專(zhuān)利名稱(chēng)：以規(guī)整填料精餾分離氬氣與氧氣的制備裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于氣體制備裝置領(lǐng)域，涉及一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，尤其適用于制備分離氬氣與氧氣的生產(chǎn)裝置。
背景技術(shù)：
空氣分離的主要產(chǎn)品為純氧和純氮，其副產(chǎn)品已成為生產(chǎn)氬氣的主要來(lái)源。空氣裝置提取氬的原料為氬餾分，氬餾分由空分裝置中的精餾塔上抽取。氬餾分中包括有氧組分和氮組分，因此純氬產(chǎn)品的制取分為兩個(gè)步驟。首先是粗氬的提取(氬與氧分離)，而后是精氬的制取(氬與氮分離)。制氬流程有兩種，以往粗氬塔、精氬塔都采用篩板塔。在篩板塔粗氬塔中，由于氧與氬的沸點(diǎn)只差2. 88K，完全分離需要的塔板數(shù)過(guò)多，無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此粗氬的純度只能達(dá)到>95%，其中包含的 2%的氧，尚需要用化學(xué)法除去，而后才能進(jìn)行精氬的生產(chǎn)?？諝庵械臍暹M(jìn)入空分裝置的下塔后，分成兩部分隨出自下塔的液空及液氮進(jìn)入上塔，其分配的比例隨液空和液氮的含氧量而異。為了提高氬的提取率，生產(chǎn)中希望液空中含氬量高，液氮中的含氬量盡量低。進(jìn)入精餾塔的氬，因其沸點(diǎn)介于氧、氮之間，因此在下塔及上塔都有富集，在上塔精餾段(液空進(jìn)料口上)和提餾段(液空進(jìn)料口下)各有一個(gè)氬富集區(qū)。提留段氬富集區(qū)的含氬量遠(yuǎn)高于精餾段氬富集區(qū)的含氬量。另外在整個(gè)精餾段氬富集區(qū)均含有氧、氬和氮3 種組分；而在提餾段的上部含有氧、氬和氮3種組分，在其下部則只有氧和氬2種組分。在制取粗氬時(shí)，氮含量過(guò)高易造成“氮塞”現(xiàn)象，并且粗氬中含氮過(guò)多也會(huì)給制取精氬帶來(lái)困難?，F(xiàn)有技術(shù)中以篩板塔或非波紋45度填料的塔的設(shè)計(jì)，需要精餾分離氧氣與氬氣設(shè)備復(fù)雜，加工難度大，氣體分離不充分，純度很難提高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的問(wèn)題在于，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，以波紋45度角的規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置。以利用波紋45度角的規(guī)整填料可以使每塊理論塔板的阻力降低49. 03 98. 06Pa，這么小的壓力降允許粗氬塔設(shè)置足夠多的理論塔板數(shù)，直接通過(guò)低溫精餾生產(chǎn)出氧含量極低的粗氬，設(shè)計(jì)合理，制作簡(jiǎn)單，而且為提高氬氣產(chǎn)品質(zhì)量打下了基礎(chǔ)。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的依據(jù)本發(fā)明提供的一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器，主塔中部設(shè)有主塔氬餾分輸出口，并通過(guò)管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 ；主塔頂部設(shè)有主塔氮?dú)廨敵隹?，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?、液空過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?、液空過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?；主塔上部設(shè)有膨脹空氣輸入口，主塔中部設(shè)有氧氣輸出口，主塔底部設(shè)有主塔空氣輸入口 ；主塔中部設(shè)有主塔液氮輸出口，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器液氮輸入口、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹凇?調(diào)節(jié)閥三、主塔液氮輸入口 ；主塔底部設(shè)有主塔液空輸出口，并通過(guò)管路順序連接液空過(guò)冷器液空輸入口、液空過(guò)冷器液空輸出口，液空過(guò)冷器液空輸出口的一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥二、氬塔液空輸入口 ；氬塔上部設(shè)有氬塔液空輸出口，并通過(guò)管路連接主塔液空輸入口二 ；氬塔底部設(shè)有氬塔回流液輸出口，并通過(guò)管路連接主塔回流液輸入口 ；氬塔頂部設(shè)有氬塔空氣輸出口一、氬塔空氣輸出口二，氬塔頂部設(shè)有粗氬輸出口，氬塔上部設(shè)有氬塔上升蒸汽管。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有顯著的優(yōu)點(diǎn)和有益效果由于發(fā)明采用波紋填料，波紋傾角為45°C，填料壓降小傳質(zhì)性能較好。由于結(jié)構(gòu)規(guī)則、均勻、對(duì)稱(chēng)，規(guī)定了汽液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象。本發(fā)明的具體實(shí)施方式
