一種高純氯氣精餾工藝及其設備的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種高純氯氣精餾工藝，將工業液氯輸送至汽化器，在1.2MPa下進入第一蒸餾塔，至第一蒸餾塔的液位達到85%；第一蒸餾塔升壓至1.0MPa，由第一冷凝器冷凝后進入第一回流罐，第一回流罐中60%的釜液輸送至第二蒸餾塔；第一回流罐中的液位30%-40%，第二蒸餾塔升壓至1.8MPa；第二冷凝器冷凝后的釜液回流至第二蒸餾塔，再進入第三蒸餾塔，控制第二蒸餾塔的液位為60-75%，至第三蒸餾塔的液位達到85%，對第三蒸餾塔升壓至1.5MPa；由第三冷凝器冷凝后進入第三回流罐，至純度達到99.9999%，第三回流罐的液位達到60%，第三回流罐中液氯純度為99.9999%，得到高純氯氣；采用該方法，能夠穩定連續地進行原料的加入及產品的產出，提高了生產能力，連續精餾降低能源消耗，運行穩定，操作安全。
【專利說明】一種高純氯氣精餾工藝及其設備
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種精餾工藝，具體地說，涉及一種高純氯氣精餾工藝及其設備，屬于高純氯氣生產【技術領域】。
【背景技術】
[0002]氯氣是氯堿工業的主要產品之一，是一種強氧化劑與氯化劑。高純氯氣是工業液氯經過提純而得到的高純氣體，作為標準氣、校正氣，另外其應用還包括在微電子、光纖光纜、聞溫超導、聞性能合金冶煉，以及有關工業、基礎科學研究等尖端科技領域。
[0003]長期以來，我國高純氯一直依賴進口，80-90年代我國才有了吸附凈化法生產的高純氯氣，其純度可達到99.996%。吸附法制取高純氯需要將工業氯中的雜深度清質去除，雜質包括H20、02、N2, CO2, CO、H2, CH4等。吸附法是采用化學處理的沸石吸附除去CO2、烴類及其金屬離子，用干燥劑、沸石二級吸附除H2O,冷凝分離低沸點雜質，低溫裝瓶得到高純氯氣。吸附法制的高純氯氣需要制備不受氯氣腐蝕、不與氯起化學反應的干燥劑與吸附劑、選擇適宜的干燥，吸附、再生和冷凝的工藝條件等是技術難度很大和研究內容很多的課題，吸附法設備簡單，有一定的局限性，無法滿足高產量的要求。
[0004]冷凝法制得高純氯的分離過程簡單，能除去02、N2, CO2, CO、H2, CH4等低沸點雜質，但難以除去氯氣中的微量水，且對原料氯中含水量要求很嚴，否則會堵塞、腐蝕設備和管道
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[0005]國內還沒有正規的高純氯生產廠家，只有大連光明院特種氣體研究中心擁有少量通過吸附法間歇制備高純氯的生產技術，其產品量基本為5噸/年。中國氣體協會在特氣使用上有較大市場，年使用量約為300噸，國外著名氣體銷售商如普萊克斯、林德氣體、空氣產品公司及法國液化空氣集團中國總銷售量也能達到300噸/年。因此，電子工業用氯氣國內市場基本上被國外生產廠商所壟斷。

【發明內容】

[0006]本發明要解決的問題是針對以上不足，提供一種高純氯氣精餾工藝及其設備，去除氯氣中微量水效果好、設備操作簡單、運行安全、無污染，能夠滿足規模化生產需要，節省成本，經濟效益高，純度≥99.999%。
[0007]為解決以上問題，本發明采用以下技術方案:一種高純氯氣精餾工藝，其特征在于:所述精餾工藝包括以下步驟:
I)將液氯鋼瓶中的工業液氯輸送至汽化器，平衡后調節汽化器的熱水進水量，使汽化器中壓力保持在1.2MPa ;工業液氯純度為98.9%_99.5%，其中雜質含量:H20(600-800ppm)、02 (700-900ppm)、N2 (700_900ppm)、CO2 (700_900ppm)、CO (700_900ppm)、H2(10_20ppm)、CH4< (15-30ppm)以及金屬離子。汽化器受熱后，液氯汽化，由于液氯鋼瓶與汽化器通過氣相平衡管道連通，液氯鋼瓶壓力隨汽化器壓力升高而逐漸提高。
[0008]2)打開第一蒸餾塔的進料閥，控制進料流量在200_270kg/h，直至第一蒸餾塔的液位達到85% ；
