本發(fā)明涉及工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置及方法，尤其是通過低溫精餾的方法將粗氬氣中氫氣、氮氣等輕組分（相對氬氣）雜質(zhì)進行分離的方法，屬于低溫空分精餾技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氬氣是空氣中除氧氣和氮氣外的另一種含量較大的氣體，獲得成本相對較低，同時它具有優(yōu)良的化學惰性和物理性能，能為各種工藝提供惰性氣氛，達到置換雜質(zhì)氣體、吹掃固體粉末、帶走工藝中多余的熱量等目的。

雖然在空氣分離行業(yè)中，氬氣成本相對其他惰性氣體較低，但對于大宗的氣體需求，其獲得成本仍然很大，如果能實現(xiàn)工藝氬氣的循環(huán)利用，降低成本，將具有非常大的經(jīng)濟效益。因此國內(nèi)外有許多研究氬氣回收技術(shù)的公司和機構(gòu)，已有產(chǎn)品投入市場使用。

氬氣回收技術(shù)中，低溫精餾裝置是其重要的一個單元，一般的流程組織為利用壓縮空氣和（或）液氮等提供冷熱源，常壓輸出氬氣，后續(xù)配置氬氣壓縮機壓縮到用戶所需壓力，其流程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資及能耗都相對較大。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提供一種改進的、流程組織優(yōu)于其他現(xiàn)有流程，系統(tǒng)成本與能耗低于其他流程，同時回收利用率不低于其他現(xiàn)有流程的工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置及方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置，它主要包括低溫換熱器，低溫精餾塔，精餾塔底部蒸發(fā)器，精餾塔頂部冷凝器；所述的低溫換熱器中設(shè)置有氬氣輸入流道、產(chǎn)品氬氣輸出流道以及精餾廢氣輸出流道，其中氬氣輸入流道通過管路連接至精餾塔底部蒸發(fā)器，并在該精餾塔底部蒸發(fā)器接出管路，該接出管路連接至低溫精餾塔的上部，產(chǎn)品氬氣輸出流道通過連接管路連接至低溫精餾塔塔頂，而精餾廢氣輸出流道通過管道連接至精餾塔頂部冷凝器，另在低溫精餾塔的上部設(shè)置有輸入補充液氬的外接管路。

作為優(yōu)選：所述的低溫精餾塔為單塔結(jié)構(gòu)，所述精餾塔底部蒸發(fā)器和所述精餾塔頂部冷凝器中冷、熱源皆為氬氣本身，不引入空氣、液氮介質(zhì)。

一種利用所述工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置的低溫精餾方法，所述的方法是：

所述壓縮氬氣進入低溫換熱器被冷卻，冷卻后的低溫氬氣進入蒸發(fā)器，提供熱源并自身冷凝，冷凝后的液態(tài)氬氣進入低溫精餾塔頂部，與冷凝器回流的液氬混合后，作為精餾塔頂部的下降液，與蒸發(fā)器產(chǎn)生的上升氣在精餾塔內(nèi)進行精餾；精餾塔底部得到純液氬，經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流后進入低溫精餾塔頂部的冷凝器，與補充液氬混合后，提供冷源并自身蒸發(fā)得到純氬氣，純氬氣進入低溫換熱器，回收冷量后作為產(chǎn)品氣進入用戶管道。

作為優(yōu)選：所述的精餾塔頂部氣體進入冷凝器后，大部分作為冷凝器的熱源，提供熱量并自身冷凝后全回流到精餾塔頂部與液態(tài)氬氣混合；少部分作為精餾廢氣排出低溫精餾塔進入低溫換熱器回收冷量，復(fù)溫后的精餾廢氣排出低溫精餾裝置；

所述氬氣在進入工藝前為壓縮氬氣，所含雜質(zhì)為相對氬氣為輕組分的雜質(zhì)。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

1）本發(fā)明流程組織簡單，只需一個低溫精餾塔配合以底部蒸發(fā)器和頂部冷凝器，再配置一臺低溫換熱器實現(xiàn)冷量的傳遞和回收，就能完成分離輕組分雜質(zhì)，純化氬氣的目的；

2）本發(fā)明中，產(chǎn)品氬氣可根據(jù)用戶所需壓力進行設(shè)計，可帶壓輸出，不需配置氬氣壓縮機；

3）本發(fā)明中，蒸發(fā)器和冷凝器中冷、熱源皆為氬氣本身，不需引入空氣、液氮等其他介質(zhì)；

4）本發(fā)明中，系統(tǒng)冷量由補充液氬提供，補充液氬提供冷量后仍可作為純氬氣供用戶使用，不消耗氬氣量；

5）本發(fā)明中，氬氣回收利用率通過調(diào)節(jié)精餾廢氣的氣量進行控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置結(jié)構(gòu)流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的介紹：圖1所示，本發(fā)明所述的一種工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置，它主要包括低溫換熱器102，低溫精餾塔106，精餾塔底部蒸發(fā)器104，精餾塔頂部冷凝器109；所述的低溫換熱器102中設(shè)置有氬氣101輸入流道、產(chǎn)品氬氣113輸出流道以及精餾廢氣114輸出流道，其中氬氣101輸入流道通過管路103連接至精餾塔底部蒸發(fā)器104，并在該精餾塔底部蒸發(fā)器104接出管路105，該接出管路105連接至低溫精餾塔106的上部，產(chǎn)品氬氣113輸出流道通過連接管路110連接至低溫精餾塔106塔頂，而精餾廢氣114輸出流道通過管道111連接至精餾塔頂部冷凝器109，另在低溫精餾塔106的上部設(shè)置有輸入補充液氬112的外接管路。

所述的低溫精餾塔106為單塔結(jié)構(gòu)，所述蒸發(fā)器104和所述冷凝器109中冷、熱源皆為氬氣本身，不引入空氣、液氮介質(zhì)。

一種利用所述工藝氬氣回收系統(tǒng)中的低溫精餾裝置的低溫精餾方法，所述的方法是：

所述壓縮氬氣101進入低溫換熱器102被冷卻，冷卻后的低溫氬氣103進入蒸發(fā)器104，提供熱源并自身冷凝，冷凝后的液態(tài)氬氣105進入低溫精餾塔頂部，與冷凝器109回流的液氬混合后，作為精餾塔頂部的下降液，與蒸發(fā)器104產(chǎn)生的上升氣在精餾塔內(nèi)進行精餾。精餾塔底部得到純液氬107，經(jīng)節(jié)流閥108節(jié)流后進入低溫精餾塔106頂部的冷凝器109，與補充液氬112混合后，提供冷源并自身蒸發(fā)得到純氬氣110，純氬氣110進入低溫換熱器102，回收冷量后作為產(chǎn)品氣113進入用戶管道。

所述的精餾塔頂部氣體進入冷凝器109后，大部分作為冷凝器109的熱源，提供熱量并自身冷凝后全回流到精餾塔頂部與液態(tài)氬氣105混合；少部分作為精餾廢氣111排出低溫精餾塔進入低溫換熱器回收冷量，復(fù)溫后的精餾廢氣114排出低溫精餾裝置；

所述氬氣101在進入工藝前為壓縮氬氣，所含雜質(zhì)為相對氬氣為輕組分的雜質(zhì)。

本發(fā)明按照圖1所說明的方案實踐中，有一股典型的壓縮氬氣流，其含有98%的氬，0.5%的氫，1.5%的氮，最后得到產(chǎn)品氬氣113的純度大于等于99.9995%，氬氣回收利用率超過90%。