本实用新型专利技术属于一种以氮气热泵精馏生产超高纯一氧化碳的装置；包括原料气储罐、热泵、废气炉和产品罐，原料气储罐通过第二调节阀与第二换热器的原料气进口相连，第二换热器的原料气出口通过第二节流阀与第一精馏塔的原料气进口相连，第一精馏塔的气相出口通过第一换热器的第一原料气进口、第一换热器的第一原料气出口与第一气液分离器相连，第一气液分离器的液相出口分别与第一精馏塔的原料液进口和第二精馏塔的第一原料液进口相连，第二精馏塔的液相出口通过第四调节阀与产品罐相连；具有工艺流程简单、操作简便、运行稳定、低能耗、运行安全可靠、产品单位电耗低、降低生产成本和能将产品纯度提高至99.999％超高纯级别的特点。
【技术实现步骤摘要】
本技术属于生产超高纯一氧化碳
，具体涉及一种以氮气热泵精馏生产超高纯一氧化碳的装置。
技术介绍
一氧化碳作为一种重要的有机化工原料，可用于制备如氨、光气等，也可作为还原剂以提取高纯度镍。高纯一氧化碳(99.99％)主要用于半导体领域的芯片刻蚀等。在许多科学家的不懈努力下，涌出一批制备高纯一氧化碳的新技术和新方法，其中包括“合成气分离提纯法”、“碳高温还原二氧化碳法”、“甲酸甲脂催化法”“甲醇裂解法”“甲酸脱水法”。目前从混合气体中分离一氧化碳的工业化技术有深冷法和变压吸附法。1、以甲酸甲脂为原料的一氧化碳制取流程，以贵金属化合物作为催化剂(如氯化铂、四氧化钌等)，以碱金属或碱土金属作为助催化剂，通过加热分解甲酸甲脂来制备，该工艺虽然简单，甲酸甲脂转化率较高，但一氧化碳的纯度仅为99.5％，离4N以上的高纯一氧化碳尚有一定差距。2、以甲酸为原料的高纯一氧化碳制取流程，甲酸在有浓硫酸、70～170℃条件下脱水，形成一氧化碳和水。光明院早在20世纪80年代就采用该方法进行规模性生产研究，该工艺一氧化碳产品纯度较高，可达99.99％以上，满足高纯一氧化碳，但该工艺对设备腐蚀严重，废酸后处理困难，反应速度随浓硫酸浓度下降而不断减小，有待不断完善和发展。3、以一氧化碳为原料的高纯一氧化碳制取流程(变压吸附法)，采用变压吸附工艺分离一氧化碳是近年来国际上的新兴技术，主要是通过高选择性吸附剂对一氧化碳的吸附，达到高纯的目的。即利用Cu+与一氧化碳之间中等强度的选择性络合吸附作用。一氧化碳与铜离子之间形成了电子接受键，产生配位键，显著提高了一氧化碳的吸附容量。该工艺可在常温下运行，装置简单，自动化程度高，运行费用低，一氧化碳纯度可达99.99％高纯级，具有很大竞争优势。4、以一氧化碳为原料的高纯一氧化碳制取流程(低温精馏法)，该工艺主要利用原料气各组分相对挥发度的差异，低温条件下，在精馏塔内进行液化精馏，一氧化碳纯度可达99.99％，但是传统的低温精馏法提纯一氧化碳技术存在缺陷，产品纯度的高低与设备投资等成正比，另外精馏过程中精馏的热效率低下，造成能量的浪费，生产成本的升高。
技术实现思路
本技术的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种采用热泵精馏和双塔精馏的低温精馏方式、工艺流程简单、操作简便，运行稳定、低能耗和制备液相一氧化碳纯度不低于99.999％的以氮气热泵精馏生产超高纯一氧化碳的装置。本技术的目的是这样实现的：包括原料气储罐、热泵、废气炉和产品罐，原料气储罐通过第二调节阀与第二换热器的原料气进口相连，第二换热器的原料气出口通过第二节流阀与第一精馏塔的原料气进口相连，第一精馏塔顶部的气相出口通过第一换热器的第一原料气进口、第一换热器的第一原料气出口与第一气液分离器的原料气进口相连，第一气液分离器底部的液相出口分别与第一精馏塔的原料液进口和第二精馏塔的第一原料液进口相连，第二精馏塔的底部液相出口通过第四调节阀与产品罐的液相进口相连；第一精馏塔底部液相出口通过第二换热器的第一尾气进口和第二换热器的第一尾气出口与第一调节阀相连，第一调节阀与废气炉相连；第一气液分离器顶部的气相出口通过第二换热器的第二尾气进口和第二换热器的第二尾气出口与第一调节阀相连；第二精馏塔顶部气相出口通