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中国动力-T程学会r丁业气体专业委员会2009年技术论坛论文集 对产品液氧提取氪氙工业装置的探讨 俞建严寿鹏 上海启元空分技术发展有限公司 氪气和氚气是国民经济中重要的工业气体。目前在我国乃至世界对氪气和氙气的需求毋 继续保持高增长，氪气和氙气的供应继续紧张。其主要原因是氪气和氙气的应用领域越来越 广，它们不仅应用在传统的照明工业，而且近几年在建筑门窗、平板电视、电子芯片、空问、 卫星以及医疗行业上的应用也正在崛起。2008年世界氖气的需求量约为8．5万m3、氙气需 求量约为l万m3。 在世界发达困家低碳经济建设节能中，中空玻璃窗制造业是氪气的最大消费市场，该用 途已占全部氮气产量的40％～50％之多。因为在建筑物内，通过玻璃的能量损失约占门窗 的75％，因此中空玻璃是保证门窝节能效果的必要保证，符合闷家的节能性和安全性的发 展方向，发展前景广阔、潜力巨大。 我网是汽车和电视机第一牛产大闷。氙气在汽车头灯和平板电视等离予显示屏和液晶显 示屏的应用均以4％--6％的速度在递增。氙气的必威体育精装版用途是在电子芯片制造业、大犁芯片 制造商正使用氙气等离_了蚀刻，主要用于微电子机械系统的制造，这种用途对氙气需求量很 大，2008年预计这种用途需要的氙气占tH 界产量的近30％，而我国已成为芯片制造产业的 新兴地区。未来几年对氙气的需求量不町预计。 造成氪气和氙气供应紧张的另一个原因是生产氪氙的工业装置能力不足、产量太少。世 界上氪氙产量的80％以上被法液空、美国普莱克斯、德国林德公司和乌克兰克皮公司所控 制。我国70％以上的氪氙产量被武钢控制，首钢和马钢也有少量牛产，具有一定生产能力 的本钢、太钢及武钢早年引进的三套林德万立空分氪氙生产装置也都退出历史舞台。2008 年我喇氪气牛产量约8000m3，氙气生产量约500m3。 武钢、首钢、马钢的氪氙提取设备都是由林德公司提供的，其共同特点是在冷箱内设置 一个与辛冷凝蒸发器相连接的附加精馏塔，对全部液氧进行氪氤预浓缩。附加精馏塔 俗称 一氪塔 所产生的纯度为0．14---0．3％Kr+Xe的贫氪氙浓缩物作为氪氙进一步提纯的原料气。 我圈大部分空分设备在冷箱内均未设置附加精馏塔，但是它们能牛产大量的液氧产品并贮存 在低温贮槽。这就给我们提出了一个问题，从产品液氧中能否提取经济性很高的纯氟和纯氙， 有无经济效益．这是我们需探论的问题。 1．产品液氧中氪氙含量的评定 随 in_q2空气进入精馏塔的氪和氙，相对氧和氮来说均属于高沸点组分，且洗涤所需的气 液比都微小，约为0．12，因此上塔在空气分离过程中，氪氙极易被洗涤在液氧中，几乎全部 积聚在主冷凝器的液氧内，最后又伴随产品氧气或产品液氧的排出而被带走。一套空分设备 当加工空气确定后所带进精馏塔的氪氙最是一定的。当主冷凝器全部排出气氧 外压缩流程 或全部排出液氧 内压缩流程 时，应用组合软件建市浓缩塔的模型，理论计算得到氧气或 液氧中的氟氙公量分别为5×10西和0．4×10由。当主冷凝器抽取1．6％氧气的液氧时，产品液 lO。o。 色谱分析鉴定，氪含量为55～loo×lO由、氙含量17～22x 2．氪氙提取工艺的安全性 从产品液氧提取氪氙的工艺，首先要对氪氙进行预浓缩。预浓缩是在第一个贫氪氙塔 俗 称一氪塔 内完成，在氪氙浓缩的同时。液氧中的其它危害性杂质如C!-14，N20也伴随着浓 缩，因此氪氙浓缩的倍数将受到限制，一般为3～5倍。如1000m’／h液氧浓缩5倍后，即得 10由。 200m’／h贫氪氙浓缩物，其中含氪约350×10。、氙约114X 有资料表明，液氧中C02与N20之间存在相瓦分子作用力，限制了各自的溶解度，在 N：O与CQ共溶条件下，N20在液氧中溶解度随着c02．在液氧中含最的增大而降低。有试 的溶解度减少到27×10由，，此时如果N20含最过赢，那么多余的部分必然以固体形态析出， 给贫氪氙塔正常运行带来隐患。我们曾对产品液氧中CQ和N20进行榆测，检测结果为COz x 为1．5 10由、N20为3．4×10曲，氪氙浓缩到5倍后，C02和N20将会提高到7．5X10由和17 ×10击，说明液氧中的C02尽管己高于4×10由，但是N20还低于27X10‘6范围内，通常N20 141 中国动力工程学会T业气体专业委员会2009年技术论坛论文集 是不会结晶的。 如果氪氙浓缩的倍数再增加，那么N20结晶的可能性是非常大的，最可靠的安全措施 就是在贫氪氚塔前的管路上设置液氧吸附器，用吸附剂脱除将C02或N20的含最降低剑最 低值，但这种吸附剂在液氧温度下对氪氙的吸附值要最少，其次，贫氪氙塔强制性全浸式操 作是非常必要的。为了防止人身和设备不受损伤，贫氪氙塔单独设置冷箱并且在冷