一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法及装置与流程

1.本发明涉及化工生产技术领域，具体为一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法及装置。


背景技术：

2.精馏是利用混合物中各组分挥发度不同而将各组分加以分离的一种分离过程，常用的设备有板式精馏塔和填料精馏塔，精密精馏的原理及设备流程与普通精馏相同，只是待分离物系中的组分间的相对挥发度较小(＜1.05-1.10)，因而采用高效精密填料以实现待分离组分的分离提纯。
3.根据中国专利号cn202121397807.5，本实用新型公开了一种均四甲苯精馏分离装置，包括精馏分离罐体，所述精馏分离罐体的外部设有内框架，所述内框架的外部设有外框架，所述内框架和所述外框架通过螺栓和螺母进行固定，所述外框架和所述内框架之间设有管道槽，所述管道槽的内部设有上限位板和下限位板，所述上限位板和所述下限位板的外部设有连接杆，所述连接杆插入在所述管道槽的内部与所述上限位板和所述下限位板通过焊接固定，所述管道槽的外部设有蝶形螺母，所述蝶形螺母嵌套在所述连接杆的外部通过螺纹连接。该装置通过在精馏分离罐体的外部设有框架结构，便于对与精馏分离罐体连接的各管道结构进行连接固定，提高了精馏分离罐体在使用过程中的稳定性以及安全性，但是该专利存在不能够实现投料、混合、传输一体式的生产过程，需要进行改进。
4.根据中国专利号cn202020227112.1，本实用新型涉及了一种油品精馏分离器，包括精馏分离器，热交换器、柴油分离器和汽油分离器；所述精馏分离器、热交换器、柴油分离器和汽油分离器皆为柱体；四个柱体的底侧设置有底座、中间和顶侧的位置固定有横担；四个柱体、底座、横担共同组成撬装。本实用新型提供了一种油品精馏分离器，实现对油品的精馏分离；采用撬装式的设计，将众多设备集成四个柱体上，体积小，重量低，占地面积大幅减小，造价低；节约了工艺管道和安装材料，也降低了操作压力；提高了传热效率，方便安装和维修；改变了油品流动方式，节约成本并简化工艺流程；使用方便，操作简单，能用于常压蒸馏，也可用于减压蒸馏，适用于各种有机物分离和油品分馏，但是该专利存在不利于产业化的生产工作，需要进行改进。
5.根据中国专利号cn202110241168.1，本发明公开一种液态烃类混合物的精馏分离工艺，包括步骤一、液态烃类混合物的快速气相液相分离，步骤二、气相混合物的循环加热反应，步骤三、溶水保温加热桶的连接和控温，步骤四、气相混合物的溶水收集，步骤五、余液的液膜法渗透分离收集；本发明的精馏分离工艺直接将精馏分离塔温度升至最高挥发温度，使液态烃类混合物快速实现气相和液相成分的分离，同时通过多组不同温度的保温加热桶内的去离子纯水根据不同物质的挥发温度实现溶水收集，收集分离效率高，分离效果好，同时对于精馏分离塔内的余液采用液膜法进行渗透分离，提高了液态烃原料的总转化率和利用率，大大提高了分离产物的产量，但是该专利存在不方便进行多次的分离生产工作，需要进行改进。
6.但是现有使用的一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的装置使用过程中还是存在一些不足之处，使用的过程中不能够实现精馏工业气体生产的投料、混合、传输一体式的生产过程，不利于产业化的生产工作，同时存在不方便进行混合流体多次的分离生产工作，所以需要一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的装置，以解决上述中提出的问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
8.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
9.一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法，包括以下步骤：
10.s1、将冷却、压缩过的原料空气的第一部分引入至第一存储塔内部，第一存储塔内运行压力范围为410-660kpa，将冷却、压缩过的原料空气第二部分经过冷凝后同样引入至第一存储塔内部；
11.s2、将进入到第一存储塔内部的流体通过第一分离滤网分离成富氮和富氧流体，并将两股流体引入至第二存储塔内部，第二存储塔的内运行压力范围为220-380kpa，接着通过热交换器、第二分离滤网将流体分离成富氮蒸汽和富氧液体，富氮蒸汽后续被复热到接近于环境温度，并作为氮气产品被回收；
