CN111268658B - 氩尾气回收净化方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种氩尾气回收净化系统，包括氩尾气收集装置和氩尾气净化精制装置。氩尾气收集装置包括过滤单元和加压单元。过滤单元用于去除氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气。加压单元用于将初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气。氩尾气净化精制装置包括催化单元、吸附单元、脱氮单元、精馏单元。催化单元用于催化加压后的氩尾气得到催化后的氩尾气。吸附单元用于吸附催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气。脱氮单元用于脱除吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气。精馏单元用于精馏脱氮后的氩尾气，得到高纯氩。本发明易于实现，所需成本和能耗均较低，可以提高氩产量。
Description
技术领域
本发明属于气体回收净化技术领域，具体涉及一种氩尾气回收净化方法及系统。
背景技术
氩作为传统制氧空分设备的副产物，其产量受制于市场上对氧的需求量，在市场氩需求量大、氧需求量小时，无法新增空分设备来增加氩产量，会造成市场上氩价格极高，出现市场供需问题。因此，如何在不增加新的空分设备的情况下提高氩产量是待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在不增加新的空分设备的情况下提高氩产量，且实现简单、成本和能耗较低的氩尾气回收净化方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种氩尾气回收净化方法，用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气，所述氩尾气回收净化方法包括以下步骤：
步骤1：由氩气使用端收集氩尾气，去除所述氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气，将所述初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气；
步骤2：催化所述加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气；
步骤3：吸附所述催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气；
步骤4：脱除所述吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气；
步骤5：精馏所述脱氮后的氩尾气，得到高纯氩。
本发明还提供一种能够在不增加新的空分设备的情况下提高氩产量，且构成简单、成本和能耗较低的氩尾气回收净化系统。
一种氩尾气回收净化系统，用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气，所述氩尾气回收净化系统包括氩尾气收集装置和氩尾气净化精制装置；
所述氩尾气收集装置包括：
过滤单元，所述过滤单元与氩气使用端相连接，用于去除由氩气使用端收集的氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气；
加压单元，所述加压单元与所述过滤单元相连接，用于将所述初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气；
所述氩尾气净化精制装置包括：
催化单元，所述催化单元与所述加压单元相连接，用于催化所述加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气；
吸附单元，所述吸附单元与所述催化单元相连接，用于吸附所述催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气；
脱氮单元，所述脱氮单元与所述吸附单元相连接，用于脱除所述吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气；
精馏单元，所述精馏单元与所述脱氮单元相连接，用于精馏所述脱氮后的氩尾气，得到高纯氩。
所述过滤单元包括与所述氩气使用端相连接的过滤器、与所述过滤器相连接的缓冲罐；
所述加压单元包括与所述缓冲罐相连接的压缩机、与所述压缩机相连接的高压气体长管。加压单元一用一备地设置两套。
所述催化单元包括将所述加压后的氩尾气加热到额定温度的加热模块、与所述加热模块相连接的催化炉。
所述加热模块包括回热器、与所述回热器相连接的氩尾气加热器，所述催化炉的进气端与所述氩尾气加热器相连接，且所述催化炉的出气端回连至所述回热器。
所述吸附单元包括将所述催化后的氩尾气降温的降温模块、与所述降温模块相连接的吸附模块。
所述吸附模块包括两个交替进行吸附和再生的吸附筒、用于加热来自空分设备且通入所述吸附筒中的再生气的再生气加热器。
所述脱氮单元包括将所述吸附后的氩尾气降温到设定温度的换热器、与所述换热模块相连接的脱氮塔。
所述精馏单元包括精馏所述脱氮后的氩尾气得到粗氩气的空分设备粗氩塔、精馏所述粗氩气得到所述高纯氩的空分设备精氩塔。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明易于实现，所需成本和能耗均较低，可以在不增加新的空分设备的情况下极大地提高氩产量，从而解决市场供需问题。
