способ получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты и устройство его осуществления

Формула изобретения

1. Способ получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, включающий подачу многокомпонентного раствора в линию первичного раствора, предварительную физико-химическую очистку от взрывоопасных и отвердевающих примесей, охлаждение и ректификационное разделение в колоннах, оснащенных пробоотборниками в концентрационной части или линии отдувки и паровой зоне куба, с образованием в колонне получения криптоноксеноновой смеси криптоноксеноновой смеси, содержащей летучие примеси, и потока фракции растворителя, содержащего летучие примеси, очистку потока фракции растворителя в колонне получения растворителя особой чистоты от летучих примесей с получением растворителя особой чистоты, отличительной особенностью является то, что с потоком фракции растворителя выводят все летучие по отношению к криптону примеси, труднолетучую по отношению к растворителю часть которых удаляют в колонне очистки от промежуточных примесей.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в колонне получения криптоноксеноновой смеси в анализе из пробоотборника парового пространства куба контролируют и поддерживают минимальное содержание метана, а в анализе из пробоотборника концентрационной части - минимальное содержание криптона, в колонне очистки от промежуточных примесей в анализе из пробоотборника парового пространства куба контролируют и поддерживают безопасное содержание метана, а в анализе из пробоотборника концентрационной части - минимальное содержание компонента смеси, относительно которого растворитель имеет наименьшее значение коэффициента относительной летучести, в колонне получения растворителя особой чистоты в анализе из пробоотборника парового пространства куба контролируют и поддерживают минимальное содержание компонента смеси с наименьшим значением коэффициента относительной летучести по отношению к растворителю, а в анализе из пробоотборника линии отдувки - допустимое содержание растворителя.

3. Устройство получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, содержащее линию первичного раствора, соединенную с входом в узел физико-химической очистки, линию очищенного раствора с фильтром, низкотемпературным теплообменником и змеевиком кипятильника, соединенную с патрубком входа в ректификационную колонну получения криптоноксеноновой смеси, содержащую линию выхода криптоноксеноновой смеси из куба и линию фракции растворителя из головы колонны, соединенной с патрубком входа питания колонны получения растворителя особой чистоты, содержащей линию выхода растворителя особой чистоты из куба и линию отдувки, отличительной особенностью является то, что линия фракции растворителя снабжена колонной очистки от промежуточных примесей с линией выхода промежуточных примесей из куба и линией очищенного растворителя, которая соединена с патрубком входа питания колонны получения растворителя особой чистоты.

Описание изобретения к патенту

Заявляемое изобретение относится к криогенной технике, в частности к технологии низкотемпературной ректификации смесей, и может быть использовано в химической, нефтехимической и металлургической промышленности.

Известен способ получения из раствора криптоноксенонового концентрата и очистки растворителя (см. патент РФ № 2430015 С1, мпк С01В 23/00). Способ предусматривает газификацию жидкого раствора, содержащего криптон и ксенон, очистку и ректификационное разделение с образованием потока продукционного криптоноксенонового концентрата и потока растворителя.

Недостатком способа является невысокое качество получаемого криптоноксенонового концентрата из-за содержания летучих по отношению к криптону примесей, что усложняет и удорожает дальнейшую его переработку.

Известен способ получения криптоноксеноновой смеси и кислорода особой чистоты (см. патент РФ № 2406047 С1, мпк F25J 3/02, С01В 23/00, С01ВВ/16, B01D 53/00). Способ предусматривает ректификационное разделение очищенного газообразного потока первичного криптоноксенонового концентрата с получением криптоноксеноновой смеси и потока отвального кислорода, который затем очищают ректификацией с получением кислорода особой чистоты.

Недостатком способа является невысокое качество получаемой криптоноксеноновой смеси из-за содержания летучих по отношению к криптону примесей, что усложняет и удорожает ее дальнейшую переработку.

Целью изобретения является повышение качества криптоноксеноновой смеси и повышение экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, включающем ректификационное разделение, отличительной особенностью является то, что при ректификации в каждой колонне получают один компонент (или группу компонентов) с регулируемой чистотой, изменение которой осуществляют в зависимости от проведения дополнительных измерений состава паровых потоков в кубе и концентрационной части колонны.

Известно устройство для получения криптоноксеноновой смеси и кислорода особой чистоты (см. патент РФ № 2406047 С1, мпк F25J 3/02, С01В 23/00, С01ВВ/16, В01D 53/00). Устройство содержит побудитель расхода, узел физико-химической очистки первичного концентрата от взрывоопасных и отвердевающих примесей и блок ректификации, состоящий из двух колонн, в одной из которых получают криптоноксеноновую смесь, а в другой - особо чистый кислород.

Недостатком известного устройства является невысокое качество криптоноксеноновой смеси из-за содержания летучих по отношению к криптону примесей, что усложняет и удорожает ее дальнейшую переработку.

Целью изобретения является повышение качества криптоноксеноновой смеси и повышение экономичности.