12.s3、再通过与冷却、压缩过的原料空气的进行间接热交换使的富氧液体蒸发，以便于进行下一步冷凝；
13.s4、然后回收从步骤s3的热交换中所得到的蒸汽，以作为氧气产品；
14.s5、最后，从第二存储塔流出的含氩流体引入氩塔，再将含氩流体分离成富氧液体和富氩蒸汽，然后回收部分富氩流体。
15.一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的装置，包括第一分离生产结构、第二分离生产结构和传输连接结构，所述第一分离生产结构的侧端位置连通有传输连接结构，所述传输连接结构的侧端位置连通有第二分离生产结构；
16.所述第一分离生产结构包括分离生产部件、连通管、连通槽架和第一存储塔；
17.所述分离生产部件设在第一分离生产结构的内端顶部，所述分离生产部件的底端位置连通有连通管，所述连通管的侧端位置连通有连通槽架，所述连通槽架的下端位置连通有第一存储塔；
18.所述第一分离生产结构还包括连通主管和第二存储塔；
19.所述第二存储塔与第一存储塔相连通设置，所述第二存储塔的后端位置与连通主管相连通设置；
20.所述第一分离生产结构还包括传输导管、中心存储塔和中心连管；
21.所述第二存储塔的侧端位置与传输导管相连通设置，所述传输导管的中心与中心存储塔相连通设置，所述中心存储塔的后端位置与中心连管相连通设置；
22.所述分离生产部件包括连导盘、调控生产装置、防护架、底板防护盘和连通直管；
23.所述连导盘设在分离生产部件的内端顶部位置，所述连导盘的下端位置与连通直管相连通，所述连通直管的下端位置与调控生产装置相连通设置，所述调控生产装置的侧端位置固定连接有防护架，所述防护架的底端位置固定连接有底板防护盘；
24.所述调控生产装置包括顶盘防护套、第一分离滤网、第二分离滤网和底盘防护套；
25.所述顶盘防护套设在调控生产装置的内端顶部，所述顶盘防护套的内端中心转动连接有第一分离滤网，所述第一分离滤网的下端与第二分离滤网相连通设置，所述第二分离滤网的底端位置与底盘防护套相连通设置；
26.所述传输连接结构包括传导直管、纵管和混合管；
27.所述传导直管设在传输连接结构的内端顶部，所述传导直管的下端位置与纵管相连通设置，所述纵管的底端位置与混合管相连通设置；
28.所述传输连接结构还包括第一外传支管和第二外传支管；
29.所述第一外传支管连通在混合管的侧端中心位置处，所述第一外传支管连通在混合管的侧端顶部位置处。
30.优选的，所述传输连接结构通过第一外传支管、第二外传支管与外界管体相连通设置。
31.优选的，所述传导直管与外端相连通设置，且传导直管通过纵管与混合管相连通。
32.优选的，所述混合管与底盘防护套的中心位置相连通设置。
33.优选的，所述第一分离滤网、第二分离滤网位于顶部位置设有驱动电机。
34.优选的，所述调控生产装置通过顶盘防护套与连通直管相连通，且连导盘的底部设有连通管体。
35.优选的，所述中心连管与外界相连通设置，且中心连管通过中心存储塔、传输导管与第二存储塔相连通。
36.优选的，所述第一分离生产结构的顶部位置固定连接有支撑方架，所述支撑方架的中心设有配合传导块，所述配合传导块的侧端位置与风管相连通设置。
37.优选的，所述步骤s1中冷却、压缩过的原料空气的第一部分的占比为70-90％，冷却、压缩过的原料空气的第二部分的占比为10-30％。
38.与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
39.一、本发明通过安装第一分离生产结构和第二分离生产结构，第一分离生产结构、第二分离生产结构采用对称设置，可实现与传输连接结构的连通设置，且第一分离生产结构通过分离生产部件、连通管、连通槽架、第一存储塔组合连接，通过分离生产部件可进行分离生产工作，通过连通管、连通槽架、第一存储塔方便进行原料的供给工作，方便进行机械化的生产，有助于工业化的调控目的。
40.二、本发明通过安装传输连接结构，传输连接结构由传导直管、纵管、混合管、第一外传支管和第二外传支管组合设置，混合管可进行原料混合，且通过传导直管、纵管进行传输工作，通过第一外传支管、第二外传支管实现与外界的连通，实现产品的传导作业，方便进行整体的连通生产工作。
41.三、本发明通过安装配合传导块、风管和支撑方架，配合传导块与风管相连通设置，且配合传导块的底端位置与第一分离生产结构、第二分离生产结构、传输连接结构相连通，可进行恒温处理，实现内部环境温度的调控，且支撑方架的设置，方便进行配合传导块、风管的安装连接工作。
