精馏提纯制备高纯甲烷的工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及气体提纯技术领域，特别涉及一种通过精馏提纯制备高纯甲烷的方法。
【背景技术】
[0002]甲烷在自然界的分布很广，甲烷是最简单的有机物，是天然气，沼气，坑气等的主要成分，俗称瓦斯。也是含碳量最小(含氢量最大)的烃，也是天然气、沼气、油田气及煤矿坑道气的主要成分。甲烷主要应用于燃料，标准气，校正气，乙烃、氢气、合成氨、甲基化合物、二硫化碳、氢氰酸等的生产原料。甲烷还被广泛用于制造特种质量电子器件用的炭黑，用于非晶硅太阳电池制造，最近用作大规模集成电路干法刻蚀或等离子刻蚀气的辅助添加气，电离腔和检测器的消气剂，天然气，石油化工工业卫生和环境保护标准气体的配制。
[0003]随着科技的发展和技术的革新，电子产业得到了飞速发展，甲烷在化学气相沉积领域得到了广泛的应用:在各种制成品表面覆盖人造钻石膜的装饰过程中，经常使用纯甲烷(99.99%)的化学气相沉淀积(CVD)工艺，在多晶钻石膜CVD工艺里，甲烷被用作碳源。因此，作为电子行业中的重要原材料，行业对甲烷的纯度提出了越来越高的要求，为了迎合行业的需求，高纯甲烷的研究和生产也得到了飞速的发展。
[0004]专利申请公开号为CN102675021A的文献中记载了一种采用变压吸附以及单塔低温精馏相结合的方法来制备高纯甲烷的方法，该方法设想采用液相进料，通过活性炭，分子筛吸附的方式将大部分的杂质除去，后经精馏提纯制备高纯甲烷。然而，经过实验论证，采用液相吸附的方式，并不能很好的除去原料气中的杂质气体，后续精馏时会增加精馏塔的负担，最后会导致最终产品的质量下降。为了克服该缺点，我司采用的双塔精馏的方式，通过第一个精馏塔除去甲烷中的大量重组分;达到高纯甲烷的指标，通过第二个精馏塔除去甲烷中的轻组分，使得最终的产品完全满足高纯甲烷的指标。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是为了紧跟国家技术转型升级的步伐，我司在发展战略上也逐步由传统气体行业向特种气体行业发展，发展高纯甲烷是我司为完成企业转型升级所迈出的重要步伐。最终高纯甲烷的纯度达到99.999%(5N)以上，完全满足了电子行业的质量需求，丰富了我司的产品目录，提升了公司的市场竞争力，取得了较好的经济效益，同时也为民族气体工业的发展贡献了一份力量。
[0006]本发明的技术方案是:一种精馏提纯制备高纯甲烷的装置，包括了原料储罐、脱水吸附塔、CO2吸附塔、过滤器、一号精馏塔、二号精馏塔、轻组分放空装置、在线分析装置、产品缓冲罐、隔膜压缩机、钢瓶、重组分放空装置，该原料储罐设有水分分析装置，所述的原料储罐的出口分为二路，其中一路通过管路直接连接脱水吸附塔，另一路通过管路直接连接CO2吸附塔，其中脱水吸附塔的出口通过管路接入CO2吸附塔的进口，CO2吸附塔的出口通过管路依次连接过滤器、精馏塔、产品缓冲罐、隔膜压缩机及钢瓶，所述的原料储罐为LNG原料储罐，所述的精馏塔为串联的两台精馏塔，分别为一号精馏塔和二号精馏塔，一号精馏塔底部设有重组分放空装置，二号精馏塔顶部设有轻组分放空装置，并且二号精馏塔与产品缓冲罐连接的管路上还设有在线分析装置。
[0007]—种精馏提纯制备高纯甲烷的装置操作方法:该方法具体步骤如下:
(1)原料气进塔前分析:采用LNG为原料气，在精馏提纯前对原料气进行全面分析，从而确定详细的工艺:当原料气中水分小于3ppm时，原料气中的水分指标满足高纯甲烷标准，提纯时可不经过脱水吸附塔直接进入CO2吸附塔，当原料气中水分大于3ppm时，原料气先经过脱水吸附塔后再进入CO2吸附塔；