然后對第一蒸餾塔緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸餾塔內液氯壓力控制在1.0Mpa，第一蒸餾塔內含高沸點組分的液氯從出料口回收，其余的液氯從第一蒸餾塔頂部的出氣口由第一冷凝器冷凝后進入第一回流罐，第一回流罐中40%的釜液返回至第一蒸餾塔內進行回流，第一回流罐中60%的釜液輸送至第二蒸餾塔。
[0009]3)保持第一回流罐中的液氯液位在30%_40%，控制第一回流罐至第二蒸餾塔的進料量為100-150kg/h，直至第二蒸餾塔的液位達到85% ；
然后對第二蒸餾塔緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸餾塔壓力控制在 L 8MPa ；
第二蒸餾塔內釜液的02、N2, CO2, CO、H2, CH4低沸點組分經第二蒸餾塔頂部的出氣口由第二冷凝器排空、洗滌，然后回收，第二冷凝器冷凝后的釜液回流至第二蒸餾塔，從第二蒸餾塔底部得到純度達到99.991%的釜液。低沸點組分通過冷凝器排空去洗滌，然后進行回收，冷凝器冷凝的液氯全回流進入第二蒸餾塔中無采出，故去除第二回流罐的設置，直接用管道連接冷凝器底部液體出口回流至第二蒸餾塔。既滿足了工藝生產，又節約了投資，同時降低了設備產生雜質對產品純度的影響。
[0010]4)步驟3)所得釜液進入第三蒸餾塔，控制第二蒸餾塔的液位為60-75%，直至第三蒸餾塔的液位達到85%，然后對第三蒸餾塔緩慢升溫升壓，保持第三蒸餾塔壓力在1.5MPa ；控制進料量28-33kg/h，純度為99.991%的液氯經第三蒸餾塔精餾，通過頂部的出氣口由第三冷凝器冷凝后進入第三回流罐，精餾初期第三回流罐中液氯純度不合格時，100%液氯回流至第三蒸餾塔，直至純度達到99.9999%，回流量緩慢變化為30-40kg/h，每小時變化(5kg/h ； 所述第三回流罐的液位達到60%，檢測第三回流罐中液氯產品純度為99.9999%時，采出得到所述高純氯氣；
將第三蒸餾塔中夾雜水的液氯釜液從其底部回收至液氯回收鋼瓶內。
[0011]一種優化方案，所述步驟2)、步驟3)、步驟4)中，分別采用螺旋式電加熱進行升溫升壓。這種加熱效果好，運行安全，容易操作，減少了有害離子等雜質的產生。溫度可以采用遠程時時監控，對電加熱器進行半自動化控制，設定溫度范圍，超量程及時進行糾正。
[0012]基于以上精餾工藝，一種實施所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述設備包括連通的液氯鋼瓶、汽化器、第一蒸餾塔、第二蒸餾塔和第三蒸餾塔；
所述汽化器的出液口連通第一蒸餾塔的進液口；
所述第一蒸餾塔的頂部設置有第一冷凝器，第一冷凝器的進口與第一蒸餾塔的頂部出氣口連通，第一冷凝器的出液口連通有第一回流罐，第一回流罐的出液口連通第一蒸餾塔的回流口、第二蒸餾塔的進液口 ；
所述第二蒸餾塔的頂部出氣口連通有第二冷凝器，第二冷凝器的出液口連通第二蒸餾塔的回流口，第二蒸餾塔的出料口連通第三蒸懼塔的進液口 ；
所述第三蒸餾塔的上部設置有第三冷凝器，第三冷凝器的進口與第三蒸餾塔的頂部出氣口連通，第三冷凝器的出液口連通有第三回流罐，第三回流罐的出液口連通第三蒸餾塔的回流口。
[0013]一種優化方案，所述第一蒸餾塔和第三蒸餾塔底部的出料口連通有液氯回收鋼瓶?；厥蘸蟮囊郝瓤梢詽M足其他生產需要，使原料氣得到充分利用。
[0014]另一種優化方案，所述第一蒸餾塔的下部設有第一電加熱器；
所述第二蒸餾塔的下部設有第二電加熱器；
所述第三蒸餾塔的下部設有第三電加熱器。
[0015]再一種優化方案，所述第一電加熱器、第二電加熱器、第三電加熱器為螺旋式電加熱器。
[0016]進一步的優化方案，所述第一回流罐的出液口與第二蒸餾塔的進液口之間設有液氯輸送泵。
[0017]再進一步的優化方案，所述第一冷凝器的冷凝介質為0°C鹽水；
所述第二冷凝器的冷凝介質為20-33°C循環水；
所述第三冷凝器的冷凝介質為20-33°C循環水。
