CN108731376A - 一种氩气生产工艺及其生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种氩气生产工艺及其生产线，从分馏塔上塔相应部位抽出氩馏分气体从第一粗氩塔的底部导入，第一粗氩塔上部采用第二粗氩塔底部排出的粗液氩作回流液，粗氩气自第一粗氩塔顶部引出，经第二粗氩塔后粗氩气进入纯氩塔，在纯氩塔底部得到纯液氩，纯液氩一部分直接以液态的形式注入用户储槽，另一部分在冷箱内加压后送用户管网；本发明工业氧、氮气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氩气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足高纯度氩气的生产需求。

Description

一种氩气生产工艺及其生产线
技术领域
本发明涉及一种气体生产领域，具体涉及一种氩气生产工艺及其生产线。
背景技术
氩气是一种稀有气体，空气中的氩含量约占0.932%（体积），它广泛应用于冶金、化工、电子等行业，随着经济的发展的科学技术的进步，氩气已成为一种重要的工业气体，其应用范围得到不断扩大，对其质量的要求也越来越高，传统的氩气生产工艺流程是第一步从分馏塔上塔抽取含有氩8%至10%的氩馏分，在粗氩塔中经精馏获得纯度为97%至98%的粗氩；第二步是将粗氩引入氩净化装置，在除氧炉中加氢出去粗氩中的氧，获得工艺氩；第三步是工艺氩在精馏塔中进行精馏，除去工艺氩中的氮和氢，获得高纯度氩。上述工艺目前在我国化工行业中占有很大的比例，然而在上述的工艺过程中，存在大量的相应机器能源投入，各个主要的组成生产机器部件所产生的附加气体产物不能很好的实现循环式利用，导致存在资源的极大浪费以及能源的不必要损耗，废气的排放量相应上升，一方面不符合我国节能减排的发展理念，另一方面也存在氩气的生产效率降低及生产出来的氩气纯度不达标的问题，达不到现有的氩气产量需求。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种能耗低、生产效率高、生产效果好的氩气生产工艺及其生产线。
本发明的技术方案是这样实现的：一种氩气生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）、从分馏塔上塔相应部位抽出氩馏分气体，含氩量为8～10%(体积)，含氮量小于0.017%(体积)，氩馏分气体直接从第一粗氩塔的底部导入，第一粗氩塔上部采用第二粗氩塔底部排出的粗液氩作回流液，作为回流液的粗液氩是经液氩泵加压到0.9MPa（G）后直接送入第一粗氩塔上部；
2）、粗氩气自第一粗氩塔顶部引出，经第二粗氩塔底部导入，粗氩冷凝器采用过冷后的液空作冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，其中一部分(其组成为99.6%Ar，≤2ppmO2) 的粗氩气经阀门进入纯氩塔中继续精馏，其余作为回流液返回第二粗氩塔，粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和相当于1%总液空量的液空同时返回分馏塔上塔；
3）、粗氩气从纯氩塔中部进入，与此同时在纯氩蒸发器氮侧内利用分馏塔下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使纯氩塔底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮经节流后返回分馏塔上塔；
4）、来自过冷器并经节流的液氮进入纯氩冷凝器作为冷源，使纯氩塔顶部产生回流液，以保证纯氩塔塔内的精馏使氩氮分离，从而在纯氩塔底部得到纯液氩；
5）、纯液氩一部分直接以液态的形式注入用户储槽，另一部分在冷箱内经中压液氩泵加压到3.0MPa(G)汽化回收冷量后送用户管网。
通过采用上述技术方案，本发明氩气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氩气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足高纯度氩气的生产需求。
