CN106039753A - 一种气体分馏装置和分馏系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的气体分馏装置，包括柱体、设置在柱体内的螺旋形导气管和中心柱管，所述柱体的侧面下部设有冷却液入口，所述柱体的侧面上部设有冷却液出口；在柱体的上盖板上设有气体入口；螺旋形导气管呈螺旋下降结构设置在柱体内，其上端与气体入口连通；中心柱管穿过所述上盖板延伸至柱体内部，且穿过柱体底部在底部外形成有液体杂质排放口，该中心柱管靠近柱体底部的一端与螺旋形导气管下端连通，使气体能经螺旋形导气管进入中心柱管，该中心柱管顶部开口构成气体出口。在气体分馏装置的基础上，还提供例了一种气体分馏系统，本发明采用螺旋形构造，将较长的直立导气管盘旋放置，在保证分馏效果的前提下，大幅降低了分馏塔的高度，同时减少了能耗损失。
Description
技术领域
本发明涉及一种分离提纯装置，特别是涉及一种用于气体介质的分馏装置以及包含该分馏装置的分馏系统。
背景技术
气体分馏一般采用塔状装置，为了达到较好的分离效果，通常需要较长的直立分离保温管道，在这种条件下分馏塔需设计得比较高，因此整个分馏系统占用比较大的空间。
专利号为 201110166090.8 的中国专利公开了一种立式分馏柱、分馏装置及其应用，在分馏柱柱体内设置至少一根导气管，通过冷去水升高柱体内温度，且安装有螺旋隔板， 调节隔板间距来调节冷却水流量和导气管换热系数，达到了良好的分馏效果。
发明内容
针对现有分馏系统的不足之处，本发明提供了一种结构小巧的气体分馏装置，大大减少了传统分馏管道占用的高度空间，可以使很长的管道盘旋放置在很小的高度内，大大减少了分馏器的体积，降低了运转能耗。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种气体分馏装置，包括柱体、设置在柱体内的螺旋形导气管和中心柱管，所述柱体的侧面下部设有冷却液入口，所述柱体的侧面上部设有冷却液出口；在柱体的顶部活动连接有上盖板，在上盖板上设有气体入口；所述螺旋形导气管呈螺旋下降结构设置在柱体内，且螺旋形导气管的上端与上盖板上的气体入口连通；所述中心柱管穿过所述上盖板延伸至柱体内部，且穿过柱体底部在底部外形成有液体杂质排放口，该中心柱管靠近柱体底部的一端与螺旋形导气管下端连通，使气体能经螺旋形导气管进入中心柱管，该中心柱管顶部开口构成气体出口。
作为优选的，所述气体分馏装置还包括高精度温度调控装置，所述高精度温度调控装置包括温度探头、电磁阀和温控仪，所述温度探头通过上盖板上的孔插入到柱体内腔，用来测量柱体内冷却液温度，所述电磁阀安装在冷却液入口管道上，用来控制冷却液的流量，所述温控仪电性连接温度探头和电磁阀。
作为优选的，所述上盖板与柱体通过法兰连接。
作为优选的，所述中空柱管通过三通管与螺旋形导气管相连通。
作为优选的，在所述柱体外部套设有保温层。
本发明还提供例了一种气体分馏系统，该分馏系统由至少两个气体分馏装置串联而成。
作为优选的，该分馏系统由四个气体分馏装置串联而成，串联方法为：将第一台分馏装置的气体出口接入第二台分馏装置的气体入口；将第二台分馏装置的气体出口接入第三台分馏装置的气体入口；将第三台分馏装置的气体出口接入第四台分馏装置的气体入口。
与现有技术相比，本发明采取上述技术方案所带来的有益效果是：本发明采用螺旋形构造，将较长的直立冷凝分馏管盘旋放置，在保证分馏效果的前提下，大幅降低了分馏塔的高度，同时减少了能耗损失。本分馏装置有扩展性，用多个分馏装置串联，可构成成套分馏系统；用多个分馏装置并联，可提高产量。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明无保温层的结构示意图。