附图说明
附图1为本发明的氩尾气回收净化系统中氩尾气收集装置的示意图。
附图2为本发明的氩尾气回收净化系统中氩尾气净化精制装置一部分的示意图。
附图3为本发明的氩尾气回收净化系统中氩尾气净化精制装置另一部分的示意图。
以上附图中：1、过滤器；2、缓冲罐；3、1#压缩机；4、2#压缩机；5、1#高压气体长管；6、2#高压气体长管；7、回热器；8、氩尾气加热器；9、催化炉；10、冷却器；11、再生气加热器；12、1#吸附筒；13、2#吸附筒；14、换热器；15、脱氮塔；16、空分设备粗氩塔；17、空分设备精氩塔；18、脱氮塔蒸发器；19、脱氮塔冷凝器；20、粗氩塔冷凝器；21、精氩塔蒸发器；22、精氩塔冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。
实施例一：一种用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气的氩尾气回收净化方法，包括以下步骤：
步骤1：由氩气使用端收集氩尾气，去除氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气，将初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气；
步骤2：催化加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气；
步骤3：吸附催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气；
步骤4：脱除吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气；
步骤5：精馏脱氮后的氩尾气，得到高纯氩。
步骤2中，先将加压后的氩尾气加热到额定温度后再催化。
步骤3中，先将催化后的氩尾气降温后再吸附。
步骤4中，先将吸附后的氩尾气降温到设定温度后再脱除。
步骤5中，先精馏脱氮后的氩尾气得到粗氩气，再精馏粗氩气得到高纯氩。
基于上述方法，设计一种用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气的氩尾气回收净化系统，其包括氩尾气收集装置和氩尾气净化精制装置，如附图1至附图3所示。
氩尾气收集装置包括过滤单元和加压单元。过滤单元与氩气使用端相连接，用于去除由氩气使用端收集的氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气。加压单元与过滤单元相连接，用于将初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气。
过滤单元包括与氩气使用端相连接的过滤器1、与过滤器1相连接的缓冲罐2。
加压单元包括与缓冲罐2相连接的压缩机3（4）、与压缩机3（4）相连接的高压气体长管5（6）。
本实施例中，加压单元一用一备地并行设置两套，即加压单元包括1#压缩机3、1#高压气体长管5、2#压缩机4、2#高压气体长管6。
氩尾气收集装置中，过滤器1用于去除氩尾气中所含的固体颗粒物，缓冲罐2用于平衡压缩机3（4）吸气量与氩尾气回收量；压缩机3（4）用于将初步过滤后的氩尾气加压到一定压力，对应的高压气体长管5（6）用于存储加压后的氩尾气，在氩尾气达到额定压力后将其送至氩尾气净化精制装置。
氩尾气净化精制装置包括催化单元、吸附单元、脱氮单元和精馏单元。催化单元与加压单元相连接，用于催化加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气。吸附单元与催化单元相连接，用于吸附催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气。脱氮单元与吸附单元相连接，用于脱除吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气。精馏单元与脱氮单元相连接，用于精馏脱氮后的氩尾气，得到高纯氩。
催化单元包括将加压后的氩尾气加热到额定温度的加热模块、与加热模块相连接的催化炉9。加热模块包括一个进气端与氩尾气收集装置中的高压气体长管5（6）相连接的回热器7、与回热器7的一个出气端相连接的氩尾气加热器8，催化炉9的进气端与氩尾气加热器8相连接，且催化炉9的出气端回连至回热器7，即催化炉9的出气端连接至回热器7的另一个进气端，回热器7的另一个出气端构成催化单元的总出气端。氩尾气加热器8可以采用电加热器。
吸附单元包括将催化后的氩尾气降温的降温模块、与降温模块相连接的吸附模块。降温模块包括冷却器10。吸附模块包括两个吸附筒12（13）和再生气加热器11。两个吸附筒12（13）分别为1#吸附筒12和2#吸附筒13，它们交替进行吸附和再生。再生气加热器11与两个吸附筒12（13）相连接，用于加热来自空分设备且通入吸附筒12（13）中的再生气。再生气加热器11也可以采用电加热器。
脱氮单元包括将吸附后的氩尾气降温到设定温度的换热器14、与换热模块相连接的脱氮塔15。脱氮塔15配置有脱氮塔蒸发器18和脱氮塔冷凝器19。
精馏单元包括精馏脱氮后的氩尾气得到粗氩气的空分设备粗氩塔16、精馏粗氩气得到高纯氩的空分设备精氩塔17，空分设备粗氩塔16配置有粗氩塔冷凝器20，空分设备精氩塔17配置有精氩塔蒸发器21和精氩塔冷凝器22。上述空分设备粗氩塔16和空分设备精氩塔17均是空分设备中的组成部分。
上述氩尾气回收净化系统由必要的管道和阀门、仪表等连接构成。