Поставленная цель достигаются тем, что в устройстве получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, содержащем блок ректификации, отличительной особенностью является то, что блок ректификации дополнительно содержит колонну выделения промежуточных примесей (примесей, летучих по отношению к криптону и нелетучих по отношению к растворителю), а ректификационные колонны блока дополнительно оснащены пробоотборниками состава среды в кубе и концентрационной части.

Заявленный способ получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и особо чистого растворителя может быть реализован в заявляемом устройстве, схематично показанном на чертеже.

Устройство включает линию 1 первичного раствора, узел 2 физико-химической очистки и блок 3 ректификации. Узел физико-химической очистки содержит рекуперативный теплообменник 4, электронагреватель 5, реактор 6, водяной холодильник 7 и попеременно работающие адсорберы 8. Блок 3 ректификации содержит ректификационную колонну 9 получения криптоноксеноновой смеси, ректификационную колонну 10 выделения промежуточных примесей, ректификационную колонну 11 получения растворителя особой чистоты, многопоточный теплообменник 12, охладитель 13, низкотемпературный теплообменник 14, фильтр 15, а также линию 16 подачи хладагента и линию 17 подачи сухого сжатого газа.

Каждая ректификационная колонна в голове имеет конденсатор-испаритель 18-9÷18-11, а внизу - куб 19-9÷19-11, снабженный кипятильником 20-94÷20-11, пробоотборником А1-9÷А1-11 из паровой полости и линией 21-9÷21-11 вывода кубовой жидкости. Куб 19-9 колонны получения криптоноксеноновой смеси кроме этого содержит змеевик 22. Полости кипения всех конденсаторов-испарителей соединены линиями 16-9÷16-11 с линией 16 подачи хладагента, линиями 23-9÷23-11 с линией 23 сжиженного газа и линиями 24-9÷24-11 с линией 24 выхода пара хладагента. Средняя часть контактного пространства ректификационной колонны 9 получения криптоноксеноновой смеси содержит патрубок, соединенный линией 25 очищенного раствора через низкотемпературный теплообменник 14 и фильтр 15 с узлом 2 физико-химической очистки, а голова колонны - патрубок, соединенный линией 26 с патрубком в средней части контактного пространства колонны 10 выделения промежуточных примесей. Патрубок в голове колонны 10 выделения промежуточных примесей в свою очередь соединен линией 27 с патрубком в средней части контактного пространства колонны 11 получения растворителя особой чистоты. Патрубок головы колонны 11 получения растворителя особой чистоты соединен линией 28 через охладитель 13 и многопоточный теплообменник 12 с выходом из устройства. Колонны 9 получения криптоноксеноновой смеси и 10 выделения промежуточных примесей в верхней (концентрационной) части контактного пространства снабжены соответственно пробоотборниками А2-9 и А2-10 для упреждающего анализа.

Способ получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты на примере первичного криптоноксенонового концентрата, получаемого на воздухоразделительных установках, и применения в качестве хладагента жидкого азота, а в качестве сухого сжатого газа - воздуха осуществляют следующим образом.

Газообразный раствор криптона Kr и ксенона Xe в кислороде O₂ (растворитель) с примесями азота N₂, аргона Ar, неона Ne, гелия Не, водорода Н₂, оскида углерода СО, диоксида углерода СO₂, углеводородов C_nH_m (преимущественно метана СH₄ и этана С₂Н₆), озона O₃, воды Н₂O, тетрафторметана CF₄ , гексафторэтана C₂F₆, монофтортрихлорметана (фреон 11) CFCl₃, дифтордихлорметана (фреон 12) CF2Cl ₂ и др. подают при давлении (0,16-0,3)МПа в линию 1 первичного раствора и далее в узел 2 физико-химической очистки. В узле физико-химической очистки поток первичного криптоноксенонового концентрата нагревают в рекуперативном теплообменнике 4 и электронагревателе 5, осуществляют каталитическое окисление углеводородов в реакторе 6, охлаждение в рекуперативном теплообменнике 4 и водяном холодильнике 7 и поглощение воды и диоксида углерода в адсорберах 8. Из узла 2 физико- химической очистки поток первичного криптоноксенонового концентрата со следами примесей метана, воды, диоксида углерода, уже не представляющих опасности с точки зрения их отвердевания в колоннах при рабочих температурах, подают в линию 25 очищенного раствора и далее через фильтр 15, низкотемпературный теплообменник 14 и змеевик 22 в ректификационную колонну 9 получения криптоноксеноновой смеси, флегмой в которой является конденсат кислорода (растворителя). В результате процесса ректификации в кубе колонны собирается криптон, ксенон и все менее летучие по отношению к криптону примеси, имеющие при одинаковом давлении более высокую температуру кипения (СO₂, O₃, Н₂O, CF4, C₂ F₆, CFCl₃, CF₂Cl₂ и др.). Эту жидкость в виде продукционной криптоноксеноновой смеси по линии 21-9 выводят из устройства для дальнейшей переработки.