42.四、本发明能最大限度地提高产品的回收率、增加液体产量和提高产品纯度，并且所需投资较少，与使进入低压塔的空气膨胀的传统系统相比，所需的主热交换器更短而且
数量也少，另外本发明还可获得高的产品输送压力，这将减少或抵消产品压缩费用。
附图说明
43.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
44.图1为本发明的流程示意图；
45.图2为本发明的主体结构示意图；
46.图3为本发明主体的侧视图；
47.图4为本发明第一分离生产结构的结构示意图；
48.图5为本发明第一分离生产结构的侧视图；
49.图6为本发明第一分离生产结构的后视图；
50.图7为本发明分离生产部件的结构示意图；
51.图8为本发明调控生产装置的结构示意图；
52.图9为本发明传输连接结构的结构示意图；
53.图10为本发明传输连接结构的侧视图；
54.图11为本发明主体的第二实施例结构示意图。
55.图中：1-第一分离生产结构、2-第二分离生产结构、3-传输连接结构、4-分离生产部件、5-连通管、6-连通槽架、7-第一存储塔、8-连通主管、9-第二存储塔、10-传输导管、11-中心存储塔、12-中心连管、13-连导盘、14-调控生产装置、15-防护架、16-底板防护盘、17-连通直管、18-顶盘防护套、19-第一分离滤网、20-第二分离滤网、21-底盘防护套、22-传导直管、23-纵管、24-混合管、25-第一外传支管、26-第二外传支管、27-配合传导块、28-风管、29-支撑方架。
具体实施方式
56.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
57.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语
″
第一
″
、
″
第二
″
等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施例。此外，术语
″
包括
″
和
″
具有
″
以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
58.下面结合附图对本发明进一步说明。
59.实施例1
60.一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法，参阅图1，包括以下步骤：
61.s1、将冷却、压缩过的原料空气的第一部分引入至第一存储塔内部，第一存储塔内运行压力为450kpa，将冷却、压缩过的原料空气第二部分经过冷凝后同样引入至第一存储塔内部；
62.s2、将进入到第一存储塔内部的流体通过第一分离滤网分离成富氮和富氧流体，并将两股流体引入至第二存储塔内部，第二存储塔的内运行压力为260kpa，接着通过热交换器、第二分离滤网将流体分离成富氮蒸汽和富氧液体，富氮蒸汽后续被复热到接近于环境温度，并作为氮气产品被回收；
63.s3、再通过与冷却、压缩过的原料空气的进行间接热交换使的富氧液体蒸发，以便于进行下一步冷凝；
64.s4、然后回收从步骤s3的热交换中所得到的蒸汽，以作为氧气产品；
65.s5、最后，从第二存储塔流出的含氩流体引入氩塔，再将含氩流体分离成富氧液体和富氩蒸汽，然后回收部分富氩流体。
66.其中，步骤s1中冷却、压缩过的原料空气的第一部分的占比为72％，冷却、压缩过的原料空气的第二部分的占比为28％
67.实施例2
68.一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法，参阅图1，包括以下步骤：
69.s1、将冷却、压缩过的原料空气的第一部分引入至第一存储塔内部，第一存储塔内运行压力为600kpa，将冷却、压缩过的原料空气第二部分经过冷凝后同样引入至第一存储塔内部；
70.s2、将进入到第一存储塔内部的流体通过第一分离滤网分离成富氮和富氧流体，并将两股流体引入至第二存储塔内部，第二存储塔的内运行压力为270kpa，接着通过热交换器、第二分离滤网将流体分离成富氮蒸汽和富氧液体，富氮蒸汽后续被复热到接近于环境温度，并作为氮气产品被回收；
71.s3、再通过与冷却、压缩过的原料空气的进行间接热交换使的富氧液体蒸发，以便于进行下一步冷凝；
72.s4、然后回收从步骤s3的热交换中所得到的蒸汽，以作为氧气产品；
