專利名稱：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)氬氣的主要來源?？諝庋b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，由于氧與氬的沸點只差2. 88K，完全分離需要的塔板數(shù)過多，無法實現(xiàn)，因此粗氬的純度只能達到>95%，其中包含的 2%的氧，尚需要用化學(xué)法除去，而后才能進行精氬的生產(chǎn)?？諝庵械臍暹M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。進入精餾塔的氬，因其沸點介于氧、氮之間，因此在下塔及上塔都有富集，在上塔精餾段(液空進料口上)和提餾段(液空進料口下)各有一個氬富集區(qū)。提留段氬富集區(qū)的含氬量遠高于精餾段氬富集區(qū)的含氬量。另外在整個精餾段氬富集區(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，氮含量過高易造成“氮塞”現(xiàn)象，并且粗氬中含氮過多也會給制取精氬帶來困難?，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，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)，直接通過低溫精餾生產(chǎn)出氧含量極低的粗氬，設(shè)計合理，制作簡單，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)問題是采取以下技術(shù)方案實現(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、液氮過冷器和液空過冷器，主塔中部設(shè)有主塔氬餾分輸出口，并通過管路連接氬塔底部的氬塔氬餾分輸入口 ；主塔頂部設(shè)有主塔氮氣輸出口，并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(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(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(diào)節(jié)閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過管路順序連接調(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、對稱，規(guī)定了汽液流路，改善了溝流和壁流現(xiàn)象。本發(fā)明的具體實施方式
由以下實施例及其附圖詳細給出。


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(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。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖及較佳實施例，對依據(jù)本發(fā)明提供的具體實施方式
、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細說明如后。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、液氮過冷器3和液空過冷器4，主塔中部設(shè)有主塔氬餾分輸出口 51，并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(shè)有主塔氮氣輸出口 71，并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(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(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(diào)節(jié)閥一 151、主塔液空輸入口一 64，另一路通過管路順序連接調(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入粗氬塔2中，富含氬氣的氣體上升后進入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經(jīng)過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(guī)整填料塔由于其結(jié)構(gòu)規(guī)則、均勻、對稱，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。空分裝置冷箱內(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 )，如果要純粹依靠采用傳統(tǒng)的篩板氬塔來除凈氬中的氧，粗氬塔就需要多達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液相這一穩(wěn)定的兩相區(qū)。為實現(xiàn)這個穩(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(yīng)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(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、液氮過冷器和液空過冷器，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)有主塔氮氣輸出口，并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(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(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(diào)節(jié)閥一、主塔液空輸入口一，另一路通過管路順序連接調(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后進入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液體氬氣的冷量，經(jīng)過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F25J3/02GK102353234SQ201110234059
公開日2012年2月15日 申請日期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 申請人:天津市泰亨氣體有限公司