Способ получения криптоно-ксеноновой смеси и устройство для его осуществления

 

Изобретение может быть использовано в металлургической, химической и нефтехимической промышленности для получения криптоно-ксеноновой смеси. Поток первичного концентрата подают в блок предварительной очистки, охлаждают в концевом холодильнике, проводят очистку в адсорбционном узле очистки, охлаждают в основном теплообменнике, ожижают в столбовом конденсаторе, после чего подают в столбовую линию, где осуществляют предварительное повышение давления потока ожиженного концентрата, который затем подают в приемную линию ступени повышения давления, где его преобразуют в промежуточный двухфазный поток, поднимают через тяговую линию в пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления, где осуществляют сепарацию газовой и жидкостной фаз, при этом газовую фазу выводят в виде обратного потока концентрата и подают на смешение с потоком очищенного концентрата перед ожижением, а жидкостную фазу пропускают через напорную линию ступени повышения давления и подают в линию высокого напора ступени повышения давления, после чего последний поток направляют в испаритель-конденсатор, где его газифицируют и подают в ректификационную колонну на разделение с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси и потока отдувочного кислорода. Изобретение позволяет повысить надежность и безопасность процесса и увеличить термодинамическую эффективность. 2 с. и 6 з.п.ф-лы. 1 ил.

Заявляемые изобретения относятся к криогенной технике, в частности к технологии низкотемпературной ректификации воздуха, и могут быть использованы в металлургической, химической и нефтехимической промышленности.

Известен способ получения криптоно-ксеноновой смеси, включающий подачу потока первичного концентрата в линию первичного концентрата, очистку потока первичного концентрата в блоке предварительной очистки, охлаждение потока первичного концентрата в концевом холодильнике, очистку потока первичного концентрата в адсорбционном узле очистки с образованием потока очищенного концентрата, подачу последнего потока в линию очищенного концентрата, охлаждение потока очищенного концентрата в основном теплообменнике, подачу разделяемого потока в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, ректификационное разделение последнего потока в контактной части ректификационной колонны с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси и потока отдувочного кислорода, подачу потока отдувочного кислорода из ректификационной колонны в линию отдувочного кислорода, подачу потока обратного кислорода в линию потока обратного кислорода, подачу потока криптоно-ксеноновой смеси из ректификационной колонны в линию продукционной смеси, подачу входного потока жидкого азота по входной линии жидкого азота, подачу первого потока жидкого хладоагента в конденсатор ректификационной колонны на сторону кипения по линии первого потока жидкого хладоагента, испарение последнего потока в конденсаторе ректификационной колонны на стороне кипения с образованием первого потока газообразного хладоагента, подачу последнего потока в линию первого потока газообразного хладоагента, подачу первого потока газообразного хладоагента в линию потока обратного азота, подачу входного потока воздуха по линии входного потока воздуха и вывод обратного потока воздуха по линии обратного потока воздуха (см. каталог "Криогенное оборудование", часть вторая, Цинтихимнефтемаш, М., 1976 г., стр. 75).

Недостатком известного способа является низкая надежность и безопасность, а также низкая термодинамическая эффективность.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого способа, является повышение надежности и безопасности, а также увеличение термодинамической эффективности.

Поставленная задача решается тем, что в способе получения криптоно-ксеноновой смеси, включающем подачу потока первичного концентрата в линию первичного концентрата, очистку потока первичного концентрата в блоке предварительной очистки, охлаждение потока первичного концентрата в концевом холодильнике, очистку потока первичного концентрата в адсорбционном узле очистки с образованием потока очищенного концентрата, подачу последнего потока в линию очищенного концентрата, охлаждение потока очищенного концентрата в основном теплообменнике, подачу разделяемого потока в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, ректификационное разделение последнего потока в контактной части ректификационной колонны с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси и потока отдувочного кислорода, подачу потока отдувочного кислорода из ректификационной колонны в линию отдувочного кислорода, подачу потока обратного кислорода в линию потока обратного кислорода, подачу потока криптоно-ксеноновой смеси из ректификационной колонны в линию продукционной смеси, подачу входного потока жидкого азота по входной линии жидкого азота, подачу первого потока жидкого хладоагента в конденсатор ректификационной колонны на сторону кипения по линии первого потока жидкого хладоагента, испарение последнего потока в конденсаторе ректификационной колонны на стороне кипения с образованием первого потока газообразного хладоагента, подачу последнего потока в линию первого потока газообразного хладоагента, подачу первого потока газообразного хладоагента в линию потока обратного азота, подачу входного потока воздуха по линии входного потока воздуха и вывод обратного потока воздуха по линии обратного потока воздуха, отличительной особенностью является то, что поток очищенного концентрата после охлаждения в основном теплообменнике ожижают в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, после чего в виде потока сжиженного концентрата подают в столбовую линию, где осуществляют предварительное повышение давления потока ожиженного концентрата, затем поток ожиженного концентрата из столбовой линии подают в виде входного потока жидкости низкого напора в приемную линию ступени повышения давления, где последний поток преобразуют в промежуточный двухфазный поток в устройстве формирования промежуточного двухфазного потока, после чего этот поток поднимают через тяговую линию, в которой осуществляют увеличение потенциальной энергии промежуточного двухфазного потока, в пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления, где осуществляют сепарацию газовой и жидкостной фаз, при этом газовую фазу из вышеуказанного пароотделителя высокого потенциала выводят из ступени повышения давления и в виде обратного потока концентрата через отводную линию и отводной регулирующий вентиль подают на смешение с потоком очищенного концентрата перед сжижением последнего в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, а жидкостную фазу из пароотделителя высокого потенциала ступени повышения давления пропускают через напорную линию ступени повышения давления, где осуществляют выходное повышение давления потока жидкого концентрата под действием силы тяжести, и подают через выходной вентиль ступени повышения давления в виде потока жидкости высокого напора ступени повышения давления в линию высокого напора ступени повышения давления, после чего последний поток в виде потока жидкого концентрата высокого напора направляют по линии жидкого концентрата высокого напора в испаритель-конденсатор, где последний поток газифицируют и в виде разделяемого потока подают в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, при этом входной поток воздуха делят на части - греющий поток воздуха и поток воздуха-хладоагента, а входной поток жидкого азота делят на первый поток жидкого хладоагента и столбовой поток жидкого азота, при этом поток воздуха-хладоагента подают в линию потока воздуха-хладоагента, затем предварительно охлаждают в дополнительном теплообменнике, после чего ожижают в испарителе-конденсаторе и в виде потока жидкого воздуха по линии потока жидкого воздуха подают через воздушный пароотделитель и жидкостной воздушный вентиль в линию второго потока жидкого хладоагента, где поток жидкого воздуха смешивают со столбовым потоком жидкого азота, после чего суммарный поток в виде второго потока жидкого хладоагента направляют в столбовой конденсатор на сторону кипения, где испаряют с образованием второго потока газообразного хладоагента, после чего последний поток подают в линию второго потока газообразного хладоагента, нагревают в основном теплообменнике, смешивают с греющим потоком воздуха с образованием обратного потока воздуха, после чего последний поток дополнительно нагревают в концевом холодильнике и подают в линию обратного потока воздуха, при этом поток отдувочного кислорода после вывода из ректификационной колонны дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике, после чего в виде потока обратного кислорода подают в линию потока обратного кислорода, а первый поток газообразного хладоагента перед подачей в линию потока обратного азота также дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике, при этом разделяемый поток перед подачей в ректификационную колонну дополнительно очищают от радона в радоновом адсорбере.

