淺析國內(nèi)氖、氦稀有氣體發(fā)展現(xiàn)狀及流程簡介

安紅妍

摘 要：隨著工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究事業(yè)的飛速發(fā)展，稀有氣體的生產(chǎn)量逐年增加并且被廣泛地應(yīng)用在醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)、尖端科學(xué)技術(shù)以及日常生活里。氖、氦作為稀有氣體的一員，在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中具有多方面的運(yùn)用。

關(guān)鍵詞：稀有氣體;氖氦;工藝流程

氖（Ne）氣是一種無色、無嗅、非易燃的稀有氣體。通常氖用于霓虹燈及作為電子工業(yè)的填充介質(zhì)，此外，還可用用作低溫冷卻劑，標(biāo)準(zhǔn)氣、特種混合氣等。氦氣是無色、無味的惰性稀有氣體，氦的用途廣泛，在軍工、科研、石化、制冷、醫(yī)療、航空、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域均有應(yīng)用。

目前，國內(nèi)僅有寶鋼、首鋼、邯鋼、武鋼等少量鋼鐵廠旗下的氣體公司具備制取稀有氣體的能力，這些稀有氣體含量低，只有制氧機(jī)生產(chǎn)規(guī)模足夠大，才能夠提取得到，隨著下游應(yīng)用市場需求的不斷增加，稀有氣體供不應(yīng)求的格局將逐漸加劇，尤其是高端稀有氣體，因此稀有氣體的生產(chǎn)規(guī)模將逐漸增大。

氖氦分離精制裝置基本由以下幾個模塊組成，加氧除氫系統(tǒng)、除氮系統(tǒng)、氖氦分離系統(tǒng)、除氖系統(tǒng)、氣體回收、抽真空系統(tǒng)等。具體工藝流程如下：

除氫系統(tǒng)：常溫粗氖氦氣體由空分裝置引出進(jìn)入加氧除氫爐，在加氧除氫爐中，粗氖氦混合氣中的氫氣將被除去。處理后的氣體通入冷卻器與低溫氮?dú)鈸Q熱冷卻，然后通入水分離器把冷凝水除去。低溫氮?dú)庥梢旱皟x表氮?dú)庠诰彌_罐中混合得到。從水分離器出來的粗氖氦在吸附器中進(jìn)行干燥，兩只吸附器切換使用，一只工作時另外一只反吹脫附，用戶供儀表氮?dú)饨?jīng)過加熱器加熱后作為反吹氣。除去水分后的粗氖氦進(jìn)入粗氖氦膜壓機(jī)壓縮至40Bar（A），壓縮氣體送入除氮系統(tǒng)。

除氮系統(tǒng)：從膜壓機(jī)來的混合稀有氣體進(jìn)入分離除氮模塊。在分離除氮冷箱中通過熱交換器冷卻后進(jìn)入分離器中，未冷凝的氣相組分將從液相中分離出來。主要成分為液氮的液體將節(jié)流進(jìn)入第二個分離器被進(jìn)一步分離，底部的純液氮被排到室外安全處，與此同時頂部氖氦氣被回收回氣囊。來自分離器的氣相含氮量小于2%的混合稀有氣體進(jìn)入吸附除氮模塊，在吸附除氮冷箱內(nèi)的除氮吸附器中，把剩余的氮從稀有氣體中除去，從而得到純氖氦混合氣體。純氖氦氣出吸附除氮冷箱后返回吸附除氮模塊經(jīng)換熱器復(fù)熱至常溫，并通過膜壓縮機(jī)增壓至約100bar（A）。

氖氦分離系統(tǒng)：純氖氦氣通過純氖氦膜壓縮機(jī)增壓至約100bar（A）后入氖氦分離模塊，在換熱器、沉浸式液氮冷卻器和二級熱交換器進(jìn)行冷卻后，經(jīng)過節(jié)流閥將其節(jié)流至約30bar（A），進(jìn)入沉浸式液氖冷卻器和分離器。在分離器的底部得到主要含量為氖的液體，而頂部氣體的主要成分為氦。含氖的液體節(jié)流后去分餾塔，通過分離除去液體中的少量氦，在塔底部獲得純氖液體。液氖將在沉浸式液氖冷卻器中氣化，經(jīng)換熱器復(fù)熱后出冷箱，得到純凈的產(chǎn)品氖氣，一部分氖氣回到純氖氦膜壓機(jī)入口循環(huán)壓縮，剩下的產(chǎn)品氖氣送入氖氣壓縮充灌系統(tǒng)。

除氖系統(tǒng)：來自分離器頂部的氣體，其含量為16%的氖和84%的氦。這股粗氦氣在換熱器中進(jìn)行復(fù)熱，再送入分離除氮模塊換熱器進(jìn)行冷卻后，然后送入吸附除氖模塊去除氖，從而得到純氦氣。吸附后的純氦將通過換熱器換熱至常溫，經(jīng)純氦膜壓機(jī)增壓輸入氣瓶。來自分離器頂部的粗氦氣也可以通過粗氦膜壓機(jī)加壓后充瓶。來自分餾塔塔頂?shù)臍怏w進(jìn)入換熱器換熱，復(fù)熱后送入氖/氦壓縮機(jī)的進(jìn)口處。

氣體的回收：系統(tǒng)中安全閥放空氣、吸附除氮模塊卸壓反吹氣、PV2402頂部粗氖氦循環(huán)氣及分析系統(tǒng)回收氣均回收至氣囊中，回收氣通過回收膜壓機(jī)壓縮后并入氣柜，進(jìn)入后續(xù)分離除氮系統(tǒng)。

抽真空系統(tǒng)：在分離除氮系統(tǒng)冷箱中注入液氮，汽化后的氮?dú)庥谜婵毡贸槌霾⒈３掷湎涞呢?fù)壓狀態(tài)。在吸附除氮冷箱及吸附除氖冷箱中注入液氮，汽化后的氮?dú)庥谜婵毡贸槌霾⒈３掷湎涞呢?fù)壓狀態(tài)。在氖氦分離模塊中，用分子泵和真空泵將冷箱內(nèi)部抽至高真空狀態(tài)，并通入低溫液氮補(bǔ)充設(shè)備低溫冷量。

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