CN107120525A - 一种液氩挥发冷凝回收装置及其氩气冷凝回收方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及气体回收领域，具体是一种液氩挥发冷凝回收装置及其氩气冷凝回收方法，其中冷凝回收装置具有储存罐，在储存罐的罐体上连通有冷凝管道回路，在冷凝管道回路设置有冷凝器，冷凝器上分别连接有液氮输入管道和氮气输出管道，在液氮输入管道上设置有通过阀，在氮气输出管道上设置有回流阀；针对该装置的冷凝回收方法为将挥发氩气沿冷凝管道回路输送至冷凝器中，保持单位时间内液氮与氩气的体积比在[1:1300，1:1050]范围之内，将氩气进行充分冷凝回收；本发明将液氩储存罐内日常储存挥发的氩气，利用经济价值相对较低的液氮进行冷凝回收，回收率可达到100%，有效避免了传统直接放空造成的浪费，具有良好的应用推广前景。

Description

一种液氩挥发冷凝回收装置及其氩气冷凝回收方法

技术领域

本发明涉及气体回收领域，具体是一种液氩挥发冷凝回收装置及其氩气冷凝回收方法。

背景技术

氩气是一种惰性气体，沸点和熔点分别为-185.7℃和-189.2℃，由于氩气化学性质稳定，广泛应用于照明灯具和电弧焊接的保护气体领域，具有较高的经济价值，工业上，目前一般采用蒸馏的工艺方法从空气中提炼出氩气，并将其冷凝成液态氩储存在罐体内，这种工艺方法的生产成本也较高。

在罐体储存过程中，会有一部分液氩挥发成氩气，为防止储存罐内过压，在储存罐的顶部通常装置有自动放空阀，即当罐内挥发的氩气压力超过设定阈值时，自动放空阀自动打开，将储存罐内的挥发氩气放空一部分，使罐内气压恢复至阈值范围内，同时为了提高储存罐安全系数，在储存罐上还装有呼吸阀，其功能为当自动放空阀失效后，呼吸阀自动打开，将超压氩气排出。可以看出，上述工艺中，为防止液氩储存罐内过压，通常的方法是直接将挥发的氩气直接向外排出，造成了氩气的大量浪费；

此外，当需要外购液氩时，通常是采用槽车连接储存罐，并将槽车内运输的纯度合格液氩充装入储存罐内，其充装工艺大致为：首先对槽车的槽罐适当加压（通常将槽罐内的压力加压至液压储存罐内气压的5-6倍），然后在压力差的作用下，槽罐内的运输液氩直接充装至储存罐内。在以上过程中，随着槽罐内液氩不断充装，储存罐内气压不断增大，为防止储存罐内出现过压现象，在充装过程中，储存罐上自动放空阀需要不断开启，将过压的氩气排出，造成浪费；此外，槽车槽罐内的液氩在充装完毕后，通过还会有一部分液氩残留在槽罐底部，传统方法中，这一部分残留的液氩由于无法充装入储存罐而被直接放空排放，造成浪费。

从上述分析可知，无论是液氩储存罐日常的储存还是经槽罐车充装作业，均会产生大量挥发氩气并且直接放空排放，对于经济价值较高的氩气来说，造成大量的浪费。

发明内容

为解决当前挥发液氩直接放空排放造成的大量浪费的问题，本发明提供一种液氩挥发冷凝回收装置，并且设计一套氩气冷凝的回收方法，对液氩储存罐日常的储存和槽罐车充装作业中产生的挥发氩气进行冷凝回收，有效避免了传统工艺中氩气直接被放空浪费的现象，大大增加了企业的经济效益。

本发明的具体方案为：一种液氩挥发冷凝回收装置，具有用于储存液氩的储存罐，在储存罐的罐体上连通有用于回收挥发氩气的冷凝管道回路，在冷凝管道回路设置有用于冷凝氩气的冷凝器，冷凝器上分别连接有液氮输入管道和氮气输出管道，在液氮输入管道上设置有控制液氮输入量的通过阀，在氮气输出管道上设置有控制氮气回流量的回流阀。