高压气体长管5（6）为后续氩尾气净化精制装置提供氩尾气。在氩尾气净化精制装置中，回热器7对来自高压气体长管5（6）的加压后的氩尾气进行预热、对催化后的氩尾气降温，氩尾气加热器8用于将氩尾气进一步加热至额定温度，催化炉9对氩尾气中氧、一氧化碳、碳氢化合物进行催化，催化后产生二氧化碳、水；冷却器10对催化后的氩尾气进一步降温，两个吸附筒12（13）用于交替使用而吸附催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，再生气加热器11用于加热再生气，加热后的再生气用于1#吸附筒12或2#吸附筒13的再生；换热器14用于将吸附后的氩尾气降至一定温度，脱氮塔15用于将吸附后的氩尾气中氮降低一定值后送入空分设备粗氩塔16；在空分设备粗氩塔16的塔顶得到氧含量合格的粗氩气，粗氩气经空分设备精氩塔17后得到纯度合格，即符合GB/T4842中高纯氩指标的高纯氩产品。
本发明方案的优点在于：
1、氩尾气回收净化系统简单、占地小、对氩使用量少的用户同样适用；
2、氩尾气回收净化系统不需要使用氢气；
3、氩尾气集中净化精制便于设备大型化，能够降低能耗，减少投资运营成本；
4、氩尾气净化精制与空分设备集结在一起，减少额外设备、土地成本，便于管理；
5、可以在不增加新的空分设备的情况下，极大地提高氩产量，解决市场供需问题。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种氩尾气回收净化方法，用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气，其特征在于：所述氩尾气回收净化方法包括以下步骤：
步骤1：由氩气使用端收集氩尾气，去除所述氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气，将所述初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气；
步骤2：催化所述加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气；
步骤3：吸附所述催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气；
步骤4：脱除所述吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气；
步骤5：精馏所述脱氮后的氩尾气，得到高纯氩；
所述步骤5中，先在空分设备粗氩塔中精馏所述脱氮后的氩尾气得到氧含量合格的粗氩气，再在空分设备精氩塔中精馏所述粗氩气得到所述高纯氩。
2.一种氩尾气回收净化系统，用于回收净化含氧、氮、一氧化碳、碳氢化合物的氩尾气，其特征在于：所述氩尾气回收净化系统包括氩尾气收集装置和氩尾气净化精制装置；
所述氩尾气收集装置包括：
过滤单元，所述过滤单元与氩气使用端相连接，用于去除由氩气使用端收集的氩尾气中的固体颗粒物得到初步过滤后的氩尾气；
加压单元，所述加压单元与所述过滤单元相连接，用于将所述初步过滤后的氩尾气加压到额定压力得到加压后的氩尾气；
所述氩尾气净化精制装置包括：
催化单元，所述催化单元与所述加压单元相连接，用于催化所述加压后的氩尾气中的氧、一氧化碳、碳氢化合物，得到催化后的氩尾气；
吸附单元，所述吸附单元与所述催化单元相连接，用于吸附所述催化后的氩尾气中的二氧化碳和水，得到吸附后的氩尾气；
脱氮单元，所述脱氮单元与所述吸附单元相连接，用于脱除所述吸附后的氩尾气中的部分氮，得到脱氮后的氩尾气；
精馏单元，所述精馏单元与所述脱氮单元相连接，用于精馏所述脱氮后的氩尾气，得到高纯氩；
所述催化单元包括将所述加压后的氩尾气加热到额定温度的加热模块、与所述加热模块相连接的催化炉；
所述精馏单元包括精馏所述脱氮后的氩尾气得到氧含量合格的粗氩气的空分设备粗氩塔、精馏所述粗氩气得到所述高纯氩的空分设备精氩塔。
3.根据权利要求2所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：所述过滤单元包括与所述氩气使用端相连接的过滤器、与所述过滤器相连接的缓冲罐；
所述加压单元包括与所述缓冲罐相连接的压缩机、与所述压缩机相连接的高压气体长管。
4.根据权利要求3所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：加压单元一用一备地设置两套。
5.根据权利要求2所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：所述加热模块包括回热器、与所述回热器相连接的氩尾气加热器，所述催化炉的进气端与所述氩尾气加热器相连接，且所述催化炉的出气端回连至所述回热器。
6.根据权利要求2所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：所述吸附单元包括将所述催化后的氩尾气降温的降温模块、与所述降温模块相连接的吸附模块。
7.根据权利要求6所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：所述吸附模块包括两个交替进行吸附和再生的吸附筒、用于加热来自空分设备且通入所述吸附筒中的再生气的再生气加热器。
8.根据权利要求2所述的氩尾气回收净化系统，其特征在于：所述脱氮单元包括将所述吸附后的氩尾气降温到设定温度的换热器、与所述换热器相连接的脱氮塔。
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