用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置及其冷凝方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置及其冷凝方法。它是一種涉及空氣分離全精餾制氬系統(tǒng)，利用粗氬冷凝器冷源，采用板式換熱器部分冷凝，脫出多余不凝氮?dú)猓〈鷤鹘y(tǒng)純氬冷凝器脫出不凝氣的裝置和方法。它包括原料氣管道、粗氬冷凝器、工藝氬氣管道、部分冷凝器、氮?dú)獬鰵夤?、液氬管道、純氬塔、蒸發(fā)器、中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于充分利用粗氬冷凝器冷源，實(shí)現(xiàn)工藝氬氣的氮濃縮，與傳統(tǒng)流程相比，流程更為簡(jiǎn)化，成本更省，純氬精餾工況更加穩(wěn)定。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置及其冷凝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及空氣分離全精餾制氬系統(tǒng)，具體涉及一種用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置及其冷凝方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前空分設(shè)備的制氬系統(tǒng)絕大部分是采用全精餾制氬流程。全精餾制氬就是在粗氬塔中進(jìn)行氧-氬分離，直接得到氧含量小于02 ( 2PPm的粗氬，在純氬塔中再進(jìn)行氬-氮分離，得到純度為99.999%的精氬產(chǎn)品。少部分空分成套供應(yīng)商采取從粗氬塔中直接制取液氬，或者將此液氬送入純氬塔(含純氬蒸發(fā)器)制取液氬產(chǎn)品。
[0003]粗氬塔中抽取液氬的方法是從上塔中部抽出一股氬餾份氣，進(jìn)入粗氬塔I進(jìn)行精餾，使氧的含量降低。由粗氬塔I頂部引出氣體進(jìn)入粗氬塔II底部進(jìn)行進(jìn)一步的的氬-氧分離。在粗氬塔II頂部得到O2S 2PPm的粗氬氣，粗氬氣經(jīng)粗氬冷凝器冷凝成液體。從液體中抽取一股作為產(chǎn)品，或者送入純氬塔(含純氬蒸發(fā)器)進(jìn)行進(jìn)一步精餾，在底部抽取液IS作為產(chǎn)品。該方法IS收率較低。
[0004]常規(guī)全精餾制氬在全精餾制氬流程中，將粗氬冷凝器氬側(cè)抽取的氬氣(02 ( 2PPm)作為工藝氣體送入純氬塔中部并在其中精餾。在純氬塔底部得到99.999%的液氬，部分作為產(chǎn)品送出冷箱；剩下的液氬在純氬塔底蒸發(fā)器中蒸發(fā)，然后和來(lái)自粗氬塔的氬氣一起作為精餾所需的上升氣，液氬的蒸發(fā)用來(lái)自下塔的中壓氮?dú)庾鰺嵩?，而中壓氮?dú)獗灰夯蠓祷厣纤敳繀⑴c精餾；純氬塔頂部設(shè)有純氬冷凝器，使上升氬氣冷凝成液體，作為純氬塔的回流液而返回參與精餾，該冷凝器的冷源來(lái)自過(guò)冷器后的液氮，液氮被蒸發(fā)后返回污氮出上塔管線。在氬氣冷凝過(guò)程中，從純氬冷凝器中排除多余不凝氣體。這種流程比上一種提高了液氬收率，但流程較為復(fù)雜，由于純氬系統(tǒng)與粗氬系統(tǒng)相比，負(fù)荷相對(duì)很小，同時(shí)冷凝器組分波動(dòng)較大，容易造成實(shí)際運(yùn)行中工況波動(dòng)較大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置及其冷凝方法。
[0006]用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置包括原料氣管道、粗氬冷凝器、工藝氬氣管道、部分冷凝器、氮?dú)獬鰵夤?、液氬管道、純氬塔、蒸發(fā)器、中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管；原料氣管道與粗氬冷凝器進(jìn)氣口相連，部分冷凝器與粗氬冷凝器通過(guò)工藝氬氣管道相連，氮?dú)獬鰵夤芘c部分冷凝器上部出氣口相連，純氬塔與部分冷凝器通過(guò)液氬管道相連，蒸發(fā)器安置于純氬塔底部，中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管與純氬塔底部相連；所述的部分冷凝器，包括外隔板、封條、翅片、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片、隔板、接管、封頭；由封條、翅片、