一种高纯氯气精馏工艺及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种高纯氯气精馏工艺，将工业液氯输送至汽化器，在1.2MPa下进入第一蒸馏塔，至第一蒸馏塔的液位达到85%；第一蒸馏塔升压至1.0MPa，由第一冷凝器冷凝后进入第一回流罐，第一回流罐中60%的釜液输送至第二蒸馏塔；第一回流罐中的液位30%-40%，第二蒸馏塔升压至1.8MPa；第二冷凝器冷凝后的釜液回流至第二蒸馏塔，再进入第三蒸馏塔，控制第二蒸馏塔的液位为60-75%，至第三蒸馏塔的液位达到85%，对第三蒸馏塔升压至1.5MPa；由第三冷凝器冷凝后进入第三回流罐，至纯度达到99.9999%，第三回流罐的液位达到60%，第三回流罐中液氯纯度为99.9999%，得到高纯氯气；采用该方法，能够稳定连续地进行原料的加入及产品的产出，提高了生产能力，连续精馏降低能源消耗，运行稳定，操作安全。
【专利说明】一种高纯氯气精馏工艺及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种精馏工艺，具体地说，涉及一种高纯氯气精馏工艺及其设备，属于高纯氯气生产【技术领域】。
【背景技术】
[0002]氯气是氯碱工业的主要产品之一，是一种强氧化剂与氯化剂。高纯氯气是工业液氯经过提纯而得到的高纯气体，作为标准气、校正气，另外其应用还包括在微电子、光纤光缆、闻温超导、闻性能合金冶炼，以及有关工业、基础科学研究等尖端科技领域。
[0003]长期以来，我国高纯氯一直依赖进口，80-90年代我国才有了吸附净化法生产的高纯氯气，其纯度可达到99.996%。吸附法制取高纯氯需要将工业氯中的杂深度清质去除，杂质包括H20、02、N2, CO2, CO、H2, CH4等。吸附法是采用化学处理的沸石吸附除去CO2、烃类及其金属离子，用干燥剂、沸石二级吸附除H2O,冷凝分离低沸点杂质，低温装瓶得到高纯氯气。吸附法制的高纯氯气需要制备不受氯气腐蚀、不与氯起化学反应的干燥剂与吸附剂、选择适宜的干燥，吸附、再生和冷凝的工艺条件等是技术难度很大和研究内容很多的课题，吸附法设备简单，有一定的局限性，无法满足高产量的要求。
[0004]冷凝法制得高纯氯的分离过程简单，能除去02、N2, CO2, CO、H2, CH4等低沸点杂质，但难以除去氯气中的微量水，且对原料氯中含水量要求很严，否则会堵塞、腐蚀设备和管道
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[0005]国内还没有正规的高纯氯生产厂家，只有大连光明院特种气体研究中心拥有少量通过吸附法间歇制备高纯氯的生产技术，其产品量基本为5吨/年。中国气体协会在特气使用上有较大市场，年使用量约为300吨，国外著名气体销售商如普莱克斯、林德气体、空气产品公司及法国液化空气集团中国总销售量也能达到300吨/年。因此，电子工业用氯气国内市场基本上被国外生产厂商所垄断。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的问题是针对以上不足，提供一种高纯氯气精馏工艺及其设备，去除氯气中微量水效果好、设备操作简单、运行安全、无污染，能够满足规模化生产需要，节省成本，经济效益高，纯度≥99.999%。
[0007]为解决以上问题，本发明采用以下技术方案:一种高纯氯气精馏工艺，其特征在于:所述精馏工艺包括以下步骤:
I)将液氯钢瓶中的工业液氯输送至汽化器，平衡后调节汽化器的热水进水量，使汽化器中压力保持在1.2MPa ;工业液氯纯度为98.9%_99.5%，其中杂质含量:H20(600-800ppm)、02 (700-900ppm)、N2 (700_900ppm)、CO2 (700_900ppm)、CO (700_900ppm)、H2(10_20ppm)、CH4< (15-30ppm)以及金属离子。汽化器受热后，液氯汽化，由于液氯钢瓶与汽化器通过气相平衡管道连通，液氯钢瓶压力随汽化器压力升高而逐渐提高。
[0008]2)打开第一蒸馏塔的进料阀，控制进料流量在200_270kg/h，直至第一蒸馏塔的液位达到85% ；