Известно устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси, содержащее линию первичного концентрата с расположенными на ней блоком предварительной очистки, концевым холодильником и адсорбционным узлом очистки, связанную с линией первичного концентрата линию очищенного концентрата с расположенным на ней основным теплообменником, входную линию жидкого азота, линию входного потока воздуха, линию греющего потока воздуха, входом соединенную с линией входного потока воздуха, ректификационную колонну, включающую конденсатор ректификационной колонны, контактную часть ректификационной колонны и испаритель ректификационной колонны, связанные с ректификационной колонной линию подачи разделяемого потока, линию отдувочного кислорода и линию продукционной смеси, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения и входной линией жидкого азота линию первого потока жидкого хладоагента, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента, линию потока обратного азота, линию потока обратного кислорода и линию обратного потока воздуха (см. каталог "Криогенное оборудование", часть вторая, Цинтихимнефтемаш, М., 1976, с.75).

Недостатком известного устройства для получения криптоно-ксеноновой смеси является низкая надежность и безопасность, а также низкая термодинамическая эффективность.

Техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого устройства, является повышение надежности и безопасности, а также увеличение термодинамической эффективности.

Поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения криптоно-ксеноновой смеси, содержащем линию первичного концентрата с расположенными на ней блоком предварительной очистки, концевым холодильником и адсорбционным узлом очистки, связанную с линией первичного концентрата линию очищенного концентрата с расположенным на ней основным теплообменником, входную линию жидкого азота, линию входного потока воздуха, линию греющего потока воздуха, входом соединенную с линией входного потока воздуха, ректификационную колонну, включающую конденсатор ректификационной колонны, контактную часть ректификационной колонны и испаритель ректификационной колонны, связанные с ректификационной колонной линию подачи разделяемого потока, линию отдувочного кислорода и линию продукционной смеси, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения и входной линией жидкого азота линию первого потока жидкого хладоагента, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента, линию потока обратного азота, линию потока обратного кислорода и линию обратного потока воздуха, отличительной особенностью является то, что оно снабжено последовательно соединенными столбовым конденсатором, столбовой линией, приемной линией ступени повышения давления, устройством формирования промежуточного двухфазного потока, тяговой линией, пароотделителем высокого потенциала ступени повышения давления, напорной линией ступени повышения давления с выходным вентилем ступени повышения давления, линией высокого напора ступени повышения давления, линией жидкого концентрата высокого напора с размещенным на ней испарителем-конденсатором, причем столбовой конденсатор со стороны конденсации связан с линией очищенного концентрата после основного теплообменника, а линия жидкого концентрата высокого напора связана с линией подачи разделяемого потока после испарителя-конденсатора, при этом пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления дополнительно связан через отводную линию с размещенным на ней отводным регулирующим вентилем с линией очищенного концентрата перед столбовым конденсатором, а также дополнительно связан с приемной линией ступени повышения давления перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока посредством двух параллельных линий - жидкостной переливной линии и регулирующей линии с установленными на последней регулирующим вентилем и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления, при этом оно дополнительно снабжено последовательно размещенными линией потока воздуха-хладоагента с установленным на ней дополнительным теплообменником, линией потока жидкого воздуха с размещенными на ней воздушным пароотделителем и жидкостным воздушным вентилем и соединенной с линией потока воздуха-хладоагента через испаритель-конденсатор, линией второго потока жидкого хладоагента, соединяющей линию потока жидкого воздуха со столбовым конденсатором со стороны кипения и дополнительно соединенной со входной линией жидкого азота посредством линии подачи столбового потока жидкого азота с размещенным на ней столбовым азотным вентилем, линией второго потока газообразного хладоагента, соединяющей столбовой конденсатор со стороны кипения через основной теплообменник и концевой холодильник с линией обратного потока воздуха, при этом линия второго потока газообразного хладоагента дополнительно соединена с выходом линии греющего потока воздуха перед концевым холодильником, а линия потока воздуха-хладоагента своим входом соединена с линией входного потока воздуха, при этом линия первого потока газообразного хладоагента соединена с линией потока обратного азота через дополнительный теплообменник и концевой холодильник, а линия отдувочного кислорода связана с линией потока обратного кислорода через дополнительный теплообменник и концевой холодильник, при этом оно дополнительно снабжено эжекторной линией, входом соединенной с линией второго потока газообразного хладоагента после основного теплообменника, столбовым эжектором и продувочной линией, причем вход столбового эжектора соединен с эжекторной линией через эжекторный вентиль, выход столбового эжектора соединен с продувочной линией, а инжекционный патрубок столбового эжектора соединен со столбовым конденсатором со стороны конденсации посредством инжекционной линии с размещенным на ней инжекционным вентилем, при этом оно дополнительно снабжено радоновым адсорбером, размещенным на линии подачи разделяемого потока.

