一种电子级甲烷精馏纯化装置及其方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种电子级甲烷精馏纯化装置及其方法，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔及二级精馏塔、主换热器及过冷器，本发明专利技术精馏纯化装置结构紧凑，通过甲烷循环系统、甲烷精馏系统、原料供应系统及充装系统的作用能够在节能高效的前提下实现提炼出具有高纯度的甲烷。

【技术实现步骤摘要】
一种电子级甲烷精馏纯化装置及其方法
本专利技术涉及一种电子级甲烷精馏纯化装置及其方法。
技术介绍
电子级甲烷是一种非常重要的工业基础材料，广泛应用于半导体集成电路IC、液晶显示器LCD、半导体发光器件LED以及太阳能电池PV等行业。近年来，随着全球石油等能源资源逐渐减少和环境污染，温室效应对气候的影响，世界各国大力发展清洁能源以及节能技术，重点关注低碳经济。在此背景之下，我国的太阳能电池和半导体发光器件及相关产业得到了迅猛发展，电子级甲烷市场非常广阔,目前电子级甲烷制备难度较高，且能耗较大。
技术实现思路
本专利技术对上述问题进行了改进，即本专利技术要解决的技术问题是电子级甲烷需求大，制备难度较高，且能耗较大。本专利技术的具体实施方案是：一种电子级甲烷精馏纯化装置，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔及二级精馏塔、主换热器及过冷器，所述一级精馏塔及二级精馏塔包括塔体，所述塔体的底部具有再沸器，顶部上方具有冷凝器，塔体中部具有填料层，所述冷凝器联通有回流至塔体上部的精馏回流管，所述一级精馏塔冷凝器具有与第二精馏塔塔体中部的连接管；所述一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出；所述二级精馏塔的底部具有重组分收集管，所述重组分收集管与收集罐连接；所述冷凝器的的冷媒进口端具有通入作为冷源的原料甲烷的冷源管，所述冷源管分别通入一级精馏塔及二级精馏塔上端的冷凝器内作为冷源，所述冷凝器连接有将冷源排出的冷源输出管，所述冷源输出管与过冷器连接；所述甲烷循环系统包括压缩机及冷却器，所述过冷器的输出端连接有用于提供作为热源的循环管，所述循环管与一缓冲罐联通，所述缓冲罐经压缩机及冷却器连接最后经第一输出管、第二输出管及第三输出管分别经主换热器与一级精馏塔中部、一级精馏塔底部的再沸器及二级精馏塔底部的再沸器连接作为再沸器的热源；所述二级精馏塔底部的再沸器具有将第三输出管输入的热源后连接第一气液分离器，所述第一气液分离器顶部的气相输出端与循环管连接，第一气液分离器的液相输出端经由第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源；所述二级精馏塔的塔体顶部连通有第二气液分离器，所述第二气液分离器气相输出端经主换热器升温后排出，第二气液分离器的液相输出端具有与二级精馏塔的塔体连接的回液管；进一步的，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括原料供应系统，所述原料供应系统包括汇流排管，所述汇流排管连接有尾气排出管及冷源管，所述汇流排管上连接有两组以上储存有作为冷源甲烷的绝热气瓶。进一步的，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括充装系统，所述充装系统包括产品气瓶，所述产品气瓶经充装管与收集罐连接，所述充装管沿甲烷输送方向依次连接低温泵及气化器，所述充装管上设置有多个控制阀。进一步的，第一输出管、第二输出管及第三输出管经输出连接管与冷却器连接，所述输出连接管上设置有与压缩机进气端连接的压缩机回流管，所述压缩机回流管上设置有回流阀。进一步的，第一气液分离器及第二气液分离器的液相输出端、一级精馏塔及二级精馏塔的底部还连接有排放管。进一步的，第一输出管、精馏回流管、连接管、回液管、重组分收集管、冷源管、第二输出管、重组分排放管，第三输出管、第一排液管、第二排液管上具有阀体。