然后对第一蒸馏塔缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸馏塔内液氯压力控制在1.0Mpa，第一蒸馏塔内含高沸点组分的液氯从出料口回收，其余的液氯从第一蒸馏塔顶部的出气口由第一冷凝器冷凝后进入第一回流罐，第一回流罐中40%的釜液返回至第一蒸馏塔内进行回流，第一回流罐中60%的釜液输送至第二蒸馏塔。
[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馏塔的进料量为100-150kg/h，直至第二蒸馏塔的液位达到85% ；
然后对第二蒸馏塔缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸馏塔压力控制在 L 8MPa ；
第二蒸馏塔内釜液的02、N2, CO2, CO、H2, CH4低沸点组分经第二蒸馏塔顶部的出气口由第二冷凝器排空、洗涤，然后回收，第二冷凝器冷凝后的釜液回流至第二蒸馏塔，从第二蒸馏塔底部得到纯度达到99.991%的釜液。低沸点组分通过冷凝器排空去洗涤，然后进行回收，冷凝器冷凝的液氯全回流进入第二蒸馏塔中无采出，故去除第二回流罐的设置，直接用管道连接冷凝器底部液体出口回流至第二蒸馏塔。既满足了工艺生产，又节约了投资，同时降低了设备产生杂质对产品纯度的影响。
[0010]4)步骤3)所得釜液进入第三蒸馏塔，控制第二蒸馏塔的液位为60-75%，直至第三蒸馏塔的液位达到85%，然后对第三蒸馏塔缓慢升温升压，保持第三蒸馏塔压力在1.5MPa ；控制进料量28-33kg/h，纯度为99.991%的液氯经第三蒸馏塔精馏，通过顶部的出气口由第三冷凝器冷凝后进入第三回流罐，精馏初期第三回流罐中液氯纯度不合格时，100%液氯回流至第三蒸馏塔，直至纯度达到99.9999%，回流量缓慢变化为30-40kg/h，每小时变化(5kg/h ； 所述第三回流罐的液位达到60%，检测第三回流罐中液氯产品纯度为99.9999%时，采出得到所述高纯氯气；
将第三蒸馏塔中夹杂水的液氯釜液从其底部回收至液氯回收钢瓶内。
[0011]一种优化方案，所述步骤2)、步骤3)、步骤4)中，分别采用螺旋式电加热进行升温升压。这种加热效果好，运行安全，容易操作，减少了有害离子等杂质的产生。温度可以采用远程时时监控，对电加热器进行半自动化控制，设定温度范围，超量程及时进行纠正。
[0012]基于以上精馏工艺，一种实施所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述设备包括连通的液氯钢瓶、汽化器、第一蒸馏塔、第二蒸馏塔和第三蒸馏塔；
所述汽化器的出液口连通第一蒸馏塔的进液口；
所述第一蒸馏塔的顶部设置有第一冷凝器，第一冷凝器的进口与第一蒸馏塔的顶部出气口连通，第一冷凝器的出液口连通有第一回流罐，第一回流罐的出液口连通第一蒸馏塔的回流口、第二蒸馏塔的进液口 ；
所述第二蒸馏塔的顶部出气口连通有第二冷凝器，第二冷凝器的出液口连通第二蒸馏塔的回流口，第二蒸馏塔的出料口连通第三蒸懼塔的进液口 ；
所述第三蒸馏塔的上部设置有第三冷凝器，第三冷凝器的进口与第三蒸馏塔的顶部出气口连通，第三冷凝器的出液口连通有第三回流罐，第三回流罐的出液口连通第三蒸馏塔的回流口。
[0013]一种优化方案，所述第一蒸馏塔和第三蒸馏塔底部的出料口连通有液氯回收钢瓶。回收后的液氯可以满足其他生产需要，使原料气得到充分利用。
[0014]另一种优化方案，所述第一蒸馏塔的下部设有第一电加热器；
所述第二蒸馏塔的下部设有第二电加热器；
所述第三蒸馏塔的下部设有第三电加热器。
[0015]再一种优化方案，所述第一电加热器、第二电加热器、第三电加热器为螺旋式电加热器。
[0016]进一步的优化方案，所述第一回流罐的出液口与第二蒸馏塔的进液口之间设有液氯输送泵。
[0017]再进一步的优化方案，所述第一冷凝器的冷凝介质为0°C盐水；
所述第二冷凝器的冷凝介质为20-33°C循环水；
所述第三冷凝器的冷凝介质为20-33°C循环水。
