专利名称：一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体分馏塔，尤其是一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔。
背景技术：
采用气体分馏塔对混合气体进行分离是一种常用的低温精馏的方法，它是先将气体混合物冷凝为液体，然后再按各组分蒸发温度的不同，在分馏塔内将它们分离。近年来， 由于能源紧缺，可燃性气体混合物的分离利用，逐渐引起人们的重视。例如煤矿瓦斯气就是一种可燃性气体混合物，其中含有30% 45%的甲烷，其余是空气。为了很好地利用其中的甲烷气(也就是天然气)，就需要采用气体分馏塔对煤矿瓦斯气体进行低温分离。可燃性气体混合物的分离，存在着一定的安全隐患。只有掌握了它的规律，才能够确保安全。可燃性气体燃烧和爆炸有三个要素，就是1)可燃性气体处于一定的浓度范围； 2)有最低浓度以上的氧气存在；幻有最小温度、能量、持续时间的点火源。这三个要素，缺一不可，只要缺少一个要素，它就不可能发生燃烧和爆炸。例如在煤矿瓦斯气低温分离的项目中，原料气含甲烷在30%以上，已经超出了常温常压下甲烷燃烧和爆炸的浓度范围(一般为5 15%)。因此，在一般情况下，在装置内没有发生燃烧和爆炸的可能。但是，在低温分馏塔中，气体的甲烷浓度是逐渐变化的，塔底的甲烷浓度最高，塔顶的甲烷浓度最低。因此在分馏塔中必然有一段，其气体的甲烷浓度正好处在甲烷燃烧和爆炸的浓度范围。尽管可以采取措施，避免在分馏塔中出现静电火花，以防止燃烧和爆炸事故的发生，但是为了确保全，还应该对分馏塔的结构进行改进。通常分馏塔的结构分为筛板塔和填料塔两种。筛板塔是塔内安装有数十层(30 40层)筛板，筛孔的直径根据设备流量的大小从0. 8 2mm不等，因为筛板数量多，所以筛孔直径不能太小，否者阻力就太大。另外，筛板塔与填料塔相比，传热面积也要小得多。填料塔是在塔内填放了许多金属或非金属填料，由于可燃性气体混合物的浓度通常不稳定， 而金属填料塔具有工作弹性好、阻力小、不容易产生静电、传热面积大等优点，所以很适合可燃性气体的分离。但是金属填料塔的间隙却偏大，一般都在几个毫米以上。根据阻火器的原理，火焰通道越小，传热面积越大，壁面的冷却效应而产生的热损失就加大，参加燃烧的活化分子就减少，导致燃烧温度降低与火焰传播速度降低。当通道直径小到一定程度、传热面积大到一定程度时，火焰就不能通过和传播。根据国际电工协会 (IEC)的测试，不同的可燃性气体有不同的“最大实验安全间隙”，例如乙炔为0. 25mm，氢气为0. 28mm,乙烯为0. 65mm,丙烯为0. 90mm,甲烷为1. 12mm。这样，如何一方面发挥金属填料塔在可燃性气体分离上的优点，另一方面又能够使它具有良好的阻火功能，就是一个需要解决的问题。
实用新型内容本实用新型针对如何一方面发挥金属填料塔在可燃性气体分离上的优点，另一方面又能够使它具有良好的阻火功能的需要，提供一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，该分馏塔可以有效地防止可燃性气体在分离过程中可能出现的燃烧和爆炸。本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，包括分馏塔塔体，所述分馏塔塔体的上部设有冷凝器，下部设有蒸发器，中部设有进料口，所述进料口的上方具有上段金属填料，所述进料口的下方具有下段金属填料， 所述金属填料分馏塔内设有至少一块阻火筛板。在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。进一步，所述阻火筛板的数量为1 3块。进一步，所述阻火筛板的数量为1块时，所述阻火筛板设于上段金属填料中、下段金属填料中或者上段金属填料和下段金属填料之间。进一步，所述阻火筛板的数量为2块时，所述阻火筛板设于上段金属填料中、下段金属填料中、以及上段金属填料与下段金属填料之间的任意两个位置处。S卩，所述阻火筛板可以设于上段金属填料中和下段金属填料中，也可以设于上段金属填料中以及上段金属填料与下段金属填料之间，也可以设于下段金属填料中以及上段金属填料与下段金属填料之间。进一步，所述阻火筛板的数量为3块时，所述阻火筛板分别设于上段金属填料中、 下段金属填料中和上段金属填料和下段金属填料之间。进一步，所述阻火筛板的筛孔直径小于或等于分离气体中可燃性气体的最大实验安全间隙。进一步，所述每块阻火筛板下方依次设有液体搜集器和液体分布器。所述阻火筛板的数量和安装位置，要根据所分离的可燃性气体在分馏塔内浓度的情况确定，一般只需要安装1 3块，安装在可燃性气体浓度最容易发生燃烧的区域。所述的阻火筛板的其它结构与通常筛板塔的筛板结构相同。本实用新型的有益效果是本实用新型用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔中，其筛板的筛孔将有效地防止火焰通过，同时，燃烧产生的热量又会被传热面积很大的金属填料吸收，使液体蒸发，液体蒸发后，就会使气体中的可燃性气体的浓度超出它的燃烧范围，起到了灭火的效果，阻火筛板和金属填料相结合的结构可以有双重保险的作用，有效地防止了燃烧和爆炸事故的发生，保证了生产过程的安全；同时，因为带有较小筛孔的筛板数量不多，分馏塔的阻力也没有明显的增加。
