专利名称：低温低压捕集膦烷的装置及其制备工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及低温低压捕集膦烷的装置及其制备工艺，也适用分离石油、天然气、焦炉气，合成氨等的裂解化学分离。
现有国内外关于“提纯净化气体”的方法主要有变压吸附，膜分离和深冷等三种方法，由于膦烷是一种易爆易燃且有剧毒物质，环境中允许的膦烷浓度要＜0.3mg/m3，因此，必须严格控制分离过程排放的N2中的膦烷浓度。流程要求捕集系统的捕集效率达到99％，用膜分离法很难达到这种指标和要求，若流程采用变压吸附方法，首先要寻找或研制吸附剂，而且要多级吸附才有可能满足流程要求，这样不但使整个流程复杂化和冗长而且也增大了设备投资。再之，膦烷提纯工段是负压操作，用变压吸附和膜分离方法净化膦烷必须经过升压后才能输送到用户储罐中储存。这使整个流程存在更加复杂化和不安全的缺陷，同时流程的捕集效率也达不到要求。
根据国际联机和光盘数据库检索到相关专利及文献所涉及到的流程都是采用变压吸附或精馏法来制取所需的物质，其技术路线均与本发明技术方案不相同。
三、技术内容本发明提供一种低温低压冷凝—真空液氮冻结两极提纯膦烷装置及制备工艺。因进入膦烷低温低压捕集装置的原料含有杂质，欲制取高纯度的膦烷，需要把原料中的水、氮等杂质除去，才能保证捕集效率在99％以上。为此，本发明的技术方案是这样实现的它采用的装置包括由捕集系统、加温系统、液氮系统、仪表系统及阀门、管路系统组成，本发明的发明之处在于净化器与捕集器相连，捕集器又与接收器相连，缓冲罐与接收器可逆双向相连，接收器又连接了一个气化器，净化器又与进口加热器连接，进口加热器又与进口缓冲罐相连，进口缓冲罐与出口缓冲罐的中间串接一个隔膜压缩机，出口缓冲罐又与出口加热器相连，进口缓冲罐还与集液罐相连，出口加热器又与另一台捕集器及净化器相连，集液罐的两端分别与用户真空泵和残液处理设备相连，捕集器连接残气真空泵，接收器或缓冲罐连接产品用户瓶。上述所说的设备之间都是通过阀门和管道串联连接。
低温低压捕集膦烷的装置的制备工艺，其依次按以下步骤进行I.来自液氮系统的(LN2)通过保温管道经过T201阀进入捕集器中的液氮夹层预冷捕集器，蒸发后的气氮经过T203阀、T-205阀进入净化器中的绕管内预冷净化器，复热后的气氮经过T-311阀进入加温系统中的进口加热器，然后进入加温系统中的进口缓冲罐中。
II.将含有PH3、H2O、N2、O2、C7H8、C8H12等的混合气体在380-410Torr的压力下经过T101阀进入已预冷好的净化器壳侧，进料中的H2O及CH重组分被冻结在净化器1的绕管外表面上，而PH3、N2、O2在低温下经过T103阀和T105阀进入捕集器的内直筒中，在内直筒及肋片的表面上，高沸点的PH3组分冷却、冷凝、并最终在捕集器的内直筒及肋片内表面上冻结固化，而N2、O2低沸点组分经过T109阀排至用户残气真空泵；III.为了保证工艺的连续操作，本装置采用两只同结构的净化器和两只同结构的捕集器共同组成切换系统。
IV.当高纯度的膦烷固化在捕集器的内直筒及肋片表面上，为了得到产品膦烷，此时要启动加温系统，也就是把储存在进口缓冲罐4中的气氮被膜压机吸入增压后进入出口缓冲罐中，然后经过T304阀进入出口加热器，高温气氮经过T305阀又进入捕集器液氮夹层中加热，此时固体的膦烷被循环高温气氮加温继而熔化为气、液两相，同时LN2通过保温管道经过T200阀进入接收器的绕管中去预冷接收器，使接收器处于低温、真空状态，当捕集器中的压力达到0.1Mpa时，气相的膦烷经过T107阀和T111阀进入接收器中，当捕集器中的压力与接收器的压力相等时，排料结束，排料结束后的捕集器则再次切换到液氮预冷状态，已备下一循环的捕集操作V.来自加温系统的高温气氮经过T305阀、T201阀、T200阀进入接收器绕管内加热固体的膦烷，使其成为气—液两相，同时打开T117阀使膦烷气化器投入工作，此时，接收器的压力迅速增高，其压力达到2.0-2.5Mpa，高纯的膦烷产品经过T112和T113阀送入产品用户瓶。