[0018]更进一步的优化方案，所述第二冷凝器倾斜设置。这种设置降低了安装高度，节约空间，提高传热系数，顺利收集被冷却的气体中的液体，方便与液体的蒸发后，回气不会带液，还有就是液体得以沉积，沉积后的液体继续吸热蒸发，不会有闪发性气体存在。
[0019]本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有以下优点: 汽化器可以采用废热低压蒸气或蒸气冷凝水进行加热，一方面更好的控制温度，另一方面有效节约能源。大大降低了生产成本。
[0020]该精馏工艺采用连续精馏的方法，能够稳定连续地进行原料的加入及产品的产出，相对于吸附法及冷凝法，大大提高了生产能力。同时连续精馏降低了能源消耗，运行稳定，操作安全。
[0021]能耗低、投资少；工艺中需要消耗的电能设备为电加热器，耗电功率80KW就足够，生产It高纯氯气耗电能15kwh。设备少，结构简单，需要投资少，操作简单，维护方便。
[0022]生产过程中不会产生废酸、废气、废水、废渣等，对环境不会造成污染，符合当前国家提倡的清洁生产要求。
[0023]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]附图1为本发明实施例中高纯氯气精馏工艺的流程图；
图中，
1-氯气钢瓶，2-汽化器，3-第一蒸馏塔，4-第二蒸馏塔，5-第三蒸馏塔，6-液氯输送泵，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-液氯回收钢瓶，13-第一电加热器，14-第二电加热器，15-第三电加热器。
【具体实施方式】
[0025]以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为体积百分数。
[0026]实施例，如图1所示，一种高纯氯气精馏工艺，包括以下步骤:
I)打开原料罐即氯气钢瓶I的液相口阀门，向汽化器2中通入液氯，当原料罐即氯气钢瓶I的重量30 min内不再变化时，氯气钢瓶I与汽化器2内的液位达到平衡。[0027]平衡后打开热水调节阀，通过汽化器2对系统进行缓慢升压，直至液氯压力达到
1.2MPa，调节热水进水量，使汽化器中压力保持在1.2MPa。
[0028]工业液氯纯度一般为98.9%-99.5%，其中杂质含量:H20 (600-800ppm)、O2 (700-900ppm)、N2 (700_900ppm)、H2(10_20ppm)、CO2 (700_900ppm)、CO (700_900ppm)、CH4< (15-30ppm)以及金属离子。汽化器受热后，液氯汽化，由于液氯钢瓶与汽化器通过气相平衡管道连通，液氯钢瓶压力随汽化器压力升高而逐渐提高。
[0029]汽化器I为Q345R材质，容积为1.5m3。
[0030]2)打开第一蒸馏塔3的进料阀，液氯自汽化器2进入第一蒸馏塔3，控制进料流量在200-270kg/h，直至达到85%液位。
[0031]然后对第一蒸馏塔3缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸馏塔3内液氯压力控制在1.0Mpa，打开塔顶冷凝器0°C冷凝盐水阀门、回收阀、回流阀；第一蒸馏塔3内含高沸点组分三氯化氮的液氯从出料口回收至液氯回收钢瓶12内，其余的液氯从第一蒸馏塔3顶部的出气口由第一冷凝器10冷凝后进入第一回流罐7，第一回流罐7中40%的釜液返回至第一蒸馏塔3内进行回流，第一回流罐7中60%的釜液输送至第二蒸馏塔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%，通过液氯输送泵6将液氯打入第二蒸馏塔4，控制第一回流罐7至第二蒸馏塔4的进料量为100-150kg/h，直至第二蒸馏塔4的液位达到85% ；
然后对第二蒸馏塔4缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸馏塔4压力控制在 1.8MPa ；
