以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置的製作方法

2023-06-13 07:04:41 1

專利名稱：以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於氣體製備裝置領域，涉及一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，尤其適用於製備分離氬氣與氧氣的生產裝置。
背景技術：
空氣分離的主要產品為純氧和純氮，其副產品已成為生產氬氣的主要來源。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，因此純氬產品的製取分為兩個步驟。首先是粗氬的提取(氬與氧分離)，而後是精IS的製取(気與氮分尚)。制IS流程有兩種，以往粗IS塔、精IS塔都米用篩板塔。在篩板塔粗氬塔中，由於氧與氬的沸點只差2. 88K，完全分離需要的塔板數過多，無法實現，因此粗氬的純度只能達到> 95%，其中包含的1% 2%的氧，尚需要用化學法除去，而後才能進行精氬 的生產。空氣中的氬進入空分裝置的下塔後，分成兩部分隨出自下塔的液空及液氮進入上塔，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，生產中希望液空中含IS量高，液氮中的含IS量儘量低。進入精餾塔的氬，因其沸點介於氧、氮之間，因此在下塔及上塔都有富集，在上塔精餾段(液空進料口上)和提餾段(液空進料口下)各有一個氬富集區。提留段氬富集區的含氬量遠高於精餾段氬富集區的含氬量。另外在整個精餾段氬富集區均含有氧、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。在製取粗氬時，氮含量過高易造成「氮塞」現象，並且粗氬中含氮過多也會給製取精氬帶來困難。現有技術中以篩板塔或非波紋45度填料的塔的設計，需要精餾分離氧氣與氬氣設備複雜，加工難度大，氣體分離不充分，純度很難提高。
發明內容本實用新型所要解決的問題在於，克服現有技術的不足，提供一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，以波紋45度角的規整填料精餾高純氬氣製備裝置。以利用波紋45度角的規整填料可以使每塊理論塔板的阻力降低49. 03 98. 06Pa，這麼小的壓力降允許粗氬塔設置足夠多的理論塔板數，直接通過低溫精餾生產出氧含量極低的粗氬，設計合理，製作簡單，而且為提高氬氣產品質量打下了基礎。本實用新型解決其技術問題是採取以下技術方案實現的依據本實用新型提供的一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過冷器和液空過冷器，主塔中部設有主塔氬餾分輸出口，並通過管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 ；主塔頂部設有主塔氮氣輸出口，並通過管路順序連接液氮過冷器氮氣輸入口、液氮過冷器氮氣輸出口、液空過冷器氮氣輸入口、液空過冷器氮氣輸出口 ；主塔上部設有膨脹空氣輸入口，主塔中部設有氧氣輸出口，主塔底部設有主塔空氣輸入口 ；主塔中部設有主塔液氮輸出口，並通過管路順序連接液氮過冷器液氮輸入口、液氮過冷器氮氣輸出口、調節閥三、主塔液氮輸入口 ；主塔底部設有主塔液空輸出口，並通過管路順序連接液空過冷器液空輸入口、液空過冷器液空輸出口，液空過冷器液空輸出口的一路通過管路順序連接調節閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過管路順序連接調節閥二、氬塔液空輸入口 ；氬塔上部設有氬塔液空輸出口，並通過管路連接主塔液空輸入口二 ；氬塔底部設有氬塔回流液輸出口，並通過管路連接主塔回流液輸入口 ；氬塔頂部設有氬塔空氣輸出口一、氬塔空氣輸出口二，氬塔頂部設有粗氬輸出口，氬塔上部設有氬塔上升蒸汽管。本實用新型與現有技術相比具有顯著的優點和有益效果由於實用新型採用波紋填料，波紋傾角為45°C，填料壓降小傳質性能較好。由於結構規則、均勻、對稱，規定了汽液流路，改善了溝流和壁流現象。本實用新型的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。