由以下實(shí)施例及其附圖詳細(xì)給出。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的氬塔結(jié)構(gòu)示意圖。其中1、主塔2、氬塔3、液氮過(guò)冷器4、液空過(guò)冷器51、主塔氬餾分輸出口 52、氬塔氬餾分輸入口 61、主塔液空輸出口 62、液空過(guò)冷器液空輸入口 63、液空過(guò)冷器液空輸出口 64、主塔液空輸入口一 65、氬塔液空輸入口 66、氬塔液空輸出口 67、主塔液空輸入口二 71、 主塔氮?dú)廨敵隹?72、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?73、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?74、液空過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?75、液空過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?8、膨脹空氣輸入口 9、氧氣輸出口 101、主塔空氣輸入口 102、氬塔空氣輸出口一 103、氬塔空氣輸出口二 11、粗氬輸出口 121、氬塔回流液輸出口 122、主塔回流液輸入口 13、氬塔上升蒸汽管14、氬塔回流液151、調(diào)節(jié)閥一 152、調(diào)節(jié)閥二 153、調(diào)節(jié)閥三161、主塔液氮輸出口 162、液氮過(guò)冷器液氮輸入口 163、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?164、主塔液氮輸入口。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說(shuō)明如后。如圖1 2所示的一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，包括主塔1、氬塔2、液氮過(guò)冷器3和液空過(guò)冷器4，主塔中部設(shè)有主塔氬餾分輸出口 51，并通過(guò)管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 52 ；主塔頂部設(shè)有主塔氮?dú)廨敵隹?71，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?72、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?73、液空過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?74、液空過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?75 ；主塔上部設(shè)有膨脹空氣輸入口 8，主塔中部設(shè)有氧氣輸出口 9，主塔底部設(shè)有主塔空氣輸入口 101 ；主塔中部設(shè)有主塔液氮輸出口 161，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器液氮輸入口 162、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?163、調(diào)節(jié)閥三153、主塔液氮輸入口 164 ；主塔底部設(shè)有主塔液空輸出口 61，并通過(guò)管路順序連接液空過(guò)冷器液空輸入口 62、液空過(guò)冷器液空輸出口 63，液空過(guò)冷器液空輸出口的一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥一 151、主塔液空輸入口一 64，另一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥二 152、氬塔液空輸入口 65 ；氬塔上部設(shè)有氬塔液空輸出口 66，并通過(guò)管路連接主塔液空輸入口二 67 ；氬塔底部設(shè)有氬塔回流液輸出口 121，并通過(guò)管路連接主塔回流液輸入口 122 ；氬塔頂部設(shè)有氬塔空氣輸出口一 102、氬塔空氣輸出口二 103，氬塔頂部設(shè)有粗氬輸出口 11，氬塔上部設(shè)有氬塔上升蒸汽管13。氬塔2中裝有回流液14?？辗种械闹魉纳纤糠痔崛〉母缓瑲鍤獾臍庠催M(jìn)入粗氬塔2中，富含氬氣的氣體上升后進(jìn)入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經(jīng)過(guò)精餾后含微量氮的氬氣(氬氣含氧量降低到Ippm以下)以氣態(tài)形式進(jìn)入下一級(jí)精氬塔，回流液中大部分成分是液氧重新返回主塔。