打开第二冷凝器8常温循环水阀门、回流阀及排空阀；控制排空流量在0.8-1.3 NmVh,第二蒸馏塔4内釜液的低沸点组分02、N2, CO2, CO、H2, CH4经第二蒸馏塔4顶部的出气口由第二冷凝器8排空、洗涤，然后回收，第二冷凝器8冷凝后的釜液回流至第二蒸馏塔4，从第二蒸馏塔4底部得到纯度达到99.991%的釜液。
[0033]4)步骤3)所得釜液进入第三蒸馏塔5，控制第二蒸馏塔4的液位为60_75%，直至第三蒸馏塔5的液位达到85%，然后对第三蒸馏塔5缓慢升温升压，打开第三冷凝器11的常温循环水阀门及第三蒸馏塔5的回收口阀门、回流口阀门；控制回收流量在25-30 kg/h，回流流量在30-40 kg/h,保持第三蒸馏塔5压力在1.5MPa ;控制进料量28_33kg/h，纯度为99.991%的液氯经第三蒸馏塔5精馏，通过顶部的出气口由第三冷凝器11冷凝后进入第三回流罐9，精馏初期第三回流罐9中液氯纯度不合格时，100%液氯回流至第三蒸馏塔5，直至纯度达到99.9999%，回流量缓慢变化为30-40kg/h，每小时变化< 5kg/h ；
所述第三回流罐9的液位达到60%，检测第三回流罐9中液氯产品纯度为99.9999%时，采出得到所述高纯氯气，进入充装车间进行充装；
将第三蒸馏塔5中夹杂水的液氯釜液从其底部回收至液氯回收钢瓶12内。
[0034]步骤2)、步骤3)、步骤4)中，分别采用螺旋式电加热进行升温升压。
[0035]实现以上精馏工艺的装置，包括连通的液氯钢瓶(I)、汽化器2、第一蒸馏塔3、第二蒸馏塔4和第三蒸馏塔5 ;汽化器2的出液口连通第一蒸馏塔3的进液口 ；第一蒸馏塔3的顶部设置有第一冷凝器10，第一冷凝器10的进口与第一蒸馏塔3的顶部出气口连通，第一冷凝器10的出液口连通有第一回流罐7，第一回流罐7的出液口连通第一蒸馏塔3的回流口、第二蒸馏塔4的进液口 ；第二蒸馏塔4的顶部出气口连通有第二冷凝器8，第二冷凝器8的出液口连通第二蒸馏塔4的回流口，第二蒸馏塔4的出料口连通第三蒸馏塔5的进液口 ；第三蒸馏塔5的上部设置有第三冷凝器11，第三冷凝器11的进口与第三蒸馏塔5的顶部出气口连通，第三冷凝器11的出液口连通有第三回流罐9，第三回流罐9的出液口连通第三蒸馏塔5的回流口。
[0036]第一蒸馏塔3和第三蒸馏塔5底部的出料口连通有液氯回收钢瓶12。
[0037]第一蒸馏塔3的下部设有第一电加热器13 ;第二蒸馏塔4的下部设有第二电加热器14 ;第三蒸懼塔5的下部设有第三电加热器15。
[0038]第一电加热器13、第二电加热器14、第三电加热器15为螺旋式电加热器。
[0039]第一回流罐7的出液口与第二蒸馏塔4的进液口之间设有液氯输送泵6。
[0040]第一冷凝器10的冷凝介质为0°C盐水；第二冷凝器8的冷凝介质为20_33°C循环水；第三冷凝器11的冷凝介质为20-33°C循环水。
[0041 ] 第二冷凝器8倾斜设置。
[0042]以上设备均为目前市售的公知设备。
[0043]取样点氯气纯度及杂质含量对照表如下:
【权利要求】
1.一种高纯氯气精馏工艺，其特征在于:所述精馏工艺包括以下步骤: 1)将工业液氯输送至汽化器(2)，调节汽化器(2)的压力保持在1.2MPa ； 2)液氯从汽化器(2)进入第一蒸馏塔(3)，控制进料流量在200-270kg/h，直至第一蒸馏塔(3)的液位达到85%; 然后对第一蒸馏塔(3)缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第一蒸馏塔(3)内液氯压力控制在l.0MPa，第一蒸馏塔(3)内含高沸点组分的液氯从出料口回收，其余的液氯从第一蒸馏塔(3)顶部的出气口由第一冷凝器(10)冷凝后进入第一回流罐(7)，第一回流罐(7)中40%的釜液返回至第一蒸馏塔(3)内进行回流，第一回流罐(7)中60%的釜液输送至第二蒸馏塔(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)至第二蒸馏塔(4)的进料量为100-150kg/h，直至第二蒸馏塔(4)的液位达到85% ； 然后对第二蒸馏塔(4)缓慢升温升压，压力增幅不高于0.3MPa/h，使第二蒸馏塔(4)压力控制在1.8MPa ； 