CN202470618U

CN202470618U - 以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置

Info

Publication number: CN202470618U
Application number: CN2011202977022U
Authority: CN
Inventors: 李中元
Original assignee: TH GASES CO Ltd
Current assignee: TH GASES CO Ltd
Priority date: 2011-08-16
Filing date: 2011-08-16
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2021-08-16

Abstract

本实用新型涉及一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，包括主塔、氩塔、液氮过冷器和液空过冷器，主塔通过管路连接氩塔、液氮过冷器和液空过冷器,主塔上部提取的富含氩气的气源进入氩塔中，富含氩气的气体上升后进入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液体氩气的冷量，经过精馏后的氩气含氧量降低到1ppm以下，回流液中大部分成分是液氧从新返回主塔。本实用新型采用从空气提取氩气后以波纹45度角的规整填料精馏塔精馏高纯氩气的装置，由空气装置提取氩的原料为氩馏分，氩馏分由空分装置中的精馏塔上抽取。本实用新型设计合理，使用方便，是理想的精馏法制备分离氩气和氧气的生产装置。

Description

以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置

技术领域

本实用新型属于气体制备装置领域，涉及一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，尤其适用于制备分离氩气与氧气的生产装置。

背景技术

空气分离的主要产品为纯氧和纯氮，其副产品已成为生产氩气的主要来源。空气装置提取氩的原料为氩馏分，氩馏分由空分装置中的精馏塔上抽取。氩馏分中包括有氧组分和氮组分，因此纯氩产品的制取分为两个步骤。首先是粗氩的提取（氩与氧分离），而后是精氩的制取（氩与氮分离）。制氩流程有两种，以往粗氩塔、精氩塔都采用筛板塔。在筛板塔粗氩塔中，由于氧与氩的沸点只差2.88K，完全分离需要的塔板数过多，无法实现，因此粗氩的纯度只能达到＞95%，其中包含的1%～2%的氧，尚需要用化学法除去，而后才能进行精氩的生产。

空气中的氩进入空分装置的下塔后，分成两部分随出自下塔的液空及液氮进入上塔，其分配的比例随液空和液氮的含氧量而异。为了提高氩的提取率，生产中希望液空中含氩量高，液氮中的含氩量尽量低。

进入精馏塔的氩，因其沸点介于氧、氮之间，因此在下塔及上塔都有富集，在上塔精馏段（液空进料口上）和提馏段（液空进料口下）各有一个氩富集区。提留段氩富集区的含氩量远高于精馏段氩富集区的含氩量。另外在整个精馏段氩富集区均含有氧、氩和氮3种组分；而在提馏段的上部含有氧、氩和氮3种组分，在其下部则只有氧和氩2种组分。在制取粗氩时，氮含量过高易造成“氮塞”现象，并且粗氩中含氮过多也会给制取精氩带来困难。

现有技术中以筛板塔或非波纹45度填料的塔的设计，需要精馏分离氧气与氩气设备复杂，加工难度大，气体分离不充分，纯度很难提高。

发明内容

本实用新型所要解决的问题在于，克服现有技术的不足，提供一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，以波纹45度角的规整填料精馏高纯氩气制备装置。以利用波纹45度角的规整填料可以使每块理论塔板的阻力降低49.03～98.06Pa，这么小的压力降允许粗氩塔设置足够多的理论塔板数，直接通过低温精馏生产出氧含量极低的粗氩，设计合理，制作简单，而且为提高氩气产品质量打下了基础。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

依据本实用新型提供的一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，包括主塔、氩塔、液氮过冷器和液空过冷器，主塔中部设有主塔氩馏分输出口，并通过管路连接氩塔底部的氩塔氩馏分输入口；主塔顶部设有主塔氮气输出口，并通过管路顺序连接液氮过冷器氮气输入口、液氮过冷器氮气输出口、液空过冷器氮气输入口、液空过冷器氮气输出口；主塔上部设有膨胀空气输入口，主塔中部设有氧气输出口，主塔底部设有主塔空气输入口；主塔中部设有主塔液氮输出口，并通过管路顺序连接液氮过冷器液氮输入口、液氮过冷器氮气输出口、调节阀三、主塔液氮输入口；主塔底部设有主塔液空输出口，并通过管路顺序连接液空过冷器液空输入口、液空过冷器液空输出口，液空过冷器液空输出口的一路通过管路顺序连接调节阀一、主塔液空输入口一，另一路通过管路顺序连接调节阀二、氩塔液空输入口；氩塔上部设有氩塔液空输出口，并通过管路连接主塔液空输入口二；氩塔底部设有氩塔回流液输出口，并通过管路连接主塔回流液输入口；氩塔顶部设有氩塔空气输出口一、氩塔空气输出口二，氩塔顶部设有粗氩输出口，氩塔上部设有氩塔上升蒸汽管。

本实用新型与现有技术相比具有显著的优点和有益效果：

由于实用新型采用波纹填料，波纹倾角为45℃，填料压降小传质性能较好。由于结构规则、均匀、对称，规定了汽液流路，改善了沟流和壁流现象。

本实用新型的具体实施方式由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的氩塔结构示意图。

其中：1、主塔 2、氩塔3、液氮过冷器4、液空过冷器51、主塔氩馏分输出口52、氩塔氩馏分输入口61、主塔液空输出口62、液空过冷器液空输入口63、液空过冷器液空输出口64、主塔液空输入口一65、氩塔液空输入口66、氩塔液空输出口67、主塔液空输入口二71、主塔氮气输出口72、液氮过冷器氮气输入口73、液氮过冷器氮气输出口74、液空过冷器氮气输入口75、液空过冷器氮气输出口8、膨胀空气输入口9、氧气输出口101、主塔空气输入口102、氩塔空气输出口一103、氩塔空气输出口二11、粗氩输出口121、氩塔回流液输出口122、主塔回流液输入口13、氩塔上升蒸汽管14、氩塔回流液151、调节阀一152、调节阀二153、调节阀三161、主塔液氮输出口162、液氮过冷器液氮输入口163、液氮过冷器氮气输出口164、主塔液氮输入口。

