[發明專利]一種精餾法制備高純氣體的方法和系統

在審

• 申請號: 201711193861.6
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN109833638A
• 公開（公告）日: 2019-06-04
• 發明（設計）人: 張吉良
• 申請（專利權）人: 成都杰順實業有限公司
• 主分類號: B01D3/14
• 分類號: B01D3/14;B01D3/42;C01B7/07;C01B7/075;C01C1/02
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本發明涉及精餾法制備高純氣體的方法及系統。本發明方法將目標氣體原料首先經脫輕塔脫除輕組分雜質，再經脫重塔脫除重組分雜質，所得提純氣體壓縮成為壓縮氣體，所述壓縮氣體至少分出兩部分，分別作為脫輕塔塔釜再沸器和脫重塔的塔釜再沸器的熱源，其自身被冷凝為液體后合并儲存，所述儲存的液體分為三部分，其中兩部分各自進行節流膨脹后分別作為脫輕塔塔頂冷凝器的冷卻介質和脫重塔的回流液，第三部分作為產品采出。本發明系統包括脫輕塔、脫輕塔塔頂冷凝器、脫重塔、壓縮機、脫輕塔塔釜再沸器、脫重塔塔釜再沸器、液體儲罐及連接管線。本發明的方法和系統設備簡單，能量節省，操作靈活，應用廣泛，易于維修，且對公共工程要求少。

技術領域

本發明涉及一種精餾法制備高純氣體的方法和系統。

背景技術

高純氣體通常是指利用提純技術達到某個等級純度的氣體，對于不同的氣體及其應用場合，其純度的要求不同。一般來說，高純氣體的純度在3.0N(即99.9％)以上，其中電子工業用高純氣體的純度一般要求在5.0N級(即99.999％)以上。高純氣體已廣泛應用于多個工業領域。

高純氣體通常通過對氣體原料進行深度純化進行制備。現有技術中，對于不同類別的氣體，需根據該氣體與所含雜質的物理化學性質的不同而采用不同方法進行制備，通常采用的有吸附法、反應法、精餾法或所述幾種方法的結合。

其中，對于精餾法制備高純氣體的技術，專利申請CN200910228635.6公開了一種熱泵精餾法生產高純三氯氫硅的裝置和方法。該方法將三氯氫硅的原料液經過脫輕塔進行脫輕后再進入脫重塔進行脫重，從而獲得高純的三氯氫硅；其中，脫輕塔和脫重塔分別獨立地應用熱泵精餾工藝，即冷凝器中的冷卻介質與塔頂端物料換熱后吸收熱量蒸發為氣體，氣體經壓縮提高壓力和溫度后，進入再沸器作為塔釜熱源釜液，而本身凝結成液體；液體經節流減壓后再回到冷凝器，完成一個循環，由此塔頂低溫處的熱量通過冷卻介質傳遞到塔釜高溫處。該方法可以有效除去三氯氫硅中的輕組分雜質和重組分雜質，得到高純三氯氫硅產品，同時降低能耗，提高經濟效益。然而，該技術仍然存在以下問題：

(1)該技術脫輕系統和脫重系統均需要塔頂冷凝器設備和相應的能量，還需要各自獨立的壓縮機設備和相應的能量，因而設備和能量消耗仍然較大；

(2)脫輕系統和脫重系統分別獨立地應用熱泵精餾技術，每個系統中經過壓縮后在塔釜再沸器與塔釜液體換熱的物流量與經節流減壓所得的物流量完全相等，所以實現系統熱量及物料平衡對參數的設置要求十分嚴格，系統的操作壓力、流量調節靈活性差，系統調節受限；

(3)在環境溫度較高時，該技術得到的是高純三氯氫硅氣體，因此仍需消耗另外的設備和能量將其壓縮為液體，才能儲存和使用。

因此，需要一種成本較低且操作靈活的精餾法制備高純氣體的技術。

發明內容

本發明的目的在于提供一種成本較低且操作靈活的精餾法制備高純氣體的方法和系統。

本發明的目的是通過如下技術方案實現的：

一種精餾法制備高純氣體的方法，包括如下步驟：

(1)將目標氣體原料通入脫輕塔，所述脫輕塔塔頂排出的氣體經過塔頂冷凝器，冷凝的液體作為回流液從塔頂回到所述脫輕塔，未冷凝的輕組分雜質物流排出；所述脫輕塔塔釜采出的物料通入脫重塔，從所述脫重塔塔頂采出提純氣體，塔釜排出重組分雜質物流；

(2)將經過所述脫輕塔塔頂冷凝器換熱的冷卻介質與所述脫重塔塔頂采出的提純氣體合并后壓縮為壓縮氣體，所述壓縮氣體至少分為兩部分，第一部分作為脫輕塔塔釜再沸器的熱源，第二部分作為脫重塔塔釜再沸器的熱源；將所述兩部分壓縮氣體冷凝后形成的液體儲存；

(3)將步驟(2)儲存的液體分為三部分，第一部分經節流膨脹作為所述脫輕塔塔頂冷凝器的冷卻介質；第二部分經節流膨脹作為所述脫重塔的回流液；第三部分作為產品采出。