VI.来自加温系统中的气氮经出口加热器加温，此时的高温气氮经T309阀进入净化器绕管内加热固体的H2O、C7H8、C8H12使之熔化，残液经过F101阀进集液罐中，定期利用加温系统中的气氮经过T114阀，F103阀将残液排入用户处理设备图2为
图1的流程平面布置原理示意图，该图通过管道和阀门相互将设备连接组成工艺流程，其净化器1的上部一侧连接T101和T102阀门，顶端出口平行分别连接T207、T208和T311、T312四个阀门，在T311、T312两阀之间用管道与进口加热器6的进口连接，加热器的出口分别连接在进口缓冲罐4和T114阀上，进口缓冲罐4的一侧连接P300和T304阀，进口缓冲罐4的上端通过T301阀分别连接在隔膜压缩机8和T303阀上，隔膜压缩机8的出口通过T302阀与出口缓冲罐5一侧连接，出口缓冲罐5的下端连接有F304阀，上端连接在P300和T304阀之间，T304阀与出口加热器7连接，进口缓冲罐4的下部连接F303阀，T114阀的一端与进口缓冲罐4和进口加热器6连接，T114阀的另一端分别连接在T115阀和集液罐9的上端，T115阀的另一端连接用户真空泵，集液罐9的下部通过F103连接残液用户处理设备，集液罐9一侧连接F101和F102阀，二阀的另一端分别连接在净化器1和净化器1-1的一侧，出口加热器7分两路分别连接在T305阀和T306阀，T306阀的进口端连接T310阀、出口连接在T202阀的出口上，T306阀与捕集器2的液氮进口27相连，T107阀和T108阀两端分别连接在两只捕集器2的纯膦烷出气口32上。T106阀、P100阀、T105阀串联、两端与膦烷混合气体进气口29连接，T105阀与T106阀通过T103阀、T104阀分别连接在两只净化器1上，净化器1的下端口通过T206阀和T205阀、T203阀、T204阀接入捕集器2的氮气出口32上，T107阀、T108阀、T111阀接入接收器3上端的一侧，上端另侧接T116、T117阀接入气化器10并通过T118阀与T112阀、T113阀相互连接将提纯的膦烷送入用户瓶，两只捕集器2之间用T107、T108、T109、T110阀串联连接组成回路，T200阀一端连接在接收器3底部，另一端分别与T201、T202阀连接，T204阀、T203阀之间串联连接有F302阀和F301阀，与F302、F301阀平行连接的还有T308阀和T307阀，在捕集器2和缓冲罐4上安装有安全阀。
见图3所示接收器3的外筒11的一侧上、下部分别设纯膦烷出口12和进口19，外筒11的内腔设有内筒16，在内、外筒之间安装有绕管20，绕管内走液氮或高温气氮，外筒11的下端设有液氮进口管17，上端有液氮气化后的出口管13，同时还设有压力表接管14、去气化器10的液体膦烷接管18以及增压后流回的膦烷接管15。
图4为捕集器剖面示意图，外直筒25与中直筒24连接，二者之间还安装有液面计下管28，中直筒24又与内直筒23连接，内直筒23与倒杯式套筒22连接，其二者之间设有肋片21、外直筒25与中直筒24之间的左侧安装液氮管27，捕集器2的上端口分别密封安装的还有原料进口管29、纯膦烷出气管32、压力表接管31、测温管(I)、放空管30、测温管(II)，测温管(III)，液面计上管26。倒杯式套筒22本发明的制备工艺主要是将进料口与抽气口分开。
