[发明专利]一种精馏法制备高纯气体的方法和系统

说明书

本发明涉及精馏法制备高纯气体的方法及系统。本发明方法将目标气体原料首先经脱轻塔脱除轻组分杂质，再经脱重塔脱除重组分杂质，所得提纯气体压缩成为压缩气体，所述压缩气体至少分出两部分，分别作为脱轻塔塔釜再沸器和脱重塔的塔釜再沸器的热源，其自身被冷凝为液体后合并储存，所述储存的液体分为三部分，其中两部分各自进行节流膨胀后分别作为脱轻塔塔顶冷凝器的冷却介质和脱重塔的回流液，第三部分作为产品采出。本发明系统包括脱轻塔、脱轻塔塔顶冷凝器、脱重塔、压缩机、脱轻塔塔釜再沸器、脱重塔塔釜再沸器、液体储罐及连接管线。本发明的方法和系统设备简单，能量节省，操作灵活，应用广泛，易于维修，且对公共工程要求少。

技术领域

本发明涉及一种精馏法制备高纯气体的方法和系统。

背景技术

高纯气体通常是指利用提纯技术达到某个等级纯度的气体，对于不同的气体及其应用场合，其纯度的要求不同。一般来说，高纯气体的纯度在3.0N(即99.9％)以上，其中电子工业用高纯气体的纯度一般要求在5.0N级(即99.999％)以上。高纯气体已广泛应用于多个工业领域。

高纯气体通常通过对气体原料进行深度纯化进行制备。现有技术中，对于不同类别的气体，需根据该气体与所含杂质的物理化学性质的不同而采用不同方法进行制备，通常采用的有吸附法、反应法、精馏法或所述几种方法的结合。

其中，对于精馏法制备高纯气体的技术，专利申请CN200910228635.6公开了一种热泵精馏法生产高纯三氯氢硅的装置和方法。该方法将三氯氢硅的原料液经过脱轻塔进行脱轻后再进入脱重塔进行脱重，从而获得高纯的三氯氢硅；其中，脱轻塔和脱重塔分别独立地应用热泵精馏工艺，即冷凝器中的冷却介质与塔顶端物料换热后吸收热量蒸发为气体，气体经压缩提高压力和温度后，进入再沸器作为塔釜热源釜液，而本身凝结成液体；液体经节流减压后再回到冷凝器，完成一个循环，由此塔顶低温处的热量通过冷却介质传递到塔釜高温处。该方法可以有效除去三氯氢硅中的轻组分杂质和重组分杂质，得到高纯三氯氢硅产品，同时降低能耗，提高经济效益。然而，该技术仍然存在以下问题：

(1)该技术脱轻系统和脱重系统均需要塔顶冷凝器设备和相应的能量，还需要各自独立的压缩机设备和相应的能量，因而设备和能量消耗仍然较大；

(2)脱轻系统和脱重系统分别独立地应用热泵精馏技术，每个系统中经过压缩后在塔釜再沸器与塔釜液体换热的物流量与经节流减压所得的物流量完全相等，所以实现系统热量及物料平衡对参数的设置要求十分严格，系统的操作压力、流量调节灵活性差，系统调节受限；

(3)在环境温度较高时，该技术得到的是高纯三氯氢硅气体，因此仍需消耗另外的设备和能量将其压缩为液体，才能储存和使用。

因此，需要一种成本较低且操作灵活的精馏法制备高纯气体的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种成本较低且操作灵活的精馏法制备高纯气体的方法和系统。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

一种精馏法制备高纯气体的方法，包括如下步骤：

(1)将目标气体原料通入脱轻塔，所述脱轻塔塔顶排出的气体经过塔顶冷凝器，冷凝的液体作为回流液从塔顶回到所述脱轻塔，未冷凝的轻组分杂质物流排出；所述脱轻塔塔釜采出的物料通入脱重塔，从所述脱重塔塔顶采出提纯气体，塔釜排出重组分杂质物流；

(2)将经过所述脱轻塔塔顶冷凝器换热的冷却介质与所述脱重塔塔顶采出的提纯气体合并后压缩为压缩气体，所述压缩气体至少分为两部分，第一部分作为脱轻塔塔釜再沸器的热源，第二部分作为脱重塔塔釜再沸器的热源；将所述两部分压缩气体冷凝后形成的液体储存；

(3)将步骤(2)储存的液体分为三部分，第一部分经节流膨胀作为所述脱轻塔塔顶冷凝器的冷却介质；第二部分经节流膨胀作为所述脱重塔的回流液；第三部分作为产品采出。