[0018]更進一步的優化方案，所述第二冷凝器傾斜設置。這種設置降低了安裝高度，節約空間，提高傳熱系數，順利收集被冷卻的氣體中的液體，方便與液體的蒸發后，回氣不會帶液，還有就是液體得以沉積，沉積后的液體繼續吸熱蒸發，不會有閃發性氣體存在。
[0019]本發明采用以上技術方案，與現有技術相比，具有以下優點: 汽化器可以采用廢熱低壓蒸氣或蒸氣冷凝水進行加熱，一方面更好的控制溫度，另一方面有效節約能源。大大降低了生產成本。
[0020]該精餾工藝采用連續精餾的方法，能夠穩定連續地進行原料的加入及產品的產出，相對于吸附法及冷凝法，大大提高了生產能力。同時連續精餾降低了能源消耗，運行穩定，操作安全。
[0021]能耗低、投資少；工藝中需要消耗的電能設備為電加熱器，耗電功率80KW就足夠，生產It高純氯氣耗電能15kwh。設備少，結構簡單，需要投資少，操作簡單，維護方便。
[0022]生產過程中不會產生廢酸、廢氣、廢水、廢渣等，對環境不會造成污染，符合當前國家提倡的清潔生產要求。
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]附圖1為本發明實施例中高純氯氣精餾工藝的流程圖；
圖中，
1-氯氣鋼瓶，2-汽化器，3-第一蒸餾塔，4-第二蒸餾塔，5-第三蒸餾塔，6-液氯輸送泵，7-第一回流罐，8-第二冷凝器，9-第三回流罐，10-第一冷凝器，11-第三冷凝器，12-液氯回收鋼瓶，13-第一電加熱器，14-第二電加熱器，15-第三電加熱器。
【具體實施方式】
[0025]以下對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用于說明和解釋本發明，并不用于限定本發明。除非另有說明，本發明中所采用的百分數均為體積百分數。
[0026]實施例，如圖1所示，一種高純氯氣精餾工藝，包括以下步驟:
I)打開原料罐即氯氣鋼瓶I的液相口閥門，向汽化器2中通入液氯，當原料罐即氯氣鋼瓶I的重量30 min內不再變化時，氯氣鋼瓶I與汽化器2內的液位達到平衡。[0027]平衡后打開熱水調節閥，通過汽化器2對系統進行緩慢升壓，直至液氯壓力達到
1.2MPa，調節熱水進水量，使汽化器中壓力保持在1.2MPa。
[0028]工業液氯純度一般為98.9%-99.5%，其中雜質含量:H20 (600-800ppm)、O2 (700-900ppm)、N2 (700_900ppm)、H2(10_20ppm)、CO2 (700_900ppm)、CO (700_900ppm)、CH4< (15-30ppm)以及金屬離子。汽化器受熱后，液氯汽化，由于液氯鋼瓶與汽化器通過氣相平衡管道連通，液氯鋼瓶壓力隨汽化器壓力升高而逐漸提高。
[0029]汽化器I為Q345R材質，容積為1.5m3。
[0030]2)打開第一蒸餾塔3的進料閥，液氯自汽化器2進入第一蒸餾塔3，控制進料流量在200-270kg/h，直至達到85%液位。
[0031]然后對第一蒸餾塔3緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸餾塔3內液氯壓力控制在1.0Mpa，打開塔頂冷凝器0°C冷凝鹽水閥門、回收閥、回流閥；第一蒸餾塔3內含高沸點組分三氯化氮的液氯從出料口回收至液氯回收鋼瓶12內，其余的液氯從第一蒸餾塔3頂部的出氣口由第一冷凝器10冷凝后進入第一回流罐7，第一回流罐7中40%的釜液返回至第一蒸餾塔3內進行回流，第一回流罐7中60%的釜液輸送至第二蒸餾塔4 ；
控制回收流量在95-100kg/h，回流流量在30-40kg/h。
[0032]3)保持第一回流罐7中的液氯液位在30%_40%，通過液氯輸送泵6將液氯打入第二蒸餾塔4，控制第一回流罐7至第二蒸餾塔4的進料量為100-150kg/h，直至第二蒸餾塔4的液位達到85% ；
然后對第二蒸餾塔4緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸餾塔4壓力控制在 1.8MPa ；
