一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置及回收方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置及回收方法，該回收裝置包括：液氮工作裝置、第一液氮儲(chǔ)罐、真空泵、自增壓汽化器、第二液氮儲(chǔ)罐和控制裝置，控制裝置分別與液氮工作裝置、真空泵、自增壓汽化器、液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥、自增壓調(diào)節(jié)閥和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥電性連接。本發(fā)明自動(dòng)回收裝置通過(guò)合理設(shè)置第一液氮儲(chǔ)罐和第二液氮儲(chǔ)罐的容積、真空泵的抽速，可完成大部分的液氮回收，并能提高使用液氮裝置的排液速度，降低液氮消耗，且采用DCS或PLC計(jì)算機(jī)控制完成，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)化程度高。
【專利說(shuō)明】
一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置及回收方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種分離提純氖氣和氦氣工藝的改進(jìn)方法，尤其涉及一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置及回收方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氖氣與氦氣是惰性氣體，其在空氣中的含量?jī)H為18.18X 10—6和5.24X 10—6。氖氣、氦氣在空分設(shè)備精餾塔內(nèi)為不凝氣，而以氣態(tài)聚集在主冷凝器頂部和氮回流液中，不易被分咼。
[0003]隨著科技的發(fā)展，氖氣和氦氣已大量適用于工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域。氖氣多用于充填航標(biāo)燈、霓虹燈和用作低溫實(shí)驗(yàn)室的安全致冷劑;氦氣用作稀有金屬精煉的保護(hù)氣和配制深水作業(yè)、宇航中呼吸用氣，用于壓力容器、真空系統(tǒng)檢漏和制作氦氖激光器，還在原子能、紅外線探測(cè)、低溫電子等方面得到應(yīng)用。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中，提取氖氣原料主要從大空分提取粗氖氣氦氣混合氣，然后經(jīng)過(guò)以下幾步提純:加氧催化除氫、低溫吸附凈化、低溫分離、低溫吸附除氖提純氦氣。如專利CN103423968A公開(kāi)了一種氖氦分離提取系統(tǒng)及工藝，此工藝中冷源來(lái)源主要是液氮提供，其中的吸附凈化單元和氦獲取單元的液氮消耗量大，因是兩組切換使用，周期結(jié)束后(一般周期是8小時(shí))，液氮直接排放到大氣中，造成了浪費(fèi)。如專利CN105402605A公開(kāi)了一種利用真空栗回收液氮的裝置及方法，通過(guò)增加一臺(tái)小型液氮儲(chǔ)罐和對(duì)相關(guān)降壓增壓裝置及管道作技術(shù)改進(jìn)處理，從而實(shí)現(xiàn)液氮回收再利用；以及CN105526500A公開(kāi)了一種液氮回收裝置及回收方法，其通過(guò)增加液氮儲(chǔ)罐、在第一增壓器以及在第二液氮儲(chǔ)罐中設(shè)置第二增壓器，從而實(shí)現(xiàn)了液氮回收再利用。但上述回收裝置增加設(shè)備成本，回收方法繁瑣，且存在人為操作誤差大、液氨回收效率低等問(wèn)題。
[0005]因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開(kāi)發(fā)一種降低液氮用量的自動(dòng)回收裝置，成為目前亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有氖氦混合氣體分離過(guò)程中的液氮消耗量太大、周期型工作等特點(diǎn)，提出了一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置及回收方法，能夠?qū)崿F(xiàn)液氮的自動(dòng)化回收及再利用，降低了液氮的消耗量。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0008]本發(fā)明的第一個(gè)方面是提供一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，所述回收裝置包括:
[0009 ]液氮工作裝置，用于從氖、氦氣混合氣體中分離提純氖、氦氣體；
[0010]第一液氮儲(chǔ)罐，通過(guò)輸送管道和液氮排放調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲(chǔ)液氮工作裝置排放的液氮；
[0011]真空栗，通過(guò)輸送管道和抽真空調(diào)節(jié)閥與所述第一液氮儲(chǔ)罐連接，用于降低所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓；
[0012]自增壓汽化器，通過(guò)輸送管道和自增壓調(diào)節(jié)閥與所述第一液氮儲(chǔ)罐連接，用于增大所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓；
[0013]第二液氮儲(chǔ)罐，通過(guò)輸送管道和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲(chǔ)所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)由所述液氮工作裝置排放的所述液氮；
[0014]控制裝置，分別與所述真空栗、自增壓汽化器、液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥、自增壓調(diào)節(jié)閥和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥電性連接。
[0015]進(jìn)一步地，所述第一液氮儲(chǔ)罐的容量小于所述第二液氮儲(chǔ)罐的容量。
[0016]進(jìn)一步地，所述液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥均為電磁閥。