本发明同时公开了一种用于上述氩气生产工艺的生产线，其特征在于：包括分馏塔、第一粗氩塔、第二粗氩塔和纯氩塔，所述分馏塔包括分馏塔上塔和分馏塔下塔，所述分馏塔上塔与第一粗氩塔底部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述第二粗氩塔内部设置有粗氩冷凝器，所述粗氩冷凝器与纯氩塔连通，所述第二粗氩塔底部通过液氩泵与第一粗氩塔上部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述粗氩冷凝器与分馏塔上塔连通；所述纯氩塔内部分别设置有纯氩冷凝器和纯氩蒸发器，所述纯氩塔外部设置有过冷器，所述过冷器和纯氩冷凝器连通，所述分馏塔下塔与纯氩蒸发器连通，所述纯氩塔与分馏塔上塔连通，所述纯氩塔底部连接有中压液氩泵。
优选为：所述分馏塔上塔中设置有冷凝蒸发器，所述分馏塔上塔底部设置有液体出口，所述分馏塔下塔顶部设置有气体出口和液体进口，所述分馏塔下塔的气体出口与冷凝蒸发器连通，所述分馏塔下塔的液体进口与分馏塔上塔的液体出口通过液体泵相通，所述分馏塔上塔和分馏塔下塔的底端在同一水平面，所述分馏塔上塔的高度大于分馏塔下塔高度，所述分馏塔下塔的气体出口通过管道与冷凝蒸发器相通，所述管道与分馏塔上塔外壁之间密封连接；所述分馏塔上塔顶部设置有呈盘管状的管束式冷凝器，所述管束式冷凝器的一端与开设在分馏塔上塔顶部侧壁上的循环冷却水进口相连，所述管束式冷凝器的另一端与开设在分馏塔上塔顶部侧壁上的循环冷却水出口相连。
通过采用上述技术方案，在分馏塔上塔顶部设置有管束式冷凝器，内部气体经过管束式冷凝器冷凝后，在位差的作用下直接流回分馏塔上塔内部，节省了设置回流管路以及泵这类设备的投资费用和操作的费用，同时节省了工艺流程，减少了资源的损耗，且提高了生产的速度；循环冷却水通过循环冷却水进口进入到管束式冷凝器中，呈盘管状的管束式冷凝器加大了与分馏塔上塔内部气体的换热面积，从而提高了分馏的效率，提高氩气的生产工艺速度；冷凝蒸发器设置在分馏塔上塔下部，降低了热损失，降低了能量消耗，同时也降低了设备成本；将管束式冷凝器和冷凝蒸发器都设置在分馏塔上塔内，节省了管道的连接空间，减少了设备的投资费用及操作费用；改变了分馏塔上塔和分馏塔下塔垂直设立的结构，加装有液体泵，加快了内部气体的分馏速度，从而提高了氩气生产的效率，节约生产时间成本和资源的消耗，相对比现有的垂直设立结构，该结构的牢固程度高，安全强度得以保障，设备的稳定性好。
本发明进一步设置为：所述第二粗氩塔包括密闭的罐体，所述粗氩冷凝器安装在罐体内，所述罐体侧壁上从上到下依次设置有用于导出粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和一部分液空的液空蒸汽出管、液空进管和液空出管，所述粗氩冷凝器包括板束体、上封头、下封头、粗氩气进管和液体氩出管，所述粗氩冷凝器的上封头与用于导入第一粗氩塔粗氩气的粗氩气进管连接，所述粗氩冷凝器的下封头与用于导出氩气至纯氩塔中的液体氩出管连接，所述下封头的上部连接不凝气排放管并穿过罐体侧壁延伸至罐体外。
优选为：所述纯氩塔包括纯氩塔体，所述纯氩冷凝器设置在纯氩塔体上部，所述纯氩蒸发器设置在纯氩塔体下部，所述纯氩塔体侧壁上分别设置有与纯氩蒸发器氮侧内连通的进压力氮气管、用于导出纯氩塔体内液氮至分馏塔上塔的出液氮管、用于导入粗氩冷凝器产生的粗氩气至纯氩塔体内的进粗氩气管和用于导入从过冷器过冷后经节流的液氮至纯氩冷凝器中的进液氮管。
通过采用上述技术方案，在罐体内部设置有粗氩冷凝器，在第一粗氩塔中的粗氩气导出从粗氩气进管至粗氩冷凝器上封头中，经粗氩冷凝器冷凝后从粗氩冷凝器下封头连接的液体氩出管导出至纯氩塔中进一步提纯，在下封头的上部连接有不凝气排放管并穿过罐体侧壁延伸至罐体外，该结构用于排出罐体内部的不凝气废气体，降低不凝气废气体所占整体粗氩气的比例，从而进一步的提高第二粗氩塔的加工效果，提高氩气生产工艺所产出的氩气纯度；从第二粗氩塔导出的粗氩气从进粗氩气管进入到纯氩塔体中，分馏塔下塔所产生的压力氮气从进压力氮气管进入到纯氩塔体下部的纯氩蒸发器中作为热源，配合纯氩蒸发器的作用下，加倍效率促使纯氩塔体底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，且节省了纯氩蒸发器的能耗，而氮气被冷凝成液氮经节流后从出液氮管返回分馏塔上塔；来自过冷器并经节流的液氮从进液氮管进入纯氩冷凝器作为冷源，配合纯氩冷凝器的作用下，加倍效率促使纯氩塔体顶部产生回流液，节省了纯氩冷凝器的能耗，提高了生产效率，保证了纯氩塔体内的精馏使氩氮分离，从而在纯氩塔体底部得到纯液氩；上述结构在提高纯液氩的生产效率的同时保证了纯液氩的纯度，且各种回流和压力氮气的输入应用节约了能源，降低生产成本。