工作原理金屬規(guī)整填料塔由于其結(jié)構(gòu)規(guī)則、均勻、對(duì)稱(chēng)，規(guī)定了汽液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象，本發(fā)明采用波紋填料，波紋傾角為45°C，填料壓降小傳質(zhì)性能較好?？辗盅b置冷箱內(nèi)設(shè)置主塔、氬塔，用全精餾的方式獲得精氬。在相同的壓力下，氮的沸點(diǎn)遠(yuǎn)離氧和氬的沸點(diǎn)，分離較為容易，通過(guò)一臺(tái)氬塔就可以徹底分離。然而，氬、氧沸點(diǎn)相差很小(約3°C )，如果要純粹依靠采用傳統(tǒng)的篩板氬塔來(lái)除凈氬中的氧，粗氬塔就需要多達(dá)180塊以上的理論塔板數(shù)。篩板塔的最小阻力是受到限制的，即必須維持氣泡穿過(guò)液相這一穩(wěn)定的兩相區(qū)。為實(shí)現(xiàn)這個(gè)穩(wěn)定性所需的最小壓力降，每塊理論篩板約為343. 23Pa, 這樣粗氬塔的總塔板數(shù)必然要受到限制。因?yàn)闅逅敳康臍鍤庖慌c上塔相同壓力的富氧液空所冷凝，氬冷凝器所能達(dá)到的最低溫度是一定的，再加上粗氬冷凝器需要保持一定的傳熱溫差，因此，粗氬塔頂部能達(dá)到的最低溫度是一定的。在塔頂上升氣體成分不變的情況下，這一溫度對(duì)應(yīng)的冷凝壓力也是一定的，也就是說(shuō)粗氬塔頂部的壓力是一定的。這就限制了篩板粗氬塔的理論塔板數(shù)，一般能使粗氬塔有效工作的理論塔板數(shù)為40 70塊。很顯然，采用阻力如此大的篩板塔是不可能將沸點(diǎn)靠得很近的氧、氬徹底分離的。本發(fā)明的波紋45度角的規(guī)整填料可以使每塊理論塔板的阻力降低49. 03 98. 06 ，這么小的壓力降允許粗氬塔設(shè)置足夠多的理論塔板數(shù)，直接通過(guò)低溫精餾生產(chǎn)出氧含量極低的粗氬。
權(quán)利要求
1. 一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器，其特征在于所述的主塔中部設(shè)有主塔氬餾分輸出口，并通過(guò)管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 ；主塔頂部設(shè)有主塔氮?dú)廨敵隹?，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?、液空過(guò)冷器氮?dú)廨斎肟?、液空過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹?；主塔上部設(shè)有膨脹空氣輸入口，主塔中部設(shè)有氧氣輸出口，主塔底部設(shè)有主塔空氣輸入口 ；主塔中部設(shè)有主塔液氮輸出口，并通過(guò)管路順序連接液氮過(guò)冷器液氮輸入口、液氮過(guò)冷器氮?dú)廨敵隹凇?調(diào)節(jié)閥三、主塔液氮輸入口 ；主塔底部設(shè)有主塔液空輸出口，并通過(guò)管路順序連接液空過(guò)冷器液空輸入口、液空過(guò)冷器液空輸出口，液空過(guò)冷器液空輸出口的一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過(guò)管路順序連接調(diào)節(jié)閥二、氬塔液空輸入口 ；氬塔上部設(shè)有氬塔液空輸出口，并通過(guò)管路連接主塔液空輸入口二 ；氬塔底部設(shè)有氬塔回流液輸出口，并通過(guò)管路連接主塔回流液輸入口 ；氬塔頂部設(shè)有氬塔空氣輸出口一、氬塔空氣輸出口二，氬塔頂部設(shè)有粗氬輸出口，氬塔上部設(shè)有氬塔上升蒸汽管。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以規(guī)整填料精餾高純氬氣制備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器，主塔通過(guò)管路連接氬塔、液氮過(guò)冷器和液空過(guò)冷器，主塔上部提取的富含氬氣的氣源進(jìn)入氬塔中，富含氬氣的氣體上升后進(jìn)入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經(jīng)過(guò)精餾后的氬氣含氧量降低到1ppm以下，回流液中大部分成分是液氧從新返回主塔。本發(fā)明采用從空氣提取氬氣后以波紋45度角的規(guī)整填料精餾塔精餾高純氬氣的裝置，由空氣裝置提取氬的原料為氬餾分，氬餾分由空分裝置中的精餾塔上抽取。本發(fā)明設(shè)計(jì)合理，使用方便，是理想的精餾法制備分離氬氣和氧氣的生產(chǎn)裝置。
文檔編號(hào)F25J3/02GK102353234SQ201110234059
公開(kāi)日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月16日
發(fā)明者李中元 申請(qǐng)人:天津市泰亨氣體有限公司