[發明專利]以氮氣熱泵精餾生產超高純一氧化碳的裝置及生產方法

有效

• 申請號: 201610806019.4
• 申請日: 2016-08-29
• 公開（公告）號: CN106288651B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 閆紅偉;陳劍軍;銀延蛟;郭俊磊;呂書山;張亞清;鄭憲文;張永生
• 申請（專利權）人: 河南心連心深冷能源股份有限公司
• 主分類號: F25J3/02
• 分類號: F25J3/02;F25J5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種以氮氣熱泵精餾生產超高純一氧化碳的裝置，包括原料氣儲罐(7)、熱泵(9)、廢氣爐(6)和產品罐(15)，其特征在于：原料氣儲罐(7)通過第二調節閥(49)與第二換熱器(8)的原料氣進口(18)相連，第二換熱器(8)的原料氣出口(19)通過第二節流閥(2)與第一精餾塔(10)的原料氣進口(20)相連，第一精餾塔(10)頂部的氣相出口(21)通過第一換熱器(12)的第一原料氣進口(22)、第一換熱器(12)的第一原料氣出口(23)與第一氣液分離器(11)的原料氣進口(24)相連，第一氣液分離器(11)底部的液相出口(38)分別與第一精餾塔(10)的原料液進口(25)和第二精餾塔(14)的第一原料液進口(26)相連，第二精餾塔(14)的底部液相出口(33)通過第四調節閥(5)與產品罐(15)的液相進口(34)相連；

第一精餾塔(10)底部液相出口(32)通過第二換熱器(8)的第一尾氣進口(42)和第二換熱器(8)的第一尾氣出口(43)與第一調節閥(1)相連，第一調節閥(1)與廢氣爐(6)相連；

第一氣液分離器(11)頂部的氣相出口(35)通過第二換熱器(8)的第二尾氣進口(36)和第二換熱器(8)的第二尾氣出口(37)與第一調節閥(1)相連；

第二精餾塔(14)頂部氣相出口(27)通過第一換熱器(12)的第二原料氣進口(28)和第一換熱器(12)的第二原料氣出口(29)與第二氣液分離器(13)的原料氣進口(30)相連，第二氣液分離器(13)頂部氣相出口(39)通過第二換熱器(8)的第三尾氣進口(40)和第二換熱器(8)第三尾氣出口(41)與第一調節閥(1)相連；第二氣液分離器(13)底部液相出口(48)通過管道與第二精餾塔(14)的第二原料液進口(31)相連；

熱泵(9)循環氣出口(45)依次通過第二換熱器(8)的第一循環氣進口(46)、第二換熱器(8)的第一循環氣出口(47)、設在第一精餾塔(10)底部的第一再沸器(16)、設在第二精餾塔(14)底部的第二再沸器(17)、第一節流閥(3)、第一換熱器(12)的第一循環液 進口(52)、第一換熱器(12)的第一循環氣出口(53)、第二換熱器(8)第二循環氣進口(51)和第二換熱器(8)的第二循環氣出口(50)，所述的第二換熱器(8)的第二循環氣出口(50)通過管道與熱泵(9)循環氣進口(44)相連。

2.根據權利要求1所述的以氮氣熱泵精餾生產超高純一氧化碳的裝置，其特征在于：所述第一氣液分離器(11)底部的液相出口與第二精餾塔(14)的第一原料液進口(26)之間設有第三調節閥(4)。

3.一種如權利要求1所述的以氮氣熱泵精餾生產超高純一氧化碳的裝置的生產方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：原料氣儲罐(7)中的原料氣依次通過第二調節閥(49)、第二換熱器(8)的原料氣進口(18)、第二換熱器(8)的原料氣出口(19)、第二節流閥(2)和第一精餾塔(10)的原料氣進口(20)進入第一精餾塔(10)內；所述的原料氣組成成份為：氮氣、氫氣、氧氣、甲烷、一氧化碳；原料氣的溫度45℃、壓力4Mpa、流量：500Nm³/h、氣相分率為1、一氧化碳摩爾分數：62％；第二換熱器(8)的原料氣出口(19)溫度為：-154～-157℃，氣相分率為0.07；

