一种能够制备粗氖氦产品的装置的制作方法

1.本技术涉及氖氦提取领域，尤其是涉及一种能够制备粗氖氦产品的装置。


背景技术：

2.氖氦作为需求日益增长的两种稀有气体，被广泛应用于光源、蚀刻气、激光气、医学、同位素提取等科技领域和高端制造行业。但目前，高纯单质氖气仅能从空分装置(即空气分离装置)中进行工业化生产制备得到，这就使得该两种稀有气体的全球供应趋紧，价格飙升。在国内现有已建空分装置上，以往大多都未考虑分离提取氖氦，但随着需求增长及价格飙升，大型空分由于原料空气量大，对其进行改造以提取氖氦的经济性日益凸显。
3.目前，对已建空分装置改造以粗提氖氦的实施案例非常少，以往有限的思路均为从主冷凝蒸发器直接抽取不凝气以提取粗氖氦，但由于受冷量约束以及提取率的限制，能抽出的不凝气流量很有限，最终获得的粗氖氦气产品量较少，而且还会影响原空分装置的主产品提取率。此外，由于抽出的不凝气以及返流的废气为低温气体，粗提装置只能靠近原空分建设。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种能够制备粗氖氦产品的装置，以解决现有的粗提装置粗提氖氦时的产品量较少以及该装置的设置场地受限的问题。
5.根据上述目的，本实用新型提供一种能够制备粗氖氦产品的装置，其中，所述能够制备粗氖氦产品的装置包括：
6.供料组件，设置有空分冷箱，所述供料组件的出口排出有常温状态的不凝气原料；以及
7.氖氦粗提冷箱，包括顺次连通的主换热器和粗氖氦塔，所述主换热器与所述供料组件的出口连通，所述粗氖氦塔的顶部设置有产品出口；所述粗氖氦塔的顶部设置有冷凝器，所述冷凝器的入口和出口分别与所述粗氖氦塔的顶部的不同位置处连通，以在所述粗氖氦塔中形成回流液。
8.优选地，所述主换热器的第一入口通过第一支路与所述供料组件的出口连通，所述主换热器的第一出口通过所述第一支路与所述粗氖氦塔的第一入口连通，所述粗氖氦塔的第一入口位于所述粗氖氦塔的底部。
9.优选地，所述粗氖氦塔的产品出口通过第二支路与所述主换热器的第二入口连通，所诉主换热器的第二出口通过所述第二支路与充瓶系统连通。
10.优选地，所述主换热器与所述充瓶系统之间的所述第二支路上设置有膜压机。
11.优选地，所述粗氖氦塔的第二出口通过第三支路与所述冷凝器的入口连通，并且所述粗氖氦塔的第二出口位于所述粗氖氦塔的产品出口的上方；所述冷凝器的出口通过第四支路与所述粗氖氦塔的第二入口连通。
12.优选地，所述粗氖氦塔的第三出口通过第五支路与所述冷凝器的蒸发侧入口连
通，所述第五支路上设置有过冷器和第一阀门，并且所述过冷器靠近所述粗氖氦塔的第三出口设置；所述粗氖氦塔的第三出口位于所述粗氖氦塔的最低处。
13.优选地，所述冷凝器的蒸发侧出口通过第六支路与所述供料组件的入口连通，所述第六支路上依次设置有第二阀门、所述过冷器、所述主换热器以及氮压机；所述第二阀门靠近所述冷凝器的蒸发侧出口。
14.优选地，所述空分冷箱的入口和所述空分冷箱的出口分别与所述第六支路和所述第一支路连通；并且所述空分冷箱的出口处的所述第一支路上设置有氖氦吹除阀，所述空分冷箱的入口处的所述第六支路上设置有第三阀门。
15.优选地，所述氖氦吹除阀和所述第三阀门远离所述空分冷箱的一端所连接的所述第一支路和所述第六支路中均设置有所述副换热器。
16.优选地，所述供料组件的数量为一个或多个；当所述供料组件的数量为多个时，多个所述供料组件的出口并联后与所述氖氦粗提冷箱连通。
17.根据本实用新型的能够制备粗氖氦产品的装置，将氖氦粗提冷箱与供料组件连接，从而通过现有空分装置中的空分冷箱能够大量抽取不凝气至粗氖氦塔中，从而增加了粗氖氦塔的原料气量，进而能够提高粗氖氦气的产出量和提取率。此外，通过副换热器能够使得供料组件排出常温状态的不凝气原料，从而使得氖氦粗提冷箱的设置位置可灵活选择，而不再受原空分装置建设场址的限制。如此，大量的常温不凝气原料经主换热器冷却后流入粗氖氦塔中，经过与回流液的传热传质后，由粗氖氦塔的顶部排出所制备的粗氖氦气体。