图3为本发明无柱体的结构示意图。
图4为本发明的柱体结构示意图。
图中：1、柱体；2、螺旋形导气管；3、中心柱管；4、冷却液入口；5、冷却液出口；6、法兰盘；7、上盖板； 8、气体入口；9、气体出口；10、三通管；11、液体杂质排放口；12、温度探头；13、电磁阀；14、保温层。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施方式对本发明作进一步详细描述。
该气体分馏装置将螺旋形导气管（即冷凝分馏管）放入一个柱体的内腔内，该柱体外表面包裹保温材料，通过控制加入柱体内腔的冷却液（如液氮、热水等）的流量，来保持柱体内腔温度的恒定，为螺旋形导气管（即冷凝分馏管）内的气液分离创造稳定条件。此外，也可以将柱体内腔密封，在柱体外表面缠绕电加热带，使柱体腔内空气升温到设定温度。
在本实施例中，根据图1—4所示，本发明的气体分馏装置，包括柱体1、设置在柱体1内的螺旋形导气管2和中心柱管3。
在本实施例中，该分馏装置的柱体1、螺旋形导气管2和中心柱管3均采用不同厚度的06Cr19Ni10材料（即通常说的304不锈钢材料）制作而成，其中，三者的耐温度均为-190℃～450℃；三者的耐压度分别为：柱体耐压度为0～1.0MPa，螺旋形导气管和中心柱管耐压度为0～25MPa。
在柱体1的侧面下部设有冷却液入口4，在柱体1的侧面上部设有冷却液出口5，在冷却液入口4上安装有电磁阀13，该电磁阀作为高精度温度调控装置的一部分，主要用来控制冷却液进入流量，进而调节冷却液温度。
在柱体1的上部焊接有法兰盘6，上盖板7通过螺栓固定在法兰盘6上。在所述上盖板上设有气体入口8。
螺旋形导气管2的上端与上盖板上的气体入口8连通，螺旋形导气管2整体采用螺旋下降方式设置在柱体内，便于气体杂质冷却形成液体的流动。螺旋形导气管2设置为螺旋状结构，大大增加了气体介质在流动过程中与管壁的接触几率，提高了热交换效率，使气体充分冷却，杂质冷凝分离彻底，提高了分馏质量。
中心柱管3呈上下开口的中空管状，该中心柱管由上中心柱管和下中心柱管连接而成。上中心柱管穿过上盖板6向下延伸到柱体1内且靠近柱体底部，在上盖板顶部形成有气体出口9，该气体出口9上加装有控制阀门；下中心柱体通过三通管10连接在上中心柱管的下端，并向下穿过柱体底部并在底部外形成有液体杂质排放口11，在该液体杂质排放口11上也加装有控制阀门；三通管10的侧边出口与螺旋形导气管下端连通，使气体能经螺旋形导气管进入中心柱管。为了确保柱体的密封性，上中心柱管焊接在上端盖上，下中心柱体焊接在柱体底部。所述的控制阀门和三通管均采用06Cr19Ni10材料（即通常说的304不锈钢材料）制作而成。
为了确保柱体内温度的精确可调，该装置还包括高精度温度调控装置，高精度温度调控装置包括温度探头12、电磁阀13和温控仪（图中未画出）；温度探头12通过上盖板6上的孔插入到柱体内腔，用来测量冷却液的温度；电磁阀13安装在冷却液入口管道上，用来调节冷却液的流通；所述温控仪电性连接温度探头12和电磁阀13。温控仪可设定所述温度，并显示实际冷却液温度，根据设定值发出指令给电磁阀增大或减小流量。
同时，在所述柱体外部套设有保温层14。
本气体分馏装置的工作过程是这样的：当提纯高纯氮气中的氩杂质时，已知氮气沸点-196℃，氩气沸点-186℃，此时，采用液氮作为冷却液通入柱体内，通过高精度温度调控装置控制其内腔温度在-190℃，从气体入口通入高纯氮气，在-190℃的温度下，螺旋形导气管内的高纯氮气气不会被液化，而氩杂质将会被液化，液氩顺着螺旋形导气管流到中心柱管，存于中心柱管的底部，通过液体杂质排放口直接排放出来，或者转移到其它容器内，而经过分馏的高纯氮气从中心柱管顶部流出，纯度得以提高。该装置设定的具体问题、时间和液体流量等参数，视不同的提纯对象而定。