73.s5、最后，从第二存储塔流出的含氩流体引入氩塔，再将含氩流体分离成富氧液体和富氩蒸汽，然后回收部分富氩流体。
74.其中，步骤s1中冷却、压缩过的原料空气的第一部分的占比为85％，冷却、压缩过的原料空气的第二部分的占比为15％。
75.实施例3
76.一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的方法，参阅图1，包括以下步骤：
77.s1、将冷却、压缩过的原料空气的第一部分引入至第一存储塔内部，第一存储塔内运行压力范围为660kpa，将冷却、压缩过的原料空气第二部分经过冷凝后同样引入至第一存储塔内部；
78.s2、将进入到第一存储塔内部的流体通过第一分离滤网分离成富氮和富氧流体，并将两股流体引入至第二存储塔内部，第二存储塔的内运行压力范围为380kpa，接着通过热交换器、第二分离滤网将流体分离成富氮蒸汽和富氧液体，富氮蒸汽后续被复热到接近
于环境温度，并作为氮气产品被回收；
79.s3、再通过与冷却、压缩过的原料空气的进行间接热交换使的富氧液体蒸发，以便于进行下一步冷凝；
80.s4、然后回收从步骤s3的热交换中所得到的蒸汽，以作为氧气产品；
81.s5、最后，从第二存储塔流出的含氩流体引入氩塔，再将含氩流体分离成富氧液体和富氩蒸汽，然后回收部分富氩流体。
82.其中，步骤s1中冷却、压缩过的原料空气的第一部分的占比为90％，冷却、压缩过的原料空气的第二部分的占比为10％。
83.综合实施例1-3，可以得出本发明能最大限度地提高产品的回收率、增加液体产量和提高产品纯度，并且所需投资较少，与使进入低压塔的空气膨胀的传统系统相比，所需的主热交换器更短而且数量也少，另外本发明还可获得高的产品输送压力，这将减少或抵消产品压缩费用。
84.实施例4
85.请参阅图2、图3、图4，本发明提供的一种实施例：一种低温精馏分离制备超高纯工业气体的装置，包括第一分离生产结构1、第二分离生产结构2和传输连接结构3，第一分离生产结构1的侧端位置连通有传输连接结构3，传输连接结构3的侧端位置连通有第二分离生产结构2；
86.请参阅图4，第一分离生产结构1包括分离生产部件4、连通管5、连通槽架6和第一存储塔7，通过分离生产部件4、连通管5、连通槽架6和第一存储塔7的设置，方便进行具体的分离生产工作，实现整体混合连通工作；
87.分离生产部件4设在第一分离生产结构1的内端顶部，分离生产部件4的底端位置连通有连通管5，连通管5的侧端位置连通有连通槽架6，连通槽架6的下端位置连通有第一存储塔7；
88.请参阅图5，第一分离生产结构1还包括连通主管8和第二存储塔9；
89.第二存储塔9与第一存储塔7相连通设置，第二存储塔9的后端位置与连通主管8相连通设置；
90.请参阅图6，第一分离生产结构1还包括传输导管10、中心存储塔11和中心连管12，通过传输导管10、中心存储塔11和中心连管12的设置，方便进行分离生产工作；
91.第二存储塔9的侧端位置与传输导管10相连通设置，传输导管10的中心与中心存储塔11相连通设置，中心存储塔11的后端位置与中心连管12相连通设置；
92.请参阅图7，分离生产部件4包括连导盘13、调控生产装置14、防护架15、底板防护盘16和连通直管17，通过连导盘13、调控生产装置14、防护架15、底板防护盘16和连通直管17的连接设置，方便进行传输混合工作，实现整体的连通工作；
93.连导盘13设在分离生产部件4的内端顶部位置，连导盘13的下端位置与连通直管17相连通，连通直管17的下端位置与调控生产装置14相连通设置，调控生产装置14的侧端位置固定连接有防护架15，防护架15的底端位置固定连接有底板防护盘16；
94.请参阅图8，调控生产装置14包括顶盘防护套18、第一分离滤网19、第二分离滤网20和底盘防护套21，通过顶盘防护套18、第一分离滤网19、第二分离滤网20和底盘防护套21的组合设置，方便进行调节控制工作，有利于进行分离作业；
95.顶盘防护套18设在调控生产装置14的内端顶部，顶盘防护套18的内端中心转动连接有第一分离滤网19，第一分离滤网19的下端与第二分离滤网20相连通设置，第二分离滤网20的底端位置与底盘防护套21相连通设置；
96.请参阅图9，传输连接结构3包括传导直管22、纵管23和混合管24，通过传导直管22、纵管23和混合管24的组合连接，方便进行传输导排的工作，实现高效的组合生产工作；
97.传导直管22设在传输连接结构3的内端顶部，传导直管22的下端位置与纵管23相连通设置，纵管23的底端位置与混合管24相连通设置；
