[发明专利]一种电子级甲烷精馏纯化装置及其方法

权利要求书

1.一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，包括甲烷循环系统及甲烷精馏系统，所述甲烷精馏系统包括一级精馏塔及二级精馏塔、主换热器及过冷器，所述一级精馏塔及二级精馏塔包括塔体，所述塔体的底部具有再沸器，顶部上方具有冷凝器，塔体中部具有填料层，所述冷凝器联通有回流至塔体上部的精馏回流管，所述一级精馏塔冷凝器具有与第二精馏塔塔体中部的连接管；

所述一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出；

所述二级精馏塔的底部具有重组分收集管，所述重组分收集管与收集罐连接；

所述冷凝器的的冷媒进口端具有通入作为冷源的原料甲烷的冷源管，所述冷源管分别通入一级精馏塔及二级精馏塔上端的冷凝器内作为冷源，所述冷凝器连接有将冷源排出的冷源输出管，所述冷源输出管与过冷器连接；

所述甲烷循环系统包括压缩机及冷却器，所述过冷器的输出端连接有用于提供作为热源的循环管，所述循环管与一缓冲罐联通，所述缓冲罐经压缩机及冷却器连接最后经第一输出管、第二输出管及第三输出管分别经主换热器与一级精馏塔中部、一级精馏塔底部的再沸器及二级精馏塔底部的再沸器连接作为再沸器的热源；

所述二级精馏塔底部的再沸器具有将第三输出管输入的热源后连接第一气液分离器，所述第一气液分离器顶部的气相输出端与循环管连接，第一气液分离器的液相输出端经由第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源；

所述二级精馏塔的塔体顶部连通有第二气液分离器，所述第二气液分离器气相输出端经主换热器升温后排出，第二气液分离器的液相输出端具有与二级精馏塔的塔体连接的回液管。

2.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括原料供应系统，所述原料供应系统包括汇流排管，所述汇流排管连接有尾气排出管及冷源管，所述汇流排管上连接有两组以上储存有作为冷源甲烷的绝热气瓶。

3.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，所述电子级甲烷精馏纯化装置还包括充装系统，所述充装系统包括产品气瓶，所述产品气瓶经充装管与收集罐连接，所述充装管沿甲烷输送方向依次连接低温泵及气化器，所述充装管上设置有多个控制阀。

4.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，第一输出管、第二输出管及第三输出管经输出连接管与冷却器连接，所述输出连接管上设置有与压缩机进气端连接的压缩机回流管，所述压缩机回流管上设置有回流阀。

5.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，第一气液分离器及第二气液分离器的液相输出端、一级精馏塔及二级精馏塔的底部还连接有排放管。

6.根据权利要求1或2所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，其特征在于，第一输出管、精馏回流管、连接管、回液管、重组分收集管、冷源管、第二输出管、重组分排放管，第三输出管、第一排液管、第二排液管上具有阀体。

7.一种电子级甲烷精馏纯化方法，包括利用如权利要求3所述的一种电子级甲烷精馏纯化装置，具体步骤如下：

（1）原料甲烷采用绝热气瓶包装，绝热气瓶设有气相阀和液相阀，用不锈钢软管与原料汇流管连接，采取液体供料方式；

（2）为甲烷精馏时，精馏装置以液态甲烷原料做冷源，分别通过冷源管进入一级精馏塔冷凝器和二级精馏塔冷凝器，然后经过产品过冷器和主换热器复热后进入压缩机，经循环压缩机增压后的甲烷分为两部分进入主换热器，一部分通过第一输出管作为一级精馏塔的原料，另一部分分别通过第二输出管及第三输出管作为一级精馏塔再沸器和二级精馏塔再沸器的热源，与精馏塔内液态换热后进入第一气液分离器，分离后的液相第一排液管及第二排液管分别与一级精馏塔和二级精馏塔的冷凝器连接的作为冷凝器冷源，气相经主换热器复热后输出端与循环管进入缓冲罐内进行循环利用；

（3）在一级精馏塔中，由底部再沸器提供上升蒸汽，顶部冷凝器提供回流液体经精馏回流管进入精馏塔，上升蒸汽与回流液在精馏塔填料层进行传热传质交换，使重组分与轻组分分离，重组分聚集在精馏塔的底部，一级精馏塔的底部具有重组分排放管，所述重组分排放管经由主换热器升温后排出，重组分排放管经主换热器复热后排至尾气处理装置；

（4）轻组分从塔顶进入冷凝器，一部分被冷凝作为回流液回到精馏塔参与精馏，另一部分未被冷凝的轻组分作为二级精馏塔的原料，经连接管筒连接管上的入口阀V3进入二级精馏塔；

（5）二级精馏塔进行甲烷与氮气的分离，甲烷与氮在精馏塔填料层进行传热传质交换，使甲烷与氮分离，从二级精馏塔塔顶排出大部分甲烷和少量氮进入冷凝器，大部分甲烷被液化经第二气液分离器通过回液管作为回流液回到精馏塔参与精馏，少部分未被液化的甲烷和氮经第二气液分离器，气相输出端主换热器复热后排出精馏装置作为尾气处理；重组分甲烷则聚集在二级精馏塔的底部，从经产品过冷器进一步冷却后，经重组分收集管的进入收集罐实现产品的收集；

（6）收集罐经管路及气化器充装至各个充入产品气瓶。