此外，该分馏装置能按照一定的温度曲线要求，进行串联构成成套分馏系统，该系统能将气体介质内的多种杂质连续去除或进行组分分离。
具体的应用如下：例如，在天然气中，含有甲烷、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷等，沸点分别为：-161℃、-88℃、-42℃、-11℃、0℃，如果用该分馏装置分离它们，可以采用这样的方式：
1、采用4台该分馏装置，将4台分馏装置串联，第一台温度设定为-5℃，第二台温度设定为-30℃，第三台温度设定为-60℃，第四台温度设定为-100℃；
2、天然气从第一台分馏装置流过后，正丁烷将从下端液体杂质排放口分离，其它组分气体将从上端出口流出；
3、将第一台分馏装置的气体出口接入第二台分馏装置的气体入口，在第二台下端的液体杂质排放口分离出异丁烷；
4、将第二台分馏装置的气体出口接入第三台分馏装置的气体入口，在第三台下端的液体杂质排放口分离出丙烷；
5、将第三台分馏装置的气体出口接入第四台分馏装置的气体入口，在第四台下端的液体杂质排放口分离出乙烷；
6、最后在第四台分馏装置的气体出口将排出甲烷。
另外，也可以将多个分馏装置并联，用来提高纯化气体产量。具体的应用如下：以提纯高纯氮气为例（去除氩杂质），将高纯氮气通过分流管线同时接入数台分馏装置，再将各分馏装置的气体排放口通过管线汇流在一起，这样即可提高了产量。
Claims (7)
1.一种气体分馏装置，其特征在于：包括柱体、设置在柱体内的螺旋形导气管和中心柱管，所述柱体的侧面下部设有冷却液入口，所述柱体的侧面上部设有冷却液出口；在柱体的顶部活动连接有上盖板；所述螺旋形导气管呈螺旋下降结构设置在柱体内，且螺旋形导气管的上端伸出上盖板在上盖板上形成有气体入口；所述中心柱管穿过所述上盖板延伸至柱体内部，且穿过柱体底部在底部外形成有液体杂质排放口，该中心柱管靠近柱体底部的一端与螺旋形导气管下端连通，使气体能经螺旋形导气管进入中心柱管，该中心柱管顶部开口构成气体出口。
2.根据权利要求1所示的气体分馏装置，其特征在于：还包括高精度温度调控装置，所述高精度温度调控装置包括温度探头、电磁阀和温控仪，所述温度探头通过上盖板上的孔插入到柱体内腔，用来测量柱体内冷却液温度，所述电磁阀安装在冷却液入口管道上，用来控制冷却液的流量，所述温控仪电性连接温度探头和电磁阀。
3.根据权利要求1所示的气体分馏装置，其特征在于：所述上盖板与柱体通过法兰连接。
4.根据权利要求1所示的气体分馏装置，其特征在于：所述中空柱管通过三通管与螺旋形导气管相连通。
5.根据权利要求1所示的气体分馏装置，其特征在于：在所述柱体外部套设有保温层。
6.一种气体分馏系统，其特征在于：该分馏系统由至少两个如权利要求1-5任一项所述的气体分馏装置串联而成。
7.根据权利要求6所述的气体分馏系统，其特征在于：该分馏系统由四个如权利要求1-5任一项所述的气体分馏装置串联而成，串联方法为：将第一台分馏装置的气体出口接入第二台分馏装置的气体入口；将第二台分馏装置的气体出口接入第三台分馏装置的气体入口；将第三台分馏装置的气体出口接入第四台分馏装置的气体入口。
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Granted publication date: 20181204 |