吸附CO2和H2O，使之各達(dá)1ppm以下，O2-Kr-Xr混合氣體進(jìn)入低溫精餾塔(3)，將O2，Kr和Xe分別分離出來(lái)，當(dāng)Kr中含O2在1000ppm以下時(shí)，通過(guò)除氧護(hù)(5)使在1ppm以下，得高純度氪產(chǎn)品充入產(chǎn)品瓶中，當(dāng)Xe中含有3％以下氪及其他雜質(zhì)，通過(guò)氙純化器(7)及低溫精餾塔(8)及塔頂溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)(10)，將Kr，O2，N2，CH4及N2O等除去得高純度氙產(chǎn)品充入產(chǎn)品瓶中。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用的高效分離用不銹鋼絲網(wǎng)波紋規(guī)整填料和Dixon環(huán)填料與之相比，在相同塔高度條件下，具有明顯地分離效率高，氪餾份中氧含量可達(dá)到10～20ppm，同時(shí)其滯溜量小可縮短平衡時(shí)間，上升汽流量的允許上下限幅度大，易于操作，從而提高了產(chǎn)品的提取率。采用高效大容量除氧爐，可處理300m3以上氪餾份氣，然后進(jìn)行氫還原活化，從而簡(jiǎn)化了操作，節(jié)省大量高純氮?dú)?，更重要地避免了?duì)氪產(chǎn)品的氫污染，保證了氪產(chǎn)品的質(zhì)量。用氙氣純化器和低溫精餾法解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，可大量處理氙餾份，并對(duì)氪組份含量有較寬的許可，達(dá)到較高的提取率。以乙醇加液氮為冷卻介質(zhì)，采用一套恒溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，以塔頂?shù)臏囟葌鞲衅?，使操作的要求?76～-82℃間給出規(guī)定溫度訊號(hào)，送至液氮自動(dòng)排料閥，控制其開(kāi)關(guān)程度給出不同的液氮量，達(dá)到規(guī)定的恒溫條件，從而實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，改善了操作，也減少或避免造成凍塔事故(因氙沸點(diǎn)與凝固點(diǎn)相差3℃)，同時(shí)提高了提取率。本發(fā)明簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工藝流程，方便了操作，提高了產(chǎn)品質(zhì)量的可靠性和產(chǎn)品的提取率。附圖為本發(fā)明的工藝流程圖。所說(shuō)雙精餾塔均采用高效分離的填料塔；氪餾份中氧雜質(zhì)的除去是采用高效除氧催化劑的大容量除氧爐，除氧達(dá)到1ppm以下；氙餾份中雜質(zhì)的純化，采用了氙氣純化器和精餾塔，將其雜質(zhì)全部除去達(dá)到規(guī)定要求；第二低溫精餾塔塔頂冷凝器的恒溫，采用乙醇和液氮為冷卻介質(zhì)，以冷凝器溫度傳感器液氮罐及液氮自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。實(shí)施例1原料氣組成O2～64.6％，Kr～34％；Xe～1.38％，雜質(zhì)含量CH4＜100ppm；N2～50ppm；CO2～5ppm；N2O～10ppm；進(jìn)料量為25M3，通過(guò)除甲烷爐后CH4＜1ppm，通過(guò)吸附器后CO2＜1ppm，H2O＜1ppm，第一精餾塔頂排出氪餾份是從含O2～10000ppm開(kāi)始至Xe含量增至20ppm為止，通過(guò)除氧爐后O2＜1ppm，氪產(chǎn)品組成為下Kr≥99.995％雜質(zhì)含量ppm</tables>氪產(chǎn)品量為7.148m3氙餾份組成K1～2％，N2O～100ppm，O2～3ppm，N2～5ppm，CH4～1ppm，CO2～1ppm進(jìn)料量為346L，通過(guò)前端氙氣純化器后進(jìn)入第二精餾塔，塔頂間斷排料于氪組份含量為60ppm為止，氙產(chǎn)品組成如下Xe≥99.995％雜質(zhì)含量ppm</tables>氙產(chǎn)品量為300.2L氪產(chǎn)品提取率約為87.27％；氙產(chǎn)品提取率約為86.76％。實(shí)施例2原料氣組成O2～71.45％，Kr～26.8％，Xe～1.75％；雜質(zhì)含量CH4＜100ppm；N2～30ppm；CO2～4ppm；N2O～6ppm；進(jìn)料量為47.5M3，通過(guò)除甲烷爐后CH4～3ppm，通過(guò)吸附器后CO2＜1ppm，H2O＜1ppm，第一精餾塔頂排出氪餾份是從含O2～1000ppm開(kāi)始至Xe含量增至5ppm為止，其中CH4＜1ppm，通過(guò)除氧爐后的O2＜1ppm，氪產(chǎn)品組成為下Kr≥99.998％雜質(zhì)含量ppm</tables>氪產(chǎn)品量為11.46m3氙餾份組成Kr～1％，N2O～40ppm，O2～3ppm，N2～7ppm，CH4～1ppm，CO2～1ppm進(jìn)料量為829.3L，通過(guò)前端氙氣純化器后進(jìn)入第二精餾塔，塔頂間斷排料于氪組份含量為20ppm為止，氙產(chǎn)品組成如下Xe≥99.998％雜質(zhì)含量ppm</tables>氙產(chǎn)品量為746.3L氪產(chǎn)品提取率約為90％；氙產(chǎn)品提取率約為90％。權(quán)利要求1.一種氧、氪、氙混合氣中提取高純度氪、氙的方法，它是將含有Kr-Xe組份濃度在18％以上的混合氣作為原料，其特征在于原料氣通過(guò)除甲烷爐(1)生成CO2和H2O，除CH4達(dá)1ppm以下，利用分子篩吸附器(2)吸附CO2和H2O，使之各達(dá)1ppm以下，O2-Kr-Xr混合氣體進(jìn)入低溫精餾塔(3)，將O2，Kr和Xe分別分離出來(lái)，當(dāng)Kr中含O2在1000ppm以下時(shí)，通過(guò)除氧爐(5)使在1ppm以下，得高純度氪產(chǎn)品充入產(chǎn)品瓶中，當(dāng)Xe中含有3％以下氪及其他雜質(zhì)，通過(guò)氙純化器(7)及低溫精餾塔(8)及塔頂溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)(10)，將Kr，O2，N2，CH4及N2O等除去得高純度氙產(chǎn)品充入產(chǎn)品瓶中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于雙精餾塔均采用高效分離的填料塔。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氪餾份中氧雜質(zhì)的除去是采用高效除氧催化劑的大容量除氧爐，除氧達(dá)到1ppm以下。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于氙餾份中雜質(zhì)的純化，采用了氙氣純化器和精餾塔，將其雜質(zhì)全部除去達(dá)到規(guī)定要求。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于第二低溫精餾塔塔頂冷凝器的恒溫，采用乙醇和液氮為冷卻介質(zhì)，以冷凝器溫度傳感器，液氮罐及液氮自動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成溫度自動(dòng)控制系統(tǒng)。全文摘要本發(fā)明是從氧、氪、氙的混合氣中提取氪氣體產(chǎn)品、氙氣體產(chǎn)品的方法。它是將原料氣通過(guò)除甲烷爐生成CO文檔編號(hào)F25J3/02GK1196331SQ9710325公開(kāi)日1998年10月21日申請(qǐng)日期1997年4月17日優(yōu)先權(quán)日1997年4月17日發(fā)明者張鴻逵申請(qǐng)人:張鴻逵