Свойства инертных продуктов разделения воздуха значительно отличаются друг от друга. Например, нормальная температура кипения ксенона на 161К выше, чем у гелия, а атомная масса (нормальная плотность) Xe более чем в 30 раз выше, чем у Не. В меньшей степени, но все же достаточно ощутимо, заметны различия в паре неон-криптон: по плотности они отличаются в четыре раза, а разность температур кипения составляет около ста градусов. Такие особенности веществ приводят к тому, что легкие и тяжелые инертные газы накапливаются в противоположных секциях воздухоразделительного аппарата (рисунок 1.1). Гелий и неон концентрируются в азотной (газовой) «подушке» нижней колонны.
Следовательно, криптон и ксенон собираются не в газе, а в жидкости, не в азоте, а в кислороде и не в нижней, а в верхней колонне воздухоразделительной установки. Технологическая последовательность получения Кr и Хе представлена в таблице 1.5.
Классическая технология первичного концентрирования
При ректификации воздуха криптон и ксенон полностью «отмываются» в куб нижней колонны НК (рисунок 1.1). Далее, в виде весьма бедного криптоном раствора (кубовой жидкости) тяжелые «инерты» переводятся в верхнюю колонну ВК воздухоразделительной установки. В ней криптон и ксенон уносятся флегмой в сторону конденсатора КИ. В потоке кислорода, отбираемом над конденсатором, суммарная концентрация (Кг+Хе) не превышает 0,0006%, что всего в пять раз больше, чем их содержание в атмосферном воздухе.
Сопоставление технологических последовательностей получения инертных газов
Кислород |
Объемная доля криптона, % |
|||
0,0006% |
0,2-0,3 |
94,5 |
0,0001 |
99,999 Кг |
Объемная доля ксенона, % |
||||
<0,0001 |
0,015-0,02 |
5 |
99,999 Хе |
0,0001 |
Первичное концентрирование в крипт. колонне |
Каталитическое «выжигание» углеводородов |
Очистка в блоке адсорберов |
Обогащение сырой смеси в колонне |
Разделение Кг-Хе-смеси в колоннах |
←О2 |
CmHn+O2→CO2+H2O |
↓CO2↓H2O↓ |
↑O2↑ |
↑Kr;Xe↓ |
Первичное концентрирование криптоновой фракции проводят в сдельной колонне КК (рис. 1.1). По существу она является комплексом нескольких ректификационных аппаратов. Поток газообразного кислорода, подаваемый в среднюю часть криптоновой колонны, представляет собой многокомпонентную смесь. Помимо следов Кг и Хе, в ней содержатся углеводороды (преимущественно - метан). Через верхний конденсатор криптоновой колонны проходит поток кубовой жидкости, переохлажденной в аппарате ПО. Ожижаемый в конденсаторе кислород образует два потока флегмы - периферийный и внутренний. В периферийной части КК основной поток отмывается от примесей и покидает колонну по кольцевому каналу в виде 95%-го технологического кислорода
Внутренний поток флегмы из верхнего конденсатора поступает в центральный канал КК' и служит для отмывания потока технического О2. Внутренняя секция питается газообразным кислородом из нижней части колонны КК . Этот поток пара обогащен криптоном и другими примесями. В секции КК' технический кислород практически полностью очищается от тяжелых инертных газов и углеводородов и покидает установку с чистотой 99,5%Кубовая фракция, обогащенная криптоном и ксеноном, из нижней секции колонны КК направляется в трубки испарителя ИА. Там кислород почти полностью переходит в пар за счет теплоты конденсаций азота в межтрубном пространстве
Газообразный N2 поступает из конденсатора КИ нижней колонны НК воздухоразделительного аппарата. После неполной конденсации поток азота дополнительно охлаждается в верхней части ВК и направляется в фазовый сепаратор неоногелиевой смеси ФС1.