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片、隔板組成板束體單元,每一板束體單元流過(guò)一種液體,三種液體層依次疊加,液體通過(guò)翅片、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片、隔板板進(jìn)行換熱，封條、翅片、第一導(dǎo)流片、第二導(dǎo)流片通過(guò)釬焊與隔板連接，每一板束體單元通過(guò)釬焊疊加在一起，接管通過(guò)釬焊與隔板、封條連接，外隔板通過(guò)釬焊與最第一層板束體單元的封條連接，封頭通過(guò)釬焊與接管連接，所有部件通過(guò)釬焊連接成一個(gè)整體。
[0007]用部分冷凝代替純氬冷凝器的冷凝方法包括以下步驟:
第一步:從粗氬冷凝器板式單元引出工藝氬氣通過(guò)工藝氬氣管道進(jìn)入部分冷凝器；第二步:工藝氬氣在部分冷凝器中，部分冷凝，工藝氬氣氣體組分中的高沸點(diǎn)組分不斷液化，而低沸點(diǎn)組分不斷在氣相中濃縮，從而脫出多余不凝氮?dú)?，氮?dú)庾鳛椴荒龤鈴牡獨(dú)獬鰵夤芘懦觯?br> 第三步:氬氣冷凝液通過(guò)液氬管道送入純氬塔與來(lái)自下塔的中壓氮?dú)鈸Q熱，使其蒸發(fā)作為上升氣參與精餾；
第四步:中壓氮?dú)獗灰夯蠓祷厣纤敳繀⑴c精餾；
第五步:純氬塔頂部的氬氣返回粗氬塔重新參與精餾。
[0008]本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)在于充分利用粗氬冷凝器冷源，實(shí)現(xiàn)工藝氬氣的氮濃縮，與傳統(tǒng)流程相比，純氬塔液態(tài)進(jìn)料的操作負(fù)荷比氣態(tài)進(jìn)料的操作負(fù)荷少，可以改善精氬塔的操作工況，純氬精餾工況更加穩(wěn)定，流程更為簡(jiǎn)化，成本更省。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1為用部分冷凝代替純気冷凝裝置示意圖；
圖2為部分冷凝器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為部分冷凝工作原理示意圖。
[0010]圖中，原料氣管道1、粗氬冷凝器2、工藝氬氣管道3、部分冷凝器4、氮?dú)獬鰵夤?、液氬管道6、純氬塔7、蒸發(fā)器8、中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管9、隔板10、封條11、翅片12、第一導(dǎo)流片
13、第二導(dǎo)流片14、隔板15、接管16、封頭17。

【具體實(shí)施方式】
[0011]本發(fā)明是在全精餾制氬系統(tǒng)中用部分冷凝代替常規(guī)全精餾制氬精餾流程中使用的純氬冷凝器。
[0012]如圖1、2所示，用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置包括原料氣管道1、粗氬冷凝器
2、工藝気氣管道3、部分冷凝器4、氮?dú)獬鰵夤?、液気管道6、純気塔7、蒸發(fā)器8、中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管9 ;原料氣管道I)與粗氬冷凝器2進(jìn)氣口相連，部分冷凝器4與粗氬冷凝器2通過(guò)工藝氬氣管道3相連，氮?dú)獬鰵夤?與部分冷凝器4上部出氣口相連，純氬塔7與部分冷凝器4通過(guò)液氬管道6相連，蒸發(fā)器8安置于純氬塔7底部，中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管9與純氬塔7底部相連；所述的部分冷凝器4，包括外隔板10、封條11、翅片12、第一導(dǎo)流片13、第二導(dǎo)流片
14、隔板15、接管16、封頭17;由封條11、翅片12、第一導(dǎo)流片13、第二導(dǎo)流片14、隔板15組成板束體單元，每一板束體單元流過(guò)一種液體，三種液體層依次疊加，液體通過(guò)翅片12、第一導(dǎo)流片13、第二導(dǎo)流片14、隔板15板進(jìn)行換熱，封條11、翅片12、第一導(dǎo)流片13、第二導(dǎo)流片14通過(guò)釬焊與隔板15連接，每一板束體單元通過(guò)釬焊疊加在一起，接管16通過(guò)釬焊與隔板15、封條11連接，外隔板10通過(guò)釬焊與最第一層板束體單元的封條連接，封頭17通過(guò)釬焊與接管16連接，所有部件通過(guò)釬焊連接成一個(gè)整體。
[0013]用部分冷凝代替純氬冷凝器的冷凝方法包括以下步驟: 第一步:從粗氬冷凝器2板式單元引出工藝氬氣通過(guò)工藝氬氣管道3進(jìn)入部分冷凝器