本发明的制备工艺I.来自液氮系统的LN2通过保温管道经过T201阀进入捕集器2中的液氮夹层预冷捕集器2，蒸发后的气氮经过T203阀、T-205阀进入净化器1中的绕管内预冷净化器，复热后的气氮经过T-311阀进入加温系统中的进口加热器6，然后进入加温系统中的进口缓冲罐4中；II.将含有PH3、H2O、N2、O2、C7H8、C8H12等的混合气体在380-410Torr的压力下经过T101阀进入已预冷好的净化器1壳侧，进料中的H2O及CH重组分被冻结在净化器1的绕管外表面上，而PH3、N2、O2在低温下经过T103阀和T105阀进入捕集器2的内直筒23中，在内直筒23及肋片21的表面上，高沸点的PH3组分冷却、冷凝、并最终在捕集器2的内直筒及肋片内表面上冻结固化，而N2、O2低沸点组分经过T109阀排至用户残气真空泵；III.为了保证工艺的连续操作，本装置采用两只同结构的净化器1和两只同结构的捕集器2共同组成切换系统。
IV.当高纯度的膦烷固化在捕集器2的内直筒23及肋片21表面上，为了得到产品膦烷，此时要启动加温系统，也就是把储存在进口缓冲罐4中的气氮被膜压机8吸入增压后进入出口缓冲罐5中，然后经过T304阀进入出口加热器7，高温气氮经过T305阀又进入捕集器2液氮夹层中加热，此时固体的膦烷被循环高温气氮加温继而熔化为气、液两相，同时LN2通过保温管道经过T200阀进入接收器3的绕管中去预冷接收器3，使接收器3处于低温、真空状态，当捕集器2中的压力达到0.1Mpa时，气相的膦烷经过T107阀和T111阀进入接收器3中，当捕集器2中的压力与接收器3的压力相等时，排料结束，排料结束后的捕集器2则再次切换到液氮预冷状态，已备下一循环的捕集操作；V.来自加温系统的高温气氮经过T305阀、T201阀、T200阀进入接收器3绕管内加热固体的膦烷，使其成为气—液两相，同时打开T117阀使膦烷气化器10投入工作，此时，接收器3的压力迅速增高，其压力达到2.0-2.5Mpa，高纯的膦烷产品经过T112和T113阀送入产品用户瓶；VI.来自加温系统中的气氮经出口加热器7加温，此时的高温气氮经T309阀进入净化器1绕管内加热固体的H2O、C7H8、C8H12使之熔化，残液经过F101阀进集液罐9中，定期利用加温系统中的气氮经过T114阀，F103阀将残液排入用户处理设备。
实施例2，上述图1-图4的外部连接关系不变，仅对图3、图4的内部结构作如下改进图3接收器3的外直筒11其外层采用高真空多层绝热结构，绕管内仍然走液氮，壳侧接受来自捕集器2的膦烷液—气混合物，并保持其低温在-95℃--105℃，低压为360-370Torr。
图4中的中直筒24去掉，其外直筒25和内直筒23之间空腔内采用高真空多层绝热结构构造，将原肋片21换成绕管式换热器。绕管内走液氮或加热压力氮气，出气管32中增加一根管进行膦烷液体排料，以减少液氮消耗量。
上述设备内部结构改进后的流程为1、为减少液氮消耗量，净化器1上部低温区采用高真空多层绝热结构。低温气N2从净化器1上部进入，经器内绕管复热后出净化器1。混合进料首先进净化器1下部(常温区)，然后向上流动。
2、捕集器2采用液体排料，利用捕集器与接收器压差与位差将液体PH3排至接收器，直至捕集器2与接收器3的压力平衡为止。
3、接收器结构类似捕集器，也为高真空多层绝热结构。它用液氮冷却冷凝来自捕集器的进料PH3液—气混合物，并保持其低温-100℃及低压367.3Torr，每套设备配接收器一台；在非进料状态，接收器的液体PH3排至缓冲罐4，排放时，将缓冲罐4的1.8Mpa(G)的气相充入接收器3，并利用接收器与缓冲罐的位差(接收器排放口高于缓冲罐，见图1)将接收器3内的低温液体排至缓冲罐4。
4、缓冲罐它用于接纳接收器3的液体PH3产品，并向下游工序稳定供气21.8Mpa(G)；缓冲罐4为每套二台，可机动操作，并有一定的倒灌能力；为稳定器内压力，内设冷却盘管，外设加温增压器；缓冲罐4的操作条件按1.8Mpa(G)压力，其对应饱和温度为-6℃，仅需一般保冷即可。