过第一换热器的第二原料气进口和第一换热器的第二原料气出口与第二气液分离器的原料气进口相连，第二气液分离器顶部气相出口通过第二换热器的第三尾气进口和第二换热器第三尾气出口与第一调节阀相连；第二气液分离器底部液相出口通过管道与第二精馏塔的第二原料液进口相连；热泵循环气出口依次通过第二换热器的第一循环气进口、第二换热器的第一循环气出口、设在第一精馏塔底部的第一再沸器、设在第二精馏塔底部的第二再沸器、第一节流阀、第一换热器的第一循环气进口、第一换热器的第一循环气出口、第二换热器第二循环气进口和第二换热器的第二循环气出口，所述的第二换热器的第二循环气出口通过管道与热泵循环气进口相连。优选地，所述第一气液分离器底部的液相出口与第二精馏塔的第一原料液进口之间设有第三调节阀。本技术采用热泵精馏、双塔精馏的低温精馏方式，生产超高纯一氧化碳，产品液相一氧化碳纯度不低于99.995％，其填补了国内超高纯一氧化碳生产的空白，与传统精馏技术相比，本技术具有如下优点：1.将逆向卡诺循环原理和热泵精馏工艺用于一氧化碳的提纯和液化，将冷凝热用作再沸器热源，提高精馏系统的能量利用率，大幅降低产品能耗；2.采用双塔精馏技术，提高原料气的多元化，解决了原料气中甲烷、氮气、氩气、氧气等难以脱除、脱除能耗高的问题；3.产品纯度可达99.999％以上，填补国内超高纯一氧化碳生产空白，解决了变压吸附法生产一氧化碳产品纯度99.99％。在解决传统精馏设备复杂、投资大、热力学效率等问题的同时解决了变压吸附产品质量达不到超高纯级的问题；具有工艺流程简单、操作简便、运行稳定、低能耗、运行安全可靠、产品单位电耗低、降低生产成本和能将产品纯度提高至99.999％超高纯级别的特点；对高纯一氧化碳标气的研究及半导体领域的发展提供保障，具有很好的经济和社会效益。附图说明图1为本技术的结构示意图。具体实施方式为了对本技术的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本技术的具体实施方式，在各图中相同的标号表示相同的部件。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。如图1所示，本技术包括原料气储罐7、热泵9、废气炉6和产品罐15，原料气储罐7通过第二调节阀49与第二换热器8的原料气进口18相连，第二换热器8的原料气出口19通过第二节流阀2与第一精馏塔10的原料气进口20相连，第一精馏塔10顶部的气相出口21通过第一换热器12的第一原料气进口22、第一换热器12的第一原料气出口23与第一气液分离器11的原料气进口24相连，第一气液分离器11底部的液相出口38分别与第一精馏塔10的原料液进口25和第二精馏塔14的第一原料液进口26相连，第二精馏塔14的底部液相出口33通过第四调节阀5与产品罐15的液相进口34相连；第一精馏塔10底部液相出口32通过第二换热器8的第一尾气进口42和第二换热器8的第一尾气出口43与第一调节阀1相连，第一调节阀1与废气炉6相连；第一气液分离器11顶部的气相出口35通过第二换热器8的第二尾气进口36和第二换热器8的第二尾气出口37与第一调节阀1相连；第二精馏塔14顶部气相出口27通过第一换热器12的第二原料气进口28和第一换热器12的第二原料气出口29与第二气液分离器13的原料气进口30相连，第二气液分离器13顶部气相出口39通过第二换热器8的第三尾气进口40和第二换热器8第三尾气出口41与第一调节阀1相连；第二气液分离器13底部液相出口48通过管道与第二精馏塔14的第二原料液进口31相连；热泵9循环气出口45依次通过第二换热器8的第一循环气进口46、第二换热器8的第一循环气出口47、设在第一精馏塔10底部的第一再沸器16、设在第二精馏塔14底部的第二再沸器17、第一节流阀3、第一换热器12的第一循环气进口52、第一换热器12的第一循环气出口53、第二换热器8第二循环气进口51和本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