超高纯氮、氧生成装置制造方法及图纸

提供一种能够同时生成超高纯液氮和超高纯液氧的装置。在第一级精馏塔６内具有上精馏部分１２、中间精馏部分１３和下精馏部分１４。位于上精馏部分１２上面的上部分１１与氮冷凝器８相连。第二级精馏塔７内有一个位于其精馏部分２２下面的再沸器２４。超高纯液氮从第二级精馏塔７的中间精馏部分２２和上精馏部分１２之间被回收，在这里它与靠位于精馏部分２２下面的再沸器２４蒸发的气体逆流接触，因此低沸点组份从其中分离出来。这样，超高纯液氧从第二级精馏塔７的精馏部分２２的下面回收。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种利用精馏塔从作为原料气的空气中同时生成超高纯氮和超高纯氧的超高纯氮、氧生成装置，特别涉及一种能够生成作为杂质的氧的浓度为10ppb或更少的超高纯氮以及其纯度为99.999995％或更高的超高纯氧的生成装置，此种装置可用于半导体制造过程。图5示出了公开(KOKAI)号为296,651/1993的日本专利申请中描述的一种传统的超高纯氮、氧生成装置的流程图。在此图中，标号54表示第一级精馏塔，55表示第二级精馏塔，56表示第三级精馏塔，57表示第四级精馏塔，58表示氮冷凝器，53表示主热交换器，59表示膨胀透平机。当原料空气被压缩后，去除了空气中的二氧化碳和水份，然后通过主热交换器53使其冷却，随着原料空气的液化，一部分原料空气被送入第一级精馏塔54的下部空间部分54e。进入下部空间部分54e的原料空气的液相部分聚集在下部空间部分54e的底部，而气相部分沿第一级精馏塔54向上升，即依次通过下精馏部分54d、中精馏部分54c和上精馏部分54b以便与从上部流下的主要包含液氮的回流液体逆流接触。这样，气相中的氧和主要含有沸点高于氧沸点的组份(碳氢化合物、氮、氙等)被回流液体吸收，同时回流液体中的氮和主要含有沸点比氮沸点低的组份(氖、氢、氦等)被蒸发出来进入气相。这样，含有低沸点组份的高纯氮气集聚在上部空间部分54a中，而含有高沸点组份的富氧液态空气集聚在下部空间部份54e中。将集聚在上部空间部分54a中的高纯氮气送入氮冷凝器58，以便使其冷却下来，然后将如此冷凝的高纯液氮再作为回流液体送入上精馏部分54b，与此同时，聚集了低沸点组份的不凝性气体从系统中排出。一部分集聚在下部空间部分54e中的富氧液态空气进入膨胀阀61，并在该阀中被减压以便得到低温富氧废气，然后将此富氧废气作为一种致冷剂送入氮冷凝器58。接着从氮冷凝器58排出的该富氧废气进入膨胀透平机59，在主热交换器53中进行热交换后从系统中排出。在氮冷凝器58中冷凝了并送入上精馏部分54b的液氮当其从上精馏部份54b中向下流时与主要由氮组成的上升气体逆流接触，由此进一步去除了液氮中剩余的低沸点组份，从而得到超高纯液氮。这种超高纯液聚集氮在位于上精馏部分54b种中间精馏部分54c之间的贮液层54g中。作为超高纯液氮，它们中的一部分被抽出，通过膨胀阀63减压，在经过热交换器后作为一种超高纯氮气产品提供给系统外部，而剩余部分作为回流液体进一步向下流经过中间精馏部分54c。集聚在下部空间部分54e中的另一部分富氧液态空气进入膨胀阀62，在该阀中被减压并部分汽化，从而得到一种气-液混合物，然后将这种气-液混合物送入第二级精馏塔55的精馏部分55b的上面。此气-液混合物的气相部分集聚在上部空间部分55a中，而其液相部分作为回流液体经过精馏部分55b向下流，在55b中与从下面上升的气体逆流接触，由于释放了低沸点的组份而增加了氧的浓度，并集聚在下部空间部分55c中。在下部空间部分55c中装有一个加热集聚在此空间55c中的液体的再沸器71，以便使沸点低于氧沸点的组份(氩、一氧化碳、氮等)有选择地与氧一起蒸发，并上升通过精馏部分55b。