CN104315803B - 用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置及其冷凝方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置及其冷凝方法。它是一种涉及空气分离全精馏制氩系统，利用粗氩冷凝器冷源，采用板式换热器部分冷凝，脱出多余不凝氮气，取代传统纯氩冷凝器脱出不凝气的装置和方法。它包括原料气管道、粗氩冷凝器、工艺氩气管道、部分冷凝器、氮气出气管、液氩管道、纯氩塔、蒸发器、中压氮气进气管。本发明优点在于充分利用粗氩冷凝器冷源，实现工艺氩气的氮浓缩，与传统流程相比，流程更为简化，成本更省，纯氩精馏工况更加稳定。
Description
技术领域
本发明涉及空气分离全精馏制氩系统，具体涉及一种用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置及其冷凝方法。
背景技术
目前空分设备的制氩系统绝大部分是采用全精馏制氩流程。全精馏制氩就是在粗氩塔中进行氧-氩分离，直接得到氧含量小于O2≤2PPm的粗氩，在纯氩塔中再进行氩-氮分离，得到纯度为99.999%的精氩产品。少部分空分成套供应商采取从粗氩塔中直接制取液氩，或者将此液氩送入纯氩塔（含纯氩蒸发器）制取液氩产品。
粗氩塔中抽取液氩的方法是从上塔中部抽出一股氩馏份气，进入粗氩塔Ⅰ进行精馏，使氧的含量降低。由粗氩塔Ⅰ顶部引出气体进入粗氩塔Ⅱ底部进行进一步的的氩-氧分离。在粗氩塔Ⅱ顶部得到O2≤2PPm的粗氩气，粗氩气经粗氩冷凝器冷凝成液体。从液体中抽取一股作为产品，或者送入纯氩塔（含纯氩蒸发器）进行进一步精馏，在底部抽取液氩作为产品。该方法氩收率较低。
常规全精馏制氩在全精馏制氩流程中，将粗氩冷凝器氩侧抽取的氩气（O2≤2PPm）作为工艺气体送入纯氩塔中部并在其中精馏。在纯氩塔底部得到99.999%的液氩，部分作为产品送出冷箱；剩下的液氩在纯氩塔底蒸发器中蒸发，然后和来自粗氩塔的氩气一起作为精馏所需的上升气，液氩的蒸发用来自下塔的中压氮气做热源，而中压氮气被液化后返回上塔顶部参与精馏；纯氩塔顶部设有纯氩冷凝器，使上升氩气冷凝成液体，作为纯氩塔的回流液而返回参与精馏，该冷凝器的冷源来自过冷器后的液氮，液氮被蒸发后返回污氮出上塔管线。在氩气冷凝过程中，从纯氩冷凝器中排除多余不凝气体。这种流程比上一种提高了液氩收率，但流程较为复杂，由于纯氩系统与粗氩系统相比，负荷相对很小，同时冷凝器组分波动较大，容易造成实际运行中工况波动较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置及其冷凝方法。
用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置包括原料气管道、粗氩冷凝器、工艺氩气管道、部分冷凝器、氮气出气管、液氩管道、纯氩塔、蒸发器、中压氮气进气管；原料气管道与粗氩冷凝器进气口相连，部分冷凝器与粗氩冷凝器通过工艺氩气管道相连，氮气出气管与部分冷凝器上部出气口相连，纯氩塔与部分冷凝器通过液氩管道相连，蒸发器安置于纯氩塔底部，中压氮气进气管与纯氩塔底部相连；所述的部分冷凝器，包括外隔板、封条、翅片、第一导流片、第二导流片、隔板、接管、封头；由封条、翅片、第一导流片、第二导流片、隔板组成板束体单元，每一板束体单元流过一种液体，三种液体层依次叠加，液体通过翅片、第一导流片、第二导流片、隔板板进行换热，封条、翅片、第一导流片、第二导流片通过钎焊与隔板连接，每一板束体单元通过钎焊叠加在一起，接管通过钎焊与隔板、封条连接，外隔板通过钎焊与最第一层板束体单元的封条连接，封头通过钎焊与接管连接，所有部件通过钎焊连接成一个整体。
用部分冷凝代替纯氩冷凝器的冷凝方法包括以下步骤：
第一步：从粗氩冷凝器板式单元引出工艺氩气通过工艺氩气管道进入部分冷凝器；
第二步：工艺氩气在部分冷凝器中，部分冷凝，工艺氩气气体组分中的高沸点组分不断液化，而低沸点组分不断在气相中浓缩，从而脱出多余不凝氮气，氮气作为不凝气从氮气出气管排出；
第三步：氩气冷凝液通过液氩管道送入纯氩塔与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与精馏；
第四步：中压氮气被液化后返回上塔顶部参与精馏；
第五步:纯氩塔顶部的氩气返回粗氩塔重新参与精馏。
本发明优点在于充分利用粗氩冷凝器冷源，实现工艺氩气的氮浓缩，与传统流程相比，纯氩塔液态进料的操作负荷比气态进料的操作负荷少，可以改善精氩塔的操作工况，纯氩精馏工况更加稳定，流程更为简化，成本更省。
附图说明
图1为用部分冷凝代替纯氩冷凝装置示意图；
图2为部分冷凝器结构示意图；
图3为部分冷凝工作原理示意图。
图中，原料气管道1、粗氩冷凝器2、工艺氩气管道3、部分冷凝器4、氮气出气管5、液氩管道6、纯氩塔7、蒸发器8、中压氮气进气管9、隔板10、封条11、翅片12、第一导流片13、第二导流片14、隔板15、接管16、封头17。
具体实施方式
本发明是在全精馏制氩系统中用部分冷凝代替常规全精馏制氩精馏流程中使用的纯氩冷凝器。
