專(zhuān)利名稱(chēng)：兩塔制氬系統(tǒng)及其工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于空分技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用低溫精餾來(lái)制氬的兩塔制氬系統(tǒng)及
其工藝。
背景技術(shù)：
作為空氣分離裝置的原料氣空氣是一種多元混合物，有氣、液、固三種狀態(tài)，在常 溫常壓下呈氣態(tài)。干燥的空氣的主要組分為氧、氮、氬，分別占總體積的20. 95%、78. 118%、 0. 932%。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，氧、氮、氬的沸點(diǎn)分別為77. 36K、90. 118K、87. 29K。由于空氣 中三種主要成分的沸點(diǎn)存在差別，氧和氮的沸點(diǎn)差約為12. 7K，氧和氬的沸點(diǎn)差約為2. 8K， 因此，利用它們之間的沸點(diǎn)差別，通過(guò)低溫精餾的方法就可以實(shí)現(xiàn)將三者進(jìn)行分離，這就是 空氣分離裝置的理論基礎(chǔ)。作為空氣分離裝置中的副產(chǎn)品，氬在國(guó)防、科研、工業(yè)生產(chǎn)中都 有著廣泛的用途，由于空分中氬的含量非常少，不到空氣總體積的1%，再加上氧和氬的沸 點(diǎn)差別較小，實(shí)現(xiàn)氧和氬的分離就比較困難。上世紀(jì)90年代以來(lái)，雖然實(shí)現(xiàn)了全精餾制氬 且得到普及，但制氬工藝仍然沿用傳統(tǒng)的制氬工藝三塔制氬系統(tǒng)。三塔制氬主要設(shè)備有兩 臺(tái)粗氬塔，兩臺(tái)循環(huán)氬泵(用一備一)，一臺(tái)精氬塔，基本流路詳見(jiàn)圖2，三塔制氬需要對(duì)粗 氬塔冷凝器、精氬塔蒸發(fā)器及精氬塔冷凝器的負(fù)荷進(jìn)行控制，如通過(guò)調(diào)節(jié)閥V3對(duì)粗氬塔冷 凝器液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到對(duì)粗氬塔負(fù)荷調(diào)節(jié)的目的；通過(guò)調(diào)節(jié)閥V4對(duì)精氬塔冷凝器液位 進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還需要調(diào)節(jié)冷凝器氮側(cè)蒸發(fā)壓力，以達(dá)到對(duì)精氬塔負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。綜 上所述，三塔制氬工藝流程復(fù)雜，難度較大，投資較大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在地不足而提供一種工藝流程簡(jiǎn)單、對(duì)各個(gè) 部分的控制的難度小、節(jié)省投資，提高安全性的兩塔制氬系統(tǒng)及其工藝。 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的包括空氣分餾塔系統(tǒng)、以及與空氣分餾塔系統(tǒng)連接 的制氬系統(tǒng)，其特征在于所述的制氬系統(tǒng)由粗氬塔I (C3-l)、粗氬塔II (C3-2)、冷凝器 (K2)及循環(huán)液氬泵(AP)組成。 所述的粗氬塔I為粗氬塔I (C3-l)和精氬塔的集成體。 所述的粗氬塔I(C3-1)分為上段和下段，粗氬塔(C3-l)的上段和下段均為填料 塔，填料塔由填料組件和填料組成。 所述的冷凝器(K2)采用板翅式結(jié)構(gòu)，該冷凝器(K2)分為I室和II室，其中I室 以液態(tài)空氣作為介質(zhì)，II室以液態(tài)氬作為工作介質(zhì)。