这样，含有高沸点组分的液氧集聚在下部空间部分55c中，而含有氧、氮和低沸点组分的气体集聚在上部空间部分55a中，然后它们分别从塔底部和塔顶部排出系统。集聚在第二级精馏塔55的下部空间部分55c液面上的气相部分中的氧气被送入第三级精馏塔56的下部空间部分56c中。在该下部空间部分56c中，当所送入的氧气上升经过精馏部分56b时与回流液体(高纯液氧)逆流接触，由此高沸点组份被回流液体吸收，同时回流液体中的一部分氧也被蒸发出来。在第三级精馏塔56的上部空间部分56a中装有冷却和冷凝集聚在上部空间部分56a中的气体(高纯氧)并将所冷凝的气体作为回流液体提供给精馏部分56b的一个冷凝器81。这样，含有少许高沸点组份的液氧积聚在下部空间部分56c中，含有少许低沸点组份的高纯氧气积聚在上部区间部分56a中。积聚在下部空间部分56c中的含有高沸点组份的液氧被返回到第二级精馏塔55的下部空间部分55c中。集聚在上部空间部分56a的高纯氧气被送入位于第四级精馏塔57的上精馏部分57b和下精馏部分57d之间的中间部分57c中。在中间部分57c中，当所送入的高纯氧气上升通过上精馏部分57b时与回流液体(高纯液氧)逆流接触，由此氧被回流液体吸收，同时回流液体中的低沸点组份蒸发出来。在第四级精馏塔57的上部空间部分57a中装有冷却和冷凝集聚在上部空间部分57a中的气体(高纯氧)并将此冷凝的气体作为所述回流液体提供给精馏部分57b的一个冷凝器82。另一方面，在下部空间部分57e中，安装有一个用于加热集聚在下部空间部分57e中的液体(超高纯液氧)的再沸器72，以便于沸点低于氧沸点的组份有选择地与氧一起蒸发，并且如此蒸发的组份上升，依次通过下精馏部分57d和上精馏部分57b，以便于与回流液体(高纯液氧)逆流接触。这样，超高纯液氧集聚在下部空间部分57e中，而集聚了低沸点组份的氧气积聚在上部空间部分57a中。集聚在上部空间部分57a中的氧气将从塔顶部排出系统，而集聚在下部空间部分57e中的超高纯液氧将作为一种产品被回收并提供给系统外部。公开(KOKAI)号为105,088/1986的日本专利申请公开了一种通过两个精馏塔来生成氮气(99.97％)和超高纯氧气(99.998％)的方法。根据这种方法，原料空气被送入第一级精馏塔的底部并且从第一级精馏塔的精馏部分下端中的一平衡级上面抽出的富氧液态空气被送入第二级精馏塔的顶部，其中富氮气体从第一级精馏塔的顶部附近分离出来，而超高纯氧气从第二级精馏塔精馏部分的下端中的一平衡级上面分离出来(看公报的图2)。尽管公开(KOKAI)号为296,651/1993的日本专利申请公开的装置具有能够通过对原料气体进行液化和精馏来只从一个装置中生产超高纯氮和超高纯氧的优点，但它也有一些缺点，如需要四个精馏塔，并由于设置了多个冷凝器和再沸器使得管路系统和操作条件较复杂。而公开(KOKAI)号为105,088/1986的日本专利申请公开的方法不能同时生成超高纯氮。考虑到上述问题，本专利技术旨在提出一种能够利用简单的装置同时生成超高纯氮和超高纯氧的装置。本专利技术的超高纯氮、氧生成装置包括第一级精馏塔，按从上到下的顺序，该塔具有第一上部空间部分、上精馏部分、中间精馏部分、下精馏部分和第一下部空间部分；第二级精馏塔，它具有第二上部空间部分、精馏部分和第二下部空间部分；利用与致冷剂进行间接热交换来冷却原料空气并将如此冷却的空气提供给所述下精馏部分的下面的主热交换器；将高纯液氮作为回流液体供给所述上精馏部分的上面的高纯液氮供给管；用于冷却集聚在第一上部空间部分中的高纯氮气的氮冷凝器，该冷凝器将在其内冷凝了的高纯液氮作为回流液体的一部分供给上精馏部分的上面，而将不凝性气体排出系统；用于使集聚在第一下部空间部分中的富氧液态空气减压的第一膨胀阀，该阀将在其内生成的富氧废气作为致冷剂供给氮冷凝器；用于提供在氮冷凝器中作致冷剂的富氧废气，然后在此处将富氧废气作为致冷剂排出送给主热交换器的富氧废气管；用于从上精馏部分和中间精馏部分之间回收作为超高纯液氮的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超高纯氮、氧生成装置，它包括：按从上到下顺序具有第一上部空间部分、上精馏部分、中间精馏部分、下精馏部分和第一下部空间部分的第一级精馏塔；具有第二上部空间部分、精馏部分和第二下部空间部分的第二级精馏塔；通过间接与致冷剂热交换来 