圖I為本實用新型的結構示意圖；圖2為本實用新型的氬塔結構示意圖。其中1、主塔2、氬塔3、液氮過冷器4、液空過冷器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、液空過冷器液空輸入口 63、液空過冷器液空輸出口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、主塔氮氣輸出口 72、液氮過冷器氮氣輸入口 73、液氮過冷器氮氣輸出口 74、液空過冷器氮氣輸入口 75、液空過冷器氮氣輸出口 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、調節閥一 152、調節閥二153、調節閥三161、主塔液氮輸出口 162、液氮過冷器液氮輸入口 163、液氮過冷器氮氣輸出口 164、主塔液氮輸入口。
具體實施方式
以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型提供的具體實施方式
、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。如圖I 2所示的一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，包括主塔I、氬塔2、液氮過冷器3和液空過冷器4，主塔中部設有主塔氬餾分輸出口 51，並通過管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 52 ;主塔頂部設有主塔氮氣輸出口 71，並通過管路順序連接液氮過冷器氮氣輸入口 72、液氮過冷器氮氣輸出口 73、液空過冷器氮氣輸入口 74、液空過冷器氮氣輸出口 75 ;主塔上部設有膨脹空氣輸入口 8，主塔中部設有氧氣輸出口 9，主塔底部設有主塔空氣輸入口 101 ;主塔中部設有主塔液氮輸出口 161，並通過管路順序連接液氮過冷器液氮輸入口 162、液氮過冷器氮氣輸出口 163、調節閥三153、主塔液氮輸入口 164 ;主塔底部設有主塔液空輸出口 61，並通過管路順序連接液空過冷器液空輸入口 62、液空過冷器液空輸出口 63，液空過冷器液空輸出口的一路通過管路順序連接調節閥一 151、主塔液空輸入口一 64，另一路通過管路順序連接調節閥二 152、氬塔液空輸入口 65 ;氬塔上部設有氬塔液空輸出口 66，並通過管路連接主塔液空輸入口二 67 ;氬塔底部設有氬塔回流液輸出口 121，並通過管路連接主塔回流液輸入口 122 ;氬塔頂部設有氬塔空氣輸出口一 102、氬塔空氣輸出口二 103，氬塔頂部設有粗氬輸出口 11，氬塔上部設有氬塔上升蒸汽管13。氬塔2中裝有回流液14。空分中的主塔的上塔部分提取的富含氬氣的氣源進入粗氬塔2中，富含氬氣的氣體上升後進入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經過精餾後含微量氮的氬氣(氬氣含氧量降低到Ippm以下)以氣態形式進入下一級精氬塔，回流液中大部分成分是液氧重新返回主塔。工作原理 金屬規整填料塔由於其結構規則、均勻、對稱，規定了汽液流路，改善了溝流和壁流現象，本實用新型採用波紋填料，波紋傾角為45°C，填料壓降小傳質性能較好。空分裝置冷箱內設置主塔、氬塔，用全精餾的方式獲得精氬。在相同的壓力下，氮的沸點遠離氧和氬的沸點，分離較為容易，通過一臺氬塔就可以徹底分離。然而，氬、氧沸點相差很小(約3°C )，如果要純粹依靠採用傳統的篩板氬塔來除淨氬中的氧，粗氬塔就需要多達180塊以上的理論塔板數。篩板塔的最小阻力是受到限制的，即必須維持氣泡穿過液相這一穩定的兩相區。為實現這個穩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必然要受到限制。因為氬塔頂部的氬氣要被與上塔相同壓力的富氧液空所冷凝，氬冷凝器所能達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，這一溫度對應的冷凝壓力也是一定的，也就是說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，一般能使粗氬塔有效工作的理論塔板數為40 70塊。很顯然，採用阻力如此大的篩板塔是不可能將沸點靠得很近的氧、氬徹底分離的。本實用新型的波紋45度角的規整填料可以使每塊理論塔板的阻力降低49. 03 98. 06Pa，這麼小的壓力降允許粗氬塔設置足夠多的理論塔板數，直接通過低溫精餾生產出氧含量極低的粗氬。
權利要求1. 一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過冷器和液空過冷器，其特徵在於所述的主塔中部設有主塔氬餾分輸出口，並通過管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 ；主塔頂部設有主塔氮氣輸出口，並通過管路順序連接液氮過冷器氮氣輸入口、液氮過冷器氮氣輸出口、液空過冷器氮氣輸入口、液空過冷器氮氣輸出口 ；主塔上部設有膨脹空氣輸入口，主塔中部設有氧氣輸出口，主塔底部設有主塔空氣輸入口 ；主塔中部設有主塔液氮輸出口，並通過管路順序連接液氮過冷器液氮輸入口、液氮過冷器氮氣輸出口、調節閥三、主塔液氮輸入口 ；主塔底部設有主塔液空輸出口，並通過管路順序連接液空過冷器液空輸入口、液空過冷器液空輸出口，液空過冷器液空輸出口的一路通過管路順序連接調節閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過管路順序連接調節閥二、氬塔液空輸入口 ；氬塔上部設有氬塔液空輸出口，並通過管路連接主塔液空輸入口二 ；氬塔底部設有氬塔回流液輸出口，並通過管路連接主塔回流液輸入口 ；氬塔頂部設有氬塔空氣輸出口一、氬塔空氣輸出口二，氬塔頂部設有粗氬輸出口，氬塔上部設有氬塔上升蒸汽管。
專利摘要本實用新型涉及一種以規整填料精餾分離氬氣與氧氣的製備裝置，包括主塔、氬塔、液氮過冷器和液空過冷器，主塔通過管路連接氬塔、液氮過冷器和液空過冷器,主塔上部提取的富含氬氣的氣源進入氬塔中，富含氬氣的氣體上升後進入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經過精餾後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。本實用新型採用從空氣提取氬氣後以波紋45度角的規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。本實用新型設計合理，使用方便，是理想的精餾法製備分離氬氣和氧氣的生產裝置。
文檔編號F25J3/02GK202470618SQ20112029770
公開日2012年10月3日 申請日期2011年8月16日 優先權日2011年8月16日
發明者李中元 申請人:天津市泰亨氣體有限公司