步驟二：使步驟一中進入第一精餾塔(10)內原料氣進行一次精餾提純，一次精餾提純后的氣相通過第一精餾塔(10)頂部的氣相出口(21)、第一換熱器(12)的第一原料氣進口(22)和第一換熱器(12)的第一原料氣出口(23)進入第一氣液分離器(11)內進行氣液分離，氣液分離后的液相通過第一氣液分離器(11)底部的液相出口(38)分別進入第一精餾塔(10)和第二精餾塔(14)內；所述第一精餾塔(10)的頂部氣相出口(21)的氣相溫度為：-175～-177℃，CO摩爾分數：66.7％；第一氣液分離器(11)的液相出口進入第一精餾塔(10)內的液相溫度為：-179～-180℃，流量為：530Nm³/h；第一氣液分離器(11)的液相出口(38)進入第二精餾塔(14)內的液相流量：376.8Nm³/h，氣相分率：0；

步驟三：使步驟二中進入第二精餾塔(14)內液相進行二次精餾提純，二次精餾提純后的液相產品通過第二精餾塔(14)的底部液相出口(33)和第四調節閥(5)進入產品罐(15)內；所述第二精餾塔(14)的底部液相出口的液相產品溫度為：-177～-178℃、流量：216.8Nm³/h、純度不低于99.999％；

步驟四：步驟二中所述的一次精餾提純后的廢液依次通過第一精餾塔(10)底部液相出口(32)、第二換熱器(8)的第一尾氣進口(42)、第二換熱器(8)的第一尾氣出口(43)和第一調節閥(1)進入廢氣爐(6)內；所述第一精餾塔(10)的底部液相出口的廢液溫度為：-164℃～-166℃，所述廢氣爐(6)內的尾氣溫度為：33～37℃；

步驟五：步驟二中所述的通過第一氣液分離器(11)內進行氣液分離后的氣相依次通過第一氣液分離器(11)頂部的氣相出口(35)、第二換熱器(8)的第二尾氣進口(36)、第二換熱器(8)的第二尾氣出口(37)和第一調節閥(1)進入廢氣爐(6)內；

步驟六：步驟三中所述的通過第二精餾塔(14)進行二次精餾提純后的氣相依次通過第二精餾塔(14)頂部氣相出口(27)、第一換熱器(12)的第二原料氣進口(28)、第一換熱器(12)的第二原料氣出口(29)進入第二氣液分離器(13)內；進入第二氣液分離器(13)內進行氣液分離，氣液分離后的氣相依次通過第二氣液分離器(13)頂部氣相出口(39)、第二換熱器(8)的第三尾氣進口(40)、第二換熱器(8)第三尾氣出口(41)和第一調節閥(1)進入廢氣爐(6)內；氣液分離后的液相通過第二氣液分離器(13)底部液相出口(48)和第二精餾塔(14)的第二原料液進口(31)進入到第二精餾塔(14)內；所述第二精餾塔(14)的頂部氣相出口(27)的氣相溫度為：-179～-180℃，CO摩爾分數：32.9％；通過第二精餾塔(14)的第二原料液進口(31)的液相流量為：840Nm³/h，氣相分率：0；進入第二氣液分離器(13)的氣相溫度為：-180.5℃；第二換熱器(8)的第三尾氣出口(41)氣相溫度為：33～37℃；

步驟七：熱泵(9)內的循環氣依次通過第二換熱器(8)的第一循環氣進口(46)、第二換熱器(8)的第一循環氣出口(47)、設在第一精餾塔(10)底部的第一再沸器(16)、設在第二精餾塔(14)底部的第二再沸器(17)和第一節流閥(3)進入第一換熱器(12)的第一循環液進口(52)內；所述循環氣的組分：氮氣、氫氣、氬氣，氮氣摩爾分數：99％；第二換熱器(8)的第一循環氣出口(47)的循環氣溫度為：-154～-157℃，氣相分率：1；第一再沸器(16)出口的循環液溫度為：-158～-162℃氣相分率：0.36；第二再沸器(17)出口的循環液溫度為：-173～-177℃，氣相分率：0；第一節流閥(3)出口的循環液溫度為：-179～-182℃；

步驟八：使上述步驟七中通過第一節流閥(3)進入第一換熱器(12)的第一循環液進口(52)內的循環液進行換熱，換熱后的循環氣依次通過第一換熱器(12)的第一循環氣出口(53)、第二換熱器(8)第二循環氣進口(51)和第二換熱器(8)的第二循環氣出口(50)進入熱泵(9)內，完成氮氣循環；所述第一換熱器(12)的第一循環氣出口(53)的循環氣溫度為：-181～-182℃、氣相分率：0.98，第二換熱器(8)的第二循環氣出口(50)的循環氣溫度為：33～37℃，氣相分率：1。