第二蒸馏塔(4)内釜液的低沸点组分经第二蒸馏塔(4)顶部的出气口由第二冷凝器(8)排空、洗涤，然后回收，第二冷凝器(8)冷凝后的釜液回流至第二蒸馏塔(4)，从第二蒸馏塔(4)底部得到纯度达到99.991%的釜液； 4)步骤3)所得釜液进入第三蒸馏塔(5)，控制第二蒸馏塔(4)的液位为60%-75%，直至第三蒸馏塔(5)的液位达到85%，然后对第三蒸馏塔(5)缓慢升温升压，保持第三蒸馏塔(5)压力在1.5MPa ;控制进料量28-33kg/h，纯度为99.991%的液氯经第三蒸馏塔(5)精馏，通过顶部的出气口由第三冷凝器(11)冷凝后进入第三回流罐(9)，精馏初期第三回流罐(9)中液氯纯度不合格时，100%液氯回流至第三蒸馏塔(5)，直至纯度达到99.9999%，回流量缓慢变化为30-40kg/h，每小时变化< 5kg/h ； 所述第三回流罐(9)的液位达到60%，检测第三回流罐(9)中液氯产品纯度为99.9999%时，采出得到所述高纯氯气； 将第三蒸馏塔(5)中夹杂水的液氯釜液从其底部回收至液氯回收钢瓶(12)内。
2.如权利要求1所述的一种高纯氯气精馏工艺，其特征在于:所述步骤2)、步骤3)、步骤4)中，分别采用螺旋式电加热进行升温升压。
3.一种实施如权利要求1所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述设备包括连通的液氯钢瓶(I)、汽化器(2 )、第一蒸馏塔(3 )、第二蒸馏塔(4)和第三蒸馏塔(5 ); 所述汽化器(2)的出液口连通第一蒸馏塔(3)的进液口 ； 所述第一蒸馏塔(3)的顶部设置有第一冷凝器(10)，第一冷凝器(10)的进口与第一蒸馏塔(3)的顶部出气口连通，第一冷凝器(10)的出液口连通有第一回流罐(7)，第一回流罐(7)的出液口连通第一蒸馏塔(3)的回流口、第二蒸馏塔(4)的进液口 ； 所述第二蒸馏塔(4)的顶部出气口连通有第二冷凝器(8)，第二冷凝器(8)的出液口连通第二蒸馏塔(4)的回流口，第二蒸馏塔(4)的出料口连通第三蒸馏塔(5)的进液口 ； 所述第三蒸馏塔(5 )的上部设置有第三冷凝器(11)，第三冷凝器(11)的进口与第三蒸馏塔(5 )的顶部出气口连通，第三冷凝器(11)的出液口连通有第三回流罐(9 )，第三回流罐(9)的出液口连通第三蒸馏塔(5)的回流口。
4.如权利要求3所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第一蒸馏塔(3)和第三蒸馏塔(5)底部的出料口连通有液氯回收钢瓶(12)。
5.如权利要求3所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第一蒸馏塔(3)的下部设有第一电加热器(13)； 所述第二蒸馏塔(4)的下部设有第二电加热器(14)； 所述第三蒸馏塔(5)的下部设有第三电加热器(15)。
6.如权利要求5所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第一电加热器(13)、第二电加热器(14)、第三电加热器(15)为螺旋式电加热器。
7.如权利要求3所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第一回流罐(7)的出液口与第二蒸馏塔(4)的进液口之间设有液氯输送泵(6)。
8.如权利要求3所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第一冷凝器(10)的冷凝介质为0°C盐水； 所述第二冷凝器(8)的冷凝介质为20-33°C循环水； 所述第三冷凝器(11)的冷凝介质为20-33°C循环水。
9.如权利要求3- 8其中之一所述精馏工艺的设备，其特征在于:所述第二冷凝器(8)倾斜设置。
【文档编号】C01B7/07GK103466549SQ201310362571
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年8月20日 优先权日:2013年8月20日
【发明者】杨秀玲, 苗乃芬, 李建学 申请人:山东新龙科技股份有限公司