图1为本实用新型用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。如图1所示，所述用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔用在煤矿瓦斯气低温分离中，包括分馏塔塔体1，所述分馏塔塔体1的上部设有冷凝器2，下部设有蒸发器3，中部设有进料口 4，所述进料口 4的上方、冷凝器2的下方具有上段金属填料5，所述蒸发器3的上方、进料口 4的下方具有下段金属填料6，在本实施例中，所述上段金属填料5和下段金属填料6之间沿着从上至下的方向依次设有一块阻火筛板7、液体搜集器8和液体分布器 9。经压缩净化并冷却后的煤矿瓦斯气原料，其甲烷浓度为45%，从分馏塔的中部进料口 4进入。计算可以知道，在分馏塔中部，气体的甲烷浓度在10%左右，正好处于甲烷在常温常压下燃烧的浓度范围的中间点，虽然由于分馏塔的低温状态使甲烷燃烧的浓度范围变小，但此处10%甲烷浓度仍然有燃烧的可能性。因此在分馏塔的中部，在上段金属填料5的下方安装了一块阻火筛板7，为了搜集筛板流下的液体并把液体均勻分布在下段金属填料6上， 在阻火筛板7下面，又安装了液体搜集器8和液体分布器9。液体搜集器8和液体分布器9 是常规的结构，不需要详细描述。阻火筛板7的筛孔直径设计为0. 9mm，小于甲烷气体的最大实验安全间隙1. 12mm。筛孔中心距离为3. 25mm，筛板的液体出口堰高8mm，溢流装置出口的液封高度为 12mm，这些是筛板的常规设计，不再详细叙述。处于气液两相状态的煤矿瓦斯气，进入分馏塔后，气体向上升，液体向下流。气体需要通过阻火筛板7的直径为0. 9mm的筛孔，才能进入塔的上部。因此，如果由于某种原因，产生了火花，造成燃烧，筛孔将有效地防止火焰通过。同时，燃烧产生的热量又会被传热面积很大的金属填料吸收，使液体蒸发，由于液体的甲烷浓度远大于气体的甲烷浓度，液体蒸发后，就会使气体中的甲烷浓度超出它的燃烧范围，起到了灭火的效果。因此，这种阻火筛板和金属填料相结合的结构可以有双重保险的作用，有效地防止了燃烧和爆炸事故的发生。同时，因为带有较小筛孔的筛板只有一块，分馏塔的阻力也没有明显的增加。以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，包括分馏塔塔体，所述分馏塔塔体的上部设有冷凝器，下部设有蒸发器，中部设有进料口，所述进料口的上方与冷凝器的下方之间具有上段金属填料，所述蒸发器的上方与进料口的下方之间具有下段金属填料，其特征在于，所述金属填料分馏塔内设有至少一块阻火筛板。
2.根据权利要求1所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述阻火筛板的数量为1 3块。
3.根据权利要求2所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述阻火筛板的数量为1块时，所述阻火筛板设于上段金属填料中、下段金属填料中或者上段金属填料和下段金属填料之间。
4.根据权利要求2所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述阻火筛板的数量为2块时，所述阻火筛板设于上段金属填料中、下段金属填料中、以及上段金属填料与下段金属填料之间的任意两个位置处。
5.根据权利要求2所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述阻火筛板的数量为3块时，所述阻火筛板分别设于上段金属填料中、下段金属填料中和上段金属填料和下段金属填料之间。
6.根据权利要求1所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述阻火筛板的筛孔直径小于或等于分离气体中可燃性气体的最大实验安全间隙。
7.根据权利要求1所述的用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔，其特征在于，所述每块阻火筛板的下方依次设有液体搜集器和液体分布器。
专利摘要本实用新型涉及一种用于分离可燃性气体的金属填料分馏塔。所述金属填料分馏塔包括分馏塔塔体，分馏塔塔体的上部设有冷凝器，下部设有蒸发器，中部设有进料口，进料口的上方具有上段金属填料，进料口的下方具有下段金属填料，金属填料塔内设有至少一块阻火筛板。本实用新型金属填料分馏塔中筛板的筛孔将有效地防止火焰通过，同时，燃烧产生的热量又会被传热面积很大的金属填料吸收，使液体蒸发，液体蒸发后，就会使气体中的可燃性气体的浓度超出它的燃烧范围，起到了灭火的效果，阻火筛板和金属填料相结合的结构可以有双重保险的作用，有效地防止了燃烧和爆炸事故的发生。
文档编号B01D3/14GK202052338SQ20112012780
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月27日 优先权日2011年4月27日
发明者杨克剑 申请人:北京国能时代能源科技发展有限公司, 杨克剑