本发明所述的冷凝管道回路的一端为进气口，另一端为出液口，冷凝管道回路的进气口布置在储存罐的顶部，冷凝管道回路的出液口穿过储存罐的上部管壁并且向下伸至储存罐的底部；在冷凝器与冷凝管道回路进气口一端之间的管道上安装有防止不纯氩气进入储存罐内的单向阀，在单向阀管段还加装有旁通管道。

本发明中，在冷凝器与冷凝管道回路出液口一端之间的管道上沿液氩回流方向依次至少设置有用于临时储存液氩的去储槽、用于分析液氩纯度的分析阀、用于清除管道内不纯氩气的吹除阀和控制液氩输入量的进液阀。

本发明所述的冷凝器具有从内之外依次设有液氮室和氩气室，所述液氮室的进口端通过带有阀门的真空管道与液氮输入管道连通，液氮室的出口端通过带有阀门的真空管道与氮气输出管道连通，所述氩气室的进口端通过带有阀门的真空管道与冷凝管道回路中输送氩气的部分连通，氩气室的出口端通过带有阀门的真空管道与冷凝管道回路中输送液氩的部分连通；在氩气室的外壁还安装显示液氩液位的液位计。

本发明所述的储存罐的顶部还安装有防止罐内氩气过压的放空阀和备用的呼吸阀。

本发明所述的储存罐的底部还设置有充装管道，充装管道上至少安装有进液阀、分析阀、排放阀、回罐阀和充装羊角。

本发明中，利用上述的一种液氩挥发冷凝回收装置进行氩气冷凝回收的方法，其步骤为：

第一步：打开旁通管道上的旁通阀，打开吹除阀并充入合格液氩反向流动置换冷凝器和冷凝管道回路内的杂质，置换完毕后，关闭旁通阀和吹除阀；

第二步：打开冷凝管道回路上的进气阀，储存罐内的挥发氩气从冷凝管道回路进入冷凝器中的氩气室，此时，微开液氮输入管道上的通过阀，并保证通过阀的开度为λ，保持单位时间内进入液氮室内液氮与进入氩气室内氩气的体积比在[1:1300,1:1050]范围之内；

第三步：氩气受液氮吸热冷凝并在冷凝器氩气室中积液，打开冷凝器氩气室出口端的阀门；

第四步：打开冷凝管道回路中的分析阀，检验液氩的纯度；

第五步：保持去储槽通路，打开冷凝管道回路中进液阀，将纯度检验合格的液氩回流至储存罐；如果储存罐内挥发氩气过压，关闭进液阀或者减小进液阀开度，将冷凝管道回路中的液氩临时储存在去储槽内，待储存罐内气压恢复正常后，再恢复进液阀状态，去储槽内临时储存的液氩回流至储存罐内。

在上述第二步中，当氩气的冷凝速度与液氩的流出速度相当时，氩气室内液氩的液位β会保持不变，当液位β变小时，说明通过阀的开度λ1小于λ，氩气冷凝速度减小，需要将通过阀的开度λ1上调至λ；当液位β变大时，说明通过阀的开度λ1大于λ，氩气冷凝速度变大，需要将通过阀的开度λ1下调至λ。

在上述第二步中，在微开通过阀的同时，打开液氮室出口端的阀门和氮气输出管道的回流阀，保证吸热气化的液氮从液氮室中排出。

本发明具备的优势在于：

1、将液氩储存罐内日常储存挥发的氩气，利用经济价值相对较低的液氮进行冷凝置换回收，冷凝回收率可达到100%,有效避免了传统直接放空造成的浪费；

2、将槽罐车内充装完毕残留的液氩进行气化，充装入储存罐内，并利用冷凝回收装置对充入罐内的残留气化液氩进行循环回收，有效避免了传统工艺中槽罐车内残留液氩被放空排放的问题；

3、本发明氩气冷凝回收方法设计巧妙，由于氩气的沸点和熔点分别为-185.7℃和-189.2℃，温度差距较小，在冷凝回收过程中，如液氮流量控制不好，极容易出现氩气难以冷凝或者氩气出现凝华的现象，造成挥发的氩气难以冷凝回收的情况，为此，本发明中液氮与挥发氩气在冷凝器内单位时间的混合比例λ是在总结日常生产经验的基础上，经过不断的调试和试验才得出的，氩气冷凝回收效率高，产生的经济效益明显。