本专利技术还包括一种电子级甲烷精馏纯化方法，包括利用如上所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，具体步骤如下：（1）原料甲烷采用绝热气瓶包装，绝热气瓶设有气相阀和液相阀，用不锈钢软管与原料汇流管连接，采取液体供料方式；（2）为甲烷精馏时，精馏装置以液态甲烷原料做冷源，分别通过冷源管进入一级精馏塔冷凝器和二级精馏塔冷凝器，然后经过产品过冷器和主换热器复热后进入压缩机，经循环压缩机增压后的甲烷分为两部分进入主换热器，一部分通过第一输出管作为一级精馏塔的原料，另一部分分别通过第二输出管及第三输出管作为一级精馏塔再沸器和二级精馏塔再沸器的热源，与精馏塔内液态换热后进入第一气液分离器，分离后的液相第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源，气相经主换热器复热后输出端与循环管进入缓冲罐内进行循环利用；（3）在一级精馏塔中，由底部再沸器提供上升蒸汽，顶部冷凝器提供回流液体经精馏回流管进入精馏塔，上升蒸汽与回流液在精馏塔填料层进行传热传质交换，使重组分与轻组分分离，重组分聚集在精馏塔的底部，一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出，重组分排放管经主换热器复热后排至尾气处理装置；（4）轻组分从塔顶进入冷凝器，一部分被冷凝作为回流液回到精馏塔参与精馏，另一部分未被冷凝的轻组分作为二级精馏塔的原料，经连接管筒连接管上的入口阀V3进入二级精馏塔；（5）二级精馏塔进行甲烷与氮气的分离，甲烷与氮在精馏塔填料层进行传热传质交换，使甲烷与氮分离，从二级精馏塔塔顶排出大部分甲烷和少量氮进入冷凝器，大部分甲烷被液化经第二气液分离器通过回液管作为回流液回到精馏塔参与精馏，少部分未被液化的甲烷和氮经第二气液分离器，气相输出端主换热器复热后排出精馏装置作为尾气处理；重组分甲烷则聚集在二级精馏塔的底部，从经产品过冷器进一步冷却后，经重组分收集管的进入收集罐实现产品的收集；（6）收集罐经管路及气化器充装至各个充入产品气瓶。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术精馏纯化装置结构紧凑，通过甲烷循环系统、甲烷精馏系统、原料供应系统及充装系统的作用能够在节能高效的前提下实现提炼出具有高纯度的甲烷。附图说明图1为本专利技术原料供应系统结构示意图。图2为本专利技术甲烷精馏系统结构示意图。图3为本专利技术甲烷循环系统结构示意图。图4为本专利技术产品充装系统工艺流程结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步详细的说明。如图1～4所示，一种电子级甲烷精馏纯化装置，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔100及二级精馏塔200、主换热器300及过冷器400，所述一级精馏塔及二级精馏塔包括塔体，所述塔体的底部具有再沸器（120，220），塔体的顶部上方具有冷凝器（110,210），塔体中部具有填料层，所述冷凝器联通有回流至塔体上部的精馏回流管140，所述一级精馏塔冷凝器具有与第二精馏塔塔体中部的连接管240；所述一级精馏塔的底部具有重组分排放管130，所述重组分排放管130经由主换热器300升温后排出；所述二级精馏塔的底部具有重组分收集管230，所述重组分收集管230与收集罐600连接；所述冷凝器的的冷媒进口端具有通入作为冷源的原料甲烷的冷源管（110,210），所述冷源管分别通入一级精馏塔及二级精馏塔上端的冷凝器内作为冷源，所述冷凝器连接有将冷源排出的冷源输出管（111,211），所述冷源输出管（111,211）与过冷器400连接；所述甲烷循环系统包本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔及二级精馏塔、主换热器及过冷器，所述一级精馏塔及二级精馏塔包括塔体，所述塔体的底部具有再沸器，顶部上方具有冷凝器，塔体中部具有填料层，所述冷凝器联通有回流至塔体上部的精馏回流管，所述一级精馏塔冷凝器具有与第二精馏塔塔体中部的连接管；/n所述一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出；/n所述二级精馏塔的底部具有重组分收集管，所述重组分收集管与收集罐连接；/n所述冷凝器的的冷媒进口端具有通入作为冷源的原料甲烷的冷源管，所述冷源管分别通入一级精馏塔及二级精馏塔上端的冷凝器内作为冷源，所述冷凝器连接有将冷源排出的冷源输出管，所述冷源输出管与过冷器连接；/n所述甲烷循环系统包括压缩机及冷却器，所述过冷器的输出端连接有用于提供作为热源的循环管，所述循环管与一缓冲罐联通，所述缓冲罐经压缩机及冷却器连接最后经第一输出管、第二输出管及第三输出管分别经主换热器与一级精馏塔中部、一级精馏塔底部的再沸器及二级精馏塔底部的再沸器连接作为再沸器的热源；/n所述二级精馏塔底部的再沸器具有将第三输出管输入的热源后连接第一气液分离器，所述第一气液分离器顶部的气相输出端与循环管连接，第一气液分离器的液相输出端经由第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源；/n所述二级精馏塔的塔体顶部连通有第二气液分离器，所述第二气液分离器气相输出端经主换热器升温后排出，第二气液分离器的液相输出端具有与二级精馏塔的塔体连接的回液管。/n...