本发明进一步设置为：所述过冷器包括具有冷却腔体的过冷罐体，所述冷却腔体内部设置有冷却室，所述冷却室内部设置有若干首尾依次相连的U型换热管，所述过冷罐体两边侧壁上设置有分别与U型换热管两端连通的第一冷介质进液管和第一冷介质出液管，所述过冷罐体两端外壁上分别设置有与冷却室连通的上进液氮管和下出液氮管，所述过冷罐体靠近下出液氮管的一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质进液管，另一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质出液管，所述过冷罐体外部设置有用于减少过冷罐体外壁上冷气散失的集冷组件。
通过采用上述技术方案，液氮从上进液氮管进入到过冷罐体内部的冷却室中，而过冷室整个设置在冷却腔体中，由于液氮本身的物理性质，在过冷器在中以及在传输的过程中，存在着冷损和汽化的现象，该现象的产生一方面影响液氮的作为冷源的促反应效果，降低了氩气的生产速度，提高了纯氩冷凝器的能耗，另一方面影响了氩气的提纯正常进行，从而导致产出的氩气纯度达不到想要的浓度，液氮从上进液氮管进入到冷却室中后，由第一冷介质进液管导入冷介质至U型换热管中，从而与冷却室内的U型换热管进行换热，减少液氮汽化为气态的转变，且使液氮中夹杂着的气态氮气转换为液氮，若干U型换热管首尾相连的结构保证了冷却室内的液氮充分与U型换热管内部的冷介质换热，保证换热的效果及换热的效率，完成换热后的冷介质从第一冷介质出液管导出；在过冷罐体靠近下出液氮管的一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质进液管，冷介质进入到冷却腔体中后，与冷却室内部的液氮进行换热，吸收热量后，从第二冷介质出液管导出，配合U型换热管对液氮进行内外相互配合的换热，进一步保证了过冷器的工作效果，减少了液氮的汽化现象产生，同时保证输出液氮的整体质量，提高了氩气生产速度与纯度；在过冷罐体外不设置集冷组件，用于减少过冷罐体外壁上冷气的散失，减少能量的损耗，降低生产氩气的生产成本。
本发明进一步设置为：所述集冷组件包括若干围绕过冷罐体侧壁沿逆时针彼此等距离设置的弧形导气片和固定架，该若干弧形导气片设置在固定架上且与过冷罐体侧壁间隙设置，所述固定架底部设置有驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴远离驱动电机的一端与固定架固定连接，所述驱动电机的驱动方向为逆时针驱动。
通过采用上述技术方案，在驱动电机的驱动下，输出端连接的旋转轴转动，同时带动固定架旋转，设置在固定架上的若干弧形导气片将通过过冷罐体侧壁散发出的冷量向过冷罐体外侧壁聚集，弧形导气片围绕过冷罐体侧壁沿逆时针彼此等距离设置，而驱动电机的驱动方向为逆时针驱动，该结构保证了弧形导气片的引导风向的效果，促进冷气聚集在过冷罐体外侧壁上，从而减少过冷罐体内部冷量的渗出，减少过冷器的能量消耗，降低氩气的生产成本，保证了过冷器输出的液氮的汽化量低于正常水平。
本发明进一步设置为：所述进液氮管和下出液氮管之间通过用于减少液氮冷损的液氮输送组件相互连通，所述液氮输送组件包括绝热管，所述绝热管从内到外依次包括绝热内管、第一绝热外管和第二绝热外管，所述第一绝热外管和第二绝热外管之间形成第二真空腔体，所述绝热内管和第一绝热外管之间形成第一真空腔体，所述绝热内管中设置有用于控制液氮流量的流量控制阀，所述绝热内管内管壁上设置有用于检测液氮流量的流量传感器，所述流量传感器和流量控制阀电连接。
优选为：所述绝热管外壁上包裹设置有一层阻热板，所述阻热板和绝热管之间填充有珠光砂，所述阻热板由不锈钢材料组成。
通过采用上述技术方案，在输送液氮的过程中，液氮在绝热内管中输送，经过第一绝热外管和第二绝热外管之间的第二真空腔体以及绝热内管和第一绝热外管之间的第一真空腔体绝热，两层的真空绝热结构保证了对液氮的输送冷损降到最低；流量传感器的设置用于实时检测绝热管内部液氮的输送量大小，保证流量持续稳定的输送量，一旦输送的液氮量出现过多或过少时，传递电信号至流量控制阀中，对液氮的流量进行稳定；在绝热管的外壁上设置的阻热板，且在阻热板与绝热管之间填充珠光砂，用于保证经过两层的真空结构后液氮的冷量不会渗出，同时进行保冷，结构简单可靠，液氮输送组件的设置保证了从进液氮管至下出液氮管之间的液氮不会出现汽化的现象，减少了液氮冷损的出现，同时可控制液氮在单位时间通入的量，保证氩气生产的正常进行，对浓度的影响降到最低。
