一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置及回收方法
【專利摘要】本發明公開了一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置及回收方法，該回收裝置包括：液氮工作裝置、第一液氮儲罐、真空泵、自增壓汽化器、第二液氮儲罐和控制裝置，控制裝置分別與液氮工作裝置、真空泵、自增壓汽化器、液氮排放調節閥、抽真空調節閥、自增壓調節閥和第一液氮儲罐調節閥電性連接。本發明自動回收裝置通過合理設置第一液氮儲罐和第二液氮儲罐的容積、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計算機控制完成，無需人工干預，自動化程度高。
【專利說明】
一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置及回收方法
技術領域
[0001]本發明涉及一種分離提純氖氣和氦氣工藝的改進方法，尤其涉及一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置及回收方法。
【背景技術】
[0002]氖氣與氦氣是惰性氣體，其在空氣中的含量僅為18.18X 10—6和5.24X 10—6。氖氣、氦氣在空分設備精餾塔內為不凝氣，而以氣態聚集在主冷凝器頂部和氮回流液中，不易被分咼。
[0003]隨著科技的發展，氖氣和氦氣已大量適用于工業的各個領域。氖氣多用于充填航標燈、霓虹燈和用作低溫實驗室的安全致冷劑;氦氣用作稀有金屬精煉的保護氣和配制深水作業、宇航中呼吸用氣，用于壓力容器、真空系統檢漏和制作氦氖激光器，還在原子能、紅外線探測、低溫電子等方面得到應用。
[0004]現有技術中，提取氖氣原料主要從大空分提取粗氖氣氦氣混合氣，然后經過以下幾步提純: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公開了一種氖氦分離提取系統及工藝，此工藝中冷源來源主要是液氮提供，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，周期結束后(一般周期是8小時)，液氮直接排放到大氣中，造成了浪費。如專利CN105402605A公開了一種利用真空栗回收液氮的裝置及方法，通過增加一臺小型液氮儲罐和對相關降壓增壓裝置及管道作技術改進處理，從而實現液氮回收再利用；以及CN105526500A公開了一種液氮回收裝置及回收方法，其通過增加液氮儲罐、在第一增壓器以及在第二液氮儲罐中設置第二增壓器，從而實現了液氮回收再利用。但上述回收裝置增加設備成本，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題。
[0005]因此，本領域的技術人員致力于開發一種降低液氮用量的自動回收裝置，成為目前亟待解決的問題。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對現有氖氦混合氣體分離過程中的液氮消耗量太大、周期型工作等特點，提出了一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置及回收方法，能夠實現液氮的自動化回收及再利用，降低了液氮的消耗量。
[0007]為實現上述目的，本發明采用以下技術方案:
[0008]本發明的第一個方面是提供一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，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]第一液氮儲罐，通過輸送管道和液氮排放調節閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲液氮工作裝置排放的液氮；
[0011]真空栗，通過輸送管道和抽真空調節閥與所述第一液氮儲罐連接，用于降低所述第一液氮儲罐內的氣壓；
[0012]自增壓汽化器，通過輸送管道和自增壓調節閥與所述第一液氮儲罐連接，用于增大所述第一液氮儲罐內的氣壓；
[0013]第二液氮儲罐，通過輸送管道和第一液氮儲罐調節閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲所述第一液氮儲罐內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、液氮排放調節閥、抽真空調節閥、自增壓調節閥和第一液氮儲罐調節閥電性連接。
[0015]進一步地，所述第一液氮儲罐的容量小于所述第二液氮儲罐的容量。
[0016]進一步地，所述液氮排放調節閥、抽真空調節閥和第一液氮儲罐調節閥均為電磁閥。
[0017]進一步地，所述液氮工作裝置包括吸附凈化單元和氦獲取單元。
[0018]進一步地，所述第二液氮儲罐通過輸送管道和第二液氮儲罐調節閥與所述液氮工作裝置連接。
[0019]進一步地，所述控制裝置為DCS或PLC控制系統。
[0020 ]本發明的第二個方面是提供一種氖氦分離過程中液氮自動回收方法，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，通過控制裝置開啟抽真空調節閥和真空栗，將第一液氮儲罐內的壓力降低到真空狀態；
[0022](2)通過控制裝置開啟液氮排放調節閥，保持真空栗處于工作狀態，使液氮工作裝置排放液氮至第一液氮儲罐內；