На чертеже схематично представлено устройство, в котором осуществлен заявляемый способ получения криптоно-ксеноновой смеси, содержащее линию первичного концентрата 1 с расположенными на ней блоком предварительной очистки 2, концевым холодильником 3 и адсорбционным узлом очистки 4, связанную с линией первичного концентрата 1 линию очищенного концентрата 5 с расположенным на ней основным теплообменником 6, последовательно соединенные столбовой конденсатор 7, столбовую линию 8, приемную линию ступени повышения давления 10 ступени повышения давления 9, устройство формирования промежуточного двухфазного потока 11, тяговую линию 12, пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления 13, напорную линию ступени повышения давления 14 с выходным вентилем ступени повышения давления 15, линию высокого напора ступени повышения давления 16, линию жидкого концентрата высокого напора 17 с размещенным на ней испарителем-конденсатором 18, причем столбовой конденсатор 7 со стороны конденсации связан с линией очищенного концентрата 5 после основного теплообменника 6, а линия жидкого концентрата высокого напора 17 связана с линией подачи разделяемого потока 19 после испарителя-конденсатора 18, при этом пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления 13 дополнительно связан через отводную линию 20 с размещенным на ней отводным регулирующим вентилем 21 с линией очищенного концентрата 5 перед столбовым конденсатором 7, а также дополнительно связан с приемной линией ступени повышения давления 10 перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока 11 посредством двух параллельных линий - жидкостной переливной линии 22 и регулирующей линии 23 с установленными на последней линии регулирующим вентилем 24 и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления 25, ректификационную колонну 26, включающую конденсатор ректификационной колонны 27, контактную часть ректификационной колонны 28 и испаритель ректификационной колонны 29, связанные с ректификационной колонной 26 линию подачи разделяемого потока 19 с размещенным на ней радоновым адсорбером 30, линию отдувочного кислорода 31 и линию продукционной смеси 32, входную линию жидкого азота 33, связанную с конденсатором ректификационной колонны 27 со стороны кипения и входной линией жидкого азота 33 линию первого потока жидкого хладоагента 34 с вентилем 35, связанную с конденсатором ректификационной колонны 27 со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента 36, линию входного потока воздуха 37, линию греющего потока воздуха 38 с расположенным на ней вентилем 39 и входом соединенную с линией входного потока воздуха 37, последовательно размещенные линию потока воздуха-хладоагента 40 с установленным на ней дополнительным теплообменником 41, линию потока жидкого воздуха 42 с размещенными на ней воздушным пароотделителем 43 и жидкостным воздушным вентилем 44, соединенную с линией потока воздуха-хладоагента 40 через испаритель-конденсатор 18, линию второго потока жидкого хладоагента 45, соединяющую линию потока жидкого воздуха 42 со столбовым конденсатором 7 со стороны кипения и дополнительно соединенную со входной линией жидкого азота 33 посредством линии подачи столбового потока жидкого азота 46 с размещенным на ней столбовым азотным вентилем 47, линию второго потока газообразного хладоагента 48, соединяющую столбовой конденсатор 7 со стороны кипения через основной теплообменник 6 и концевой холодильник 3 с линией обратного потока воздуха 49, при этом линия второго потока газообразного хладоагента 48 дополнительно соединена с выходом линии греющего потока воздуха 38 перед концевым холодильником 3, а линия потока воздуха-хладоагента 40 своим входом соединена с линией входного потока воздуха 37, линию вывода потока неконденсируемых примесей 50 с размещенным на ней вентилем 51, соединяющую воздушный пароотделитель 43 с линией второго потока газообразного хладоагента 48 перед концевым холодильником 3, линию потока обратного кислорода 52, соединенную с линией отдувочного кислорода 31 через дополнительный теплообменник 41 и концевой холодильник 3, линию потока обратного азота 53, соединенную с линией первого потока газообразного хладоагента 36 через дополнительный теплообменник 41 и концевой холодильник 3, эжекторную линию 54, входом соединенную с линией второго потока газообразного хладоагента 48 после основного теплообменника 6, столбовой эжектор 55 и продувочную линию 56, причем вход столбового эжектора 55 соединен с эжекторной линией 54 через эжекторный вентиль 57, выход столбового эжектора 55 соединен с продувочной линией 56, а инжекционный патрубок столбового эжектора 55 соединен со столбовым конденсатором 7 со стороны конденсации посредством инжекционной линии 58 с размещенным на ней инжекционным вентилем 59.

Обозначения потоков: ПКК - поток первичного концентрата; ОКК - поток очищенного концентрата; РП - разделяемый поток; См - поток криптоно-ксеноновой смеси; ОК - поток отдувочного кислорода; К - поток обратного кислорода; Аж - входной поток жидкого азота; Ж1 - первый поток жидкого хладоагента; Г1 - первый поток газообразного хладоагента;
ВВ - входной поток воздуха;
ВО - обратный поток воздуха;
Ж - поток ожиженного концентрата;
ЖН - входной поток жидкости низкого напора;
Ф - промежуточный двухфазный поток;
ЦК - обратный поток концентрата;
ЖВ - поток жидкости высокого напора ступени повышения давления;
ЖКВ - поток жидкого концентрата высокого напора;
ГВ - греющий поток воздуха;
ВХ - поток воздуха-хладоагента;
СА - столбовой поток жидкого азота;
ВЖ - поток жидкого воздуха;
Ж2 - второй поток жидкого хладоагента;
Г2 - второй поток газообразного хладоагента;
Э - эжекторный поток;
И - инжектируемый поток;
НП - поток неконденсируемых примесей.