[0017]進(jìn)一步地，所述液氮工作裝置包括吸附凈化單元和氦獲取單元。
[0018]進(jìn)一步地，所述第二液氮儲(chǔ)罐通過(guò)輸送管道和第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接。
[0019]進(jìn)一步地，所述控制裝置為DCS或PLC控制系統(tǒng)。
[0020 ]本發(fā)明的第二個(gè)方面是提供一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，包括以下步驟:
[0021](I)于液氮工作裝置的固定周期排放液氮之前，通過(guò)控制裝置開(kāi)啟抽真空調(diào)節(jié)閥和真空栗，將第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力降低到真空狀態(tài)；
[0022](2)通過(guò)控制裝置開(kāi)啟液氮排放調(diào)節(jié)閥，保持真空栗處于工作狀態(tài)，使液氮工作裝置排放液氮至第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)；
[0023](3)待液氮工作裝置排放液氮完畢后，關(guān)閉液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥和真空栗;
[0024](4)由控制裝置判斷第一液氮儲(chǔ)罐的液位是否到達(dá)指定高度，若是，則自動(dòng)開(kāi)啟自增壓調(diào)節(jié)閥和自增壓汽化器，增大所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓至所述液氮能灌進(jìn)所述第二液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力；
[0025](5)由控制裝置開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥，向第二液氮儲(chǔ)罐內(nèi)排放液氮，當(dāng)?shù)谝灰旱獌?chǔ)罐內(nèi)的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關(guān)閉第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥停止排放液氮，完成一個(gè)循環(huán)的液氮回收。
[0026]進(jìn)一步地，所述步驟(I)中真空狀態(tài)的壓力小于等于80KPa。
[0027]進(jìn)一步地，所述步驟(4)中，若所述第一液氮儲(chǔ)罐的液位未到達(dá)指定高度，則控制裝置不開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥，待所述第一液氮儲(chǔ)罐的液位到達(dá)指定高度時(shí)開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥排放液氮。
[0028]進(jìn)一步地，所述第二液氮儲(chǔ)罐通過(guò)第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接，向所述液氮工作裝置提供所述回收的液氮。
[0029]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果:
[0030]本發(fā)明的液氮回收裝置經(jīng)過(guò)合理配置第一液氮儲(chǔ)罐和第二液氮儲(chǔ)罐的容積、真空栗的抽速可以完成大部分的液氮回收，并能提高使用液氮裝置的排液速度，降低液氮消耗；且采用DCS或PLC計(jì)算機(jī)控制完成，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)化程度高。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為本發(fā)明一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置的工藝流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法的控制邏輯圖；
[0033]1-液氮工作裝置，11-吸附凈化單元，12-氮獲取單元，2-液氮排放調(diào)節(jié)閥，3-第一液氮儲(chǔ)罐，4-抽真空調(diào)節(jié)閥，5-真空栗，6-自增壓調(diào)節(jié)閥，7-自增壓汽化器，8-第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥，9-第二液氮儲(chǔ)罐。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)和具體的介紹，以使更好的理解本發(fā)明，但是下述實(shí)施例并不限制本發(fā)明范圍。
[0035]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，該回收裝置包括:
[0036]液氮工作裝置I，用于從氖、氦氣混合氣體中分離提純氖、氦氣體；
[0037]第一液氮儲(chǔ)罐3，通過(guò)輸送管道和液氮排放調(diào)節(jié)閥2與液氮工作裝置I連接，用于存儲(chǔ)液氮工作裝置I排放的液氮；
[0038]真空栗5，通過(guò)輸送管道和抽真空調(diào)節(jié)閥4與第一液氮儲(chǔ)罐3連接，用于降低第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的氣壓；
[0039]自增壓汽化器7，通過(guò)輸送管道和自增壓調(diào)節(jié)閥6與第一液氮儲(chǔ)罐3連接，用于增大第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的氣壓；
[0040]第二液氮儲(chǔ)罐9，通過(guò)輸送管道和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8與第一液氮儲(chǔ)罐3連接，用于存儲(chǔ)第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)由液氮工作裝置I排放的液氮；
[0041]控制裝置(圖1未示出)，分別與真空栗5、自增壓汽化器7、液氮排放調(diào)節(jié)閥2、抽真空調(diào)節(jié)閥4、自增壓調(diào)節(jié)閥6和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8電性連接，以實(shí)現(xiàn)氮?dú)獾淖詣?dòng)化回收。