18.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
19.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
20.图1是根据本实用新型的实施例的制备粗氖氦产品的装置的示意图；
21.图2是根据本实用新型的实施例的制备粗氖氦产品的装置的另一示意图。
22.图标：1-供料组件；10-空分冷箱；11-副换热器；2-氖氦粗提冷箱；20-主换热器；21-粗氖氦塔；22-冷凝器；23-过冷器；30-氮压机；31-膜压机；32-充瓶系统；33-补充液氮；41-第一支路；42-第二支路；43-第三支路；44-第四支路；45-第五支路；46-第六支路；51-第一阀门；52-第二阀门；53-第三阀门；54-氖氦吹除阀。
具体实施方式
23.提供以下具体实施方式以帮助读者获得对这里所描述的方法、设备和/或系统的全面理解。然而，在理解本技术的公开内容之后，这里所描述的方法、设备和/或系统的各种改变、修改及等同物将是显而易见的。例如，这里所描述的操作的顺序仅仅是示例，其并不限于这里所阐述的顺序，而是除了必须以特定顺序发生的操作之外，可做出在理解本技术
的公开内容之后将是显而易见的改变。此外，为了提高清楚性和简洁性，可省略本领域中已知的特征的描述。
24.这里所描述的特征可以以不同的形式实施，并且不应被解释为局限于这里所描述的示例。更确切地说，已经提供了这里所描述的示例仅用于示出在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的实现这里描述的方法、设备和/或系统的诸多可行方式中的一些方式。
25.在整个说明书中，当元件(诸如，层、区域或基板)被描述为“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件时，其可直接“在”另一元件“上”、“连接到”另一元件、“结合到”另一元件、“在”另一元件“之上”或“覆盖”另一元件，或者可存在介于它们之间的一个或更多个其他元件。相比之下，当元件被描述为“直接在”另一元件“上”、“直接连接到”另一元件、“直接结合到”另一元件、“直接在”另一元件“之上”或“直接覆盖”另一元件时，可不存在介于它们之间的其他元件。
26.如在此所使用的，术语“和/或”包括所列出的相关项中的任何一项和任何两项或更多项的任何组合。
27.尽管可在这里使用诸如“第一”、“第二”和“第三”的术语来描述各个构件、组件、区域、层或部分，但是这些构件、组件、区域、层或部分不受这些术语所限制。更确切地说，这些术语仅用于将一个构件、组件、区域、层或部分与另一构件、组件、区域、层或部分相区分。因此，在不脱离示例的教导的情况下，这里所描述的示例中所称的第一构件、组件、区域、层或部分也可被称为第二构件、组件、区域、层或部分。
28.为了易于描述，在这里可使用诸如“在
……
之上”、“上部”、“在
……
之下”和“下部”的空间关系术语，以描述如附图所示的一个元件与另一元件的关系。这样的空间关系术语意图除了包含在附图中所描绘的方位之外，还包含装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，则被描述为相对于另一元件位于“之上”或“上部”的元件随后将相对于另一元件位于“之下”或“下部”。因此，术语“在
……
之上”根据装置的空间方位而包括“在
……
之上”和“在
……
之下”两种方位。所述装置还可以以其他方式定位(例如，旋转90度或处于其他方位)，并将对在这里使用的空间关系术语做出相应的解释。