具体实施方式

以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提供的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

如图1～2所示的一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，包括主塔1、氩塔2、液氮过冷器3和液空过冷器4，主塔中部设有主塔氩馏分输出口51，并通过管路连接氩塔底部的氩塔氩馏分输入口52；主塔顶部设有主塔氮气输出口71，并通过管路顺序连接液氮过冷器氮气输入口72、液氮过冷器氮气输出口73、液空过冷器氮气输入口74、液空过冷器氮气输出口75；主塔上部设有膨胀空气输入口8，主塔中部设有氧气输出口9，主塔底部设有主塔空气输入口101；主塔中部设有主塔液氮输出口161，并通过管路顺序连接液氮过冷器液氮输入口162、液氮过冷器氮气输出口163、调节阀三153、主塔液氮输入口164；主塔底部设有主塔液空输出口61，并通过管路顺序连接液空过冷器液空输入口62、液空过冷器液空输出口63，液空过冷器液空输出口的一路通过管路顺序连接调节阀一151、主塔液空输入口一64，另一路通过管路顺序连接调节阀二152、氩塔液空输入口65；氩塔上部设有氩塔液空输出口66，并通过管路连接主塔液空输入口二67；氩塔底部设有氩塔回流液输出口121，并通过管路连接主塔回流液输入口122；氩塔顶部设有氩塔空气输出口一102、氩塔空气输出口二103，氩塔顶部设有粗氩输出口11，氩塔上部设有氩塔上升蒸汽管13。氩塔2中装有回流液14。空分中的主塔的上塔部分提取的富含氩气的气源进入粗氩塔2中，富含氩气的气体上升后进入填料塔，填料塔上不利用液空冷量提供回流液体氩气的冷量，经过精馏后含微量氮的氩气（氩气含氧量降低到1ppm以下）以气态形式进入下一级精氩塔，回流液中大部分成分是液氧重新返回主塔。

工作原理：

金属规整填料塔由于其结构规则、均匀、对称，规定了汽液流路，改善了沟流和壁流现象，本实用新型采用波纹填料，波纹倾角为45℃，填料压降小传质性能较好。

空分装置冷箱内设置主塔、氩塔，用全精馏的方式获得精氩。在相同的压力下，氮的沸点远离氧和氩的沸点，分离较为容易，通过一台氩塔就可以彻底分离。然而，氩、氧沸点相差很小（约3℃），如果要纯粹依靠采用传统的筛板氩塔来除净氩中的氧，粗氩塔就需要多达180块以上的理论塔板数。筛板塔的最小阻力是受到限制的，即必须维持气泡穿过液相这一稳定的两相区。为实现这个稳定性所需的最小压力降，每块理论筛板约为343.23Pa，这样粗氩塔的总塔板数必然要受到限制。因为氩塔顶部的氩气要被与上塔相同压力的富氧液空所冷凝，氩冷凝器所能达到的最低温度是一定的，再加上粗氩冷凝器需要保持一定的传热温差，因此，粗氩塔顶部能达到的最低温度是一定的。在塔顶上升气体成分不变的情况下，这一温度对应的冷凝压力也是一定的，也就是说粗氩塔顶部的压力是一定的。这就限制了筛板粗氩塔的理论塔板数，一般能使粗氩塔有效工作的理论塔板数为40～70块。很显然，采用阻力如此大的筛板塔是不可能将沸点靠得很近的氧、氩彻底分离的。

本实用新型的波纹45度角的规整填料可以使每块理论塔板的阻力降低49.03～98.06Pa，这么小的压力降允许粗氩塔设置足够多的理论塔板数，直接通过低温精馏生产出氧含量极低的粗氩。

Claims

1.一种以规整填料精馏分离氩气与氧气的制备装置，包括主塔、氩塔、液氮过冷器和液空过冷器，其特征在于：所述的主塔中部设有主塔氩馏分输出口，并通过管路连接氩塔底部的氩塔氩馏分输入口；主塔顶部设有主塔氮气输出口，并通过管路顺序连接液氮过冷器氮气输入口、液氮过冷器氮气输出口、液空过冷器氮气输入口、液空过冷器氮气输出口；主塔上部设有膨胀空气输入口，主塔中部设有氧气输出口，主塔底部设有主塔空气输入口；主塔中部设有主塔液氮输出口，并通过管路顺序连接液氮过冷器液氮输入口、液氮过冷器氮气输出口、调节阀三、主塔液氮输入口；主塔底部设有主塔液空输出口，并通过管路顺序连接液空过冷器液空输入口、液空过冷器液空输出口，液空过冷器液空输出口的一路通过管路顺序连接调节阀一、主塔液空输入口一，另一路通过管路顺序连接调节阀二、氩塔液空输入口；氩塔上部设有氩塔液空输出口，并通过管路连接主塔液空输入口二；氩塔底部设有氩塔回流液输出口，并通过管路连接主塔回流液输入口；氩塔顶部设有氩塔空气输出口一、氩塔空气输出口二，氩塔顶部设有粗氩输出口，氩塔上部设有氩塔上升蒸汽管。