打開第二冷凝器8常溫循環水閥門、回流閥及排空閥；控制排空流量在0.8-1.3 NmVh,第二蒸餾塔4內釜液的低沸點組分02、N2, CO2, CO、H2, CH4經第二蒸餾塔4頂部的出氣口由第二冷凝器8排空、洗滌，然后回收，第二冷凝器8冷凝后的釜液回流至第二蒸餾塔4，從第二蒸餾塔4底部得到純度達到99.991%的釜液。
[0033]4)步驟3)所得釜液進入第三蒸餾塔5，控制第二蒸餾塔4的液位為60_75%，直至第三蒸餾塔5的液位達到85%，然后對第三蒸餾塔5緩慢升溫升壓，打開第三冷凝器11的常溫循環水閥門及第三蒸餾塔5的回收口閥門、回流口閥門；控制回收流量在25-30 kg/h，回流流量在30-40 kg/h,保持第三蒸餾塔5壓力在1.5MPa ;控制進料量28_33kg/h，純度為99.991%的液氯經第三蒸餾塔5精餾，通過頂部的出氣口由第三冷凝器11冷凝后進入第三回流罐9，精餾初期第三回流罐9中液氯純度不合格時，100%液氯回流至第三蒸餾塔5，直至純度達到99.9999%，回流量緩慢變化為30-40kg/h，每小時變化< 5kg/h ；
所述第三回流罐9的液位達到60%，檢測第三回流罐9中液氯產品純度為99.9999%時，采出得到所述高純氯氣，進入充裝車間進行充裝；
將第三蒸餾塔5中夾雜水的液氯釜液從其底部回收至液氯回收鋼瓶12內。
[0034]步驟2)、步驟3)、步驟4)中，分別采用螺旋式電加熱進行升溫升壓。
[0035]實現以上精餾工藝的裝置，包括連通的液氯鋼瓶(I)、汽化器2、第一蒸餾塔3、第二蒸餾塔4和第三蒸餾塔5 ;汽化器2的出液口連通第一蒸餾塔3的進液口 ；第一蒸餾塔3的頂部設置有第一冷凝器10，第一冷凝器10的進口與第一蒸餾塔3的頂部出氣口連通，第一冷凝器10的出液口連通有第一回流罐7，第一回流罐7的出液口連通第一蒸餾塔3的回流口、第二蒸餾塔4的進液口 ；第二蒸餾塔4的頂部出氣口連通有第二冷凝器8，第二冷凝器8的出液口連通第二蒸餾塔4的回流口，第二蒸餾塔4的出料口連通第三蒸餾塔5的進液口 ；第三蒸餾塔5的上部設置有第三冷凝器11，第三冷凝器11的進口與第三蒸餾塔5的頂部出氣口連通，第三冷凝器11的出液口連通有第三回流罐9，第三回流罐9的出液口連通第三蒸餾塔5的回流口。
[0036]第一蒸餾塔3和第三蒸餾塔5底部的出料口連通有液氯回收鋼瓶12。
[0037]第一蒸餾塔3的下部設有第一電加熱器13 ;第二蒸餾塔4的下部設有第二電加熱器14 ;第三蒸懼塔5的下部設有第三電加熱器15。
[0038]第一電加熱器13、第二電加熱器14、第三電加熱器15為螺旋式電加熱器。
[0039]第一回流罐7的出液口與第二蒸餾塔4的進液口之間設有液氯輸送泵6。
[0040]第一冷凝器10的冷凝介質為0°C鹽水；第二冷凝器8的冷凝介質為20_33°C循環水；第三冷凝器11的冷凝介質為20-33°C循環水。
[0041 ] 第二冷凝器8傾斜設置。
[0042]以上設備均為目前市售的公知設備。
[0043]取樣點氯氣純度及雜質含量對照表如下:
【權利要求】
1.一種高純氯氣精餾工藝，其特征在于:所述精餾工藝包括以下步驟: 1)將工業液氯輸送至汽化器(2)，調節汽化器(2)的壓力保持在1.2MPa ； 2)液氯從汽化器(2)進入第一蒸餾塔(3)，控制進料流量在200-270kg/h，直至第一蒸餾塔(3)的液位達到85%; 然后對第一蒸餾塔(3)緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸餾塔(3)內液氯壓力控制在l.0MPa，第一蒸餾塔(3)內含高沸點組分的液氯從出料口回收，其余的液氯從第一蒸餾塔(3)頂部的出氣口由第一冷凝器(10)冷凝后進入第一回流罐(7)，第一回流罐(7)中40%的釜液返回至第一蒸餾塔(3)內進行回流，第一回流罐(7)中60%的釜液輸送至第二蒸餾塔(4); 3)保持第一回流罐(7)中的液氯液位在30%-40%，控制第一回流罐(7)至第二蒸餾塔(4)的進料量為100-150kg/h，直至第二蒸餾塔(4)的液位達到85% ； 然后對第二蒸餾塔(4)緩慢升溫升壓，壓力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸餾塔(4)壓力控制在1.8MPa ； 