29.在此使用的术语仅用于描述各种示例，并非用于限制本公开。除非上下文另外清楚地指明，否则单数的形式也意图包括复数的形式。术语“包括”、“包含”和“具有”列举存在的所陈述的特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合，但不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、操作、构件、元件和/或它们的组合。
30.由于制造技术和/或公差，可出现附图中所示的形状的变化。因此，这里所描述的示例不限于附图中所示的特定形状，而是包括在制造期间出现的形状上的改变。
31.这里所描述的示例的特征可按照在理解本技术的公开内容之后将是显而易见的各种方式进行组合。此外，尽管这里所描述的示例具有各种各样的构造，但是如在理解本技术的公开内容之后将显而易见的，其他构造是可能的。
32.根据本实用新型提供一种能够制备粗氖氦产品的装置，如图1至图2所示，本实施例的制备粗氖氦产品的装置包括供料组件1和氖氦粗提冷箱2。该供料组件1能够持续向氖氦粗提冷箱2提供常温状态的不凝气原料，以确保下述粗氖氦塔21始终有充足的原料气量，从而能够提高粗氖氦气的产出量和提取率。在下文中，将详细描述根据本实用新型的能够制备粗氖氦产品的装置的上述各部分的具体结构。
33.在本实施例中，如图1至图2所示，供料组件1包括顺次连接的空分冷箱10和副换热器11，该空分冷箱10是现有已建成的空分装置(即如下所述的原空分装置)的冷箱，但对于不同的空分装置的冷箱的出口(排出低温不凝气的位置处)略有不同，例如该空分冷箱10的出口还可以设置于空分装置的上下塔启动联通管线上，只要能够稳定持续地提供大量的不凝气且不影响原有产品的生产即可。如此设置，使得无需对冷箱进行扒砂改造就能够实现粗氖氦气的提取，可实施性强且不影响原空分装置的正常生产。
34.此外，在本实施例中，该空分冷箱10的出口b1通过第一支路41与副换热器11的第一入口a2连通，同时该副换热器11的第一出口b2通过该第一支路41与下述氖氦粗体冷箱连通，如此通过副换热器11能够将空分冷箱10排出的低温不凝气进行换热复温，从而得到常温状态的不凝气原料以提供至氖氦粗提冷箱2中。而采用复温后的不凝气作为原料能够保证原空分装置的冷量平衡，从而能够保证当低温不凝气被大量抽取时，原空分装置的整体冷量也不受影响。此外，以常温状态的不凝气作为原料，从而使得氖氦粗提冷箱2的设置位置可以灵活选择，而不再受原空分装置建设场址的限制。此外，如图1所示，该空分冷箱10的出口b1处的第一支路41上设置有氖氦吹除阀54，即该氖氦吹出阀位于空分冷箱10与副换热器11之间的第一支路41中，其用于将空分冷箱10中的不凝气排出。
35.此外，在本实施例中，氖氦粗提冷箱2包括顺次连通的主换热器20和粗氖氦塔21，该主换热器20的第一入口a1通过第一支路41与副换热器11的第一出口b2连通，该主换热器20的第一出口b1通过第一支路41与粗氖氦塔21的第一入口c1连通，如此通过第一支路41即能够将不凝气原料导入至粗氖氦塔21中，其中主换热器20用于将常温状态的不凝气冷却至接近饱和温度，而后将其导入粗氖氦塔21底部作为上升气。也就是说，粗氖氦塔21的第一入口c1位于粗氖氦塔21的底部，以便于不凝气(即上升气)能够与下述冷凝器22产生的回流液充分传热传质，从而能够在粗氖氦塔21的顶部得到粗氖氦产品(本实施例中的粗氖氦产品为氖氦含量合计约为60％的粗氖氦混合气)，进而该粗氖氦产品通过粗氖氦塔21的产品出口d1导出。
36.具体地，上述粗氖氦塔21的产品出口d1通过第二支路42与主换热器20的第二入口a2连通，而主换热器20的第二出口b2则通过第二支路42与充瓶系统32连通，并且在主换热器20的第二出口b2与充瓶系统32之间的第二支路42上还设置有膜压机31。如此，通过第二支路42则能够将制得的粗氖氦产品送入膜压机31压缩，而后再将压缩后的产品充入充瓶系统32例如管束车以作为产品销售。