—種兩塔制氬工藝包括如下步驟 1)、通過(guò)空氣分流塔系統(tǒng)制取含氬6-10%的氬餾分GAR1 ; 2)、將含氬6-10%的氬餾分GAR1通入粗氬塔II (C3-2)后形成氬餾分GAR2，將氬 餾分GAR2通入粗氬塔I(C3-1)內(nèi)，在粗氬塔I(C3-1)中，通過(guò)通過(guò)精氬塔的精餾將氧和氮 除去，在粗氬塔1(C3-l)的上段和下段之間形成純液氬，將純液氬抽出作為產(chǎn)品。
在步驟2)中，通入粗氬塔I (C3-l)的氬餾分GAR2被冷凝器K2冷卻后，在粗氬塔 I(C3-1)底部形成液氬，該液氬通過(guò)液氬泵AP加壓后通入粗氬塔II(C3-2)上部，在粗氬塔 II(C3-2)下部又成為液氬LAR3，該液氬LAR3回流到空氣分餾塔系統(tǒng)的上塔C2中參加精 餾。 所述的冷凝器K2以經(jīng)空氣分餾塔系統(tǒng)中的過(guò)冷器E2過(guò)冷后的液態(tài)空氣LA5作為 介質(zhì)，然后液態(tài)空氣LA5被蒸發(fā)后形成液空蒸汽VA1，液空蒸汽VA1也回流至空氣分餾塔系 統(tǒng)的上塔C2中參加精餾。 在粗氬塔I (C3-l)頂部形成的含氮?dú)獾膹U氬氣VG1被直接放散到大氣中。
本發(fā)明具有如下積極效果
1、工藝簡(jiǎn)單 和三塔制氬相比，工藝較為簡(jiǎn)單。三塔制氬主要設(shè)備有兩臺(tái)粗氬塔，兩臺(tái)循環(huán)氬泵 (用一備一)，一臺(tái)精氬塔，基本流路詳見(jiàn)圖2 ;兩塔制氬相比三塔制氬少了一臺(tái)精氬塔，同 時(shí)少了底部蒸發(fā)器氮?dú)?、液氮流路及頂部冷凝器氮?dú)?、液氮流路，基本流路詳?jiàn)圖1。因此， 兩塔制氬較三塔制氬大大簡(jiǎn)化了流程。
2、控制較為簡(jiǎn)單 三塔制氬需要對(duì)粗氬塔冷凝器、精氬塔蒸發(fā)器及精氬塔冷凝器的負(fù)荷進(jìn)行控制， 如通過(guò)調(diào)節(jié)閥V3對(duì)粗氬塔冷凝器液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，以達(dá)到對(duì)粗氬塔負(fù)荷調(diào)節(jié)的目的；通過(guò)調(diào) 節(jié)閥V4對(duì)精氬塔冷凝器液位進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還需要調(diào)節(jié)冷凝器氮側(cè)蒸發(fā)壓力，以達(dá)到對(duì)精 氬塔負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。而兩塔制氬控制非常簡(jiǎn)單，只需對(duì)粗氬塔冷凝器負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié) 即可，相對(duì)三塔制氬而言，大大降低了難度。
3、節(jié)省投資，提高了安全性 由于兩塔制氬工藝流程及控制較簡(jiǎn)單，取消了控制復(fù)雜的精氬塔，減少了很多液 體管道，即減少了很多漏點(diǎn)，提高了空分裝置的安全性，節(jié)省了控制儀表和設(shè)備上的投資。
4、適用范圍 本發(fā)明適用于在空分裝置中制取液氬。 由于受限于分餾塔冷箱的高度和下塔的操作壓力，粗氬塔的高度得到一定的限 制，氬產(chǎn)品的純度或提取率受到一定的影響，因此雙塔制氬適合于對(duì)氬提取率或純度要求 不是太高。從投資、安全及控制方面都要優(yōu)于三塔制氬。


圖1為本發(fā)明的兩塔制氬工藝結(jié)構(gòu)圖。
圖2為傳統(tǒng)三塔制氬工藝結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明包括空氣分餾塔系統(tǒng)、以及與空氣分餾塔系統(tǒng)連接的制氬系 統(tǒng)，所述的制氬系統(tǒng)由粗氬塔I(C3-1)、粗氬塔I 1(C3-2)、冷凝器(K2)及循環(huán)液氬泵(AP) 組成。 所述的粗氬塔I為粗氬塔I (C3-l)和精氬塔的集成體。 所述的粗氬塔I (C3-l)分為上段和下段，粗氬塔I (C3-l)的上段和下段均為填料塔，填料塔由填料組件和填料組成。 所述的冷凝器(K2)采用板翅式結(jié)構(gòu)，該冷凝器(K2)分為I室和II室，其中I室 以液態(tài)空氣作為介質(zhì)，II室以液態(tài)氬作為工作介質(zhì)。