附图说明

图1为本发明流程图；

图2为本发明中冷凝器的结构示意图。

图中：1-储存罐，2-冷凝管道回路，3-进气口，4-出液口，5-放空阀，6-呼吸阀，7-冷凝器，8-液氮输入管道，9-氮气输出管道，10-通过阀，11-主换热器，12-回流阀，13-液氮室，14-氩气室，15-阀门A，16-阀门B，17-阀门C，18-阀门D，19-液位计，20-进气阀，21-单向阀，22-旁通管道，23-旁通阀，24-去储槽，25-分析阀，26-吹除阀，27-进液阀A，28-槽罐车，29-充装管道，30-充装羊角，31-回罐阀，32-排放阀，33-露点分析装置，34-分析阀B，35-进液阀B，36-槽罐，37-液氩。

具体实施方式

本实施例中，一种液氩挥发冷凝回收装置，具有用于储存液氩37的储存罐1，在储存罐1的罐体上连通有用于回收挥发氩气的冷凝管道回路2，冷凝管道回路2的直径为45cm，冷凝管道回路2的一端为供挥发氩气输出的进气口3，该进气口3布置在储存罐1的顶部，另一端为供冷凝液氩回流至储存罐1内的出液口4，该出液口4穿过储存罐1内液位以上部位的管壁并且向下折弯伸至靠近罐底的部位；此外，在储存罐1的顶部还安装有放空阀5和呼吸阀6，其中放空阀5的功能是当罐内挥发氩气超过预设阈值时自动将超压氩气放空，呼吸阀6是放空阀的备用阀门，即当放空阀失效时，呼吸阀6可自动开启放空超压的氩气；

本实施例中，在冷凝管道回路2上设置有用于冷凝挥发氩气的冷凝器7，冷凝器7上分别连接有直径均为25cm的液氮输入管道8和氮气输出管道9，液氮输入管道8与液氮发生装置连通，且在液氮输入管道8上设置有控制液氮输入量的通过阀10，氮气输出管道9与氮气回收装置中的主换热器11连通，且在氮气输出管道9上设置有控制氮气回流量的回流阀12；

本实施例中，冷凝器7具有从内之外依次设有液氮室13和氩气室14，液氮室13的进口端通过带有阀门A15的真空管道与液氮输入管道8连通，液氮室13的出口端通过带有阀门B16的真空管道与氮气输出管道9连通，所述氩气室14的进口端通过带有阀门C17的真空管道与冷凝管道回路2中输送氩气的部分连通，氩气室14的出口端通过带有阀门D18的真空管道与冷凝管道回路2中输送液氩的部分连通；在氩气室14的外壁还安装显示液氩液位的液位计19；

本实施例中，在冷凝器7与冷凝管道回路2进气口一端之间的管道上沿氩气回气方向（即储存罐1内挥发氩气沿冷凝管道回路2进入冷凝器7的方向）依次设置有进气阀20和单向阀21，其中进气阀20控制挥发氩气进入冷凝管道回路2中的流量，单向阀21是防止纯度不合格的氩气进入储存罐1内，此外，在单向阀21管段还加装有旁通管道22，旁通管道22上设有旁通阀23；

本实施例中，在冷凝器7与冷凝管道回路2出液口4一端之间的管道上沿液氩回流方向（即冷凝器7内冷凝的液氩沿冷凝管道回路2进入储存罐1的方向）依次设置有去储槽24、分析阀A25、吹除阀26和进液阀A27，其中去储槽24用于当需要对输入储存罐1内的冷凝液氩进行限流时对液氩进行临时储存作用，分析阀A25用于分析液氩纯度，吹除阀26用于清除冷凝管道回路2内不纯氩气，进液阀A27用于控制液氩向储存罐1内的输入量；