4 ；
第二步:工藝氬氣在部分冷凝器4中，部分冷凝，工藝氬氣氣體組分中的高沸點(diǎn)組分不斷液化，而低沸點(diǎn)組分不斷在氣相中濃縮，從而脫出多余不凝氮?dú)?，氮?dú)庾鳛椴荒龤鈴牡獨(dú)獬鰵夤?排出；
第三步:氬氣冷凝液通過(guò)液氬管道6送入純氬塔7與來(lái)自下塔的中壓氮?dú)鈸Q熱，使其蒸發(fā)作為上升氣參與精餾；
第四步:中壓氮?dú)獗灰夯蠓祷厣纤敳繀⑴c精餾；
第五步:純氬塔7頂部的氬氣返回粗氬塔重新參與精餾。
[0014]該部分冷凝器的主要特征為結(jié)構(gòu)緊湊，換熱高效，小溫差，耐壓高，可以多股流同時(shí)換熱。
[0015]如圖3所示，本發(fā)明利用粗氬冷凝器冷源，采用一種獨(dú)特的換熱裝置，由于氮、氬的冷凝溫度不同(相差10K，使工藝氬氣在該換熱裝置中，部分冷凝，高沸點(diǎn)組分不斷液化，而低沸點(diǎn)組分不斷在氣相中濃縮，從而脫出多余不凝氮?dú)猓箽鍤庹舭l(fā)上升進(jìn)行下一步的精餾。
[0016]本發(fā)明的工作過(guò)程為:從粗氬冷凝器2板式單元引出適量的工藝氬氣通過(guò)工藝氬氣管道3進(jìn)入部分冷凝器4，工藝氬氣在該換熱裝置中，部分冷凝，高沸點(diǎn)組分不斷液化，而低沸點(diǎn)組分不斷在氣相中濃縮，從而脫出多余不凝氮?dú)猓獨(dú)庾鳛椴荒龤鈴牡獨(dú)獬鰵夤?排出，氬氣冷凝液通過(guò)液氬管道6送入純氬塔7與來(lái)自下塔的中壓氮?dú)鈸Q熱，使其蒸發(fā)作為上升氣參與精餾。而中壓氮?dú)獗灰夯蠓祷厣纤敳繀⑴c精餾。純氬塔7頂部的氬氣返回粗氬塔重新參與精餾。
【權(quán)利要求】
1.一種用部分冷凝代替純氬冷凝器的裝置，其特征在于包括原料氣管道(I)、粗氬冷凝器(2)、工藝氬氣管道(3)、部分冷凝器(4)、氮?dú)獬鰵夤?5)、液氬管道(6)、純氬塔(7)、蒸發(fā)器(8)、中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管(9);原料氣管道(I)與粗氬冷凝器(2)進(jìn)氣口相連，部分冷凝器(4)與粗氬冷凝器(2)通過(guò)工藝氬氣管道(3)相連，氮?dú)獬鰵夤?5)與部分冷凝器(4)上部出氣口相連，純氬塔(7)與部分冷凝器(4)通過(guò)液氬管道(6)相連，蒸發(fā)器(8)安置于純氬塔(7)底部，中壓氮?dú)膺M(jìn)氣管(9)與純氬塔(7)底部相連；所述的部分冷凝器(4)，包括外隔板(10)、封條(11)、翅片(12)、第一導(dǎo)流片(13)、第二導(dǎo)流片(14)、隔板(15)、接管(16)、封頭(17);由封條(11)、翅片(12)、第一導(dǎo)流片(13)、第二導(dǎo)流片(14)、隔板(15)組成板束體單元,每一板束體單元流過(guò)一種液體,三種液體層依次疊加,液體通過(guò)翅片(12)、第一導(dǎo)流片(13)、第二導(dǎo)流片(14)、隔板(15)板進(jìn)行換熱，封條(11)、翅片(12)、第一導(dǎo)流片(13)、第二導(dǎo)流片(14)通過(guò)釬焊與隔板(15)連接，每一板束體單元通過(guò)釬焊疊加在一起，接管通過(guò)釬焊與隔板、封條連接，外隔板通過(guò)釬焊與最第一層板束體單元的封條連接，封頭通過(guò)釬焊與接管連接，所有部件通過(guò)釬焊連接成一個(gè)整體。
2.一種使用如權(quán)利要求1所述裝置的用部分冷凝代替純氬冷凝器的冷凝方法，其特征在于包括以下步驟: 第一步:從粗氬冷凝器(2 )板式單元引出工藝氬氣通過(guò)工藝氬氣管道(3 )進(jìn)入部分冷凝器(4); 第二步:工藝氬氣在部分冷凝器(4)中，部分冷凝，工藝氬氣氣體組分中的高沸點(diǎn)組分不斷液化，而低沸點(diǎn)組分不斷在氣相中濃縮，從而脫出多余不凝氮?dú)?，氮?dú)庾鳛椴荒龤鈴牡獨(dú)獬鰵夤?5)排出； 第三步:氬氣冷凝液通過(guò)液氬管道(6 )送入純氬塔(7 )與來(lái)自下塔的中壓氮?dú)鈸Q熱，使其蒸發(fā)作為上升氣參與精餾； 第四步:中壓氮?dú)獗灰夯蠓祷厣纤敳繀⑴c精餾； 第五步:純氬塔(7)頂部的氬氣返回粗氬塔重新參與精餾。
【文檔編號(hào)】F25J3/04GK104315803SQ201410558710
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】章有虎, 陳環(huán)琴, 王晉, 張國(guó)興 申請(qǐng)人:杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司