[发明专利]一种氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置及其使用方法

说明书

一种氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置及其使用方法，它包括原料粗氩气压缩机、循环氮气压缩机、高低温膨胀机制冷系统、冷箱系统，所述原料粗氩气压缩机前方连接原料粗氩气管网，后方设置冷箱系统，该冷箱系统一端与高低温膨胀机制冷系统连接，另一端与循环氮气压缩机连接，本发明采用的从低纯度粗氩气中提取并液化氩气的氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置可从增效氩塔顶部的低纯度粗氩气中提取液氩。可实现在不改造空分仅进行少量改造的情况下直接利用低纯度增效氩塔粗氩气提取液氩，并副产一定量的液氧。

技术领域

本发明属于低温精馏领域，具体涉及一种氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置及其使用方法。

背景技术

氩气是一种无色、无味的单原子气体，占大气组分的0.932%左右，其性质不活泼，具有化学惰性，在常温下与其他物质均不起化学反应，在高温下也不溶于液态金属中，是一种的应用领域广泛的工业气体，被广泛应用在炼钢、有色冶炼、焊接、光伏等领域。目前的氩气主要生产方式是作为深冷空分的副产品，通过深冷空分的氩系统将氩富集提纯液化后产出液氩。

随着有色冶炼、不锈钢、光伏等行业的快速发展，生产过程中对氩气的需求量迅速增加，氩气的价格在近几年一直维持在一个较高的水平。在几年前有不少化工型空分装置由于下游不需要氩气，当时氩气价格也极低，因此在建设空分装置时仅设置一个富集氩气的增效氩塔，该塔产出的氩气纯度较低，一般含有少量的氮气杂质和大量的氧杂质。而直接改造空分新上一个氩系统需要的停产改造时间是化工型企业难以满足的，本专利可实现在不改造空分仅进行少量改造的情况下直接利用低纯度增效氩塔粗氩气提取液氩。

发明内容

本发明的目的在于提供一种从低纯度粗氩气中提取并液化氩气的氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置及其使用方法，此方法可以在不改造空分仅进行少量改造的情况下直接利用低纯度增效氩塔粗氩气提取液氩。本发明的目的是通过如下技术方案来完成的：一种氮气循环低温精馏粗氩气提纯液化装置，它包括原料粗氩气压缩机、循环氮气压缩机、高低温膨胀机制冷系统和冷箱系统，所述原料粗氩气压缩机前方连接原料粗氩气管网，后方设置冷箱系统，该冷箱系统一端与高低温膨胀机制冷系统连接，另一端与循环氮气压缩机连接，所述冷箱系统包括相互连接的板式换热器、除氮塔、除氧塔和精氩塔，高低温膨胀机制冷系统包括高温膨胀机的膨胀端以及依次连接的高低温膨胀机增压端、低温膨胀机膨胀端三部分，其中高低温膨胀机增压端由低温膨胀机增压端、低温膨胀机增压端后冷却器、高温膨胀机增压端和高温膨胀机增压端后冷却器组成，原料粗氩气通过管网进入原料粗氩气压缩机压缩至约3bar后，送入冷箱系统，原料粗氩气在冷箱系统内经板式换热器冷却至饱和后，送入除氮塔精馏除去大部分氮气杂质及部分氧杂质，得到低压液氧、富氩氧气和低压废气，富氩氧气送入除氧塔再进一步除去氧杂质得到粗氩气，送入精氩塔提纯后得到纯液氩。

作为优选：所述循环氮气压缩机前方为管网，后方连接高低温膨胀制冷系统及冷箱系统，来自管网的常压氮气经循环氮气压缩机加压后，一部分中抽去冷箱系统作为各个精馏塔的循环冷热源，最后以常压氮气状态返回循环氮气压缩机入口。一部分从循环氮气压缩机末级抽出作为高温膨胀量，去冷箱系统冷却后进入高温膨胀机膨胀端膨胀制冷后，经冷箱系统复热返流回循环氮气压缩机入口，最后一部分作为低温膨胀量，去高低温膨胀机增压端继续增压冷却后，进入去冷箱系统冷却后进入低温膨胀机膨胀端膨胀制冷后，经冷箱系统复热返流回循环氮气压缩机入口。

作为优选：所述除氮塔底部设置一台第一蒸发器，原料粗氩气冷却至饱和后送入除氮塔中下部参与精馏，精馏后从除氮塔底部获得低压液氧，顶部获得低压废气，中部获得富氩氧气，低压液氧直接出冷箱送入液氧贮槽，低压废气出塔后进入板式换热器与正流气体换热后，复热至常温出冷箱放空，富氩氧气送入除氧塔底部参与精馏，除氮塔底部第一蒸发器的热源为经板式换热器冷却至饱和的循环氮气压缩机的中抽氮气。