—種兩塔制氬工藝如下步驟 1)、通過(guò)空氣分流塔系統(tǒng)制取含氬6_10%的氬餾分GAR1 ; 2)、將含氬6-10%的氬餾分GAR1通入粗氬塔II (C3_2)后形成氬餾分GAR2，將氬
餾分GAR2通入粗氬塔I(C3-1)內(nèi)，在粗氬塔I(C3-1)中，通過(guò)通過(guò)精氬塔的精餾將氧和氮
除去，在粗氬塔1(C3-l)的上段和下段之間形成純液氬，將純液氬抽出作為產(chǎn)品。 在步驟2)中，通入粗氬塔I (C3-l)的氬餾分GAR2被冷凝器K2冷卻后，在粗氬塔
I(C3-1)底部形成液氬，該液氬通過(guò)液氬泵AP加壓后通入粗氬塔II(C3-2)上部，在粗氬塔
II (C3-2)下部又成為液氬LAR3，該液氬LAR3回流到空氣分餾塔系統(tǒng)的上塔C2中參加精餾。 所述的冷凝器K2以經(jīng)空氣分餾塔系統(tǒng)中的過(guò)冷器E2過(guò)冷后的液態(tài)空氣LA5作為 介質(zhì)，然后液態(tài)空氣LA5被蒸發(fā)后形成液空蒸汽VA1，液空蒸汽VA1也回流至空氣分餾塔系 統(tǒng)的上塔C2中參加精餾。 在粗氬塔I (C3-l)頂部形成的含氮?dú)獾膹U氬氣VG1被直接放散到大氣中。
兩塔制氬系統(tǒng)主要由兩個(gè)系統(tǒng)組成一個(gè)以生產(chǎn)氧、氮產(chǎn)品為目的的主分餾塔系 統(tǒng)和一個(gè)以生產(chǎn)液氬為目的的兩塔制氬系統(tǒng)。圖1中雙點(diǎn)劃線左側(cè)為主分餾塔系統(tǒng)，分 餾塔系統(tǒng)的主要設(shè)備包括下塔(Cl)、冷凝蒸發(fā)器(Kl)、上塔(C2)、主換熱器(El)、過(guò)冷器 (E2)及透平膨脹機(jī)(ET)等；圖1中雙點(diǎn)劃線右側(cè)為兩塔制氬系統(tǒng)，主要設(shè)備包括粗氬塔 I (C3-l)、粗氬塔II (C3-2)、冷凝器(K2)及循環(huán)液氬泵(AP)。
制氬工藝 從上塔中部抽出的氬餾分GAR1 (含氬約6 10% )依次進(jìn)入粗氬塔II (C3_2)、粗 氬塔I (C3-l)，通過(guò)精餾在粗氬塔中除去氧和氮，在粗氬塔I (C3-l)上段和下段之間抽出純 液氬(LAR)，作為產(chǎn)品送出；頂部含少量氮?dú)獾膹U氬氣VG1直接放散到大氣中；氬氣在冷凝 器K2中被液空冷凝成液氬作為回流液，粗氬塔I底部的液氬經(jīng)液氬泵AP加壓后送入粗氬 塔II上部作為回流液，粗氬塔II底部回流液回流上塔C2參加精餾；被過(guò)冷器E2過(guò)冷后的 液空LA5，節(jié)流后進(jìn)入冷凝器K2作為冷源冷卻氬氣，自身被蒸發(fā)成液空蒸汽VA1進(jìn)入上塔中
部參加精餾。 粗氬塔結(jié)構(gòu) 粗氬塔I可分為三部分塔頂部的冷凝器K2、 C3-l上段、C3-l下段。 冷凝器K2為板翅式結(jié)構(gòu)，可分為兩室，其中I室工作介質(zhì)為液空，II室工作介質(zhì)
為氬，冷凝器的主要作用是將粗氬塔頂部氬氣冷凝成液氬作為粗氬塔的回流液。C3-1上段、
C3-l下段均為規(guī)整填料塔，主要有填料組件和填料組成，C3-l上段的主要作用是將氬中的
氮除去，C3-l下段的主要作用是將氬中的氧除去，液氬產(chǎn)品從C3-1上段和C3-l下段之間抽取。 整個(gè)粗氬塔I的結(jié)構(gòu)非常緊湊，它集成了三塔制氬系統(tǒng)中的粗氬塔C3-1和精氬塔 C4，便于在狹小的冷箱內(nèi)進(jìn)行布置，大大簡(jiǎn)化了流程，降低了投資及操作難度。
權(quán)利要求