综上所述，本发明与现有技术相比，是首次采用低温低压冷凝—真空液氮冻结两级提纯膦烷装置及其制备工艺，第二级提纯时，利用了氮与膦烷沸点的差异将膦烷在低温下固化，在一定的真空条件下，除去这些不凝性杂质，使提纯效率达到99％以上。本发明具有结构紧凑、连续工作、膦烷系统与氮气系统隔离运行与变真空操作的特点，因此，是提纯膦烷必不可少的装置及工艺流程。该发明还可应用与分离油田气及石油裂解气的石油化工工业装置；天然气液化分离装置以及焦炉气、合成氨等的分离装置中。本装置若应用在5万吨/年烯烃基合成制高碳醇工业生产装置中。可替代进口的催化剂，实现该催化剂国产化，进一步将该催化剂出口创汇。企业年创效益可达2亿元人民币以上。也就是说利用本发明不但能满足国内需求，还可出口创汇。本项目有巨大的经济效益和社会效益。
权利要求
1.一种低温低压捕集膦烷的装置，它由捕集系统、加温系统、液氮系统、仪表系统及阀门管道系统组成，其特征在于净化器(1)与捕集器(2)相连捕集器(2)又与接收器(3)相连，接收器(3)与缓冲罐(4)双向可逆连接，接收器(3)连接了一个气化器(10)，净化器(1)又与进口加热器(6)连接，进口加热器(6)又与进口缓冲罐(4)相连，进口缓冲罐(4)与出口缓冲罐(5)的中间串接一个隔膜压缩机(8)，出口缓冲罐(5)又与出口加热器(7)相连，进口缓冲罐(4)还与集液罐(9)相连，出口加热器(7)又与另一台捕集器(2-1)及另一台净化器(1-1)相连，集液罐(9)的两端分别与用户真空泵和残液处理设备相连，接收器(3)的出口连接产品用户瓶，捕集器(2)连接残气真空泵，接收器(3)或缓冲罐(4)连接产品用户瓶，上述所说的设备之间都是通过阀门和管道串联连接。
2.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的净化器(1)，捕集器(2)至少由两台同结构组成，并联切换使用。
3.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的净化器(1)及接收器(3)是采用高真空多层绝热结构。
4.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的捕集器(2)包括外直筒(25)内连接中直筒(24)，中直筒(24)内又连接内直筒(23)，在内、中直筒左右之间分别设有液氮进液管或加热压力氮气进气管(27)和液面计下管(28)，在内直筒(23)与套筒(22)中间筒有肋片(21)在肋片(21)内连接倒杯式套筒(22)，外直筒(25)与中直筒(24)之间是高真空多层绝热结构套筒(22)内分别装有测温管(I)、膦烷出气管(32)、测温管(II、III)，除此之外，在捕集器(2)的上端口还分别安装有压力表接管(31)，放空管(30)，液面计上管(26)，进料管(29)。
5.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的捕集器(2)其外直筒(25)和内直筒(23)之间空腔内采用高真空多层绝热结构构造，内直筒(23)内设有绕管式换热器，绕管内走液氮或加热压力氮气，出气管(32)中增加一根管进行膦烷液体排料。
6.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的缓冲罐(4)内设有冷却盘管、外设有加热增压器。
7.根据权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置，其特征在于所说的接收器(3)包括外直筒(11)的内侧置有内筒(16)，在内筒的外侧盘有绕管(20)，绕管(20)下端为液氮进口(17)、上端为液氮气化后出口(13)，在接收器(3)下端设有纯膦烷出口(19)，上端设有膦烷进口(12)，同时还分别安装压力表接管(14)、增压流回的PH3接管(15)、去汽化器(10)的液体PH3接管(18)。