(2)原料LNG进塔前预纯化处理:原料LNG在进塔前必须将CO2和水分大量脱除，以保证不会在精馏时内因水分和CO2固化从而使精馏塔内填料堵塞；原料气在压力为0.1至
0.8Mpa，温度为-130°C至-170°C条件下进入脱水吸附塔和CO2吸附塔，经过脱水吸附塔和CO2吸附塔，原料其中的水分含量小于3ppm，二氧化碳含量小于lppm，达到高纯甲烷的指标。脱水吸附塔肩负深度脱水的功能，塔内装填物主要是3A分子筛，4A分子筛，硅胶中的一种或者几种，可再生;CO2吸附塔肩负深度脱除CO2的功能，塔内主要装填物为3A分子筛，4A分子筛，13X分子筛中的一种或几种，可再生；
(3)初品精馏提纯:经过过滤后的LNG原料气体在压力为0.1至0.8Mpa，温度为-130°C至-170°C条件下进入到一号精馏塔内进行精馏提纯，一号精馏塔肩负除去原料气中重烃和金属离子等重组分物质的任务，经过精馏提纯，重组分在精馏塔底不断富集并通过塔底排放，经过一号精馏塔，原料气中的重组分含量小于2ppm，达到高纯甲烷的指标；
(4)成品精馏:去除重组分的原料甲烷在压力为0.1至0.81^，温度为-130°(:至-170°〇条件下进入到二号精馏塔内进行精馏提纯，二号精馏塔肩负除去原料气中氧气氮气等轻组分物质的任务，经过精馏提纯，轻组分在精馏塔顶不断富集并通过塔顶排放，经过二号精馏塔，原料气中的氢气含量小于lppm，氧气含量小于lppm，氮气含量小于2ppm，达到高纯甲烷的指标；当塔内甲烷气体含量完全达到高纯甲烷指标时，从二号精馏塔中上部出料，高纯甲烷在压力为0.1至0.5Mpa，温度为-140°C至-170°C条件下进入产品缓冲罐；
(5)成品充装:采用隔膜压缩机将高纯甲烷气体以压力为1.0至1.5Mpa，温度为30°C至50°C条件下充装到高纯甲烷钢瓶内，此时要注意充装速度，并且在充装过程中要进行在线分析，以便发现气体纯度异常时能及时处理;充装完毕后，进行成品分析，分析合格后方可进仓入库；
(6)为保证产品质量的稳定性及工艺操作的可控性，工艺采用DCS自动远程控制的系统进行控制，通过系统组态设置精馏塔内压力、液位、温度上下限报警和流量计联锁控制系统等保护措施，确保整个工艺系统的安全、平稳，以达到稳定的生产。
[0008]所述的两台精馏塔，工序前端的为用于重组分去除的一号精馏塔，工序后端的为用于轻组分去除的二号精馏塔。
[0009]所述的管路均采用电解抛光的316L不锈钢材质制成。
[0010]本发明的有益效果是:本发明采用LNG为原料，通过对原料气的详细分析和合理选择，将原料其中的水分和二氧化碳能杂质控制在合理的范围之内，减少了末端精馏的杂质含量，减轻了精馏塔的压力，不仅提高了产量，同时也使高纯甲烷的质量得到大幅度提升，本发明采用双塔精馏的方式，能够更好的去除甲烷气体中的轻组分和重组分，完全满足高纯甲烷的质量指标，最终高纯甲烷的纯度可达到99.999%(5N)以上，完全满足了电子行业的质量需求。
【附图说明】
[0011]图1为本发明流程图；
其中:1、原料储罐，2、脱水吸附塔，3、C02吸附塔，4、过滤器，5、一号精馏塔，6、二号精馏塔，7、轻组分放空装置，8、在线分析装置，9、产品缓冲罐，10、隔膜压缩机，11、钢瓶，12、重组分放空装置。
【具体实施方式】
[0012]本实施例为一种精馏提纯制备高纯甲烷的装置，如图1所示，原料储罐(I)的出口分为二路，其中一路通过管路直接连接脱水吸附塔(2)，另一路通过管路直接连接CO2吸附塔(3)，其中脱水吸附塔(2)的出口通过管路接入C