Пример осуществления способа получения криптоно-ксеноновой смеси в заявляемом устройстве.

Поток первичного концентрата (поток ПКК) с содержанием криптона и ксенона от 0,05% до 1,5% (остальное - кислород с примесями метана, тяжелых углеводородов, углекислоты, азота) при давлении от 0,08 МПа до 0,14 МПа подают из воздухоразделительной установки в линию первичного концентрата 1, затем производят очистку потока ПКК в блоке предварительной очистки 2 от метана и тяжелых углеводородов методом каталитического выжигания (при температуре 550 - 700^oC), после чего поток ПКК охлаждают в концевом холодильнике 3 до температуры 5-8^oC и направляют в адсорбционный узел очистки 4, где осуществляют очистку потока ПКК от влаги и углекислоты с образованием потока очищенного концентрата (потока ОКК), который подают в линию очищенного концентрата 5. По линии 5 поток ОКК направляют в основной теплообменник 6, где охлаждают до температуры, близкой к температуре насыщения кислорода, после чего поток ОКК подают в столбовой конденсатор 7 на сторону конденсации, где ожижают при давлении 0,05-0,11 МПа с образованием потока ожиженного концентрата (потока Ж), после чего поток Ж подают в последовательно соединенную со столбовым конденсатором 7 столбовую линию 8, где осуществляют предварительное повышение давления потока Ж до величины 0,105-0,16 МПа. Затем поток Ж из столбовой линии 8 подают в виде входного потока жидкости низкого напора (потока ЖН) в приемную линию ступени повышения давления 10 ступени повышения давления 9, где поток ЖН преобразуют в промежуточный двухфазный поток (поток Ф) в устройстве формирования промежуточного двухфазного потока 11 путем испарения части потока ЖН (2-4%) за счет, например, подвода тепла Q_ф, после чего поток Ф поднимают через тяговую линию 12, в которой осуществляют увеличение потенциальной энергии потока Ф, в пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления 13. В пароотделителе 13 осуществляют сепарацию газовой и жидкостной фаз при давлении 0,09-0,146 МПа, при этом газовую фазу из пароотделителя 13 выводят из ступени повышения давления 9 и в виде обратного потока концентрата (потока ЦК) через отводную линию 20 и отводной регулирующий вентиль 21 подают на смешение с потоком ОКК перед ожижением последнего в столбовом конденсаторе 7 на стороне конденсации, а жидкостную фазу из пароотделителя высокого потенциала ступени повышения давления 13 пропускают через напорную линию ступени повышения давления 14, где осуществляют выходное повышение давления потока жидкого концентрата под действием силы тяжести (до давления 0,145-0,2 МПа), и подают через выходной вентиль ступени повышения давления 15 в виде потока жидкости высокого напора ступени повышения давления (потока ЖВ) в линию высокого напора ступени повышения давления 16. Дополнительное соединение пароотделителя высокого потенциала ступени повышения давления 13 с приемной линией ступени повышения давления 10 посредством жидкостной переливной линии 22 перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока 11 (причем заборный патрубок напорной линии ступени повышения давления 14 расположен ниже заборного патрубка жидкостной переливной линии 22) обеспечивает постоянство уровня жидкости в пароотделителе 13 и соответственно стабильность расхода и давления потока ЖВ, а также обеспечивает "незахлебываемость" пароотделителя 13 на пусковом режиме за счет слива избытков жидкости на вход в устройство 11. Регулирование и поддержание рабочих параметров ступени повышения давления 9 осуществляют посредством регулирующей линии 23 с установленными на ней регулирующим вентилем 24 и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления 25, дополнительно соединяющей пароотделитель 13 с приемной линией ступени повышения давления 10, причем заборный патрубок линии 23 в пароотделителе 13 расположен выше заборного патрубка жидкостной переливной линии 22, что обеспечивает гарантированное нахождение заборного патрубка линии 23 в газовой фазе и соответственно стабильность показаний уровнемера системы регулирования (уровнемер системы регулирования на чертеже не показан). После этого поток ЖВ в виде потока жидкого концентрата высокого напора (потока ЖКВ) направляют по линии жидкого концентрата высокого напора 17 в испаритель-конденсатор 18, где последний поток газифицируют и в виде разделяемого потока (потока РП) подают в линию подачи разделяемого потока 19, где поток РП дополнительно очищают от радона в размещенном на линии 19 радоновом адсорбере 30 (дополнительная очистка потока РП в радоновом адсорбере 30 исключает накапливание радона в потоке См, соответственно исключает накапливание радона и продуктов его распада в ректификационной колонне и баллонах, в которые закачивается криптоно-ксеноновая смесь, что позволяет получить радиационную безопасность работы обслуживающего персонала по сравнению с прототипом), после чего поток РП по линии 19 подают в ректификационную колонну 26, включающую конденсатор ректификационной колонны 27, контактную часть ректификационной колонны 28 и испаритель ректификационной колонны 29. В ректификационной колонне 26 осуществляют ректификационное разделение потока РП в контактной части ректификационной колонны 28 с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси (потока См) и потока отдувочного кислорода (потока ОК). Поток ОК из ректификационной колонны 26 подают в линию отдувочного кислорода 31, а поток См из ректификационной колонны 26 подают в линию продукционной смеси 32.