8.一种使用权利要求书1所述的低温低压捕集膦烷的装置的制备工艺，其特征在于依次按以下步骤进行I.来自液氮系统的(LN2)通过保温管道经过T201阀进入捕集器(2)中的液氮夹层预冷捕集器(2)，蒸发后的气氮经过T203阀、T-205阀进入净化器(1)中的绕管内预冷净化器，复热后的气氮经过T-311阀进入加温系统中的进口加热器(6)，然后进入加温系统中的进口缓冲罐(4)中；II.将含有PH3、H2O、N2、O2、C7H8、C8H12等的混合气体在380-410Torr的压力下经过T101阀进入已预冷好的净化器(1)壳侧，进料中的H2O及CH重组分被冻结在净化器(1)的绕管外表面上，而PH3、N2、O2在低温下经过T103阀和T105阀进入捕集器(2)的内直筒(23)中，在内直筒(23)及肋片(21)的表面上，高沸点的PH3组分冷却、冷凝、并最终在捕集器(2)的内直筒及肋片内表面上冻结固化，而N2、O2低沸点组分经过T109阀排至用户残气真空泵；III.为了保证工艺的连续操作，本装置采用两只同结构的净化器(1)和两只同结构的捕集器(2)共同组成切换系统；IV.当高纯度的膦烷固化在捕集器(2)的内直筒(23)及肋片(21)表面上，为了得到产品膦烷，此时要启动加温系统，也就是把储存在进口缓冲罐(4)中的气氮被膜压机(8)吸入增压后进入出口缓冲罐(5)中，然后经过T304阀进入出口加热器(7)，高温气氮经过T305阀又进入捕集器(2)液氮夹层中加热，此时固体的膦烷被循环高温气氮加温继而熔化为气、液两相，同时LN2通过保温管道经过T200阀进入接收器(3)的绕管中去预冷接收器，使接收器处于低温、真空状态，当捕集器(2)中的压力达到0.1Mpa时，气相的膦烷经过T107阀和T111阀进入接收器(3)中，当捕集器(2)中的压力与接收器(3)的压力相等时，排料结束，排料结束后的捕集器(2)则再次切换到液氮预冷状态，已备下一循环的捕集操作；V.来自加温系统的高温气氮经过T305阀、T201阀、T200阀进入接收器(3)绕管内加热固体的膦烷，使其成为气—液两相，同时打开T117阀使膦烷气化器(10)投入工作，此时，接收器(3)的压力迅速增高，其压力达到2.0-2.5Mpa，高纯的膦烷产品经过T112和T113阀送入产品用户瓶；VI.来自加温系统中的气氮经出口加热器(7)加温，此时的高温气氮经T309阀进入净化器(1)绕管内加热固体的H2O、C7H8、C8H12使之熔化，残液经过F101阀进集液罐(9)中，定期利用加温系统中的气氮经过T114阀，F103阀将残液排入用户处理设备。
全文摘要
本发明涉及低温低压捕集膦烷的装置及其制备工艺。其装置包括净化器与捕集器同水平相连,捕集器与第二水平的接收器相连,接收器又与第三水平的缓冲罐双向可逆连接,接收器连接了一个气化器,净化器与进口加热器连接,进口加热器与进口缓冲罐相连。进、出口缓冲罐之间串接一个隔膜压缩机,出口缓冲罐与出口加热器相连,进口缓冲罐与集液罐相连,集液罐的两端分别与用户真空泵或残液处理设备相连,接收器或缓冲罐的出口连接产品用户瓶,捕集器连接残气真空泵。其制备工艺主要包括低温低压冷凝—真空液氮冻结两级提纯膦烷。本发明具有结构紧凑、连续工作、膦烷系统与氮气系统隔离运行与变真空操作特点。适用油田气,天然液化气等分离装置中。
文档编号C07F9/00GK1384107SQ02114609
公开日2002年12月11日 申请日期2002年6月4日 优先权日2002年6月4日
发明者袁秀玲 申请人:西安交通大学