第二蒸餾塔(4)內釜液的低沸點組分經第二蒸餾塔(4)頂部的出氣口由第二冷凝器(8)排空、洗滌，然后回收，第二冷凝器(8)冷凝后的釜液回流至第二蒸餾塔(4)，從第二蒸餾塔(4)底部得到純度達到99.991%的釜液； 4)步驟3)所得釜液進入第三蒸餾塔(5)，控制第二蒸餾塔(4)的液位為60%-75%，直至第三蒸餾塔(5)的液位達到85%，然后對第三蒸餾塔(5)緩慢升溫升壓，保持第三蒸餾塔(5)壓力在1.5MPa ;控制進料量28-33kg/h，純度為99.991%的液氯經第三蒸餾塔(5)精餾，通過頂部的出氣口由第三冷凝器(11)冷凝后進入第三回流罐(9)，精餾初期第三回流罐(9)中液氯純度不合格時，100%液氯回流至第三蒸餾塔(5)，直至純度達到99.9999%，回流量緩慢變化為30-40kg/h，每小時變化< 5kg/h ； 所述第三回流罐(9)的液位達到60%，檢測第三回流罐(9)中液氯產品純度為99.9999%時，采出得到所述高純氯氣； 將第三蒸餾塔(5)中夾雜水的液氯釜液從其底部回收至液氯回收鋼瓶(12)內。
2.如權利要求1所述的一種高純氯氣精餾工藝，其特征在于:所述步驟2)、步驟3)、步驟4)中，分別采用螺旋式電加熱進行升溫升壓。
3.一種實施如權利要求1所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述設備包括連通的液氯鋼瓶(I)、汽化器(2 )、第一蒸餾塔(3 )、第二蒸餾塔(4)和第三蒸餾塔(5 ); 所述汽化器(2)的出液口連通第一蒸餾塔(3)的進液口 ； 所述第一蒸餾塔(3)的頂部設置有第一冷凝器(10)，第一冷凝器(10)的進口與第一蒸餾塔(3)的頂部出氣口連通，第一冷凝器(10)的出液口連通有第一回流罐(7)，第一回流罐(7)的出液口連通第一蒸餾塔(3)的回流口、第二蒸餾塔(4)的進液口 ； 所述第二蒸餾塔(4)的頂部出氣口連通有第二冷凝器(8)，第二冷凝器(8)的出液口連通第二蒸餾塔(4)的回流口，第二蒸餾塔(4)的出料口連通第三蒸餾塔(5)的進液口 ； 所述第三蒸餾塔(5 )的上部設置有第三冷凝器(11)，第三冷凝器(11)的進口與第三蒸餾塔(5 )的頂部出氣口連通，第三冷凝器(11)的出液口連通有第三回流罐(9 )，第三回流罐(9)的出液口連通第三蒸餾塔(5)的回流口。
4.如權利要求3所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第一蒸餾塔(3)和第三蒸餾塔(5)底部的出料口連通有液氯回收鋼瓶(12)。
5.如權利要求3所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第一蒸餾塔(3)的下部設有第一電加熱器(13)； 所述第二蒸餾塔(4)的下部設有第二電加熱器(14)； 所述第三蒸餾塔(5)的下部設有第三電加熱器(15)。
6.如權利要求5所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第一電加熱器(13)、第二電加熱器(14)、第三電加熱器(15)為螺旋式電加熱器。
7.如權利要求3所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第一回流罐(7)的出液口與第二蒸餾塔(4)的進液口之間設有液氯輸送泵(6)。
8.如權利要求3所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第一冷凝器(10)的冷凝介質為0°C鹽水； 所述第二冷凝器(8)的冷凝介質為20-33°C循環水； 所述第三冷凝器(11)的冷凝介質為20-33°C循環水。
9.如權利要求3- 8其中之一所述精餾工藝的設備，其特征在于:所述第二冷凝器(8)傾斜設置。
【文檔編號】C01B7/07GK103466549SQ201310362571
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】楊秀玲, 苗乃芬, 李建學 申請人:山東新龍科技股份有限公司