一種兩塔制氬系統(tǒng)，包括空氣分餾塔系統(tǒng)、以及與空氣分餾塔系統(tǒng)連接的制氬系統(tǒng)，其特征在于所述的制氬系統(tǒng)由粗氬塔I(C3-1)、粗氬塔II(C3-2)、冷凝器(K2)及循環(huán)液氬泵(AP)組成。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩塔制氬系統(tǒng)，其特征在于所述的粗氬塔I為粗氬塔 I(C3-1)和精氬塔的集成體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩塔制氬系統(tǒng)，其特征在于所述的粗氬塔I(C3-1)分為上 段和下段，粗氬塔I(C3-1)的上段和下段均為填料塔，填料塔由填料組件和填料組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的兩塔制氬系統(tǒng)，其特征在于所述的冷凝器(K2)采用板翅式 結(jié)構(gòu)，該冷凝器(K2)分為I室和II室，其中I室以液態(tài)空氣作為介質(zhì)，II室以液態(tài)氬作為 工作介質(zhì)。
5. —種兩塔制氬工藝，其特征在于包括如下步驟1) 、通過(guò)空氣分流塔系統(tǒng)制取含氬6-10%的氬餾分GAR1 ;2) 、將含氬6-10%的氬餾分GAR1通入粗氬塔II (C3-2)后形成氬餾分GAR2，將氬餾分 GAR2通入粗氬塔I (C3-l)內(nèi)，在粗氬塔I(C3-1)中，通過(guò)通過(guò)精氬塔的精餾將氧和氮除去， 在粗氬塔1(C3-l)的上段和下段之間形成純液氬，將純液氬抽出作為產(chǎn)品。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩塔制氬工藝，其特征在于在步驟2)中，通入粗氬塔 I (C3-l)的氬餾分GAR2被冷凝器K2冷卻后，在粗氬塔I (C3-l)底部形成液氬，該液氬通過(guò) 液氬泵AP加壓后通入粗氬塔II(C3-2)上部，在粗氬塔II(C3-2)下部又成為液氬LAR3，該 液氬LAR3回流到空氣分餾塔系統(tǒng)的上塔C2中參加精餾。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的兩塔制氬工藝，其特征在于所述的冷凝器K2以經(jīng)空氣分餾 塔系統(tǒng)中的過(guò)冷器E2過(guò)冷后的液態(tài)空氣LA5作為介質(zhì)，然后液態(tài)空氣LA5被蒸發(fā)后形成液 空蒸汽VA1，液空蒸汽VA1也回流至空氣分餾塔系統(tǒng)的上塔C2中參加精餾。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的兩塔制氬工藝，其特征在于在粗氬塔I(C3-1)頂部形成的 含氮?dú)獾膹U氬氣VG1被直接放散到大氣中。
全文摘要
本發(fā)明屬于空分技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用低溫精餾來(lái)制氬的兩塔制氬系統(tǒng)及其工藝，通過(guò)空氣分流塔系統(tǒng)制取含氬6-10％的氬餾分GAR1；將含氬6-10％的氬餾分GAR1通入粗氬塔II(C3-2)后形成氬餾分GAR2，將氬餾分GAR2通入粗氬塔I(C3-1)內(nèi)，在粗氬塔I(C3-1)中，通過(guò)通過(guò)精氬塔的精餾將氧和氮除去，在粗氬塔I(C3-1)的上段和下段之間形成純液氬，將純液氬抽出作為產(chǎn)品，具有工藝流程簡(jiǎn)單、對(duì)各個(gè)部分的控制的難度小、節(jié)省投資，提高安全性的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)F25J3/08GK101782309SQ20101003013
公開(kāi)日2010年7月21日 申請(qǐng)日期2010年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月8日
發(fā)明者劉景武, 張叢權(quán), 燕春福, 王慶波, 馬源 申請(qǐng)人:開(kāi)封空分集團(tuán)有限公司