Процесс ректификации в колонне ведут по показаниям приборов измерения расхода, уровня, давления, температуры, гидравлического сопротивления (на схеме не показаны), а также измеряют из пробоотборника А1-9 и поддерживают на минимальном уровне (0÷10 ррm) содержание метана в паровом пространстве куба как вещества, имеющего наиболее близкую, но низкую температуру кипения по сравнению с температурой кипения криптона. Из пробоотборника А2-9 в пробах газа определяют и поддерживают в паровом потоке концентрационной части колонны такое содержание криптона, которое исключает выход криптона в голову колонны. В голове же колонны концентрируется поток кислорода, который содержит все летучие по отношению к криптону примеси (СН₄, N₂, Ar, Ne, Не, Н₂, СО и др.). Его выводят и по линии 26 направляют в среднюю часть ректификационной колонны 10 выделения промежуточных примесей. В схеме устройства предусмотрена также линия 29, которая позволит вывести поток кислорода из зоны возможного повышения концентрации метана в концентрационной части колонн 9 или в случае сбоя режима ее работы для предотвращения попадания криптона в конденсатор-испаритель 18-9.

В ректификационной колонне 10 выделения промежуточных примесей флегмой является конденсат кислорода. В результате процесса ректификации в кубе 19-10 колонны собирается менее летучий по отношению к кислороду метан и др., растворенные в кислороде, а в голове колонны - поток кислорода, содержащий все летучие по отношению к кислороду примеси (Ar, N₂ Ne, Не, Н₂, СО и др.). Процесс ректификации ведут аналогично ведению процесса в колонне 9 получения криптоноксеноновой смеси, измеряя при этом состав парового пространства куба из пробоотборника А1-10 и поддерживая содержание метана в нем не выше опасного предела - 1,56% мол. Из пробоотборника А2-10 в пробах газа измеряют и поддерживают в паровом потоке концентрационной части колонны такое содержание метана, которое исключает выход метана в голову колонны. Кубовую жидкость по линии 21-10 выводят из куба 19-10 колонны, а из головы колонны поток кислорода с летучими примесями подают по линии 27 в ректификационную колонну 11 получения растворителя особой чистоты, где флегмой является конденсат кислорода.

В результате процесса ректификации в кубе 19-11 собирается продукционный кислород особой чистоты, который по линии 21-11 через охладитель 13 и многопоточный теплообменник 12 выводят из устройства. Из головы колонны поток отдувочных газов, который в своем составе, кроме кислорода (50-75% мол.), содержит все летучие по отношению к кислороду примеси (Ar, N ₂ Ne, Не, Н₂, СО и др.), по линии 28 последовательно направляют в охладитель 13 и многопоточный теплообменник 11 и после нагревания выводят из устройства.

Флегмообразующими хладагентами в устройстве являются жидкий азот и жидкий воздух. Жидкий азот подают в блок ректификации 3 по линии 16 подачи хладагента из стороннего источника и далее по линиям 16-9÷16-11 в полости кипения конденсаторов-испарителей 18-9÷18-11. Жидкий воздух получают в устройстве в результате охлаждения и конденсации потока сухого сжатого воздуха обратными холодными потоками испарившихся хладагентов, отдувочных газов из головы колонны 11 получения растворителя особой чистоты, продукционного потока растворителя особой чистоты и отвода теплоты от воздуха в кипятильниках 20-9÷20-11 куба колонн. Для этого поток сухого сжатого воздуха под давлением, например, 0,57- 0,93 МПа подают в линию 17 подачи сухого сжатого газа. Небольшую часть воздуха, подаваемую в линию 17-9 для регулирования парового потока в ректификационной колонне 9 получения криптоноксеноновой смеси, охлаждают в кипятильнике 20-9 и затем смешивают на входе в низкотемпературный теплообменник 12 с обратным холодным потоком испарившихся хладагентов. Большую же часть воздуха охлаждают в низкотемпературном теплообменнике 12, по линиям 17-10 и 17-11 направляют соответственно в кипятильники 20-10 и 20-11, где конденсируют, образовавшийся конденсат переохлаждают в охладителе 13, направляют в линию 23 сжиженного газа и по линиям 23-9÷23-11 дросселируют соответственно в полости кипения конденсаторов- испарителей 18-9÷18-11.

За счет того что в способе получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, включающем ректификационное разделение, отличительной особенностью является то, что при ректификации в каждой колонне получают один компонент (или группу компонентов) с регулируемой чистотой, изменение которой осуществляют в зависимости от дополнительных измерений состава паровых потоков в кубе и концентрационной части колонн, за счет чего повышают качество криптоноксеноновой смеси и экономичность.

За счет того что в устройстве получения из многокомпонентного раствора криптоноксеноновой смеси и растворителя особой чистоты, включающем блок ректификации, отличительной особенностью является то, что блок ректификации дополнительно содержит ректификационную колонну выделения промежуточных примесей, а ректификационные колонны блока дополнительно оснащены пробоотборниками состава среды в кубе и концентрационной части, за счет чего повышают качество криптоноксеноновой смеси и экономичность.