37.此外，在本实施例中，如图1至图2所示，该粗氖氦塔21的顶部还设置有冷凝器22，该冷凝器22的入口e1通过第三支路43与粗氖氦塔21的第二出口d2连通，该冷凝器22的出口f1通过第四支路44与粗氖氦塔21的第二入口c2连通，如此通过该第三支路43、冷凝器22以及第四支路44能够将位于粗氖氦塔21顶部的上升气冷凝，以形成为上述回流液，进而实现上述回流液与不凝气的传热传质。基于上述技术效果，粗氖氦塔21的第二出口d2被设置于粗氖氦塔21的产品出口d1的上方，粗氖氦塔21的第二入口c2也应位于粗氖氦塔21的顶部。
38.此外，在本实施例中，如图1至图2所示，上述由冷凝器22产生的回流液经与上升气传热传质后，能够在粗氖氦塔21的底部得到液氮，该液氮经位于粗氖氦塔21底部的第三出口d3排出。具体地，该粗氖氦塔21的第三出口d3通过第五支路45与冷凝器22的蒸发侧入口e2连通，在该第五支路45中还设置有过冷器23，如此能够将该液氮过冷以将其送入冷凝器22
的蒸发侧作为冷源。该第五支路45靠近冷凝器22的位置处还设置有第一阀门51，以便于对第五支路45通断的精准控制。此外，基于上述技术效果以及液氮的特性，粗氖氦塔21的第三出口d3位于粗氖氦塔21的最低处，以便于液氮的流出。
39.此外，如图1至图2所示，冷凝器22的蒸发侧出口f2通过第六支路46与上述空分冷箱10的第一入口a1连通，该第六支路46上依次设置有第二阀门52、上述过冷器23、上述主换热器20、氮压机30、上述副换热器11以及第三阀门53，并且第二阀门52靠近冷凝器22的蒸发侧出口f2设置。通过第六支路46能够将冷凝器22中汽化后的氮气送入过冷器23以将上述液氮过冷，而后换热复温后的氮气被送入主换热器20以作为上述不凝气的冷源，并且在该主换热器20中，该氮气能够进一步复温；充分复温后的氮气经氮压机30压缩至空分装置下塔的操作压力后被导入副换热器11，在该副换热器11中，压缩后的氮气作为上述不凝汽的热源被冷却至接近饱和温度，而后再将其送入上述空分冷箱10中以参与精馏，如此形成闭环回路。
40.需要说明的是，本实施例中的装置采用上述氮循环压缩，使得废气能够重新返回至原空分装置中，从而保证了原空分装置主产品的提取率不受影响。此外，通过该氮循环压缩能够将原空分装置下塔顶部的部分压力氮抽取量改为从不凝气处增加此额外流量，而后汽化后的低压氮气经氮气压缩机加压后能够作为压力氮产品，如此可增加不凝气中的氖氦含量，以此进一步提高粗氖氦气的提取率。此外，粗氖氦塔21底部的液氮经过冷器23过冷能够减少第一阀门51后端的汽化率，从而能够最大程度的维持粗氖氦塔21的冷量平衡，即仅需要非常少的补充液氮33甚至无需补充液氮33。
41.此外，如图2所示，上述供料组件1的数量可以为多个，当供料组件1的数量为多个时(即设置多套空分集群时)，可以将多个供料组件1的出口即每组供料组件1中的副散热器第一出口b2并联，以将所有不凝气汇总后再导入主换热器20中。同样地，氮压机30压缩后的氮气经多个支路对应导入每个供料组件1的空分冷箱10中，如此能够节约总体建设成本，经济效益明显。
42.根据本实用新型的能够制备粗氖氦产品的装置，将氖氦粗提冷箱2与供料组件1连接，从而通过现有空分装置中的空分冷箱10能够大量抽取不凝气至粗氖氦塔21中，从而增加了粗氖氦塔21的原料气量，进而能够提高粗氖氦气的产出量和提取率。此外，通过副换热器11能够使得供料组件1排出常温状态的不凝气原料，从而使得氖氦粗提冷箱2的设置位置可灵活选择，而不再受原空分装置建设场址的限制。如此，大量的常温不凝气原料经主换热器20冷却后流入粗氖氦塔21中，经过与回流液的传热传质后，由粗氖氦塔21的顶部排出所制备的粗氖氦气体。
43.最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本技术的具体实施方式，用以说明本技术的技术方案，而非对其限制，本技术的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。