本发明进一步设置为：所述分馏塔下塔和纯氩蒸发器之间通过压力气体处理输送装置相互连通，所述压力气体处理输送装置包括压力气体进管，所述压力气体进管外壁上包裹有一层蒸汽加热层，所述蒸汽加热层内部设置有螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管，所述蒸汽换热管的进气端连接有进蒸汽管，所述蒸汽换热管的出气端连接有出蒸汽管，所述压力气体进管上设置有用于加快压力气体排放的气化泵，所述压力气体进管上设置有控制阀门。
通过采用上述技术方案，对压力氮气进行输送时，压力氮气进入到压力气体进管中，在压力气体进管外壁上包裹有一层蒸汽加热层，蒸汽加热层内部设置有螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管，工业废蒸汽可通过蒸汽换热管的进气端连接的进蒸汽管进入蒸汽换热管中，对压力气体进管内部的压力氮气进行加热，一方面利用了工业中的废蒸汽进行加热，起到了资源的利用，另一方面加热后的压力氮气通入到纯氩蒸发器中，减少了纯氩蒸发器的能耗，加快了氩气的提纯效率，保证了氩气的生产浓度；气化泵的设置用于加快压力氮气的输送，配合螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管的换热结构，保证输送的压力氮气温度及速度都达到预定的标准，控制阀门的设置用于方便调控。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式工艺流程结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中分馏塔结构示意图。
图3为本发明具体实施方式中第二粗氩塔结构示意图。
图4为本发明具体实施方式中纯氩塔结构示意图。
图5为本发明具体实施方式中过冷器结构示意图。
图6为本发明具体实施方式中过冷器的弧形导气片俯视结构示意图。
图7为本发明具体实施方式中绝热管结构示意图。
图8为本发明具体实施方式中压力气体进管结构示意图。
图9为本发明具体实施方式中压力气体进管剖面结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-图9所示，本发明公开了一种氩气生产工艺，在本发明具体实施例中，包括如下步骤：
1）、从分馏塔上塔相应部位抽出氩馏分气体，含氩量为8～10%(体积)，含氮量小于0.017%(体积)，氩馏分气体直接从第一粗氩塔的底部导入，第一粗氩塔上部采用第二粗氩塔底部排出的粗液氩作回流液，作为回流液的粗液氩是经液氩泵加压到0.9MPa（G）后直接送入第一粗氩塔上部；
2）、粗氩气自第一粗氩塔顶部引出，经第二粗氩塔底部导入，粗氩冷凝器采用过冷后的液空作冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，其中一部分(其组成为99.6%Ar，≤2ppmO2) 的粗氩气经阀门进入纯氩塔中继续精馏，其余作为回流液返回第二粗氩塔，粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和相当于1%总液空量的液空同时返回分馏塔上塔；
3）、粗氩气从纯氩塔中部进入，与此同时在纯氩蒸发器氮侧内利用分馏塔下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使纯氩塔底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮经节流后返回分馏塔上塔；
4）、来自过冷器并经节流的液氮进入纯氩冷凝器作为冷源，使纯氩塔顶部产生回流液，以保证纯氩塔塔内的精馏使氩氮分离，从而在纯氩塔底部得到纯液氩；
5）、纯液氩一部分直接以液态的形式注入用户储槽，另一部分在冷箱内经中压液氩泵加压到3.0MPa(G)汽化回收冷量后送用户管网。
通过采用上述技术方案，本发明氩气生产工艺，通过合理的设备排布、预处理方法及设备、以及合理的工艺参数设计，使分离的氩气的成品纯度较高，且加快了生产的效率，完全满足高纯度氩气的生产需求。