[0023](3)待液氮工作裝置排放液氮完畢后，關閉液氮排放調節閥、抽真空調節閥和真空栗;
[0024](4)由控制裝置判斷第一液氮儲罐的液位是否到達指定高度，若是，則自動開啟自增壓調節閥和自增壓汽化器，增大所述第一液氮儲罐內的氣壓至所述液氮能灌進所述第二液氮儲罐內的壓力；
[0025](5)由控制裝置開啟第一液氮儲罐調節閥，向第二液氮儲罐內排放液氮，當第一液氮儲罐內的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關閉第一液氮儲罐調節閥停止排放液氮，完成一個循環的液氮回收。
[0026]進一步地，所述步驟(I)中真空狀態的壓力小于等于80KPa。
[0027]進一步地，所述步驟(4)中，若所述第一液氮儲罐的液位未到達指定高度，則控制裝置不開啟第一液氮儲罐調節閥，待所述第一液氮儲罐的液位到達指定高度時開啟第一液氮儲罐調節閥排放液氮。
[0028]進一步地，所述第二液氮儲罐通過第二液氮儲罐調節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]本發明采用上述技術方案，與現有技術相比，具有如下技術效果:
[0030]本發明的液氮回收裝置經過合理配置第一液氮儲罐和第二液氮儲罐的容積、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計算機控制完成，無需人工干預，自動化程度高。
【附圖說明】
[0031]圖1為本發明一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置的工藝流程圖；
[0032]圖2為本發明一種氖氦分離過程中液氮自動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-液氮排放調節閥，3-第一液氮儲罐，4-抽真空調節閥，5-真空栗，6-自增壓調節閥，7-自增壓汽化器，8-第一液氮儲罐調節閥，9-第二液氮儲罐。
【具體實施方式】
[0034]下面通過具體實施例對本發明進行詳細和具體的介紹，以使更好的理解本發明，但是下述實施例并不限制本發明范圍。
[0035]如圖1所示，本發明實施例提供了一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，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]第一液氮儲罐3，通過輸送管道和液氮排放調節閥2與液氮工作裝置I連接，用于存儲液氮工作裝置I排放的液氮；
[0038]真空栗5，通過輸送管道和抽真空調節閥4與第一液氮儲罐3連接，用于降低第一液氮儲罐3內的氣壓；
[0039]自增壓汽化器7，通過輸送管道和自增壓調節閥6與第一液氮儲罐3連接，用于增大第一液氮儲罐3內的氣壓；
[0040]第二液氮儲罐9，通過輸送管道和第一液氮儲罐調節閥8與第一液氮儲罐3連接，用于存儲第一液氮儲罐3內由液氮工作裝置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、液氮排放調節閥2、抽真空調節閥4、自增壓調節閥6和第一液氮儲罐調節閥8電性連接，以實現氮氣的自動化回收。
[0042]作為本實施例的一個方面，第一液氮儲罐3的容量小于第二液氮儲罐的9容量。液氮排放調節閥2、抽真空調節閥4和第一液氮儲罐調節閥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，為實現氮氣資源的循環回收再利用，使第二液氮儲罐9通過輸送管道和第二液氮儲罐調節閥(圖1未示出)與液氮工作裝置I連接。控制裝置為DCS或PLC控制系統。
[0043]如圖2所示，本發明實施例還提供一種氖氦分離過程中液氮自動回收方法，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，通過控制裝置開啟抽真空調節閥4和真空栗5，將第一液氮儲罐內3的壓力降低到真空狀態；
[0045](2)通過控制裝置開啟液氮排放調節閥2，保持真空栗5處于工作狀態，使液氮工作裝置I排放液氮至第一液氮儲罐3內；
[0046](3)待液氮工作裝置I排放液氮完畢后，關閉液氮排放調節閥2、抽真空調節閥4和真空栗5;
[0047](4)由控制裝置判斷第一液氮儲罐3的液位是否到達指定高度，若是，則自動開啟自增壓調節閥6和自增壓汽化器7，增大第一液氮儲罐內3的氣壓至液氮能灌進第二液氮儲罐9內的壓力；
[0048](5)由控制裝置開啟第一液氮儲罐調節閥8，向第二液氮儲罐9內排放液氮，當第一液氮儲罐3內的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關閉第一液氮儲罐調節閥8停止排放液氮，完成一個循環的液氮回收。
[0049]作為本實施例的一個方面，步驟(I)中真空狀態的壓力小于等于80KPa。步驟(4)中，若第一液氮儲罐3的液位未到達指定高度，則控制裝置不開啟第一液氮儲罐調節閥8，待第一液氮儲罐3內的液位到達指定高度時開啟第一液氮儲罐調節閥8排放液氮。第二液氮儲罐9通過第二液氮儲罐調節閥與液氮工作裝置I連接，向液氮工作裝置I內提供回收的液氮。
[0050]應用實施例:
[0051]使用液氮工作裝置I在固定周期排放液氮之前，抽真空調節閥4打開，真空栗5開始抽小容積儲槽內3的氣體，把第一液氮儲罐3內的壓力降低到真空狀態80KPa(A);打開裝置液氮排放調節閥2，使用液氮工作裝置I開始排放液氮，期間，真空栗5處于工作狀態;使用液氮工作置I液氮排放完畢后，關閉液氮排放調節閥2和抽真空調節閥4，關閉真空栗5;通過PLC計算機控制系統判斷第一液氮儲罐3內的液位是否達到指定高度，例如第一液氮儲罐3為Im3時，可以將高度設定900mm;如達到，打開自增壓調節閥6，給第一液氮儲罐3增壓至液氮能灌進第二液氮儲罐9的壓力，如果第二液氮儲罐9的壓力為0.6MPa，高度1m時，第一液氮儲罐3的壓力至少為0.7MPa，適當提高壓力有利于加快液氮排出速度;打開第一液氮儲罐調節閥8排放液氮，第一液氮儲罐3降低到較低液位如400mm后，關閉第一液氮儲罐調節閥8停止排放液氮，液氮回收結束。回收的液氮可通過第二液氮儲罐調節閥向液氮工作裝置I內供給液氮。如果第一液氮儲罐3內的液位位未到指定高度，側控制裝置不執行排液步驟，等待下一個周期待液位達到指定高度時，再開啟第一液氮儲罐調節閥8向第二液氮儲罐9的排液。
[0052]本發明的液氮自動回收裝置通過合理配置第一液氮儲罐的容積、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計算機控制完成整個回收過程，無需人工干預，自動化程度尚O
[0053]以上對本發明的具體實施例進行了詳細描述，但其只是作為范例，本發明并不限制于以上描述的具體實施例。對于本領域技術人員而言，任何對本發明進行的等同修改和替代也都在本發明的范疇之中。因此，在不脫離本發明的精神和范圍下所作的均等變換和修改，都應涵蓋在本發明的范圍內。
【主權項】
1.一種氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，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； 第一液氮儲罐，通過輸送管道和液氮排放調節閥與所述液氮工作裝置連接，用于存儲液氮工作裝置排放的液氮； 真空栗，通過輸送管道和抽真空調節閥與所述第一液氮儲罐連接，用于降低所述第一液氮儲罐內的氣壓； 自增壓汽化器，通過輸送管道和自增壓調節閥與所述第一液氮儲罐連接，用于增大所述第一液氮儲罐內的氣壓； 第二液氮儲罐，通過輸送管道和第一液氮儲罐調節閥與所述第一液氮儲罐連接，用于存儲所述第一液氮儲罐內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、液氮排放調節閥、抽真空調節閥、自增壓調節閥和第一液氮儲罐調節閥電性連接。2.根據權利要求1所述的氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，其特征在于，所述第一液氮儲罐的容量小于所述第二液氮儲罐的容量。3.根據權利要求1所述的氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，其特征在于，所述液氮排放調節閥、抽真空調節閥和第一液氮儲罐調節閥均為電磁閥。4.根據權利要求1所述的氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，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.根據權利要求1所述的氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，其特征在于，所述第二液氮儲罐通過輸送管道和第二液氮儲罐調節閥與所述液氮工作裝置連接。6.根據權利要求1所述的氖氦分離過程中液氮自動回收裝置，其特征在于，所述控制裝置為DCS或PLC控制系統。7.—種權利要求1-6任一項所述回收裝置的氖氦分離過程中液氮自動回收方法，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，通過控制裝置開啟抽真空調節閥和真空栗，將第一液氮儲罐內的壓力降低到真空狀態； (2)通過控制裝置開啟液氮排放調節閥，保持真空栗處于工作狀態，使液氮工作裝置排放液氮至第一液氮儲罐內； (3)待液氮工作裝置排放液氮完畢后，關閉液氮排放調節閥、抽真空調節閥和真空栗； (4)由控制裝置判斷第一液氮儲罐的液位是否到達指定高度，若是，則自動開啟自增壓調節閥和自增壓汽化器，增大所述第一液氮儲罐內的氣壓至所述液氮能灌進所述第二液氮儲觸內的壓力； (5)由控制裝置開啟第一液氮儲罐調節閥，向第二液氮儲罐內排放液氮，當第一液氮儲罐內的液氮液位降低至較低液位后，由控制裝置關閉第一液氮儲罐調節閥停止排放液氮，完成一個循環的液氮回收。8.根據權利要求7所述的氖氦分離過程中液氮自動回收方法，其特征在于，所述步驟(I)中真空狀態的壓力小于等于80KPa。9.根據權利要求7所述的氖氦分離過程中液氮自動回收方法，其特征在于，所述步驟(4)中，若所述第一液氮儲罐的液位未到達指定高度，則控制裝置不開啟第一液氮儲罐調節閥，待所述第一液氮儲罐的液位到達指定高度時開啟第一液氮儲罐調節閥排放液氮。10.根據權利要求7所述的氖氦分離過程中液氮自動回收方法，其特征在于，所述第二液氮儲罐通過第二液氮儲罐調節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】F17C5/02GK105953071SQ201610444316
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年6月20日
【發明人】郝文炳, 劉永春, 俞建
【申請人】上海啟元空分技術發展股份有限公司