此外，本实施例中，在储存罐2的底部还设置有与液氩槽罐车28连通的充装管道29，充装管道29上沿液氩充装方向依次安装有充装羊角30、回罐阀31、排放阀32、露点分析装置33、分析阀B34和进液阀B35，其中充装羊角30用于连接槽罐车28，回罐阀31用于控制槽罐车28内液氩的充装速度，排放阀32用于临时排放液氩，露点分析装置33用于检测槽罐车28内液氩的含水量，分析阀B34用于检测槽罐车28内液氩的纯度，进液阀B35用于控制槽罐车28内液氩进入储存罐1内的充装速度；

本实施例中，液氩储存罐1内设定的压力阈值为15KPa,利用如上述的一种液氩挥发冷凝回收装置对液氩储存罐内所挥发的氩气进行冷凝回收的方法，其步骤为：

第一步：打开旁通管道22上的旁通阀23，打开吹除阀26，将精氩塔中的合格液氩从吹除阀26充入至冷凝管道回路2中，并沿液氩回流方向反向流动置换冷凝管道回路2和冷凝器7中的杂质气体或液体，置换完毕后，关闭旁通阀23和吹除阀26；

第二步：打开冷凝管道回路2上的进气阀20和冷凝器7氩气室14上的阀门C17，储存罐1内的挥发氩气进入冷凝器7中的氩气室14（此时冷凝管道回路2中氩气的压力为12KPa），同时，微开液氮输入管道8上的通过阀10和冷凝器7液氮室13上的阀门A15，并保持通过阀10的开度为5%（通常开度为4%-6%之间，开度小于4%，氩气室14内的氩气无法充分冷凝液化；开度大于6%,氩气室14内的液氩会出现凝固现象，甚至氩气发生凝华现象）,使液氮进入冷凝器7液氮室13内对氩气室14内的氩气进行冷凝，此时，单位时间内进入液氮室13内液氮与进入氩气室14内氩气的体积比在[1:1300,1:1050]范围之内；

第三步：在打开通过阀10的同时，打开冷凝器7液氮室13上的阀门B16和氮气输出管道9上的回流阀12，并控制回流阀12保持一定的开度，使氮气输出管道9内氮气的压力与氮气回收装置中氮气的压力相当；

第四步：氩气受液氮吸热冷凝并在冷凝器7氩气室14中积液，打开冷凝器7氩气室14出口端的阀门D18；

第五步：打开冷凝管道回路2中的分析阀A25，检验液氩的纯度；

第六步：当液氩纯度检验合格后，保持去储槽24通路，打开冷凝管道回路2中进液阀A27，将纯度检验合格的液氩回流至储存罐1；如果储存罐1内挥发氩气过压（即超过压力阈值15KPa），关闭进液阀A27或者减小进液阀A27开度，将冷凝管道回路2中的液氩临时储存在去储槽24内，待储存罐1内气压恢复正常后，再恢复进液阀A27状态，将去储槽24内临时储存的液氩回流至储存罐1内。

在上述第四步中，当氩气的冷凝速度与液氩的流出速度相当时，此时氩气室14内液氩的液位会固定在20%不变；在实际操作过程中，当氩气室14液氩液位小于20%时，说明通过阀10的开度小于5%，氩气冷凝速度变小，此时需要将通过阀10的开度上调至5%；氩气室14液氩液位大于20%时，说明通过阀10的开度大于5%，氩气冷凝速度变大，需要将通过阀10的开度下调至5%。

本实施例中，在液氩槽罐车28充装过程中，首先需要对槽罐36进行加压（通常槽罐36内加压后的压力是液氩储存罐1内部压力的5-6倍，即100KPa左右），在槽罐36与储存罐1之间压力差的作用下，槽罐36内的液氩会自然充装入储存罐1内，当槽罐36内液氩充装完毕后，对槽罐36内部残留的液氩进行气化处理，气化后的残留液氩沿充装管道29进入液氩储存罐1内，并利用上述方法步骤对气化后的残留液氩进行冷凝回收。

Claims (9)

1.一种液氩挥发冷凝回收装置，具有用于储存液氩的储存罐，其特征在于：在储存罐的罐体上连通有用于回收挥发氩气的冷凝管道回路，在冷凝管道回路设置有用于冷凝氩气的冷凝器，冷凝器上分别连接有液氮输入管道和氮气输出管道，在液氮输入管道上设置有控制液氮输入量的通过阀，在氮气输出管道上设置有控制氮气回流量的回流阀。