本发明同时公开了一种用于上述氩气生产工艺的生产线，在本发明具体实施例中，包括分馏塔、第一粗氩塔、第二粗氩塔和纯氩塔，所述分馏塔包括分馏塔上塔1和分馏塔下塔2，所述分馏塔上塔与第一粗氩塔底部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述第二粗氩塔内部设置有粗氩冷凝器，所述粗氩冷凝器与纯氩塔连通，所述第二粗氩塔底部通过液氩泵与第一粗氩塔上部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述粗氩冷凝器与分馏塔上塔连通；所述纯氩塔内部分别设置有纯氩冷凝器和纯氩蒸发器，所述纯氩塔外部设置有过冷器，所述过冷器和纯氩冷凝器连通，所述分馏塔下塔与纯氩蒸发器连通，所述纯氩塔与分馏塔上塔连通，所述纯氩塔底部连接有中压液氩泵。
在本发明具体实施例中，所述分馏塔上塔1中设置有冷凝蒸发器3，所述分馏塔上塔1底部设置有液体出口4，所述分馏塔下塔2顶部设置有气体出口5和液体进口6，所述分馏塔下塔2的气体出口5与冷凝蒸发器3连通，所述分馏塔下塔2的液体进口6与分馏塔上塔1的液体出口4通过液体泵7相通，所述分馏塔上塔1和分馏塔下塔2的底端在同一水平面，所述分馏塔上塔2的高度大于分馏塔下塔1高度，所述分馏塔下塔2的气体出口5通过管道8与冷凝蒸发器3相通，所述管道8与分馏塔上塔1外壁之间密封连接；所述分馏塔上塔1顶部设置有呈盘管状的管束式冷凝器9，所述管束式冷凝器9的一端与开设在分馏塔上塔1顶部侧壁上的循环冷却水进口10相连，所述管束式冷凝器9的另一端与开设在分馏塔上塔1顶部侧壁上的循环冷却水出口11相连。
通过采用上述技术方案，在分馏塔上塔顶部设置有管束式冷凝器，内部气体经过管束式冷凝器冷凝后，在位差的作用下直接流回分馏塔上塔内部，节省了设置回流管路以及泵这类设备的投资费用和操作的费用，同时节省了工艺流程，减少了资源的损耗，且提高了生产的速度；循环冷却水通过循环冷却水进口进入到管束式冷凝器中，呈盘管状的管束式冷凝器加大了与分馏塔上塔内部气体的换热面积，从而提高了分馏的效率，提高氩气的生产工艺速度；冷凝蒸发器设置在分馏塔上塔下部，降低了热损失，降低了能量消耗，同时也降低了设备成本；将管束式冷凝器和冷凝蒸发器都设置在分馏塔上塔内，节省了管道的连接空间，减少了设备的投资费用及操作费用；改变了分馏塔上塔和分馏塔下塔垂直设立的结构，加装有液体泵，加快了内部气体的分馏速度，从而提高了氩气生产的效率，节约生产时间成本和资源的消耗，相对比现有的垂直设立结构，该结构的牢固程度高，安全强度得以保障，设备的稳定性好。
在本发明具体实施例中，所述第二粗氩塔包括密闭的罐体21，所述粗氩冷凝器安装在罐体21内，所述罐体21侧壁上从上到下依次设置有用于导出粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和一部分液空的液空蒸汽出管22、液空进管23和液空出管24，所述粗氩冷凝器包括板束体25、上封头26、下封头27、粗氩气进管28和液体氩出管29，所述粗氩冷凝器的上封头26与用于导入第一粗氩塔粗氩气的粗氩气进管28连接，所述粗氩冷凝器的下封头27与用于导出氩气至纯氩塔中的液体氩出管29连接，所述下封头27的上部连接不凝气排放管30并穿过罐体21侧壁延伸至罐体外。
在本发明具体实施例中，所述纯氩塔包括纯氩塔体31，所述纯氩冷凝器32设置在纯氩塔体31上部，所述纯氩蒸发器33设置在纯氩塔体31下部，所述纯氩塔体31侧壁上分别设置有与纯氩蒸发器33氮侧内连通的进压力氮气管34、用于导出纯氩塔体31内液氮至分馏塔上塔1的出液氮管35、用于导入粗氩冷凝器产生的粗氩气至纯氩塔体31内的进粗氩气管36和用于导入从过冷器过冷后经节流的液氮至纯氩冷凝器32中的进液氮管37。
通过采用上述技术方案，在罐体内部设置有粗氩冷凝器，在第一粗氩塔中的粗氩气导出从粗氩气进管至粗氩冷凝器上封头中，经粗氩冷凝器冷凝后从粗氩冷凝器下封头连接的液体氩出管导出至纯氩塔中进一步提纯，在下封头的上部连接有不凝气排放管并穿过罐体侧壁延伸至罐体外，该结构用于排出罐体内部的不凝气废气体，降低不凝气废气体所占整体粗氩气的比例，从而进一步的提高第二粗氩塔的加工效果，提高氩气生产工艺所产出的氩气纯度；从第二粗氩塔导出的粗氩气从进粗氩气管进入到纯氩塔体中，分馏塔下塔所产生的压力氮气从进压力氮气管进入到纯氩塔体下部的纯氩蒸发器中作为热源，配合纯氩蒸发器的作用下，加倍效率促使纯氩塔体底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，且节省了纯氩蒸发器的能耗，而氮气被冷凝成液氮经节流后从出液氮管返回分馏塔上塔；来自过冷器并经节流的液氮从进液氮管进入纯氩冷凝器作为冷源，配合纯氩冷凝器的作用下，加倍效率促使纯氩塔体顶部产生回流液，节省了纯氩冷凝器的能耗，提高了生产效率，保证了纯氩塔体内的精馏使氩氮分离，从而在纯氩塔体底部得到纯液氩；上述结构在提高纯液氩的生产效率的同时保证了纯液氩的纯度，且各种回流和压力氮气的输入应用节约了能源，降低生产成本。