种以氮气热泵精馏生产超高纯一氧化碳的装置，包括原料气储罐(7)、热泵(9)、废气炉(6)和产品罐(15)，其特征在于：原料气储罐(7)通过第二调节阀(49)与第二换热器(8)的原料气进口(18)相连，第二换热器(8)的原料气出口(19)通过第二节流阀(2)与第一精馏塔(10)的原料气进口(20)相连，第一精馏塔(10)顶部的气相出口(21)通过第一换热器(12)的第一原料气进口(22)、第一换热器(12)的第一原料气出口(23)与第一气液分离器(11)的原料气进口(24)相连，第一气液分离器(11)底部的液相出口(38)分别与第一精馏塔(10)的原料液进口(25)和第二精馏塔(14)的第一原料液进口(26)相连，第二精馏塔(14)的底部液相出口(33)通过第四调节阀(5)与产品罐(15)的液相进口(34)相连；第一精馏塔(10)底部液相出口(32)通过第二换热器(8)的第一尾气进口(42)和第二换热器(8)的第一尾气出口(43)与第一调节阀(1)相连，第一调节阀(1)与废气炉(6)相连；第一气液分离器(11)顶部的气相出口(35)通过第二换热器(8)的第二尾气进口(36)和第二换热器(8)的第二尾气出口(37)与第一调节阀(1)相连；第二精馏塔(14)顶部气相出口(27)通过第一换热器(12)的第二原料气进口(28)和第一换热器(12)的第二原料气出口(29)与第二气液分离器(13)的原料气进口(30)相连，第二气液分离器(13)顶部气相出口(39)通过第二换热器(8)的第三尾气进口(40)和第二换热器(8)第三尾气出口(41)与第一调节阀(1)相连；第二气液分离器(13)底部液相出口(48)通过管道与第二精馏塔(14)的第二原料液进口(31)相连；热泵(9)循环气出口(45)依次通过第二换热器(8)的第一循环气进口(46)、第二换热器(8)的第一循环气出口(47)、设在第一精馏塔(10)底部的第一再沸器(16)、设在第二精馏塔(14)底部的第二再沸器(17)、第一节流阀(3)、第一换热器(12)的第一循环气进口(52)、第一换热器(12)的第一循环气出口(53)、第二换热器(8)第二循环气进口(51)和第二换热器(8)的第二循环气出口(50)，所述的第二换热器(8)的第二循环气出口(50)通过管道与热泵(9)循环气进口(44)相连。...
【技术特征摘要】
1.一种以氮气热泵精馏生产超高纯一氧化碳的装置，包括原料气储罐(7)、热泵(9)、废气炉(6)和产品罐(15)，其特征在于：原料气储罐(7)通过第二调节阀(49)与第二换热器(8)的原料气进口(18)相连，第二换热器(8)的原料气出口(19)通过第二节流阀(2)与第一精馏塔(10)的原料气进口(20)相连，第一精馏塔(10)顶部的气相出口(21)通过第一换热器(12)的第一原料气进口(22)、第一换热器(12)的第一原料气出口(23)与第一气液分离器(11)的原料气进口(24)相连，第一气液分离器(11)底部的液相出口(38)分别与第一精馏塔(10)的原料液进口(25)和第二精馏塔(14)的第一原料液进口(26)相连，第二精馏塔(14)的底部液相出口(33)通过第四调节阀(5)与产品罐(15)的液相进口(34)相连；第一精馏塔(10)底部液相出口(32)通过第二换热器(8)的第一尾气进口(42)和第二换热器(8)的第一尾气出口(43)与第一调节阀(1)相连，第一调节阀(1)与废气炉(6)相连；第一气液分离器(11)顶部的气相出口(35)通过第二换热器(8)的第二尾气进口(36)和第二换热器(8)的第二尾气出口(37)与第一调节阀(1)相连；第二精馏塔(14)顶部气...
【专利技术属性】
技术研发人员：闫红伟，陈剑军，银延蛟，郭俊磊，吕书山，张亚清，郑宪文，张永生，
申请(专利权)人：河南心连心深冷能源股份有限公司，
类型：新型
国别省市：河南;41
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