CN107298434B - 一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统的氩气回收方法 - Google Patents

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Abstract

一种氩气回收装置中的两级催化‑吸附系统及氩气回收方法，所述系统包括：第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统，所述的第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统形成串联结构，其中：第一级催化系统包括空气管道、第一回热器、第一加热器、第一催化炉，第一催化炉R1内装填有能催化一氧化碳和烃类同氧气反应的催化剂。

Description

一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统的氩气回收方法
技术领域
本发明涉及的是一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统的氩气回收方法，尤其是通过催化系统将粗氩气中氧气、一氧化碳、烃类等杂质转化为二氧化碳和水，并通过吸附系统加以去除的工艺，属于催化吸附技术领域。
背景技术
氩气是空气中一种含量较大的惰性气体，能为多种工艺过程提供惰性氛围。光伏产业制取单晶硅采用减压拉晶工艺，减压拉晶过程连续向单晶炉膛内充入大量高纯氩气、同时真空泵不断从炉膛内向外抽送氩气。氩气出真空泵夹带真空泵油、粉尘、氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、烃类等杂质，经处理达排放要求后排入大气。
回收利用这部分排放的氩气具有非常大的经济效益。国内外的公司和机构，已研发出了多种氩气回收装置并投入市场。
现有的氩气回收装置由除油除尘系统、增压系统、催化系统、吸附系统、低温精馏系统组成；原料氩气的处理过程为：
去除油和粉尘并经压缩后的粗氩气（含有氧气、氮气、一氧化碳、二氧化碳、烃类），经过第一次催化反应，将其中的一氧化碳、烃类转化为二氧化碳、水，催化反应中保证氧气过量（杂质氧气不够则加入氧气）；再加入微过量氢气，经过第二次催化反应，将过量氧气转化为水。经过两次催化反应的粗氩气中含有的杂质为二氧化碳、水、氮气、氢气。
催化反应后粗氩气中的二氧化碳、水通过分子筛吸附系统去除。现有氩气回收装置的吸附系统设置了一级纯化系统，含2台纯化器。纯化器内装有对水和二氧化碳具有良好吸附性能的分子筛吸附剂。含有水和二氧化碳的粗氩气进入纯化器后，水和二氧化碳与吸附剂充分接触，不断被吸附剂吸附（水优先吸附）。当纯化器出口的二氧化碳浓度接近1ppm时，为防止二氧化碳浓度继续升高，导致在低温精馏系统的换热器内因低温固化而堵塞管路，需要对吸附剂进行再生。为了不引入新的氧气杂质，分子筛吸附剂的再生气源为低温精馏系统输出的精馏废气（精馏废气为含有杂质氮、氢的粗氩气，现有工艺中，当精馏废气不能满足吸附要求时，也有加入氮气混合精馏废气进行再生的工艺）。运行时2台纯化器交替工作，其中1台工作时，另1台再生，再生气经纯化器后直接放空。
故传统工艺中，存在这样一个问题：当原料气中的一氧化碳、烃类含量较高时，催化反应生成的二氧化碳较多，吸附系统再生需要较多的再生气，此时，有两种方案：
一是在保证回收率的情况下，引入氮气保障分子筛再生工艺；
二是在保证分子筛再生工艺的前提下，不引入氮气而牺牲氩气回收率。
而对于第一种工艺，需要用户额外配备氮气供应系统，当然，如果精馏工艺中引入了空气或氮气的情况除外；
对于第二种工艺，回收率的降低直接影响氩回收装置的经济性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种一氧化碳、烃类处理量大，氩气回收率高，且经济可靠的氩气回收装置中的两级催化-吸附系统及氩气回收方法。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统，该系统包括：第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统，所述的第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统形成串联结构，其中：
第一级催化系统包括空气管道、第一回热器、第一加热器、第一催化炉，第一催化炉R1内装填有能催化一氧化碳和烃类同氧气反应的催化剂；
第一级吸附系统包括并联设置的两个第一吸附器，再生气体加热用的第一再生加热器，两个第一吸附器内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂；
第二级催化系统包括氢气管道、第二回热器、第二加热器、第二催化炉，第二催化炉内装填有能催化氢气同氧气反应的催化剂；
第二级吸附系统包括并联设置的两个第二吸附器、再生气体加热用的第二再生加热器，两个第二吸附器内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂。
作为优选：所述的第一级催化系统和第二级催化系统之间，设置有用于将第一级催化系统出口的粗氩气直接输送至第二级催化系统入口的旁通气体管路；旁通气体管路的前端设置在第一级催化系统的出口，末端设置在第二级催化系统的入口；旁通气体管路上设置有用于控制第一级催化系统出口的粗氩气输送至第一级吸附系统或者输送至第二级催化系统的阀门。