在本发明具体实施例中，所述过冷器包括具有冷却腔体42的过冷罐体41，所述冷却腔体42内部设置有冷却室43，所述冷却室43内部设置有若干首尾依次相连的U型换热管44，所述过冷罐体41两边侧壁上设置有分别与U型换热管44两端连通的第一冷介质进液管45和第一冷介质出液管46，所述过冷罐体41两端外壁上分别设置有与冷却室43连通的上进液氮管47和下出液氮管48，所述过冷罐体41靠近下出液氮管48的一端侧壁上设置有与冷却腔体42连通的第二冷介质进液管49，另一端侧壁上设置有与冷却腔体42连通的第二冷介质出液管50，所述过冷罐体41外部设置有用于减少过冷罐体41外壁上冷气散失的集冷组件。
通过采用上述技术方案，液氮从上进液氮管进入到过冷罐体内部的冷却室中，而过冷室整个设置在冷却腔体中，由于液氮本身的物理性质，在过冷器在中以及在传输的过程中，存在着冷损和汽化的现象，该现象的产生一方面影响液氮的作为冷源的促反应效果，降低了氩气的生产速度，提高了纯氩冷凝器的能耗，另一方面影响了氩气的提纯正常进行，从而导致产出的氩气纯度达不到想要的浓度，液氮从上进液氮管进入到冷却室中后，由第一冷介质进液管导入冷介质至U型换热管中，从而与冷却室内的U型换热管进行换热，减少液氮汽化为气态的转变，且使液氮中夹杂着的气态氮气转换为液氮，若干U型换热管首尾相连的结构保证了冷却室内的液氮充分与U型换热管内部的冷介质换热，保证换热的效果及换热的效率，完成换热后的冷介质从第一冷介质出液管导出；在过冷罐体靠近下出液氮管的一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质进液管，冷介质进入到冷却腔体中后，与冷却室内部的液氮进行换热，吸收热量后，从第二冷介质出液管导出，配合U型换热管对液氮进行内外相互配合的换热，进一步保证了过冷器的工作效果，减少了液氮的汽化现象产生，同时保证输出液氮的整体质量，提高了氩气生产速度与纯度；在过冷罐体外不设置集冷组件，用于减少过冷罐体外壁上冷气的散失，减少能量的损耗，降低生产氩气的生产成本。
在本发明具体实施例中，所述集冷组件包括若干围绕过冷罐体侧壁沿逆时针彼此等距离设置的弧形导气片51和固定架52，该若干弧形导气片51设置在固定架52上且与过冷罐体41侧壁间隙设置，所述固定架52底部设置有驱动电机53，所述驱动电机53的输出端连接有旋转轴54，所述旋转轴54远离驱动电机53的一端与固定架52固定连接，所述驱动电机53的驱动方向为逆时针驱动。
通过采用上述技术方案，在驱动电机的驱动下，输出端连接的旋转轴转动，同时带动固定架旋转，设置在固定架上的若干弧形导气片将通过过冷罐体侧壁散发出的冷量向过冷罐体外侧壁聚集，弧形导气片围绕过冷罐体侧壁沿逆时针彼此等距离设置，而驱动电机的驱动方向为逆时针驱动，该结构保证了弧形导气片的引导风向的效果，促进冷气聚集在过冷罐体外侧壁上，从而减少过冷罐体内部冷量的渗出，减少过冷器的能量消耗，降低氩气的生产成本，保证了过冷器输出的液氮的汽化量低于正常水平。
在本发明具体实施例中，所述进液氮管37和下出液氮管48之间通过用于减少液氮冷损的液氮输送组件相互连通，所述液氮输送组件包括绝热管，所述绝热管从内到外依次包括绝热内管61、第一绝热外管62和第二绝热外管63，所述第一绝热外管62和第二绝热外管63之间形成第二真空腔体65，所述绝热内管61和第一绝热外管62之间形成第一真空腔体64，所述绝热内管61中设置有用于控制液氮流量的流量控制阀66，所述绝热内管61内管壁上设置有用于检测液氮流量的流量传感器67，所述流量传感器67和流量控制阀66电连接。
在本发明具体实施例中，所述绝热管外壁上包裹设置有一层阻热板68，所述阻热板68和绝热管之间填充有珠光砂69，所述阻热板68由不锈钢材料组成。
通过采用上述技术方案，在输送液氮的过程中，液氮在绝热内管中输送，经过第一绝热外管和第二绝热外管之间的第二真空腔体以及绝热内管和第一绝热外管之间的第一真空腔体绝热，两层的真空绝热结构保证了对液氮的输送冷损降到最低；流量传感器的设置用于实时检测绝热管内部液氮的输送量大小，保证流量持续稳定的输送量，一旦输送的液氮量出现过多或过少时，传递电信号至流量控制阀中，对液氮的流量进行稳定；在绝热管的外壁上设置的阻热板，且在阻热板与绝热管之间填充珠光砂，用于保证经过两层的真空结构后液氮的冷量不会渗出，同时进行保冷，结构简单可靠，液氮输送组件的设置保证了从进液氮管至下出液氮管之间的液氮不会出现汽化的现象，减少了液氮冷损的出现，同时可控制液氮在单位时间通入的量，保证氩气生产的正常进行，对浓度的影响降到最低。