Для обеспечения холодобаланса по входной линии жидкою азота 33 в устройство подают входной поток жидкого азота (поток Аж). Часть потока Аж в виде первого потока жидкого хладоагента (потока Ж1) подают по линии первого потока жидкого хладоагента 34 с размещенным на ней вентилем 35 в конденсатор ректификационной колонны 27 на сторону кипения, где поток Ж1 испаряют (за счет конденсации паров кислорода на стороне конденсации конденсатора ректификационной колонны 27 с образованием жидкого кислорода для обеспечения процесса ректификации в контактной части ректификационной колонны 28) с образованием первого потока газообразного хладоагента (потока Г1), который подают в линию первого потока газообразного хладоагента 36. При этом по линии входного потока воздуха 37 в устройство подают входной поток воздуха (поток ВВ), затем последний поток делят на части - греющий поток воздуха (поток ГВ) и поток воздуха-хладоагента (поток ВХ). Греющий поток воздуха подают по линии греющего потока воздуха 38 с расположенным на ней вентилем 39 в испаритель ректификационной колонны 29, где теплом этого потока осуществляют испарение кубовой жидкости для обеспечения процесса ректификации в контактной части ректификационной колонны 28. При этом поток воздуха-хладоагента (поток ВХ) подают в линию потока воздуха-хладоагента 40, затем предварительно охлаждают в дополнительном теплообменнике 41, после чего ожижают в испарителе-конденсаторе 18 и в виде потока жидкого воздуха (потока ВЖ) по линии потока жидкого воздуха 42 подают через размещенные на линии 42 воздушный пароотделитель 43 и жидкостной воздушный вентиль 44 в линию второго потока жидкого хладоагента 45. В линии 45 поток жидкого воздуха смешивают со столбовым потоком жидкого азота (потоком СА), подаваемым в линию 45 из входной линии жидкого азота 33 по линии подачи столбового потока жидкого азота 46 с размещенным на ней столбовым азотным вентилем 47, после чего суммарный поток в виде второго потока жидкого хладоагента (потока Ж2) направляют в столбовой конденсатор 7 на сторону кипения, где поток Ж2 испаряют за счет теплоты конденсации потока ОКК с образованием второго потока газообразного хладоагента (потока Г2). Затем поток Г2 подают в линию второго потока газообразного хладоагента 48, нагревают в основном теплообменнике 6, смешивают перед подачей в концевой холодильник 3 с потоком неконденсируемых примесей (потоком НП), выводимым из воздушного пароотделителя 43 по линии вывода потока неконденсируемых примесей 50 с размещенным на ней вентилем 51, смешивают перед подачей в концевой холодильник 3 с греющим потоком воздуха (потоком ГВ) с образованием обратного потока воздуха (потока ВО), после чего последний поток дополнительно нагревают в концевом холодильнике 3 и подают в линию обратного потока воздуха 49.

В свою очередь первый поток газообразного хладоагента (потока Г1), который подают из конденсатора ректификационной колонны 27 со стороны кипения в линию первого потока газообразного хладоагента 36, дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике 41 и концевом холодильнике 3, после чего поток Г1 подают в линию потока обратного азота 53. При этом поток отдувочного кислорода (поток ОК) после вывода из ректификационной колонны 26 по линии отдувочного кислорода 31 дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике 41 и концевом холодильнике 3, после чего в виде потока обратного кислорода (потока К) подают в линию потока обратного кислорода 52.

В процессе ожижения потока ОКК в столбовом конденсаторе 7 на стороне конденсации могут накапливаться неконденсирующиеся примеси, такие как неон, гелий, водород и азот. В связи с тем что столбовой конденсатор 7 ожижает поток ОКК в том числе при давлении ниже атмосферного, то для вывода вышеупомянутых неконденсирующихся примесей при давлении ниже атмосферного на вход столбового эжектора 55 через эжекторную линию 54 подают часть второго потока газообразного хладоагента - эжекторный поток (поток Э), при этом за счет создаваемого в инжекционном патрубке столбового эжектора 55 вакуума осуществляют откачку неконденсирующихся примесей в виде инжектируемого потока (потока И) со стороны конденсации столбового конденсатора 7 через инжекционную линию 58 с размещенным на ней инжекционным вентилем 59, при этом суммарный поток Э+И с выхода столбового эжектора 55 подают в продувочную линию 56.