冷却原料空气的主热交换器，该热交换器将如此冷却的空气送到所述下精馏部分的下面；用于向所述上精馏部分的上面提供高纯液氮来作为回流液体的高纯液氮供给管；用于冷却集聚在第一上部空间部分中的高纯氮气的氮冷凝器，该冷凝器将如此冷凝的高纯液氮送 到上精馏部分的上面来作为一部分回流液体，并将不凝性气体排出系统；用于使集聚在第一下部空间部分中的富氧液态空气减压的第一膨胀阀，该阀将如此生成的富氧废气送入氮冷凝器中作为致冷剂；用于将在氮冷凝器中作致冷剂然后从冷凝器中排出的富氧废气送 入所述主热交换器作致冷剂的富氧废气管；用于从上精馏部分和中间精馏部分之间回收一部分回流液体作超高纯液氮的超高纯氮输送管；用于使从中间精馏部分和下精馏部分之间送入的一部分回流液体减压的第二膨胀阀，该阀将如此生成的气－液混合物送到第二级 精馏塔的精馏部分的上面；位于第二下部空间部分的用于加热集聚在第二下部空间部分中的液体使其部分蒸发的再沸器；用于将集聚在第二上部空间部分中的气体排出系统的废气管；以及用于回收集聚在第二下部空间部分中的液体作超高纯液氧的超高纯氧输送 管。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 1995-11-2 286134/951.一种超高纯氮、氧生成装置，它包括按从上到下顺序具有第一上部空间部分、上精馏部分、中间精馏部分、下精馏部分和第一下部空间部分的第一级精馏塔；具有第二上部空间部分、精馏部分和第二下部空间部分的第二级精馏塔；通过间接与致冷剂热交换来冷却原料空气的主热交换器，该热交换器将如此冷却的空气送到所述下精馏部分的下面；用于向所述上精馏部分的上面提供高纯液氮来作为回流液体的高纯液氮供给管；用于冷却集聚在第一上部空间部分中的高纯氮气的氮冷凝器，该冷凝器将如此冷凝的高纯液氮送到上精馏部分的上面来作为一部分回流液体，并将不凝性气体排出系统；用于使集聚在第一下部空间部分中的富氧液态空气减压的第一膨胀阀，该阀将如此生成的富氧废气送入氮冷凝器中作为致冷剂；用于将在氮冷凝器中作致冷剂然后从冷凝器中排出的富氧废气送入所述主热交换器作致冷剂的富氧废气管；用于从上精馏部分和中间精馏部分之间回收一部分回流液体作超高纯液氮的超高纯氮输送管；用于使从中间精馏部分和下精馏部分之间送入的一部分回流液体减压的第二膨胀阀，该阀将如此生成的气-液混合物送到第二级精馏塔的精馏部分的上面；位于第二下部空间部分的用于加热集聚在第二下部空间部分中的液体使其部分蒸发的再沸器；用于将集聚在第二上部空间部分中的气体排出系统的废气管；以及用于回收集聚在第二下部空间部分中的液体作超高纯液氧的超高纯氧输送管。2.一种超高纯氮、氧生成装置，它包括按从上到下顺序具有第一上部空间部分、上精馏部分、中间精馏部分、下精馏部分和第一下部空间部分的第一级精馏塔；具有第二上部空间部分、精馏部分和第二下部空间部分的第二级精馏塔；通过间接与致冷剂热交换来冷却原料空气的主热交换器，该热交换器将如此冷却的空气送到所述下精馏部分的下面；用于冷却集聚在第一上部空间部分中的高纯氮气的氮冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：山本隆夫，富田伸二，田亮，
申请(专利权)人：缔酸株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]