[0042]作為本實(shí)施例的一個(gè)方面，第一液氮儲(chǔ)罐3的容量小于第二液氮儲(chǔ)罐的9容量。液氮排放調(diào)節(jié)閥2、抽真空調(diào)節(jié)閥4和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8均為電磁閥，與控制裝置電性連接。其中，液氮工作裝置I包括吸附凈化單元11和氦獲取單元12。此外，為實(shí)現(xiàn)氮?dú)赓Y源的循環(huán)回收再利用，使第二液氮儲(chǔ)罐9通過(guò)輸送管道和第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥(圖1未示出)與液氮工作裝置I連接?？刂蒲b置為DCS或PLC控制系統(tǒng)。
[0043]如圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例還提供一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，包括以下步驟:
[0044](I)于液氮工作裝置I的固定周期排放液氮之前，通過(guò)控制裝置開(kāi)啟抽真空調(diào)節(jié)閥4和真空栗5，將第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)3的壓力降低到真空狀態(tài)；
[0045](2)通過(guò)控制裝置開(kāi)啟液氮排放調(diào)節(jié)閥2，保持真空栗5處于工作狀態(tài)，使液氮工作裝置I排放液氮至第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)；
[0046](3)待液氮工作裝置I排放液氮完畢后，關(guān)閉液氮排放調(diào)節(jié)閥2、抽真空調(diào)節(jié)閥4和真空栗5;
[0047](4)由控制裝置判斷第一液氮儲(chǔ)罐3的液位是否到達(dá)指定高度，若是，則自動(dòng)開(kāi)啟自增壓調(diào)節(jié)閥6和自增壓汽化器7，增大第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)3的氣壓至液氮能灌進(jìn)第二液氮儲(chǔ)罐9內(nèi)的壓力；
[0048](5)由控制裝置開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8，向第二液氮儲(chǔ)罐9內(nèi)排放液氮，當(dāng)?shù)谝灰旱獌?chǔ)罐3內(nèi)的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關(guān)閉第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8停止排放液氮，完成一個(gè)循環(huán)的液氮回收。
[0049]作為本實(shí)施例的一個(gè)方面，步驟(I)中真空狀態(tài)的壓力小于等于80KPa。步驟(4)中，若第一液氮儲(chǔ)罐3的液位未到達(dá)指定高度，則控制裝置不開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8，待第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的液位到達(dá)指定高度時(shí)開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8排放液氮。第二液氮儲(chǔ)罐9通過(guò)第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與液氮工作裝置I連接，向液氮工作裝置I內(nèi)提供回收的液氮。
[0050]應(yīng)用實(shí)施例:
[0051]使用液氮工作裝置I在固定周期排放液氮之前，抽真空調(diào)節(jié)閥4打開(kāi)，真空栗5開(kāi)始抽小容積儲(chǔ)槽內(nèi)3的氣體，把第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的壓力降低到真空狀態(tài)80KPa(A);打開(kāi)裝置液氮排放調(diào)節(jié)閥2，使用液氮工作裝置I開(kāi)始排放液氮，期間，真空栗5處于工作狀態(tài);使用液氮工作置I液氮排放完畢后，關(guān)閉液氮排放調(diào)節(jié)閥2和抽真空調(diào)節(jié)閥4，關(guān)閉真空栗5;通過(guò)PLC計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)判斷第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的液位是否達(dá)到指定高度，例如第一液氮儲(chǔ)罐3為Im3時(shí)，可以將高度設(shè)定900mm;如達(dá)到，打開(kāi)自增壓調(diào)節(jié)閥6，給第一液氮儲(chǔ)罐3增壓至液氮能灌進(jìn)第二液氮儲(chǔ)罐9的壓力，如果第二液氮儲(chǔ)罐9的壓力為0.6MPa，高度1m時(shí)，第一液氮儲(chǔ)罐3的壓力至少為0.7MPa，適當(dāng)提高壓力有利于加快液氮排出速度;打開(kāi)第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8排放液氮，第一液氮儲(chǔ)罐3降低到較低液位如400mm后，關(guān)閉第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8停止排放液氮，液氮回收結(jié)束?；厥盏囊旱赏ㄟ^(guò)第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥向液氮工作裝置I內(nèi)供給液氮。如果第一液氮儲(chǔ)罐3內(nèi)的液位位未到指定高度，側(cè)控制裝置不執(zhí)行排液步驟，等待下一個(gè)周期待液位達(dá)到指定高度時(shí)，再開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥8向第二液氮儲(chǔ)罐9的排液。
[0052]本發(fā)明的液氮自動(dòng)回收裝置通過(guò)合理配置第一液氮儲(chǔ)罐的容積、真空栗的抽速，可以完成大部分的液氮回收，液氮回收率達(dá)到96%，并能提高使用液氮裝置的排液速度，降低液氮消耗;且采用DCS或PLC計(jì)算機(jī)控制完成整個(gè)回收過(guò)程，無(wú)需人工干預(yù)，自動(dòng)化程度尚O
