浅析国内氖、氦稀有气体发展现状及流程简介

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　　摘 要：随着工业生产和科学研究事业的飞速发展，稀有气体的生产量逐年增加并且被广泛地应用在医学、医学、尖端科学技术以及日常生活里。氖、氦作为稀有气体的一员，在现实生产中具有多方面的运用。
　　关键词：稀有气体;氖氦;工艺流程
　　氖（Ne）气是一种无色、无嗅、非易燃的稀有气体。通常氖用于霓虹灯及作为电子工业的填充介质，此外，还可用用作低温冷却剂，标准气、特种混合气等。氦气是无色、无味的惰性稀有气体，氦的用途广泛，在军工、科研、石化、制冷、医疗、航空、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等领域均有应用。
　　目前，国内仅有宝钢、首钢、邯钢、武钢等少量钢铁厂旗下的气体公司具备制取稀有气体的能力，这些稀有气体含量低，只有制氧机生产规模足够大，才能够提取得到，随着下游应用市场需求的不断增加，稀有气体供不应求的格局将逐渐加剧，尤其是高端稀有气体，因此稀有气体的生产规模将逐渐增大。
　　氖氦分离精制装置基本由以下几个模块组成，加氧除氢系统、除氮系统、氖氦分离系统、除氖系统、气体回收、抽真空系统等。具体工艺流程如下：
　　除氢系统：常温粗氖氦气体由空分装置引出进入加氧除氢炉，在加氧除氢炉中，粗氖氦混合气中的氢气将被除去。处理后的气体通入冷却器与低温氮气换热冷却，然后通入水分离器把冷凝水除去。低温氮气由液氮及仪表氮气在缓冲罐中混合得到。从水分离器出来的粗氖氦在吸附器中进行干燥，两只吸附器切换使用，一只工作时另外一只反吹脱附，用户供儀表氮气经过加热器加热后作为反吹气。除去水分后的粗氖氦进入粗氖氦膜压机压缩至40Bar（A），压缩气体送入除氮系统。
　　除氮系统：从膜压机来的混合稀有气体进入分离除氮模块。在分离除氮冷箱中通过热交换器冷却后进入分离器中，未冷凝的气相组分将从液相中分离出来。主要成分为液氮的液体将节流进入第二个分离器被进一步分离，底部的纯液氮被排到室外安全处，与此同时顶部氖氦气被回收回气囊。来自分离器的气相含氮量小于2%的混合稀有气体进入吸附除氮模块，在吸附除氮冷箱内的除氮吸附器中，把剩余的氮从稀有气体中除去，从而得到纯氖氦混合气体。纯氖氦气出吸附除氮冷箱后返回吸附除氮模块经换热器复热至常温，并通过膜压缩机增压至约100bar（A）。
　　氖氦分离系统：纯氖氦气通过纯氖氦膜压缩机增压至约100bar（A）后入氖氦分离模块，在换热器、沉浸式液氮冷却器和二级热交换器进行冷却后，经过节流阀将其节流至约30bar（A），进入沉浸式液氖冷却器和分离器。在分离器的底部得到主要含量为氖的液体，而顶部气体的主要成分为氦。含氖的液体节流后去分馏塔，通过分离除去液体中的少量氦，在塔底部获得纯氖液体。液氖将在沉浸式液氖冷却器中气化，经换热器复热后出冷箱，得到纯净的产品氖气，一部分氖气回到纯氖氦膜压机入口循环压缩，剩下的产品氖气送入氖气压缩充灌系统。
　　除氖系统：来自分离器顶部的气体，其含量为16%的氖和84%的氦。这股粗氦气在换热器中进行复热，再送入分离除氮模块换热器进行冷却后，然后送入吸附除氖模块去除氖，从而得到纯氦气。吸附后的纯氦将通过换热器换热至常温，经纯氦膜压机增压输入气瓶。来自分离器顶部的粗氦气也可以通过粗氦膜压机加压后充瓶。来自分馏塔塔顶的气体进入换热器换热，复热后送入氖/氦压缩机的进口处。
　　气体的回收：系统中安全阀放空气、吸附除氮模块卸压反吹气、PV2402顶部粗氖氦循环气及分析系统回收气均回收至气囊中，回收气通过回收膜压机压缩后并入气柜，进入后续分离除氮系统。
　　抽真空系统：在分离除氮系统冷箱中注入液氮，汽化后的氮气用真空泵抽出并保持冷箱的负压状态。在吸附除氮冷箱及吸附除氖冷箱中注入液氮，汽化后的氮气用真空泵抽出并保持冷箱的负压状态。在氖氦分离模块中，用分子泵和真空泵将冷箱内部抽至高真空状态，并通入低温液氮补充设备低温冷量。
　　参考文献：
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　　[2]氖氦稀有气体深低温分离的流程研究.
　　[3]李耀.空分设备全提取工艺流程改造和稀有气体市场展望.深冷技术，2017-4-30.
　　[4]沈浩，李楠.20Nm3/h国产氖氦新工艺的开发与设计.低温与特气，2015-8-28.
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