一种模块化氩回收液化器及氩回收方法.pdf

1、10申请公布号CN104142044A43申请公布日20141112CN104142044A21申请号201410381829022申请日20140806F25J3/04200601F25J5/0020060171申请人杭州杭氧股份有限公司地址311241浙江省杭州市临安市青山湖街道东环路99号72发明人夏鸿雁王定伟韩帅74专利代理机构杭州九洲专利事务所有限公司33101代理人翁霁明54发明名称一种模块化氩回收液化器及氩回收方法57摘要一种模块化氩回收液化器及氩回收方法,它包括一内设有板式换热芯体的液化器体，所述液化器体内由所述板式换热芯体分隔为上腔和下腔，且板式换热芯体垂直向上布置在上腔中；

2、所述上腔的中部一侧设置有液氮进口，液化器体的顶部或上部设置有连通上腔的氮气出口；上腔的下部一侧设置有液氮排出口；所述的下腔上部一侧设置有氩气进口，液化器体的底部设置有连通下腔的液氩出口，而在板式换热芯体的顶部设置有连通下腔的不凝气吹除口；所述上腔的一侧壁上设置有上下两个连接有同一个液面计的阀接口，在所述上腔和下腔的侧壁上分别还设置有各连接于一能读取压力信号并传输至各自相连自动控制阀的上智能压力计和下智能压力计的接口；它结构独立，运行可靠，能较好的对贮槽氩排气、氩泵排气、残液蒸发气等流失氩气进行回收，提高制氩的经济性。51INTCL权利要求书1页说明书5页附图3页19中华人民共和国国家知识产权局

3、12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图3页10申请公布号CN104142044ACN104142044A1/1页21一种模块化的氩回收液化器,它包括一内设有板式换热芯体的液化器体，所述液化器体内由所述板式换热芯体分隔为上腔和下腔，且板式换热芯体垂直向上布置在上腔中；所述上腔的中部一侧设置有液氮进口，液化器体的顶部或上部设置有连通上腔的氮气出口；上腔的下部一侧设置有液氮排出口；所述的下腔上部一侧设置有氩气进口，液化器体的底部设置有连通下腔的液氩出口，而在板式换热芯体的顶部设置有连通下腔的不凝气吹除口；所述上腔的一侧壁上设置有上下两个连接有同一个液面计的阀接口，在所述上腔和下腔的侧壁上分别还

4、设置有各连接于一能读取压力信号并传输至各自相连自动控制阀的上智能压力计和下智能压力计的接口。2根据权利要求1所述的模块化的氩回收液化器,其特征在于所述的氩气进口通过一氩气截止阀和/或氩气止回阀及连接管道连接于氩气储槽；所述的液氩出口通过一液氩截止阀连接液氩出管，并在液氩截止阀的前部设置有一连接氩分析仪的氩分析测点；所述板式换热芯体顶部设置的不凝气吹除口通过一排气截止阀连接余气排放管；所述液氮进口通过一液氮自动控制阀连接液氮储槽或液氮源，且所述自动控制阀与下腔中的下智能压力计相连接；所述氮气出口通过连接一氮气自动控制阀连接对外排输的连接管，且所述氮气自动控制阀与上腔中的上智能压力计相连接；所述上

5、腔设置的液氮排出口通过一排液截止阀连接排液管。3根据权利要求1所述的模块化的氩回收液化器,其特征在于所述板式换热芯体中的位于上腔中的液氮蒸发通道与位于下腔中的氩气冷凝通道为单叠布置结构。4一种利用权利要求1或2或3所述模块化的氩回收液化器进行氩回收的方法，其特征在于所述的方法主要包括如下工序氩气经过氩气止回阀VG和截止阀VC进入氩回收模块中的液化器体的下腔；同时液氮进口阀VB根据下腔智能压力计的压力PI1调整开度，使适当流量的液氮进入液化器体上腔中，在上腔中建立起适当的液氮液位LI，板式换热芯体大部分浸没在液氮中，从而使换热器体的氩通道与液氮形成一个合理的换热面积；回收氩气在换热芯体中液化后流

6、入下腔底部积聚，通过对氩的分析测点对液氩进行纯度分析，并根据所测氩的纯度作如下处理（1）氩纯度仍在产品氩的纯度要求范围内，此时则可直接将回收液氩作为产品回收进贮槽；（2）氩纯度由于管路微漏等不同原因已经低于产品的纯度规格，但氩含量仍相对较高（如80），此时可排入粗氩塔再次进行氩精馏。5根据权利要求4所述的氩回收的方法，其特征在于所述液化器体上腔中蒸发产生的氮气可通过自动控制阀VB排入污氮管中参与流程换热，进一步回收其冷量，且所述自动控制阀VB开度可由上腔中的上智能压力计测得蒸发侧压力PI2控制；另外，回收过程中可适时打开板式换热芯体顶部设置的不凝气吹除口相接的排气截止阀进行余气排放；还可适时打

