[发明专利]含CO2和甲烷的氪氙浓缩物的分离方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种气体分离方法，尤其涉及一种含CO₂和甲烷的氪氙浓缩物的分离方法。

背景技术

氪、氙均为稀有气体，大气中含量极低，广泛用于电子工业、电光源工业,还用于气体激光器和等离子流中。例如，用纯氪、氙气充的灯泡与同功率的充氩灯泡相比具有发光率高、体积小、寿命长、省电等优点，大量用于制造矿灯；由于它的透射率特别高，可以用于制造夜战时越野战车的照射灯和飞机跑道指示灯，医疗卫生方面用来测量脑血流量，其同位素可用作显迹剂；放射性氪可用于密闭容器的检漏和材料厚度的连续测定，还可制成不需电能的原子灯；氙灯凹面聚光后可生成2500℃高温可用于焊接或切割难熔金属如钛、钼等。

空气分离是制备氪、氙气的重要的方法之一，但是，空气分离过程中会在氪、氙浓缩物中带入大量的二氧化碳和碳氢化合物（主要为甲烷），尤其是随着氪氙浓缩物浓度的升高，碳氢化合物浓度也会增加，一旦含量过高，会呈过饱和状态析出，形成爆炸物。目前常用的氪氙浓缩物中的二氧化碳和甲烷的分离方法，包括使用催化法和吸附法，这些方法通常是要在450~500℃的高温下，使氧气和甲烷进行化学反应，并生产二氧化碳和水；然后再使用分子筛吸附器在常温下脱出二氧化碳和水；分子筛吸附饱和后需进行加温再生。如李享在《4000m³/h空分氪氙提取装置问题分析与整改》（冶金动力，2010，（6）：63~65）公开的碳氢化合物、二氧化碳的清除方法中，将贫氪液气化，电加热至催化反应温度480℃，甲烷在除甲烷触媒炉中与氧气在催化剂作用下反应，生产二氧化碳和水，冷却后送入分子筛吸附器同时脱除二氧化碳和水，分子筛吸附器至少为两个，一个使用，另一个再生。

但是这种方法有着明显的缺陷，如：

1）由于反应放热，若氪氙混合物中甲烷含量过高，则一次催化过程时，催化器出口温度会超过催化剂的使用温度，即要进行多次催化，流程复杂，能耗高且影响氪氙混合物的提取率；

2）使用了不可再生的吸附剂或催化剂，使用寿命有限；而且一般使用钯催化剂，价格昂贵；

3）在分子筛吸附器泄压完成后的部分氪氙浓缩物无法进入下游工序，或者放空或者回收。若放空则大大影响氪氙的提取率。若重新回收，则回收工艺较复杂，增加设备投资及维护费用。

发明内容

本发明提供了一种含CO₂和甲烷的氪氙浓缩物的分离方法，采用精馏法将二氧化碳、甲烷、氪、氙分别纯化，解决了传统氪氙分离方法收率低、成本高等缺点和不足。

本发明含CO₂和甲烷的氪氙浓缩物的分离方法，步骤包括：

步骤1，将原料氪氙浓缩物送入第一精馏塔，精馏温度高于氙气沸点而低于CO₂沸点，CO₂从塔底去除，其它馏分送入第二精馏塔；优选地，将其他馏分液化后送入第二精馏塔；

步骤2，第二精馏塔精馏温度低于氪气沸点而高于甲烷沸点，甲烷馏分从塔顶排出，塔底得到的液体氪氙混合物送入第三精馏塔；

步骤3，第三精馏塔精馏温度低于氪气沸点而高于氙气沸点，塔顶得到气体氪气，塔底得到液体氙。

优选地，所述原料氪氙浓缩物中氪与氙的体积百分比之和为96%；其余组分包含：甲烷，摩尔含量约为2%；二氧化碳，摩尔含量约为1.2%。

本发明上述分离方法中，第一精馏塔精馏压力为0.8~1.2MPa，温度为-100~-37℃。优选地，控制第一精馏塔塔顶液体中的CO₂的摩尔含量不超过0.2ppm。

本发明上述分离方法中，第二精馏塔精馏压力为0.3~0.5MPa，温度为-145~-120℃。优选地，控制第一精馏塔塔顶液体中的CO2的摩尔含量不超过0.2ppm。优选地，控制提纯后的氪氙混合物中氪、氙总摩尔含量不低于99.99%。

本发明上述分离方法中，第三精馏塔精馏压力为0.2~0.4MPa，温度为-135~-80℃。

根据本发明分离方法的一种优选实施方式，其中，三只精馏塔顶部均设有冷凝蒸发器。

三只精馏塔底部还可以设有再沸器，三只精馏塔中均填充不锈钢丝网规整填料，在填料层上下不同段面分别设有多个测温元件，将各个测温元件得到的数据全部送入DCS系统的多变量运算单元进行逻辑运算得出一个平均温度，并根据该温度控制塔顶馏出物的阀门开度。每只精馏塔中所述的测温元件设有5-15个。所述的再沸器采用调功器控制的电加热器进行热量传递，正确地控制再沸器的热负荷。