Способ получения чистого аргона из технической смеси газов Советский патент 1945 года по МПК F25J3/06 

Разделение смеси кислород-аргон ректификацией в промышленной практике достигается неполное. По способу Линде сырой аргон получается следующего состава: аргон- 50 - 45%, кислород -45 -50%, азот -5%.

По способу Клода: аргон - 75-80%, кислород-18-24%, азот- 1-2%.

Чистый аргон получается сжиганием кислорода в смеси с водородом или сжиганием серы в сыром аргоне. Сжигание больших количеств кислорода увеличивает стоимость аргона. Получение сырого аргона с концентрацией выше 80% аргона ректификацией не представляется возможным, так как при этих концентрациях состав жидкой и паровой фазы суш,ественно не меняется.

Исходя из большой разности температур плавления аргона (83,78°К) и кислорода (54,:i°K), дальнейший процесс разделения смеси кислород-аргон и повышение содержания аргона, сч гласно настоящему изобретению, предлагается производить фракционной кристаллизацией под вакуумом. Согласно диаграмме плавления смеси

кислород-аргон (Zeitschrift fur Phisikalische Chemie, Ab. A. - 13179, 1937 Г,), равновесие жидкой и твёрдой фазы характеризуется следующим составом смеси:

Как видно из приводимой таблицы, кристаллизацией в две стадии из 70% аргона можно получить 94процентный аргон. Если ректификацией будет получен 80-процентный аргон, то при кристаллизации в одну стадию можно получить 90-процентный аргон, В соответствии с этим и ректификация смеси кислород-аргон принята пО схеме Клода: из сырого аргона, выходящего из колонны, удаляется азот после сжатия и конденсации аргона.

Схема получения чистого аргона путём фракционной кристаллизации показана на прилагаемом чертеже.

Кислородная фракция подводится в ректификационную аргонную колонну в точке 2. Газообразный аргон, выходя-щий из колонны А, нагревается в теплообменнике В и сжимается компрессором С до -дав-лення.4 атм. Сжатый аргон охлаждается в теплообменнике В аргоном, выходящим из колонны, и направляется в трубное пространство конденсатора колонны. При давле:кии 4 атм. газообразный аргон и кислород конденсируются, а газообразный азот отводится из колонны через вентиль 1. Часть ежиженного аргона после удаления азота подаётся на орошение аргонной колонны через вентиль 4. Чистый жидкий кислород выводится из аргонной колонны в точке 3. При установке в колонне 65 -70 тарелок, чтобы не увеличивать высоты колонны, расстояние между тарелками устанавливается 50 - 60 мм против обычных 80-90 мм. При постоянном отводе азота можно получить 75 - 80-процентный аргон при ректификации. Для повышения концентрации сырого аргона включаются кристаллизаторы аргона г и /. Процесс кристаллизации происходит следующим образом: жидким аргоном заполняется один из кристаллизаторов-I или 1, через вентили 6. После наполнения кристаллизатора жидким аргоном -аппарат включается для кристал.лизации. Для этого через вентиль 10 или lOi в трубчатку кристалли-затора подают жидкий азот из карманов конденсатора кислородного аппарата и испаряют азот под вакуумом в 350-400 мм ртутного столба, создаваемым вакуум-насосом. При испарении азота под вакуумом в трубчатке жидкий сырой аргон охлаждается и происходит выпадение из раствора кристаллической смеси кислорода и аргона. По окончании кристаллизации жидкость, обеднённая аргоном, через вентили 7 или 7, отводится в бак {, а оттуда непрерывно подается в аргонную колонну на тарелку, где жидкость одинакового состава с подводимой из бака. Обогащённая аргоном смесь, выпавшая в кристаллическом состоянии, превращается в жидкую при конденсации .газообразного азота, отводимого

из-под крышки конденсатора кислородного аппарата через вентили 9 и -Э. В жидком виде смесь аргона и азога отводится из кристаллизаторов через вентили 8 или 8j.

Отвод сконденсированного азота из трубчатки осуществляется через вентили 11 или llj. При установке трубчатки большого объема конденсирующийся азот можно не отводить с тем, чтобы испарить его под вакуумом после удаления обогащённой аргоном жидкости и заполнения кристаллизатора новой порцией сырого жидкого аргона. При конденсации азота в трубчатке вакуумнасос отключается при помощи вентилей 12 и 12j. Для равномерной нагрузки вакуумнасоса установлен вентиль 14, при открытии которого насос работает „на себя.

Кристаллизаторы I nl работают периодически:

1.Кристаллизатор Z-заполнение жидкостью - кристаллизация - расплавление обогащенной аргоном смеси - слив.

2.Кристаллизатор /j - кристаллизация---расплавление-слив - заполнение жидкостью.

Для беспрерывной работы вакуумнасоса процесс организуется так, чтобы к концу кристаллизации в одном кристаллизаторе, второй был заполнен жидкостью и подготовлен для кристаллизации. При наличии разрывов насос работает „на себя. Непрерывной выдачи жидкого аргона снизу колонны и заполнение кристаллизаторов не требуется, так как в зумпфе конденсатора колонны может накапливаться жидкий аргон. При налаживании процесса ректификации в аргонной колонне кристаллизаторы могут отключаться и в этом случае жидкий сырой аргон выдаётся из колонны через вентиль 5.

На чертеже показана кристаллизация в одну стадию. Кристаллизация .в две стадии осуществляется установкой дополнительного кристаллизатора Или повторной кристаллизацией расплавленной массы после первого обогащения аргоном в аппарате первой кристаллизации.

Предлагаемый метод обеспечивает производство 90-96% аргона фракционной кристаллизацией. Аппаратура кристаллизации сырого аргона технологически является частью установки добывания аргона ректификацией смеси кислород - аргон.

Предм67 изобретения

Способ получения чистого аргона из технической смеси газов, о т л ичающийся тем, что аргон выделяют из ожиженной смеси газов путём его кристаллизации под вакуумом.