98.请参阅图10，传输连接结构3还包括第一外传支管25和第二外传支管26，通过第一外传支管25和第二外传支管26的组合连接，方便进行传输连接任务，有助于进行配合生产工作；
99.第一外传支管25连通在混合管24的侧端中心位置处，第一外传支管25连通在混合管24的侧端顶部位置处。
100.请参阅图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10，传输连接结构3通过第一外传支管25、第二外传支管26与外界管体相连通设置，传导直管22与外端相连通设置，且传导直管22通过纵管23与混合管24相连通，混合管24与底盘防护套21的中心位置相连通设置，第一分离滤网19、第二分离滤网20位于顶部位置设有驱动电机，调控生产装置14通过顶盘防护套18与连通直管17相连通，且连导盘13的底部设有连通管体，中心连管12与外界相连通设置，且中心连管12通过中心存储塔11、传输导管10与第二存储塔9相连通，通过结构的组合连接，方便进行整体的连通配合工作，方便进行生产处理工作。
101.本实施例在实施时，使用者将第一分离生产结构1、第二分离生产结构2、传输连接结构3进行连接，实现整体的连通作业，通过中心连管12可进行供料工作，通过中心存储塔11进行存储，且中心存储塔11与传输导管10进行连通，传输导管10与第二存储塔9可进行连通，且通过连通主管8与连通槽架6、第一存储塔7相连通设置，通过连通管5的传输，可传输至分离生产部件4的内部，方便进行分离作业，分离生产部件4通过连导盘13、调控生产装置14、防护架15、底板防护盘16和连通直管17组合连接，底板防护盘16进行底部的支撑工作，防护架15可进行调控生产装置14的安装防护，且连导盘13通过连通直管17与调控生产装置14的内部进行连通，方便进行生产作业，调控生产装置14通过顶盘防护套18、第一分离滤网19、第二分离滤网20和底盘防护套21组合设置，第一分离滤网19、第二分离滤网20可通过驱动进行转动，实现分离生产工作，且顶盘防护套18、底盘防护套21进行防护，实现内外的隔离，且通过底盘防护套21可进行侧部混合生产工作，实现与外界连通工作，之后传输至传输连接结构3的内端，传输连接结构3通过传导直管22、纵管23、混合管24、第一外传支管25和第二外传支管26组合设置，通过传导直管22、纵管23可进行原料的注入，且在混合管24的内部可进行混合生产工作，混合管24通过第一外传支管25、第二外传支管26与外界进行连通，方便进行产品的传输生产工作。
102.实施例5
103.在实施例4的基础上，如图11所示，第一分离生产结构1的顶部位置固定连接有支撑方架29，支撑方架29的中心设有配合传导块27，配合传导块27的侧端位置与风管28相连通设置。
104.本实施例在实施时，通过安装配合传导块27、风管28和支撑方架29，配合传导块27
与风管28相连通设置，且配合传导块27的底端位置与第一分离生产结构1、第二分离生产结构2、传输连接结构3相连通，可进行恒温处理，实现内部环境温度的调控，且支撑方架29的设置，方便进行配合传导块27、风管28的安装连接工作。
105.工作原理：首先将第一分离生产结构1、第二分离生产结构2、传输连接结构3进行组合，原料通过中心连管12进行置入，通过中心存储塔11、传输导管10、连通主管8、第二存储塔9、连通槽架6、第一存储塔7实现传输的功能，通过连通管5可与分离生产部件4进行连通，方便进行分离生产工作，分离生产部件4内的连导盘13通过连通直管17与调控生产装置14的内端进行连通，且第一分离滤网19、第二分离滤网20可进行转动，实现分离过滤工作，调控生产装置14通过顶盘防护套18、第一分离滤网19、第二分离滤网20和底盘防护套21组合设置，第一分离滤网19、第二分离滤网20可通过驱动进行转动，实现分离生产工作，且顶盘防护套18、底盘防护套21进行防护，实现内外的隔离，且通过底盘防护套21可进行侧部混合生产工作，实现与外界连通工作，之后传输至传输连接结构3的内端，通过底盘防护套21的中心位置方便进行导排，传输至纵管23位置处，使用者将原料二通过传导直管22进行传输，通过纵管23传导至混合管24位置处，通过混合管24进行混合工作，之后通过第一外传支管25、第二外传支管26实现导排的目的，完成工作。
106.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。