【技术特征摘要】
1.一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔及二级精馏塔、主换热器及过冷器，所述一级精馏塔及二级精馏塔包括塔体，所述塔体的底部具有再沸器，顶部上方具有冷凝器，塔体中部具有填料层，所述冷凝器联通有回流至塔体上部的精馏回流管，所述一级精馏塔冷凝器具有与第二精馏塔塔体中部的连接管；
所述一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出；
所述二级精馏塔的底部具有重组分收集管，所述重组分收集管与收集罐连接；
所述冷凝器的的冷媒进口端具有通入作为冷源的原料甲烷的冷源管，所述冷源管分别通入一级精馏塔及二级精馏塔上端的冷凝器内作为冷源，所述冷凝器连接有将冷源排出的冷源输出管，所述冷源输出管与过冷器连接；
所述甲烷循环系统包括压缩机及冷却器，所述过冷器的输出端连接有用于提供作为热源的循环管，所述循环管与一缓冲罐联通，所述缓冲罐经压缩机及冷却器连接最后经第一输出管、第二输出管及第三输出管分别经主换热器与一级精馏塔中部、一级精馏塔底部的再沸器及二级精馏塔底部的再沸器连接作为再沸器的热源；
所述二级精馏塔底部的再沸器具有将第三输出管输入的热源后连接第一气液分离器，所述第一气液分离器顶部的气相输出端与循环管连接，第一气液分离器的液相输出端经由第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源；
所述二级精馏塔的塔体顶部连通有第二气液分离器，所述第二气液分离器气相输出端经主换热器升温后排出，第二气液分离器的液相输出端具有与二级精馏塔的塔体连接的回液管。


2.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括原料供应系统，所述原料供应系统包括汇流排管，所述汇流排管连接有尾气排出管及冷源管，所述汇流排管上连接有两组以上储存有作为冷源甲烷的绝热气瓶。


3.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括充装系统，所述充装系统包括产品气瓶，所述产品气瓶经充装管与收集罐连接，所述充装管沿甲烷输送方向依次连接低温泵及气化器，所述充装管上设置有多个控制阀。


4.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，第一输出管、第二输出管及第三输出管经输出连接管与冷却器连接，所述输出连接管上设置有与压缩机进气端连接的压缩机回流管，所述压缩机回流管...

【专利技术属性】
技术研发人员：许少鹏，何经余，
申请(专利权)人：福建久策气体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35