7、开上腔设置的液氮排出口相接的排液截止阀进行排液。权利要求书CN104142044A1/5页3一种模块化氩回收液化器及氩回收方法技术领域0001本发明涉及的是一种氩回收液化器及氩回收方法，尤其是一种能形成一个独立模块的氩回收液化器及氩回收方法，主要应用于全精馏无氢制氩的空分流程，是以回收并液化产品氩气以再次参与氩精馏为目的的空分设备，属于空气分离精馏制氩流程中的后续氩回收辅助工艺。背景技术0002空分设备全精馏无氢制氩是目前较为主流的制氩方式，其常规工艺流程如图1所示。从氧氮精馏主塔的上塔C2适当位置抽取气相氩馏分（含氩810），进入粗氩塔进行精馏。因为该工艺要求粗氩塔的理论塔板数较多，塔高不利

8、于安装运输及垂直度的保证，所以通常粗氩塔分为粗氩塔C701和粗氩塔C702两段。过冷器E2后的液空在粗氩塔顶部的粗氩冷凝器K702内液化粗氩塔中上升的粗氩气，大部分冷凝液作为回流液回流粗氩塔。未被冷凝的粗氩气进入纯氩塔C703中部进行氩和氮的分离，最终在纯氩塔底部的纯氩蒸发器K704中得到高纯度的产品液氩。0003然而，氩在空气中的含量为0932，一般空分对氩的提取率在7090，也就是一套能处理10000标方空气量的空分设备只能生产约70标方的产品氩。因此，氩的生产成本及单位能耗是相当可观的。加之制氩工艺流程控制调试相对氧氮要复杂，而且氩气在焊接、炼钢、半导体制造等等领域都有必不可少的使用，所

9、以氩也一度成为高经济性的产品气源。0004但是另一方面，产品氩在贮槽贮存，由于贮槽本身的压力控制要求以及自然蒸发率的存在，不可避免会流失一部分产品氩气。还有，在产品氩的后备系统使用中，如预冷泵体、管路，低温泵气排放，残液流失等都会造成一部分产品氩的浪费。0005所以，在空分装置消耗大量能源提取氩，以及氩市场供求关系紧张的情况下，这种产品氩的流失无论是从经济性方面考虑还是从设计性角度斟酌都是有所不足的。发明内容0006本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种可简单的融入原工艺流程中，有效的对放空浪费的氩气进行回收再次利用，使其与原流程相对独立，安装及控制都灵活便捷，安全性好的模块化氩回

10、收液化器及氩回收方法。0007本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种模块化的氩回收液化器,它包括一内设有板式换热芯体的液化器体，所述液化器体内由所述板式换热芯体分隔为上腔和下腔，且板式换热芯体垂直向上布置在上腔中；所述上腔的中部一侧设置有液氮进口，液化器体的顶部或上部设置有连通上腔的氮气出口；上腔的下部一侧设置有液氮排出口；所述的下腔上部一侧设置有氩气进口，液化器体的底部设置有连通下腔的液氩出口，而在板式换热芯体的顶部设置有连通下腔的不凝气吹除口；所述上腔的一侧壁上设置有上下两个连接有同一个液面计的阀接口，在所述上腔和下腔的侧壁上分别还设置有各连接于一能读取压力信号并传输至各自相连自动控

11、制阀的上说明书CN104142044A2/5页4智能压力计和下智能压力计的接口。0008本发明所述的氩气进口通过一氩气截止阀和/或氩气止回阀及连接管道连接于氩气储槽；所述的液氩出口通过一液氩截止阀连接液氩出管，并在液氩截止阀的前部设置有一连接氩分析仪的氩分析测点；所述板式换热芯体顶部设置的不凝气吹除口通过一排气截止阀连接余气排放管；所述液氮进口通过一液氮自动控制阀连接液氮储槽或液氮源，且所述自动控制阀与下腔中的下智能压力计相连接；所述氮气出口通过连接一氮气自动控制阀连接对外排输的连接管，且所述氮气自动控制阀与上腔中的上智能压力计相连接；所述上腔设置的液氮排出口通过一排液截止阀连接排液管。000