如图1、2所示，用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置包括原料气管道1、粗氩冷凝器2、工艺氩气管道3、部分冷凝器4、氮气出气管5、液氩管道6、纯氩塔7、蒸发器8、中压氮气进气管9；原料气管道1)与粗氩冷凝器2进气口相连，部分冷凝器4与粗氩冷凝器2通过工艺氩气管道3相连，氮气出气管5与部分冷凝器4上部出气口相连，纯氩塔7与部分冷凝器4通过液氩管道6相连，蒸发器8安置于纯氩塔7底部，中压氮气进气管9与纯氩塔7底部相连；所述的部分冷凝器4，包括外隔板10、封条11、翅片12、第一导流片13、第二导流片14、隔板15、接管16、封头17；由封条11、翅片12、第一导流片13、第二导流片14、隔板15组成板束体单元，每一板束体单元流过一种液体，三种液体层依次叠加，液体通过翅片12、第一导流片13、第二导流片14、隔板15板进行换热，封条11、翅片12、第一导流片13、第二导流片14通过钎焊与隔板15连接，每一板束体单元通过钎焊叠加在一起，接管16通过钎焊与隔板15、封条11连接，外隔板10通过钎焊与最第一层板束体单元的封条连接，封头17通过钎焊与接管16连接，所有部件通过钎焊连接成一个整体。
用部分冷凝代替纯氩冷凝器的冷凝方法包括以下步骤：
第一步：从粗氩冷凝器2板式单元引出工艺氩气通过工艺氩气管道3进入部分冷凝器4；
第二步：工艺氩气在部分冷凝器4中，部分冷凝，工艺氩气气体组分中的高沸点组分不断液化，而低沸点组分不断在气相中浓缩，从而脱出多余不凝氮气，氮气作为不凝气从氮气出气管5排出；
第三步：氩气冷凝液通过液氩管道6送入纯氩塔7与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与精馏；
第四步：中压氮气被液化后返回上塔顶部参与精馏；
第五步:纯氩塔7顶部的氩气返回粗氩塔重新参与精馏。
该部分冷凝器的主要特征为结构紧凑，换热高效，小温差，耐压高，可以多股流同时换热。
如图3所示，本发明利用粗氩冷凝器冷源，采用一种独特的换热装置，由于氮、氩的冷凝温度不同（相差10K，使工艺氩气在该换热装置中，部分冷凝，高沸点组分不断液化，而低沸点组分不断在气相中浓缩，从而脱出多余不凝氮气，使氩气蒸发上升进行下一步的精馏。
本发明的工作过程为：从粗氩冷凝器2板式单元引出适量的工艺氩气通过工艺氩气管道3进入部分冷凝器4，工艺氩气在该换热装置中，部分冷凝，高沸点组分不断液化，而低沸点组分不断在气相中浓缩，从而脱出多余不凝氮气，氮气作为不凝气从氮气出气管5排出，氩气冷凝液通过液氩管道6送入纯氩塔7与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与精馏。而中压氮气被液化后返回上塔顶部参与精馏。纯氩塔7顶部的氩气返回粗氩塔重新参与精馏。
Claims (2)
1.一种用部分冷凝代替纯氩冷凝器的装置，其特征在于包括原料气管道（1）、粗氩冷凝器（2）、工艺氩气管道（3）、部分冷凝器（4）、氮气出气管（5）、液氩管道（6）、纯氩塔（7）、蒸发器（8）、中压氮气进气管（9）；原料气管道(1)与粗氩冷凝器(2)进气口相连，部分冷凝器（4）与粗氩冷凝器（2）通过工艺氩气管道（3）相连，氮气出气管(5)与部分冷凝器（4）上部出气口相连，纯氩塔（7）与部分冷凝器（4）通过液氩管道（6）相连，蒸发器（8）安置于纯氩塔（7）底部，中压氮气进气管（9）与纯氩塔（7）底部相连；所述的部分冷凝器（4），包括外隔板（10）、封条（11）、翅片（12）、第一导流片（13）、第二导流片（14）、隔板（15）、接管（16）、封头（17）；由封条（11）、翅片（12）、第一导流片（13）、第二导流片（14）、隔板（15）组成板束体单元，每一板束体单元流过一种液体，三种液体层依次叠加，液体通过翅片（12）、第一导流片（13）、第二导流片（14）、隔板（15）板进行换热，封条（11）、翅片（12）、第一导流片（13）、第二导流片（14）通过钎焊与隔板（15）连接，每一板束体单元通过钎焊叠加在一起，接管通过钎焊与隔板、封条连接，外隔板通过钎焊与最外层板束体单元的封条连接，封头通过钎焊与接管连接，所有部件通过钎焊连接成一个整体。
2.一种使用如权利要求1所述装置的用部分冷凝代替纯氩冷凝器的冷凝方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步：从粗氩冷凝器（2）板式单元引出工艺氩气通过工艺氩气管道（3）进入部分冷凝器（4）；
第二步：工艺氩气在部分冷凝器（4）中，部分冷凝，工艺氩气气体组分中的高沸点组分不断液化，而低沸点组分不断在气相中浓缩，从而脱出多余不凝氮气，氮气作为不凝气从氮气出气管（5）排出；
第三步：氩气冷凝液通过液氩管道（6）送入纯氩塔（7）与来自下塔的中压氮气换热，使其蒸发作为上升气参与精馏；
第四步：中压氮气被液化后返回上塔顶部参与精馏；
第五步:纯氩塔（7）顶部的氩气返回粗氩塔重新参与精馏。
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