稀有气体（氪、氙）回收装置的节能

董嘉鹏

（邯钢气体厂第一作业区邯钢气体厂，河北 邯郸 056000）

本稀有气体精制金属材料装置系引进俄罗斯深冷机械制造股份有限公司开发的生产设备和生产工艺，联合采用催化反应、分子筛吸附及低温精馏制备氪、氙工艺。俄罗斯深冷机械制造股份有限公司稀有气体提取技术和设备能够生产世界上最高纯度等级的气体产品，技术和设备成熟可靠，并在世界范围内具有很强的竞争力。本文就稀有气体（氪、氙）金属材料回收装置的工艺流程和设备组成、技术性能、能源消耗和供给条件、能耗指标分析、节能措施分析等几个方面介绍。

1 稀有气体（氪、氙）金属材料回收装置的工艺流程和设备组成

稀有气体金属材料回收装置，采用催化反应、分子筛吸附及低温精馏制备氪、氙工艺，以及DCS控制系统等先进技术。

1.1 金属材料回收装置主要设备组件

①浓缩氪-氙加压组件；②碳氢化合物焙烧组件；③浓缩物冷却和纯化组件；④氪-氙二次浓缩组件；⑤氪-氙混合物供给组件；⑥纯氪和纯氙提取组件；⑦氪和氙供给组件；⑧自动化监控系统。

1.2 金属材料回收装置主要工艺

①浓缩氪-氙加压组件将来自空分的一次液体氪浓缩物在收集器中收集，金属材料收集器通过自增压器增压到0.6MPa，之后在蒸发器蒸发，在冷却器中被冷却，送到②碳氢化合物焙烧组件中的焙烧炉中燃烧，清除碳氢化合物。③浓缩物冷却和纯化组件将从焙烧炉中出来的浓缩物在换热器中冷却，冷却浓缩物通过纯化器中的吸附剂的去除燃烧反应生成的二氧化碳与水。

2 装置主要技术性能

①产品产量、纯度见表1。②运转周期（二次大加温间隔时间）：≥2年；③装置起动时间：约120小时；④装置加温解冻时间：约8小时；⑤装置变负荷能力：40%～110%；⑥电耗：～30.5kW；380V；50HZ；⑦冷却水耗：～5m3/h、压力≥0.35MPa；⑧液氮：300kg/h；⑨压缩空气：300Nm3/h；压力：0.4MPa～0.5MPa；温度：293K；⑩蒸汽：200kg/h；压力0.35MPa～0.4MPa。

3 能源消耗与供应条件

3.1 能源消耗

3.1.1 工艺设备电耗一览表

表1 工艺设备电耗

3.1.2 压缩空气耗量

表2 空气压缩耗量

3.1.3 蒸汽耗量

蒸汽从厂区管网上接入：

表3 蒸汽耗量

3.1.4 液氮耗量

液氮来自液氮储槽：

表4 液氮耗量能耗

上述能源介质消耗中，液氮为制氧副产品，其能耗不进行折算。工艺装置小时耗电95.5kW·h。循环水单位电耗约为0.30kW·h/m3，小时电耗为1.5kW·h。电耗以每kW·h折合0.1229kg标准计算，小时能耗为11.9 kg标准。

3.2 供应条件

3.2.1 供电

稀有气体金属装置由变电站提供两路供电电源。当一路供电线路故障或检修时，另一路电源线路能够承担本工程的全部负荷，即按100%备用考虑。

3.2.2 供气

①仪表空气及密封氮气。仪表空气及密封氮气均由附近制氧机组的相应管网提供。②蒸汽。水浴气化器使用的蒸汽就近从附近的厂区蒸汽管引入。③再生氮气。稀有气体金属材料装置所需再生氮气由附近制氧机的液氮通过稀有气体装置汽化提供。

3.2.3 供水

①循环水。稀有气体金属材料装置所需循环水由制氧院内水站统一提供，不再单独建设新的循环水站。②消防水。两路消防给水均取自附近区域消防水管网，并在稀有气体装置区域内形成环路。③生活水。需生活水取自附近区域生活水管网。

4 能耗指标分析

根据上一节能耗统计列表，经计算得出新建稀有气体回收金属材料装置的小时能耗折合51.2kg标准煤。

目前进行高纯氪氙气体生产的厂家，其工艺情况与本装置的对比参见下表：

表5 金属材料装置小能耗标准

俄罗斯CHOROM公司俄罗斯深冷机械制造股份有限公司生产工艺和设备2003年投产至今，设备运转正常，产品占全球市场份额30%；原料气流量：200m3/h；产品纯度：99.99999%本装置 引进俄罗斯深冷机械制造股份有限公司生产工艺和设备氪 ：300m3/月 ；氙 ：20m3/月 ；纯度99.999%；

5 节能措施分析

本金属材料装置用的工艺流程先进合理，由于能源消耗是装置的主要成本，因此针对工艺的不同环节，有针对性地采取了如下措施：①精馏塔采用规整填料，减少阻损；②压缩机采用进口压缩机，压缩机效率高；③装置具备变工况能力，可以根据生产情况进行变工况，减少放散节约能源。④厂区照明及建筑物内通道照明采用定时或声控开关装置。⑤对管道和设备采取必要的保温措施，减少能量损失。

6 结语

通过针对稀有气体（氪、氙）金属回收装置的能源消耗、供应、应用及能耗指标等方面的分析，对装置采取的节能措施，使本装置的综合能耗显著降低。邯钢气体厂稀有气体（氪、氙）回收装置提取的稀有气体无论在产品产量、质量以及产品的能耗上，均达到同行业中比较先进的水平。