[0053]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述，但其只是作為范例，本發(fā)明并不限制于以上描述的具體實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，任何對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的等同修改和替代也都在本發(fā)明的范疇之中。因此，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述回收裝置包括: 液氮工作裝置，用于從氖、氦氣混合氣體中分離提純氖、氦氣體； 第一液氮儲(chǔ)罐，通過(guò)輸送管道和液氮排放調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲(chǔ)液氮工作裝置排放的液氮； 真空栗，通過(guò)輸送管道和抽真空調(diào)節(jié)閥與所述第一液氮儲(chǔ)罐連接，用于降低所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓； 自增壓汽化器，通過(guò)輸送管道和自增壓調(diào)節(jié)閥與所述第一液氮儲(chǔ)罐連接，用于增大所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓； 第二液氮儲(chǔ)罐，通過(guò)輸送管道和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述第一液氮儲(chǔ)罐連接，用于存儲(chǔ)所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)由所述液氮工作裝置排放的所述液氮； 控制裝置，分別與所述真空栗、自增壓汽化器、液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥、自增壓調(diào)節(jié)閥和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥電性連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述第一液氮儲(chǔ)罐的容量小于所述第二液氮儲(chǔ)罐的容量。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥和第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥均為電磁閥。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述液氮工作裝置包括吸附凈化單元和氦獲取單元。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述第二液氮儲(chǔ)罐通過(guò)輸送管道和第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收裝置，其特征在于，所述控制裝置為DCS或PLC控制系統(tǒng)。7.—種權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述回收裝置的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)于液氮工作裝置的固定周期排放液氮之前，通過(guò)控制裝置開(kāi)啟抽真空調(diào)節(jié)閥和真空栗，將第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的壓力降低到真空狀態(tài)； (2)通過(guò)控制裝置開(kāi)啟液氮排放調(diào)節(jié)閥，保持真空栗處于工作狀態(tài)，使液氮工作裝置排放液氮至第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)； (3)待液氮工作裝置排放液氮完畢后，關(guān)閉液氮排放調(diào)節(jié)閥、抽真空調(diào)節(jié)閥和真空栗； (4)由控制裝置判斷第一液氮儲(chǔ)罐的液位是否到達(dá)指定高度，若是，則自動(dòng)開(kāi)啟自增壓調(diào)節(jié)閥和自增壓汽化器，增大所述第一液氮儲(chǔ)罐內(nèi)的氣壓至所述液氮能灌進(jìn)所述第二液氮儲(chǔ)觸內(nèi)的壓力； (5)由控制裝置開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥，向第二液氮儲(chǔ)罐內(nèi)排放液氮，當(dāng)?shù)谝灰旱獌?chǔ)罐內(nèi)的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關(guān)閉第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥停止排放液氮，完成一個(gè)循環(huán)的液氮回收。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，其特征在于，所述步驟(I)中真空狀態(tài)的壓力小于等于80KPa。9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，其特征在于，所述步驟(4)中，若所述第一液氮儲(chǔ)罐的液位未到達(dá)指定高度，則控制裝置不開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥，待所述第一液氮儲(chǔ)罐的液位到達(dá)指定高度時(shí)開(kāi)啟第一液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥排放液氮。10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氖氦分離過(guò)程中液氮自動(dòng)回收方法，其特征在于，所述第二液氮儲(chǔ)罐通過(guò)第二液氮儲(chǔ)罐調(diào)節(jié)閥與所述液氮工作裝置連接，向所述液氮工作裝置提供所述回收的液氮。
【文檔編號(hào)】F17C5/02GK105953071SQ201610444316
【公開(kāi)日】2016年9月21日
【申請(qǐng)日】2016年6月20日
【發(fā)明人】郝文炳, 劉永春, 俞建
【申請(qǐng)人】上海啟元空分技術(shù)發(fā)展股份有限公司