За счет того что в способе получения криптоно-ксеноновой смеси, включающем подачу потока первичного концентрата (потока ПКК) в линию первичного концентрата, очистку потока первичного концентрата в блоке предварительной очистки, охлаждение потока первичного концентрата в концевом холодильнике, очистку потока первичного концентрата в адсорбционном узле очистки с образованием потока очищенного концентрата (потока ОКК), подачу последнего потока в линию очищенного концентрата, охлаждение потока очищенного концентрата в основном теплообменнике, подачу разделяемого потока (потока РП) в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, ректификационное разделение последнего потока в контактной части ректификационной колонны с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси (потока См) и потока отдувочного кислорода (потока ОК), подачу потока отдувочного кислорода из ректификационной колонны в линию отдувочного кислорода, подачу потока обратного кислорода (потока К) в линию потока обратного кислорода, подачу потока криптоно-ксеноновой смеси из ректификационной колонны в линию продукционной смеси, подачу входного потока жидкого азота (потока Аж) по входной линии жидкого азота, подачу первого потока жидкого хладоагента (потока Ж1) в конденсатор ректификационной колонны на сторону кипения по линии первого потока жидкого хладоагента, испарение последнего потока в конденсаторе ректификационной колонны на стороне кипения с образованием первого потока газообразного хладоагента (потока Г1), подачу последнего потока в линию первого потока газообразного хладоагента, подачу первого потока газообразного хладоагента в линию потока обратного азота, подачу входного потока воздуха (потока ВВ) по линии входного потока воздуха и вывод обратного потока воздуха (потока ВО) по линии обратного потока воздуха - поток очищенного концентрата (потока ОКК) после охлаждения в основном теплообменнике ожижают в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, после чего в виде потока ожиженного концентрата (потока Ж) подают в столбовую линию, где осуществляют предварительное повышение давления потока ожиженного концентрата, затем поток ожиженного концентрата из столбовой линии подают в виде входного потока жидкости низкого напора (потока ЖН) в приемную линию ступени повышения давления, где последний поток преобразуют в промежуточный двухфазный поток (поток Ф) в устройстве формирования промежуточного двухфазного потока, после чего этот поток поднимают через тяговую линию, в которой осуществляют увеличение потенциальной энергии промежуточного двухфазного потока, в пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления, где осуществляют сепарацию газовой и жидкостной фаз, при этом газовую фазу из вышеуказанного пароотделителя высокого потенциала выводят из ступени повышения давления и в виде обратного потока концентрата (потока ЦК) через отводную линию и отводной регулирующий вентиль подают на смешение с потоком очищенного концентрата (потоком ОКК) перед ожижением последнего в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, а жидкостную фазу из пароотделителя высокого потенциала ступени повышения давления пропускают через напорную линию ступени повышения давления, где осуществляют выходное повышение давления потока жидкого концентрата под действием силы тяжести и подают через выходной вентиль ступени повышения давления в виде потока жидкости высокого напора ступени повышения давления (потока ЖВ) в линию высокого напора ступени повышения давления, после чего последний поток в виде потока жидкого концентрата высокого напора (потока ЖКВ) направляют по линии жидкого концентрата высокого напора в испаритель-конденсатор, где последний поток газифицируют и в виде разделяемого потока (потока РП) подают в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, при этом входной поток воздуха (поток ВВ) делят на части - греющий поток воздуха (поток ГВ) и поток воздуха-хладоагента (поток ВХ), а входной поток жидкого азота (поток Аж) делят на первый поток жидкого хладоагента (поток Ж1) и столбовой поток жидкого азота (поток СА), при этом поток воздуха-хладоагента (поток ВХ) подают в линию потока воздуха-хладоагента, затем предварительно охлаждают в дополнительном теплообменнике, после чего ожижают в испарителе-конденсаторе и в виде потока жидкого воздуха (потока ВЖ) по линии потока жидкого воздуха подают через воздушный пароотделитель и жидкостной воздушный вентиль в линию второго потока жидкого хладоагента, где поток жидкого воздуха (поток ВЖ) смешивают со столбовым потоком жидкого азота (потоком СА), после чего суммарный поток в виде второго потока жидкого хладоагента (потока Ж2) направляют в столбовой конденсатор на сторону кипения, где испаряют с образованием второго потока газообразного хладоагента (потока Г2), после чего последний поток подают в линию второго потока газообразного хладоагента, нагревают в основном теплообменнике, смешивают с греющим потоком воздуха (потоком ГВ) с образованием обратного потока воздуха (потока ВО), после чего последний поток дополнительно нагревают в концевом холодильнике и подают в линию обратного потока воздуха, при этом поток отдувочного кислорода (поток ОК) после вывода из ректификационной колонны дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике, после чего в виде потока обратного кислорода (потока К) подают в линию потока обратного кислорода, а первый поток газообразного хладоагента (поток Г1) перед подачей в линию потока обратного азота также дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике, при этом разделяемый поток (поток РП) перед подачей в ректификационную колонну дополнительно очищают от радона в радоновом адсорбере, за счет чего повышают надежность и безопасность, а также увеличивают термодинамическую эффективность.