在本发明具体实施例中，所述分馏塔下塔2和纯氩蒸发器之间通过压力气体处理输送装置相互连通，所述压力气体处理输送装置包括压力气体进管71，所述压力气体进管71外壁上包裹有一层蒸汽加热层72，所述蒸汽加热层72内部设置有螺旋均匀缠绕在压力气体进管71上的蒸汽换热管73，所述蒸汽换热管73的进气端连接有进蒸汽管74，所述蒸汽换热管73的出气端连接有出蒸汽管75，所述压力气体进管71上设置有用于加快压力气体排放的气化泵76，所述压力气体进管71上设置有控制阀门77。
通过采用上述技术方案，对压力氮气进行输送时，压力氮气进入到压力气体进管中，在压力气体进管外壁上包裹有一层蒸汽加热层，蒸汽加热层内部设置有螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管，工业废蒸汽可通过蒸汽换热管的进气端连接的进蒸汽管进入蒸汽换热管中，对压力气体进管内部的压力氮气进行加热，一方面利用了工业中的废蒸汽进行加热，起到了资源的利用，另一方面加热后的压力氮气通入到纯氩蒸发器中，减少了纯氩蒸发器的能耗，加快了氩气的提纯效率，保证了氩气的生产浓度；气化泵的设置用于加快压力氮气的输送，配合螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管的换热结构，保证输送的压力氮气温度及速度都达到预定的标准，控制阀门的设置用于方便调控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种氩气生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1）、从分馏塔上塔相应部位抽出氩馏分气体，含氩量为8～10%(体积)，含氮量小于0.017%(体积)，氩馏分气体直接从第一粗氩塔的底部导入，第一粗氩塔上部采用第二粗氩塔底部排出的粗液氩作回流液，作为回流液的粗液氩是经液氩泵加压到0.9MPa（G）后直接送入第一粗氩塔上部；
2）、粗氩气自第一粗氩塔顶部引出，经第二粗氩塔底部导入，粗氩冷凝器采用过冷后的液空作冷源，上升气体在粗氩冷凝器中液化，其中一部分(其组成为99.6%Ar，≤2ppmO2) 的粗氩气经阀门进入纯氩塔中继续精馏，其余作为回流液返回第二粗氩塔，粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和相当于1%总液空量的液空同时返回分馏塔上塔；
3）、粗氩气从纯氩塔中部进入，与此同时在纯氩蒸发器氮侧内利用分馏塔下塔顶部来的压力氮气作为热源，促使纯氩塔底部的液氩蒸发成为上升蒸汽，而氮气被冷凝成液氮经节流后返回分馏塔上塔；
4）、来自过冷器并经节流的液氮进入纯氩冷凝器作为冷源，使纯氩塔顶部产生回流液，以保证纯氩塔塔内的精馏使氩氮分离，从而在纯氩塔底部得到纯液氩；
5）、纯液氩一部分直接以液态的形式注入用户储槽，另一部分在冷箱内经中压液氩泵加压到3.0MPa(G)汽化回收冷量后送用户管网。
2.一种用于上述氩气生产工艺的生产线，其特征在于：包括分馏塔、第一粗氩塔、第二粗氩塔和纯氩塔，所述分馏塔包括分馏塔上塔和分馏塔下塔，所述分馏塔上塔与第一粗氩塔底部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述第二粗氩塔内部设置有粗氩冷凝器，所述粗氩冷凝器与纯氩塔连通，所述第二粗氩塔底部通过液氩泵与第一粗氩塔上部连通，所述第一粗氩塔顶部与第二粗氩塔底部连通，所述粗氩冷凝器与分馏塔上塔连通；所述纯氩塔内部分别设置有纯氩冷凝器和纯氩蒸发器，所述纯氩塔外部设置有过冷器，所述过冷器和纯氩冷凝器连通，所述分馏塔下塔与纯氩蒸发器连通，所述纯氩塔与分馏塔上塔连通，所述纯氩塔底部连接有中压液氩泵。
