一种工艺氩气回收系统中的低温精馏装置及方法与流程

本发明涉及工艺氩气回收系统中的低温精馏装置及方法，尤其是通过低温精馏的方法将粗氩气中氢气、氮气等轻组分（相对氩气）杂质进行分离的方法，属于低温空分精馏技术领域。

背景技术：

氩气是空气中除氧气和氮气外的另一种含量较大的气体，获得成本相对较低，同时它具有优良的化学惰性和物理性能，能为各种工艺提供惰性气氛，达到置换杂质气体、吹扫固体粉末、带走工艺中多余的热量等目的。

虽然在空气分离行业中，氩气成本相对其他惰性气体较低，但对于大宗的气体需求，其获得成本仍然很大，如果能实现工艺氩气的循环利用，降低成本，将具有非常大的经济效益。因此国内外有许多研究氩气回收技术的公司和机构，已有产品投入市场使用。

氩气回收技术中，低温精馏装置是其重要的一个单元，一般的流程组织为利用压缩空气和（或）液氮等提供冷热源，常压输出氩气，后续配置氩气压缩机压缩到用户所需压力，其流程结构复杂，设备投资及能耗都相对较大。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种改进的、流程组织优于其他现有流程，系统成本与能耗低于其他流程，同时回收利用率不低于其他现有流程的工艺氩气回收系统中的低温精馏装置及方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种工艺氩气回收系统中的低温精馏装置，它主要包括低温换热器，低温精馏塔，精馏塔底部蒸发器，精馏塔顶部冷凝器；所述的低温换热器中设置有氩气输入流道、产品氩气输出流道以及精馏废气输出流道，其中氩气输入流道通过管路连接至精馏塔底部蒸发器，并在该精馏塔底部蒸发器接出管路，该接出管路连接至低温精馏塔的上部，产品氩气输出流道通过连接管路连接至低温精馏塔塔顶，而精馏废气输出流道通过管道连接至精馏塔顶部冷凝器，另在低温精馏塔的上部设置有输入补充液氩的外接管路。

作为优选：所述的低温精馏塔为单塔结构，所述精馏塔底部蒸发器和所述精馏塔顶部冷凝器中冷、热源皆为氩气本身，不引入空气、液氮介质。

一种利用所述工艺氩气回收系统中的低温精馏装置的低温精馏方法，所述的方法是：

所述压缩氩气进入低温换热器被冷却，冷却后的低温氩气进入蒸发器，提供热源并自身冷凝，冷凝后的液态氩气进入低温精馏塔顶部，与冷凝器回流的液氩混合后，作为精馏塔顶部的下降液，与蒸发器产生的上升气在精馏塔内进行精馏；精馏塔底部得到纯液氩，经节流阀节流后进入低温精馏塔顶部的冷凝器，与补充液氩混合后，提供冷源并自身蒸发得到纯氩气，纯氩气进入低温换热器，回收冷量后作为产品气进入用户管道。

作为优选：所述的精馏塔顶部气体进入冷凝器后，大部分作为冷凝器的热源，提供热量并自身冷凝后全回流到精馏塔顶部与液态氩气混合；少部分作为精馏废气排出低温精馏塔进入低温换热器回收冷量，复温后的精馏废气排出低温精馏装置；

所述氩气在进入工艺前为压缩氩气，所含杂质为相对氩气为轻组分的杂质。

本发明具有如下优点：

1）本发明流程组织简单，只需一个低温精馏塔配合以底部蒸发器和顶部冷凝器，再配置一台低温换热器实现冷量的传递和回收，就能完成分离轻组分杂质，纯化氩气的目的；

2）本发明中，产品氩气可根据用户所需压力进行设计，可带压输出，不需配置氩气压缩机；

3）本发明中，蒸发器和冷凝器中冷、热源皆为氩气本身，不需引入空气、液氮等其他介质；

4）本发明中，系统冷量由补充液氩提供，补充液氩提供冷量后仍可作为纯氩气供用户使用，不消耗氩气量；

5）本发明中，氩气回收利用率通过调节精馏废气的气量进行控制。

附图说明

图1为本发明所述工艺氩气回收系统中的低温精馏装置结构流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作详细的介绍：图1所示，本发明所述的一种工艺氩气回收系统中的低温精馏装置，它主要包括低温换热器102，低温精馏塔106，精馏塔底部蒸发器104，精馏塔顶部冷凝器109；所述的低温换热器102中设置有氩气101输入流道、产品氩气113输出流道以及精馏废气114输出流道，其中氩气101输入流道通过管路103连接至精馏塔底部蒸发器104，并在该精馏塔底部蒸发器104接出管路105，该接出管路105连接至低温精馏塔106的上部，产品氩气113输出流道通过连接管路110连接至低温精馏塔106塔顶，而精馏废气114输出流道通过管道111连接至精馏塔顶部冷凝器109，另在低温精馏塔106的上部设置有输入补充液氩112的外接管路。

所述的低温精馏塔106为单塔结构，所述蒸发器104和所述冷凝器109中冷、热源皆为氩气本身，不引入空气、液氮介质。

一种利用所述工艺氩气回收系统中的低温精馏装置的低温精馏方法，所述的方法是：

所述压缩氩气101进入低温换热器102被冷却，冷却后的低温氩气103进入蒸发器104，提供热源并自身冷凝，冷凝后的液态氩气105进入低温精馏塔顶部，与冷凝器109回流的液氩混合后，作为精馏塔顶部的下降液，与蒸发器104产生的上升气在精馏塔内进行精馏。精馏塔底部得到纯液氩107，经节流阀108节流后进入低温精馏塔106顶部的冷凝器109，与补充液氩112混合后，提供冷源并自身蒸发得到纯氩气110，纯氩气110进入低温换热器102，回收冷量后作为产品气113进入用户管道。

所述的精馏塔顶部气体进入冷凝器109后，大部分作为冷凝器109的热源，提供热量并自身冷凝后全回流到精馏塔顶部与液态氩气105混合；少部分作为精馏废气111排出低温精馏塔进入低温换热器回收冷量，复温后的精馏废气114排出低温精馏装置；

所述氩气101在进入工艺前为压缩氩气，所含杂质为相对氩气为轻组分的杂质。

本发明按照图1所说明的方案实践中，有一股典型的压缩氩气流，其含有98%的氩，0.5%的氢，1.5%的氮，最后得到产品氩气113的纯度大于等于99.9995%，氩气回收利用率超过90%。