2.根据权利要求1所述的一种液氩挥发冷凝回收装置，其特征在于：所述冷凝管道回路的一端为进气口，另一端为出液口，冷凝管道回路的进气口布置在储存罐的顶部，冷凝管道回路的出液口穿过储存罐的上部管壁并且向下伸至储存罐的底部；在冷凝器与冷凝管道回路进气口一端之间的管道上安装有防止不纯氩气进入储存罐内的单向阀，在单向阀管段还加装有旁通管道。

3.根据权利要求2所述的一种液氩挥发冷凝回收装置，其特征在于：在冷凝器与冷凝管道回路出液口一端之间的管道上沿液氩回流方向依次至少设置有用于临时储存液氩的去储槽、用于分析液氩纯度的分析阀、用于清除管道内不纯氩气的吹除阀和控制液氩输入量的进液阀。

4.根据权利要求1所述的一种液氩挥发冷凝回收装置，其特征在于：所述冷凝器具有从内之外依次设有液氮室和氩气室，所述液氮室的进口端通过带有阀门的真空管道与液氮输入管道连通，液氮室的出口端通过带有阀门的真空管道与氮气输出管道连通，所述氩气室的进口端通过带有阀门的真空管道与冷凝管道回路中输送氩气的部分连通，氩气室的出口端通过带有阀门的真空管道与冷凝管道回路中输送液氩的部分连通；在氩气室的外壁还安装显示液氩液位的液位计。

5.根据权利要求1所述的一种液氩挥发冷凝回收装置，其特征在于：所述储存罐的顶部还安装有防止罐内氩气过压的放空阀和备用的呼吸阀。

6.根据权利要求1所述的一种液氩挥发冷凝回收装置，其特征在于：所述储存罐的底部还设置有充装管道，充装管道上至少安装有进液阀、分析阀、排放阀、回罐阀和充装羊角。

7.利用如权利要求1-6任一项所述的一种液氩挥发冷凝回收装置进行氩气冷凝回收的方法，其特征在于：

第一步：打开旁通管道上的旁通阀，打开吹除阀并充入合格液氩反向流动置换冷凝器和冷凝管道回路内的杂质，置换完毕后，关闭旁通阀和吹除阀；

第二步：打开冷凝管道回路上的进气阀，储存罐内的挥发氩气从冷凝管道回路进入冷凝器中的氩气室，此时，微开液氮输入管道上的通过阀，并保证通过阀的开度为λ，保持单位时间内进入液氮室内液氮与进入氩气室内氩气的体积比在[1:1300,1:1050]范围之内；

第三步：氩气受液氮吸热冷凝并在冷凝器氩气室中积液，打开冷凝器氩气室出口端的阀门；

第四步：打开冷凝管道回路中的分析阀，检验液氩的纯度；

第五步：保持去储槽通路，打开冷凝管道回路中进液阀，将纯度检验合格的液氩回流至储存罐；如果储存罐内挥发氩气过压，关闭进液阀或者减小进液阀开度，将冷凝管道回路中的液氩临时储存在去储槽内，待储存罐内气压恢复正常后，再恢复进液阀状态，去储槽内临时储存的液氩回流至储存罐内。

8.根据权利要求7所述的利用如权利要求1-6任一项所述的一种液氩挥发冷凝回收装置进行氩气冷凝回收的方法，其特征在于：当氩气的冷凝速度与液氩的流出速度相当时，氩气室内液氩的液位β会保持不变；当液位β变小时，说明通过阀的开度λ1小于λ，氩气冷凝速度减小，需要将通过阀的开度λ1上调至λ；当液位β变大时，说明通过阀的开度λ1大于λ，氩气冷凝速度变大，需要将通过阀的开度λ1下调至λ。

9.根据权利要求7所述的利用如权利要求1-6任一项所述的一种液氩挥发冷凝回收装置进行氩气冷凝回收的方法，其特征在于：在微开通过阀的同时，打开液氮室出口端的阀门和氮气输出管道的回流阀，保证吸热气化的液氮从液氮室中排出。