3.根据权利要求2所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述分馏塔上塔中设置有冷凝蒸发器，所述分馏塔上塔底部设置有液体出口，所述分馏塔下塔顶部设置有气体出口和液体进口，所述分馏塔下塔的气体出口与冷凝蒸发器连通，所述分馏塔下塔的液体进口与分馏塔上塔的液体出口通过液体泵相通，所述分馏塔上塔和分馏塔下塔的底端在同一水平面，所述分馏塔上塔的高度大于分馏塔下塔高度，所述分馏塔下塔的气体出口通过管道与冷凝蒸发器相通，所述管道与分馏塔上塔外壁之间密封连接；所述分馏塔上塔顶部设置有呈盘管状的管束式冷凝器，所述管束式冷凝器的一端与开设在分馏塔上塔顶部侧壁上的循环冷却水进口相连，所述管束式冷凝器的另一端与开设在分馏塔上塔顶部侧壁上的循环冷却水出口相连。
4.根据权利要求3所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述第二粗氩塔包括密闭的罐体，所述粗氩冷凝器安装在罐体内，所述罐体侧壁上从上到下依次设置有用于导出粗氩冷凝器蒸发后的液空蒸汽和一部分液空的液空蒸汽出管、液空进管和液空出管，所述粗氩冷凝器包括板束体、上封头、下封头、粗氩气进管和液体氩出管，所述粗氩冷凝器的上封头与用于导入第一粗氩塔粗氩气的粗氩气进管连接，所述粗氩冷凝器的下封头与用于导出氩气至纯氩塔中的液体氩出管连接，所述下封头的上部连接不凝气排放管并穿过罐体侧壁延伸至罐体外。
5.根据权利要求4所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述纯氩塔包括纯氩塔体，所述纯氩冷凝器设置在纯氩塔体上部，所述纯氩蒸发器设置在纯氩塔体下部，所述纯氩塔体侧壁上分别设置有与纯氩蒸发器氮侧内连通的进压力氮气管、用于导出纯氩塔体内液氮至分馏塔上塔的出液氮管、用于导入粗氩冷凝器产生的粗氩气至纯氩塔体内的进粗氩气管和用于导入从过冷器过冷后经节流的液氮至纯氩冷凝器中的进液氮管。
6.根据权利要求5所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述过冷器包括具有冷却腔体的过冷罐体，所述冷却腔体内部设置有冷却室，所述冷却室内部设置有若干首尾依次相连的U型换热管，所述过冷罐体两边侧壁上设置有分别与U型换热管两端连通的第一冷介质进液管和第一冷介质出液管，所述过冷罐体两端外壁上分别设置有与冷却室连通的上进液氮管和下出液氮管，所述过冷罐体靠近下出液氮管的一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质进液管，另一端侧壁上设置有与冷却腔体连通的第二冷介质出液管，所述过冷罐体外部设置有用于减少过冷罐体外壁上冷气散失的集冷组件。
7.根据权利要求6所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述集冷组件包括若干围绕过冷罐体侧壁沿逆时针彼此等距离设置的弧形导气片和固定架，该若干弧形导气片设置在固定架上且与过冷罐体侧壁间隙设置，所述固定架底部设置有驱动电机，所述驱动电机的输出端连接有旋转轴，所述旋转轴远离驱动电机的一端与固定架固定连接，所述驱动电机的驱动方向为逆时针驱动。
8.根据权利要求7所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述进液氮管和下出液氮管之间通过用于减少液氮冷损的液氮输送组件相互连通，所述液氮输送组件包括绝热管，所述绝热管从内到外依次包括绝热内管、第一绝热外管和第二绝热外管，所述第一绝热外管和第二绝热外管之间形成第二真空腔体，所述绝热内管和第一绝热外管之间形成第一真空腔体，所述绝热内管中设置有用于控制液氮流量的流量控制阀，所述绝热内管内管壁上设置有用于检测液氮流量的流量传感器，所述流量传感器和流量控制阀电连接。
9.根据权利要求8所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述绝热管外壁上包裹设置有一层阻热板，所述阻热板和绝热管之间填充有珠光砂，所述阻热板由不锈钢材料组成。
10.根据权利要求9所述的一种用于氩气生产工艺的生产线，其特征在于：所述分馏塔下塔和纯氩蒸发器之间通过压力气体处理输送装置相互连通，所述压力气体处理输送装置包括压力气体进管，所述压力气体进管外壁上包裹有一层蒸汽加热层，所述蒸汽加热层内部设置有螺旋均匀缠绕在压力气体进管上的蒸汽换热管，所述蒸汽换热管的进气端连接有进蒸汽管，所述蒸汽换热管的出气端连接有出蒸汽管，所述压力气体进管上设置有用于加快压力气体排放的气化泵，所述压力气体进管上设置有控制阀门。
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