12、9所述板式换热芯体中的位于上腔中的液氮蒸发通道与位于下腔中的氩气冷凝通道为单叠布置结构。0010一种利用上述模块化的氩回收液化器进行氩回收的方法，所述的方法主要包括如下工序氩气经过氩气止回阀VG和截止阀VC进入氩回收模块中的液化器体的下腔；同时液氮进口阀VB根据下腔智能压力计的压力PI1调整开度，使适当流量的液氮进入液化器体上腔中，在上腔中建立起适当的液氮液位LI，板式换热芯体大部分浸没在液氮中，从而使换热器体的氩通道与液氮形成一个合理的换热面积；回收氩气在换热芯体中液化后流入下腔底部积聚，通过对氩的分析测点对液氩进行纯度分析，并根据所测氩的纯度作如下处理（1）氩纯度仍在产品氩的纯度要求范围内

13、，此时则可直接将回收液氩作为产品回收进贮槽；（2）氩纯度由于管路微漏等不同原因已经低于产品的纯度规格，但氩含量仍相对较高（如80），此时可排入粗氩塔再次进行氩精馏。0011本发明所述液化器体上腔中蒸发产生的氮气可通过自动控制阀排入污氮管中参与流程换热，进一步回收其冷量，且所述自动控制阀开度可由上腔中的上智能压力计测得蒸发侧压力控制；另外，回收过程中可适时打开板式换热芯体顶部设置的不凝气吹除口相接的排气截止阀进行余气排放；还可适时打开上腔设置的液氮排出口相接的排液截止阀进行排液。0012本发明可选择的回收产品氩，减少因为操作过程中的氩流失；主要应用于全精馏无氢制氩的空分流程，作为整体的一个回收模

14、块，可置于冷箱内，也可独立于冷箱之外撬装，能可靠的对氩气进行液化回收。0013本发明可简单的融入原工艺流程中，有效的对放空浪费的氩气进行回收再次利用；模块化的设计使其与原流程相对独立，安装及控制都灵活便捷，简单的流程结构也保证了此模块的安全性，是一种很好的氩回收装置。附图说明0014图1是现有常规的加入氩回收模块的空分工艺流程示意图。0015图2是本发明所述氩回收液化器的结构示意图。0016图3是本发明所述氩回收模块流程示意图。说明书CN104142044A3/5页5具体实施方式0017下面将结合附图对本发明作详细的介绍图2所示，本发明所述的一种模块化氩回收液化器,它包括一内设有板式换热芯体1

15、的液化器体2，所述液化器体2内由所述板式换热芯体1分隔为上腔3和下腔4，且板式换热芯体1垂直向上布置在上腔3中；所述上腔3的中部一侧设置有液氮进口5，液化器体2的顶部或上部设置有连通上腔3的氮气出口6；上腔3的下部一侧设置有液氮排出口7；所述的下腔4上部一侧设置有氩气进口8，液化器体2的底部设置有连通下腔4的液氩出口9，而在板式换热芯体1的顶部设置有连通下腔4的不凝气吹除口10；所述上腔3的一侧壁上设置有上下两个连接有同一个液面计11的阀接口12、13，在所述上腔3和下腔4的侧壁上分别还设置有各连接于一能读取压力信号并传输至各自相连自动控制阀的上智能压力计和下智能压力计的接口14、15。001

16、8图3所示，所述的氩气进口8通过一氩气截止阀VC和/或氩气止回阀VG及连接管道连接于氩气储槽；所述的液氩出口9通过一液氩截止阀VD连接液氩出管，并在液氩截止阀VD的前部设置有一连接氩分析仪的氩分析测点AL；所述板式换热芯体1顶部设置的不凝气吹除口10通过一排气截止阀VF连接余气排放管；所述液氮进口5通过一液氮自动控制阀VA连接液氮储槽或液氮源，且所述自动控制阀VA与下腔4中的下智能压力计相连接；所述氮气出口6通过连接一氮气自动控制阀VB连接对外排输的连接管，且所述氮气自动控制阀VB与上腔3中的上智能压力计相连接；所述上腔3设置的液氮排出口7通过一排液截止阀VE连接排液管。0019本发明所述板式

17、换热芯体1中的位于上腔3中的液氮蒸发通道与位于下腔4中的氩气冷凝通道为单叠布置结构。0020图3所示的是氩回收装置模块的整体流程，图中所示的有VA为液氮进液化器调节阀；VB为蒸发后氮气出口调节阀；VC为回收氩气进液化器截止阀；VD为液化后的回收氩出口截止阀；VE为液化器上腔的液氮排液阀；VF为换热器中无法冷凝的余气排放阀；VG为氩气进口管道的止回阀，保证工艺流程的单向性；PSV1为液化器冷凝侧安全阀，保证液化器下腔压力安全；PSV2为液化器蒸发侧安全阀，保证液化器上腔压力安全；LI为液化器上腔的液氮液位指示；AI为回收氩气液化后的纯度分析；PI1为液化器冷凝侧压力指示，可通过此压力对VA进行调