За счет того что в устройстве для получения криптоно-ксеноновой смеси, содержащем линию первичного концентрата 1 с расположенными на ней блоком предварительной очистки 2, концевым холодильником 3 и адсорбционным узлом очистки 4, связанную с линией первичного концентрата 1 линию очищенного концентрата 5 с расположенным на ней основным теплообменником 6, входную линию жидкого азота 33, линию входного потока воздуха 37, линию греющего потока воздуха 38, входом соединенную с линией входного потока воздуха 37, ректификационную колонну 26, включающую конденсатор ректификационной колонны 27, контактную часть ректификационной колонны 28 и испаритель ректификационной колонны 29, связанные с ректификационной колонной 26 линию подачи разделяемого потока 19, линию отдувочного кислорода 31 и линию продукционной смеси 32, связанную с конденсатором ректификационной колонны 27 со стороны кипения и входной линией жидкого азота 33 линию первого потока жидкого хладоагента 34, связанную с конденсатором ректификационной колонны 27 со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента 36, линию потока обратного азота 53, линию потока обратного кислорода 52 и линию обратного потока воздуха 49 - оно снабжено последовательно соединенными столбовым конденсатором 7, столбовой линией 8, приемной линией ступени повышения давления 10, устройством формирования промежуточного двухфазного потока 11, тяговой линией 12, пароотделителем высокого потенциала ступени повышения давления 13, напорной линией ступени повышения давления 14 с выходным вентилем ступени повышения давления 15, линией высокого напора ступени повышения давления 16, линией жидкого концентрата высокого напора 17 с размещенным на ней испарителем- конденсатором 18, причем столбовой конденсатор 7 со стороны конденсации связан с линией очищенного концентрата 5 после основного теплообменника 6, а линия жидкого концентрата высокого напора 17 связана с линией подачи разделяемого потока 19 после испарителя-конденсатора 18, при этом пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления 13 дополнительно связан через отводную линию 20 с размещенным на ней отводным регулирующим вентилем 21 с линией очищенного концентрата 5 перед столбовым конденсатором 7, а также дополнительно связан с приемной линией ступени повышения давления 10 перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока 11 посредством двух параллельных линий - жидкостной переливной линии 22 и регулирующей линии 23 с установленными на последней регулирующим вентилем 24 и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления 25, при этом оно дополнительно снабжено последовательно размещенными линией потока воздуха-хладоагента 40 с установленным на ней дополнительным теплообменником 41, линией потока жидкого воздуха 42 с размещенными на ней воздушным пароотделителем 43 и жидкостным воздушным вентилем 44 и соединенной с линией потока воздуха- хладоагента 40 через испаритель-конденсатор 18, линией второго потока жидкого хладоагента 45, соединяющей линию потока жидкого воздуха 42 со столбовым конденсатором 7 со стороны кипения и дополнительно соединенной со входной линией жидкого азота 33 посредством линии подачи столбового потока жидкого азота 46 с размещенным на ней столбовым азотным вентилем 47, линией второго потока газообразного хладоагента 48, соединяющей столбовой конденсатор 7 со стороны кипения через основной теплообменник 6 и концевой холодильник 3 с линией обратного потока воздуха 49, при этом линия второго потока газообразного хладоагента 48 дополнительно соединена с выходом линии греющего потока воздуха 38 перед концевым холодильником 3, а линия потока воздуха-хладоагента 40 своим входом соединена с линией входного потока воздуха 37, при этом линия первого потока газообразного хладоагента 36 соединена с линией потока обратного азота 53 через дополнительный теплообменник 41 и концевой холодильник 3, а линия отдувочного кислорода 31 связана с линией потока обратного кислорода 52 через дополнительный теплообменник 41 и концевой холодильник 3, при этом оно дополнительно снабжено эжекторной линией 54, входом соединенной с линией второго потока газообразного хладоагента 48 после основного теплообменника 6, столбовым эжектором 55 и продувочной линией 56, причем вход столбового эжектора 55 соединен с эжекторной линией 54 через эжекторный вентиль 57, выход столбового эжектора 55 соединен с продувочной линией 56, а инжекционный патрубок столбового эжектора 55 соединен со столбовым конденсатором 7 со стороны конденсации посредством инжекционной линии 58 с размещенным на ней инжекционным вентилем 59, при этом оно дополнительно снабжено радоновым адсорбером 30, размещенным на линии подачи разделяемого потока 19, за счет чего повышают надежность и безопасность, а также увеличивают термодинамическую эффективность.

Реализация заявляемых технических решений позволяет создавать установки для получения криптоно-ксеноновой смеси без использования сложного пожароопасного и взрывоопасного машинного сжатия потока первичного концентрата, состоящего на 99% из кислорода, что вместе с дополнительной очисткой разделяемого потока от радона определяет повышение надежности и безопасности заявляемых способа и устройства по сравнению с прототипами. Увеличение термодинамической эффективности заявляемых технических решений по сравнению с прототипами обусловлено большей рекуперацией холода потока отдувочного кислорода (потока ОК), первого потока газообразного хладоагента (потока Г1) и обратного потока воздуха (потока ВО).

Формула изобретения

1. Способ получения криптоно-ксеноновой смеси, включающий подачу потока первичного концентрата в линию первичного концентрата, очистку потока первичного концентрата в блоке предварительной очистки, охлаждение потока первичного концентрата в концевом холодильнике, очистку потока первичного концентрата в адсорбционном узле очистки с образованием потока очищенного концентрата, подачу последнего потока в линию очищенного концентрата, охлаждение потока очищенного концентрата в основном теплообменнике, подачу разделяемого потока в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока, ректификационное разделение последнего потока в контактной части ректификационной колонны с образованием потока криптоно-ксеноновой смеси и потока отдувочного кислорода, подачу потока отдувочного кислорода из ректификационной колонны в линию отдувочного кислорода, подачу потока обратного кислорода в линию потока обратного кислорода, подачу потока криптоно-ксеноновой смеси из ректификационной колонны в линию продукционной смеси, подачу входного потока жидкого азота по входной линии жидкого азота, подачу первого потока жидкого хладоагента в конденсатор ректификационной колонны на сторону кипения по линии первого потока жидкого хладоагента, испарение последнего потока в конденсаторе ректификационной колонны на стороне кипения с образованием первого потока газообразного хладоагента, подачу последнего потока в линию первого потока газообразного хладоагента, подачу первого потока газообразного хладоагента в линию потока обратного азота, подачу входного потока воздуха по линии входного потока воздуха и вывод обратного потока воздуха по линии обратного потока воздуха, отличающийся тем, что поток очищенного концентрата после охлаждения в основном теплообменнике ожижают в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, после чего в виде потока ожиженного концентрата подают в столбовую линию, где осуществляют предварительное повышение давления потока ожиженного концентрата, затем поток ожиженного концентрата из столбовой линии подают в виде входного потока жидкости низкого напора в приемную линию ступени повышения давления, где последний поток преобразуют в промежуточный двухфазный поток в устройстве формирования промежуточного двухфазного потока, после чего этот поток поднимают через тяговую линию, в которой осуществляют увеличение потенциальной энергии промежуточного двухфазного потока, в пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления, где осуществляют сепарацию газовой и жидкостной фаз, при этом газовую фазу из вышеуказанного пароотделителя высокого потенциала выводят из ступени повышения давления и в виде обратного потока концентрата через отводную линию и отводной регулирующий вентиль подают на смешение с потоком очищенного концентрата перед ожижением последнего в столбовом конденсаторе на стороне конденсации, а жидкостную фазу из пароотделителя высокого потенциала ступени повышения давления пропускают через напорную линию ступени повышения давления, где осуществляют выходное повышение давления потока жидкого концентрата под действием силы тяжести, и подают через выходной вентиль ступени повышения давления в виде потока жидкости высокого напора ступени повышения давления в линию высокого напора ступени повышения давления, после чего последний поток в виде потока жидкого концентрата высокого напора направляют по линии жидкого концентрата высокого напора в испаритель-конденсатор, где последний поток газифицируют и в виде разделяемого потока подают в ректификационную колонну по линии подачи разделяемого потока.