作为优选：所述的第一级吸附系统，吸附剂再生的气体为空气；所述空气可以含有二氧化碳或者已经除去二氧化碳；
所述的第二级吸附系统，吸附剂再生的气体为精馏废气，废气的主要成分为氩气、氮气和氢气。
一种利用所述氩气回收装置中的两级催化-吸附系统进行氩气回收的方法，所述的方法是：
氩气进入第一催化系统的第一回热器被加热，再经过第一加热器加热至催化反应温度，进入第一催化炉进行催化反应，将一氧化碳和烃类转化为二氧化碳和水，得到第一氩气；若氩气中的杂质氧气含量不足以使一氧化碳、烃类完全反应，则可加入过量空气；
第一氩气经过第一吸附系统的两个第一吸附器，除去二氧化碳和水，得到第二氩气；
第二氩气进入第二催化系统，在第二回热器前与过量氢气混合，经过第二回热器被加热，再经过第二加热器加热至催化反应温度，进入第二催化炉进行催化反应，将过量氧气转化为水，得到第三氩气；
第三氩气进入第二吸附系统的两个第二吸附器，除去水，得到第四氩气；第四氩气中的氮气、氢气可通过低温精馏方法去除。
本发明为了实现第一级吸附系统吸附剂的再生，第一级吸附系统再生气体采用的是空气，空气可以含有二氧化碳或者已去除二氧化碳；
为了实现第二级吸附系统吸附剂的再生，同时不引入新的氧气杂质，第二级吸附系统再生气体使用的是精馏废气；
当氩气中的一氧化碳、烃类含量较少时，可以打开旁通气体管路上的阀门，关闭第一吸附系统，减少第一吸附系统中控制阀、第一再生加热器的损耗。
本发明属于对现有技术的改良，它具有一氧化碳、烃类处理量大，氩气回收率高，且经济可靠等特点。
附图说明
图1为本发明所述氩气回收装置中的两级催化-吸附系统的流程图。
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，本发明所述的一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统，该系统包括：第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统，所述的第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统形成串联结构，其中：
第一级催化系统包括空气管道、第一回热器E1、第一加热器EH11、第一催化炉R1，第一催化炉R1内装填有能催化一氧化碳和烃类同氧气反应的催化剂；
第一级吸附系统包括并联设置的两个第一吸附器MS11、MS12，再生气体加热用的第一再生加热器E12，第一吸附器MS11、MS12内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂；
第二级催化系统包括氢气管道、第二回热器E2、第二加热器EH21、第二催化炉R2，第二催化炉R2内装填有能催化氢气同氧气反应的催化剂；
第二级吸附系统包括并联设置的两个第二吸附器MS21、MS22、再生气体加热用的第二再生加热器E22，第二吸附器MS21、MS22内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂。
图中所示，所述的第一级催化系统和第二级催化系统之间，设置有用于将第一级催化系统出口的粗氩气直接输送至第二级催化系统入口的旁通气体管路P1；旁通气体管路P1的前端设置在第一级催化系统的出口，末端设置在第二级催化系统的入口；旁通气体管路P1上设置有用于控制第一级催化系统出口的粗氩气输送至第一级吸附系统或者输送至第二级催化系统的阀门V01。
本发明所述的第一级吸附系统，吸附剂再生的气体为空气401；所述空气401可以含有二氧化碳或者已经除去二氧化碳；
所述的第二级吸附系统，吸附剂再生的气体为精馏废气501，废气的主要成分为氩气、氮气和氢气。
一种利用所述氩气回收装置中的两级催化-吸附系统进行氩气回收的方法，所述的方法是：
氩气101进入第一催化系统的第一回热器E1被加热，再经过第一加热器EH11加热至催化反应温度，进入第一催化炉R1进行催化反应，将一氧化碳和烃类转化为二氧化碳和水，得到第一氩气102；若氩气101中的杂质氧气含量不足以使一氧化碳、烃类完全反应，则可加入过量空气201；
第一氩气102经过第一吸附系统的第一吸附器MS11、MS12，除去二氧化碳和水，得到第二氩气103；
第二氩气103进入第二催化系统，在第二回热器E2前与过量氢气301混合，经过第二回热器E2被加热，再经过第二加热器EH21加热至催化反应温度，进入第二催化炉R2进行催化反应，将过量氧气转化为水，得到第三氩气104；
第三氩气104进入第二吸附系统的第二吸附器MS21、MS22，除去水，得到氩气105；氩气105中的氮气、氢气可通过低温精馏方法去除。
本发明为了实现第一级吸附系统吸附剂的再生，第一级吸附系统再生气体采用的是空气401，空气401可以含有二氧化碳或者已去除二氧化碳；
为了实现第二级吸附系统吸附剂的再生，同时不引入新的氧气杂质，第二级吸附系统再生气体使用的是精馏废气501；
当氩气101中的一氧化碳、烃类含量较少时，可以打开旁通气体管路P1上的阀门V01，关闭第一吸附系统，减少第一吸附系统中控制阀、第一再生加热器E12的损耗。
利用本发明氩气回收装置中的两级催化-吸附系统，在原料粗氩气一氧化碳浓度3000ppm时、二氧化碳50ppm、总烃50ppm条件下，不引入氮气时，可以使氩气回收率从原有装置的70%，提高到90%以上。