18、节，若PI1偏离正常值，数值较大时，可控制开大VA阀门，增大液氮进入量，增加气氩的液化，使PI1值恢复正常值，反之则关小VA阀门；PI2为液化器蒸发侧压力指示，可通过此压力对VB进行调节，若PI2偏离正常值，数值说明书CN104142044A4/5页6较大时，可控制开大VB阀门，增大蒸发氮气排出量，使PI2值恢复正常值，反之则关小VA阀门；需要回收的氩气经过VC阀进入液化器K705下腔，氩气在容器中上升至板式芯体中氩通道，与作为冷源的液氮进行换热，液化成液氩后积聚于下腔底部，通过VD阀门可排出到所需工艺流程位置；外界提供的液氮经过VA自动控制阀门进入液化器K705上腔，被氩气汽化后经过VB自动

19、阀排出。0021一种利用上述模块化氩回收液化器进行氩回收的方法，该方法主要包括如下工序氩气经过氩气止回阀VG和截止阀VC进入氩回收模块中的液化器体的下腔；同时液氮进口阀VB根据下腔智能压力计的压力PI1调整开度，使适当流量的液氮进入液化器体上腔中，在上腔中建立起适当的液氮液位LI，板式换热芯体大部分浸没在液氮中，从而使换热器体的氩通道与液氮形成一个合理的换热面积；回收氩气在换热芯体中液化后流入下腔底部积聚，通过对氩的分析测点对液氩进行纯度分析，并根据所测氩的纯度作如下处理（1）氩纯度仍在产品氩的纯度要求范围内，此时则可直接将回收液氩作为产品回收进贮槽；（2）氩纯度由于管路微漏等不同原因已经低于

20、产品的纯度规格，但氩含量仍相对较高（如80），此时可排入粗氩塔再次进行氩精馏。0022所述液化器体上腔中蒸发产生的氮气可通过自动控制阀VB排入污氮管中参与流程换热，进一步回收其冷量，且所述自动控制阀VB开度可由上腔中的上智能压力计测得蒸发侧压力PI2控制；另外，回收过程中可适时打开板式换热芯体顶部设置的不凝气吹除口相接的排气截止阀进行余气排放；还可适时打开上腔设置的液氮排出口相接的排液截止阀进行排液。0023实施例回收氩气以贮槽压力控制时的排气为例,结合图1、3。当贮槽压力偏高，槽体本身的控制阀打开，部分氩气排出槽体，经过止回阀VG和入口阀VC进入氩回收模块中的氩回收液化器K705下腔；同时液

21、氮进口阀VB根据下腔压力PI1调整开度，使适当流量的液氮进入液化器上腔中，在上腔中建立起适当的液氮液位LI，板式换热器的芯体部分浸没在液氮中，从而使换热器的氩通道与液氮形成一个合理的换热面积。作为冷源的液氮可由外界贮槽提供，也可由工艺流程中主冷液氮提供（需流程计算）。0024回收氩气在换热器芯体中液化后流入下腔底部积聚，可通过对AI的分析测点对液氩进行纯度分析。此时有两种情况（1）氩纯度仍在产品氩的纯度要求范围内，此时则可直接将回收液氩作为产品回收进贮槽。（2）氩纯度由于管路微漏等不同原因已经低于产品的纯度规格，但氩含量仍相对较高（如80），此时可排入粗氩塔再次进行氩精馏。0025与此同时，蒸

22、发产生的氮气可通过VB阀排入污氮管中参与流程换热，进一步回收其冷量，VC阀开度可由蒸发侧压力PI2控制。另外，模块中可适时打开余气排放阀VF和排液阀VE，避免影响液化器的换热效果。0026整个模块以液化器K705为中心，各阀门根据工况变化及时调控，使模块操作简单可靠。且相较于传统的氩回收管线（氩气直接进入K704回收），此氩回收模块更有利于常压贮槽低压氩气的回收。传统回收方式会出现由于回收氩气的压力过低而造成其无法进入K704中回收的情况，而这个回收模块可以以更低的冷凝压力在K705中进行液化，大大改善说明书CN104142044A5/5页7了常压贮槽气的回收效果。0027此外，由于氩回收模块的独立性，开停此模块也比较灵活，切断进出口阀就可切断与工艺流程的联系，对工艺流程影响也较小，可根据市场氩的经济性决定此模块的投产使用。说明书CN104142044A1/3页8图1说明书附图CN104142044A2/3页9图2说明书附图CN104142044A3/3页10图3说明书附图CN104142044A10