2. Способ получения криптоно-ксеноновой смеси по п.1, отличающийся тем, что входной поток воздуха делят на части - греющий поток воздуха и поток воздуха-хладоагента, а входной поток жидкого азота делят на первый поток жидкого хладоагента и столбовой поток жидкого азота, при этом поток воздуха-хладоагента подают в линию потока воздуха-хладоагента, затем предварительно охлаждают в дополнительном теплообменнике, после чего ожижают в испарителе-конденсаторе и в виде потока жидкого воздуха по линии потока жидкого воздуха подают через воздушный пароотделитель и жидкостной воздушный вентиль в линию второго потока жидкого хладоагента, где поток жидкого воздуха смешивают со столбовым потоком жидкого азота, после чего суммарный поток в виде второго потока жидкого хладоагента направляют в столбовой конденсатор на сторону кипения, где испаряют с образованием второго потока газообразного хладоагента, после чего последний поток подают в линию второго потока газообразного хладоагента, нагревают в основном теплообменнике, смешивают с греющим потоком воздуха с образованием обратного потока воздуха, после чего последний поток дополнительно нагревают в концевом холодильнике и подают в линию обратного потока воздуха, при этом поток отдувочного кислорода после вывода из ректификационной колонны дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике, после чего в виде потока обратного кислорода подают в линию потока обратного кислорода, а первый поток газообразного хладоагента перед подачей в линию потока обратного азота также дополнительно последовательно нагревают в дополнительном теплообменнике и концевом холодильнике.

3. Способ получения криптоно-ксеноновой смеси по п.1 или 2, отличающийся тем, что разделяемый поток перед подачей в ректификационную колонну дополнительно очищают от радона в радоновом адсорбере.

4. Устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси, содержащее линию первичного концентрата с расположенными на ней блоком предварительной очистки, концевым холодильником и адсорбционным узлом очистки, связанную с линией первичного концентрата линию очищенного концентрата с расположенным на ней основным теплообменником, входную линию жидкого азота, линию входного потока воздуха, линию греющего потока воздуха, входом соединенную с линией входного потока воздуха, ректификационную колонну, включающую конденсатор ректификационной колонны, контактную часть ректификационной колонны и испаритель ректификационной колонны, связанные с ректификационной колонной линию подачи разделяемого потока, линию отдувочного кислорода и линию продукционной смеси, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения и входной линией жидкого азота линию первого потока жидкого хладоагента, связанную с конденсатором ректификационной колонны со стороны кипения линию первого потока газообразного хладоагента, линию потока обратного азота, линию потока обратного кислорода и линию обратного потока воздуха, отличающееся тем, что оно снабжено последовательно соединенными столбовым конденсатором, столбовой линией, приемной линией ступени повышения давления, устройством формирования промежуточного двухфазного потока, тяговой линией, пароотделителем высокого потенциала ступени повышения давления, напорной линией ступени повышения давления с выходным вентилем ступени повышения давления, линией высокого напора ступени повышения давления, линией жидкого концентрата высокого напора с размещенным на ней испарителем-конденсатором, причем столбовой конденсатор со стороны конденсации связан с линией очищенного концентрата после основного теплообменника, а линия жидкого концентрата высокого напора связана с линией подачи разделяемого потока после испарителя-конденсатора, при этом пароотделитель высокого потенциала ступени повышения давления дополнительно связан через отводную линию с размещенным на ней отводным регулирующим вентилем с линией очищенного концентрата перед столбовым конденсатором, а также дополнительно связан с приемной линией ступени повышения давления перед устройством формирования промежуточного двухфазного потока посредством двух параллельных линий - жидкостной переливной линии и регулирующей линии с установленными на последней регулирующим вентилем и пароотделителем низкого потенциала ступени повышения давления.

5. Устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси по п.4, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено последовательно размещенными линией потока воздуха-хладоагента с установленным на ней дополнительным теплообменником, линией потока жидкого воздуха с размещенными на ней воздушным пароотделителем и жидкостным воздушным вентилем и соединенной с линией потока воздуха-хладоагента через испаритель-конденсатор, линией второго потока жидкого хладоагента, соединяющей линию потока жидкого воздуха со столбовым конденсатором со стороны кипения и дополнительно соединенной со входной линией жидкого азота посредством линии подачи столбового потока жидкого азота с размещенным на ней столбовым азотным вентилем, линией второго потока газообразного хладоагента, соединяющей столбовой конденсатор со стороны кипения через основной теплообменник и концевой холодильник с линией обратного потока воздуха, при этом линия второго потока газообразного хладоагента дополнительно соединена с выходом линии греющего потока воздуха перед концевым холодильником, а линия потока воздуха-хладоагента своим входом соединена с линией входного потока воздуха.

6. Устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси по п.4 или 5, отличающееся тем, что линия первого потока газообразного хладоагента соединена с линией потока обратного азота через дополнительный теплообменник и концевой холодильник, а линия отдувочного кислорода связана с линией потока обратного кислорода через дополнительный теплообменник и концевой холодильник.

7. Устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено эжекторной линией, входом соединенной с линией второго потока газообразного хладоагента после основного теплообменника, столбовым эжектором и продувочной линией, причем вход столбового эжектора соединен с эжекторной линией через эжекторный вентиль, выход столбового эжектора соединен с продувочной линией, а инжекционный патрубок столбового эжектора соединен со столбовым конденсатором со стороны конденсации посредством инжекционной линии с размещенным на ней инжекционным вентилем.

8. Устройство для получения криптоно-ксеноновой смеси по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено радоновым адсорбером, размещенным на линии подачи разделяемого потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1