Claims (2)

1.一种氩气回收装置中的两级催化-吸附系统的氩气回收方法，所述系统包括：第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统，其特征在于所述的第一级催化系统、第一级吸附系统、第二级催化系统和第二级吸附系统形成串联结构，其中：第一级催化系统包括空气管道、第一回热器（E1）、第一加热器（EH11）、第一催化炉（R1），第一催化炉（R1）内装填有能催化一氧化碳和烃类同氧气反应的催化剂；第一级吸附系统包括并联设置的两个第一吸附器（MS11、MS12），再生气体加热用的第一再生加热器（E12），第一吸附器（MS11、MS12）内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂；第二级催化系统包括氢气管道、第二回热器（E2）、第二加热器（EH21）、第二催化炉（R2），第二催化炉（R2）内装填有能催化氢气同氧气反应的催化剂；第二级吸附系统包括并联设置的两个第二吸附器（MS21、MS22）、再生气体加热用的第二再生加热器（E22），第二吸附器（MS21、MS22）内均装填有能吸附二氧化碳和水的吸附剂；所述的第一级催化系统和第二级催化系统之间，设置有用于将第一级催化系统出口的粗氩气直接输送至第二级催化系统入口的旁通气体管路（P1）；旁通气体管路（P1）的前端设置在第一级催化系统的出口，末端设置在第二级催化系统的入口；旁通气体管路（P1）上设置有用于控制第一级催化系统出口的粗氩气输送至第一级吸附系统或者输送至第二级催化系统的阀门（V01）；所述的第一级吸附系统，吸附剂再生的气体为空气（401）；所述空气（401）含有二氧化碳或者已经除去二氧化碳；所述的第二级吸附系统，吸附剂再生的气体为精馏废气（501），废气的主要成分为氩气、氮气和氢气；
所述的氩气回收方法是：氩气（101）进入第一催化系统的第一回热器（E1）被加热，再经过第一加热器（EH11）加热至催化反应温度，进入第一催化炉（R1）进行催化反应，将一氧化碳和烃类转化为二氧化碳和水，得到第一氩气（102）；若氩气（101）中的杂质氧气含量不足以使一氧化碳、烃类完全反应，则加入过量空气（201）；
第一氩气（102）经过第一吸附系统的第一吸附器（MS11、MS12），除去二氧化碳和水，得到第二氩气（103）；
第二氩气（103）进入第二催化系统，在第二回热器（E2）前与过量氢气（301）混合，经过第二回热器（E2）被加热，再经过第二加热器（EH21）加热至催化反应温度，进入第二催化炉（R2）进行催化反应，将过量氧气转化为水，得到第三氩气（104）；
第三氩气（104）进入第二吸附系统的第二吸附器（MS21、MS22），除去水，得到第四氩气（105）；第四氩气（105）中的氮气、氢气通过低温精馏方法去除。
2.根据权利要求1所述的氩气回收方法，其特征在于：所述方法为了实现第一级吸附系统吸附剂的再生，第一级吸附系统再生气体采用的是空气（401），空气（401）含有二氧化碳或者已去除二氧化碳；
为了实现第二级吸附系统吸附剂的再生，同时不引入新的氧气杂质，第二级吸附系统再生气体使用的是精馏废气（501）；
当氩气（101）中的一氧化碳、烃类含量较少时，打开旁通气体管路（P1）上的阀门（V01），关闭第一吸附系统，减少第一吸附系统中控制阀、第一再生加热器（E12）的损耗。
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