稀有氣體（氪、氙）回收裝置的節能

董嘉鵬

（邯鋼氣體廠第一作業區邯鋼氣體廠，河北 邯鄲 056000）

本稀有氣體精制金屬材料裝置系引進俄羅斯深冷機械制造股份有限公司開發的生產設備和生產工藝，聯合采用催化反應、分子篩吸附及低溫精餾制備氪、氙工藝。俄羅斯深冷機械制造股份有限公司稀有氣體提取技術和設備能夠生產世界上最高純度等級的氣體產品，技術和設備成熟可靠，并在世界范圍內具有很強的競爭力。本文就稀有氣體（氪、氙）金屬材料回收裝置的工藝流程和設備組成、技術性能、能源消耗和供給條件、能耗指標分析、節能措施分析等幾個方面介紹。

1 稀有氣體（氪、氙）金屬材料回收裝置的工藝流程和設備組成

稀有氣體金屬材料回收裝置，采用催化反應、分子篩吸附及低溫精餾制備氪、氙工藝，以及DCS控制系統等先進技術。

1.1 金屬材料回收裝置主要設備組件

①濃縮氪-氙加壓組件；②碳氫化合物焙燒組件；③濃縮物冷卻和純化組件；④氪-氙二次濃縮組件；⑤氪-氙混合物供給組件；⑥純氪和純氙提取組件；⑦氪和氙供給組件；⑧自動化監控系統。

1.2 金屬材料回收裝置主要工藝

①濃縮氪-氙加壓組件將來自空分的一次液體氪濃縮物在收集器中收集，金屬材料收集器通過自增壓器增壓到0.6MPa，之后在蒸發器蒸發，在冷卻器中被冷卻，送到②碳氫化合物焙燒組件中的焙燒爐中燃燒，清除碳氫化合物。③濃縮物冷卻和純化組件將從焙燒爐中出來的濃縮物在換熱器中冷卻，冷卻濃縮物通過純化器中的吸附劑的去除燃燒反應生成的二氧化碳與水。

2 裝置主要技術性能

①產品產量、純度見表1。②運轉周期（二次大加溫間隔時間）：≥2年；③裝置起動時間：約120小時；④裝置加溫解凍時間：約8小時；⑤裝置變負荷能力：40%～110%；⑥電耗：～30.5kW；380V；50HZ；⑦冷卻水耗：～5m3/h、壓力≥0.35MPa；⑧液氮：300kg/h；⑨壓縮空氣：300Nm3/h；壓力：0.4MPa～0.5MPa；溫度：293K；⑩蒸汽：200kg/h；壓力0.35MPa～0.4MPa。

3 能源消耗與供應條件

3.1 能源消耗

3.1.1 工藝設備電耗一覽表

表1 工藝設備電耗

3.1.2 壓縮空氣耗量

表2 空氣壓縮耗量

3.1.3 蒸汽耗量

蒸汽從廠區管網上接入：

表3 蒸汽耗量

3.1.4 液氮耗量

液氮來自液氮儲槽：

表4 液氮耗量能耗

上述能源介質消耗中，液氮為制氧副產品，其能耗不進行折算。工藝裝置小時耗電95.5kW·h。循環水單位電耗約為0.30kW·h/m3，小時電耗為1.5kW·h。電耗以每kW·h折合0.1229kg標準計算，小時能耗為11.9 kg標準。

3.2 供應條件

3.2.1 供電

稀有氣體金屬裝置由變電站提供兩路供電電源。當一路供電線路故障或檢修時，另一路電源線路能夠承擔本工程的全部負荷，即按100%備用考慮。

3.2.2 供氣

①儀表空氣及密封氮氣。儀表空氣及密封氮氣均由附近制氧機組的相應管網提供。②蒸汽。水浴氣化器使用的蒸汽就近從附近的廠區蒸汽管引入。③再生氮氣。稀有氣體金屬材料裝置所需再生氮氣由附近制氧機的液氮通過稀有氣體裝置汽化提供。

3.2.3 供水

①循環水。稀有氣體金屬材料裝置所需循環水由制氧院內水站統一提供，不再單獨建設新的循環水站。②消防水。兩路消防給水均取自附近區域消防水管網，并在稀有氣體裝置區域內形成環路。③生活水。需生活水取自附近區域生活水管網。

4 能耗指標分析

根據上一節能耗統計列表，經計算得出新建稀有氣體回收金屬材料裝置的小時能耗折合51.2kg標準煤。

目前進行高純氪氙氣體生產的廠家，其工藝情況與本裝置的對比參見下表：

表5 金屬材料裝置小能耗標準

俄羅斯CHOROM公司俄羅斯深冷機械制造股份有限公司生產工藝和設備2003年投產至今，設備運轉正常，產品占全球市場份額30%；原料氣流量：200m3/h；產品純度：99.99999%本裝置 引進俄羅斯深冷機械制造股份有限公司生產工藝和設備氪 ：300m3/月 ；氙 ：20m3/月 ；純度99.999%；

5 節能措施分析

本金屬材料裝置用的工藝流程先進合理，由于能源消耗是裝置的主要成本，因此針對工藝的不同環節，有針對性地采取了如下措施：①精餾塔采用規整填料，減少阻損；②壓縮機采用進口壓縮機，壓縮機效率高；③裝置具備變工況能力，可以根據生產情況進行變工況，減少放散節約能源。④廠區照明及建筑物內通道照明采用定時或聲控開關裝置。⑤對管道和設備采取必要的保溫措施，減少能量損失。

6 結語

通過針對稀有氣體（氪、氙）金屬回收裝置的能源消耗、供應、應用及能耗指標等方面的分析，對裝置采取的節能措施，使本裝置的綜合能耗顯著降低。邯鋼氣體廠稀有氣體（氪、氙）回收裝置提取的稀有氣體無論在產品產量、質量以及產品的能耗上，均達到同行業中比較先進的水平。