[发明专利]从废氩气中制取纯氩的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气分离方法，具体是从废氩气中制取纯氩的方法。

背景技术

氩存在于自然界中，大气中氩组分的含量约0.9%。人们通过多种工艺方法将其从化合物或混合物中分离提纯出高纯度的氩（≥99.999%v/v采用GB/T10624-1995中术语），氩的最早用途是向电灯泡内充气。现在广泛应用于焊接和切割金属、电子、医药等行业，也作为保护气大量应用于工业生产。目前工业化批量生产纯氩主要通过以下三条途径实现氩的制取和提纯：（一）钾-40衰变方法；（二）吸附+化学方法；（三）低温精馏方法。其中：（一）、（二）两种方法其工艺过程均为气态氩的过程，其最终的产品也为气态。通过贮气罐或金属制压力容器将其贮存，实现产品的运输，因此量不大且效率低。同时，所采用化学方法也对工业生产规模形成一定制约。不太适合远距离运输，不太适合大量储存；也难适应现代化企业对纯氩越来越大的需求。

第（三）种工艺方法是指在低温状态下将空气进行分离。其原理可简述为：将原料空气液化，然后根据空气所含组分（例如氧、氮、氩）沸点的不同，采用低温精馏的方法分离出氧、氮、氩等。该方法的工艺路线，一般可直接获得液态的纯氩；当然投资也大。另外，局限于空气中氩组分含量，氩产品产量远远少于氧、氮产品，在空气分离装置中属于副产品。其较之（一）（二）两种方法更易贮存，运输更方便、高效。但是必须依托一个大型空分装置，投资量十分大，产量则受到空分装置规模的限制。

用作保护气的氩被污染后往往作为废气被排放，其组分中氩的含量依然很高，再次分离杂质进行提纯需耗费的能量远少于从空气中将氩分离出来。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种从废氩气中制取纯氩的方法，该方法应具有投资少、纯氩产品产量高的特点。

本发明提供的技术方案是：

从废氩气中制取纯氩的方法，同时进行以下作业流程： 

a、用户设备排放的带压废氩气引入提纯设备，汇合复热的返流废氩气后进入增压机第一段提高气体压力，并通过水冷却器冷却；冷却后输出的气体分为两路，一路进入增压机第二段继续增压冷却，然后进入膨胀机增压端增压冷却后通入主换热器释放热量，降温后的废氩气进入膨胀机膨胀端推动转子做功，降温降压后返回主换热器吸收热量，复热至常温后进入增压机继续参与循环；另一路进入主换热器释放热量，从换热器中下部抽出一股废氩气通入第一精馏塔蒸发器中的吸收腔后吸收冷量转换为废液氩，另一股在换热器中继续释放热量转换为废液氩后送入第一精馏塔精馏； 

b、第一精馏塔蒸发器输出的废液氩分为两路，第一路送入第二精馏塔冷凝器放出冷量，转换为废氩气后输回主换热器释放冷量，复热至常温后进入增压机入口继续参与循环；第二路直接输回主换热器释放冷量，复热至常温后进入增压机入口继续参与循环； 

c、送入第一精馏塔的废液氩放出冷量，其中蒸发温度高于氩的组分以液态形式从第一精馏塔蒸发器底端的排放管进行排放，其余放出冷量后蒸发的气体（粗氩气）从第一精馏塔中部输出送入第二精馏塔底部吸收冷量，其中蒸发温度低于氩的组分以气态形式从第二精馏塔冷凝器吸收腔的排放口进入大气排放，剩余气体吸收冷量后得到液态纯氩产品后输出； 

第一精馏塔和第二精馏塔分开布置；第一精馏塔固定在第一精馏塔蒸发器顶端且与该蒸发器连通；第一精馏塔蒸发器内废液氩的蒸发温度低于废氩气的液化温度，分别通过控制废液氩的压力以及控制废氩气的压力实现；第二精馏塔冷凝器固定在第二精馏塔顶端，第二精馏塔冷凝器中的吸收腔，其粗氩气进口以及粗液氩出口分别通过管路与第二精馏塔相通；第二精馏塔冷凝器内废液氩的蒸发温度低于粗氩气的液化温度，分别通过控制废液氩的压力以及控制粗氩气的压力实现。

第一精馏塔顶端输出口还通过管路输出废氩气进入主换热器释放冷量，复热至常温后进入增压机入口继续参与循环。

所述第二精馏塔的底端还通过管路输出废液氩进入主换热器释放冷量，复热至常温后进入增压机入口继续参与循环。

所述主换热器为板式换热器。

本发明的工作原理是：

1、由于输入第一精馏塔内的废液氩压力低，而输入第一精馏塔内的蒸发器的废氩气压力高，所以废液氩的蒸发温度要低于废氩气的液化温度（例如：实施例中的第一精馏塔的废液氩压力为0.31MPa时，蒸发温度为-173.9℃，而所提供的废氩气在压力为0.35MPa时，液化温度为-172.8℃，两者温差1.1℃）。这样，废氩气的冷凝和废液氩的蒸发可同时进行。