一種模塊化氬回收液化器及氬回收方法
【專利摘要】一種模塊化氬回收液化器及氬回收方法,它包括一內(nèi)設(shè)有板式換熱芯體的液化器體，所述液化器體內(nèi)由所述板式換熱芯體分隔為上腔和下腔，且板式換熱芯體垂直向上布置在上腔中；所述上腔的中部一側(cè)設(shè)置有液氮進口，液化器體的頂部或上部設(shè)置有連通上腔的氮氣出口；上腔的下部一側(cè)設(shè)置有液氮排出口；所述的下腔上部一側(cè)設(shè)置有氬氣進口，液化器體的底部設(shè)置有連通下腔的液氬出口，而在板式換熱芯體的頂部設(shè)置有連通下腔的不凝氣吹除口；所述上腔的一側(cè)壁上設(shè)置有上下兩個連接有同一個液面計的閥接口，在所述上腔和下腔的側(cè)壁上分別還設(shè)置有各連接于一能讀取壓力信號并傳輸至各自相連自動控制閥的上智能壓力計和下智能壓力計的接口；它結(jié)構(gòu)獨立，運行可靠，能較好的對貯槽氬排氣、氬泵排氣、殘液蒸發(fā)氣等流失氬氣進行回收，提高制氬的經(jīng)濟性。
【專利說明】一種模塊化氬回收液化器及氬回收方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種氬回收液化器及氬回收方法，尤其是一種能形成一個獨立模塊的氬回收液化器及氬回收方法，主要應(yīng)用于全精餾無氫制氬的空分流程，是以回收并液化產(chǎn)品氬氣以再次參與氬精餾為目的的空分設(shè)備，屬于空氣分離精餾制氬流程中的后續(xù)氬回收輔助工藝。

【背景技術(shù)】
[0002]空分設(shè)備全精餾無氫制氬是目前較為主流的制氬方式，其常規(guī)工藝流程如圖1所示。從氧氮精餾主塔的上塔C2適當(dāng)位置抽取氣相氬餾分(含氬89TlO%)，進入粗氬塔進行精餾。因為該工藝要求粗氬塔的理論塔板數(shù)較多，塔高不利于安裝運輸及垂直度的保證，所以通常粗氬塔分為粗氬塔I C701和粗氬塔II C702兩段。過冷器Ε2后的液空在粗氬塔II頂部的粗氬冷凝器Κ702內(nèi)液化粗氬塔II中上升的粗氬氣，大部分冷凝液作為回流液回流粗氬塔II。未被冷凝的粗氬氣進入純氬塔C703中部進行氬和氮的分離，最終在純氬塔底部的純氬蒸發(fā)器Κ704中得到高純度的產(chǎn)品液氬。
[0003]然而，氬在空氣中的含量為0.932%，一般空分對氬的提取率在70°/Γ90%，也就是一套能處理10000標(biāo)方空氣量的空分設(shè)備只能生產(chǎn)約70標(biāo)方的產(chǎn)品氬。因此，氬的生產(chǎn)成本及單位能耗是相當(dāng)可觀的。加之制氬工藝流程控制調(diào)試相對氧氮要復(fù)雜，而且氬氣在焊接、煉鋼、半導(dǎo)體制造等等領(lǐng)域都有必不可少的使用，所以氬也一度成為高經(jīng)濟性的產(chǎn)品氣源。
[0004]但是另一方面，產(chǎn)品氬在貯槽貯存，由于貯槽本身的壓力控制要求以及自然蒸發(fā)率的存在，不可避免會流失一部分產(chǎn)品氬氣。還有，在產(chǎn)品氬的后備系統(tǒng)使用中，如預(yù)冷泵體、管路，低溫泵氣排放，殘液流失等都會造成一部分產(chǎn)品氬的浪費。
[0005]所以，在空分裝置消耗大量能源提取氬，以及氬市場供求關(guān)系緊張的情況下，這種產(chǎn)品氬的流失無論是從經(jīng)濟性方面考慮還是從設(shè)計性角度斟酌都是有所不足的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種可簡單的融入原工藝流程中，有效的對放空浪費的氬氣進行回收再次利用，使其與原流程相對獨立，安裝及控制都靈活便捷，安全性好的模塊化氬回收液化器及氬回收方法。
[0007]本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種模塊化的氬回收液化器，它包括一內(nèi)設(shè)有板式換熱芯體的液化器體，所述液化器體內(nèi)由所述板式換熱芯體分隔為上腔和下腔，且板式換熱芯體垂直向上布置在上腔中；所述上腔的中部一側(cè)設(shè)置有液氮進口，液化器體的頂部或上部設(shè)置有連通上腔的氮氣出口 ；上腔的下部一側(cè)設(shè)置有液氮排出口 ；
所述的下腔上部一側(cè)設(shè)置有氬氣進口，液化器體的底部設(shè)置有連通下腔的液氬出口，而在板式換熱芯體的頂部設(shè)置有連通下腔的不凝氣吹除口 ；
所述上腔的一側(cè)壁上設(shè)置有上下兩個連接有同一個液面計的閥接口，在所述上腔和下腔的側(cè)壁上分別還設(shè)置有各連接于一能讀取壓力信號并傳輸至各自相連自動控制閥的上智能壓力計和下智能壓力計的接口。
[0008]本發(fā)明所述的氬氣進口通過一氬氣截止閥和/或氬氣止回閥及連接管道連接于IS氣儲槽；所述的液IS出口通過一液IS截止閥連接液IS出管，并在液IS截止閥的前部設(shè)置有一連接氬分析儀的氬分析測點；
所述板式換熱芯體頂部設(shè)置的不凝氣吹除口通過一排氣截止閥連接余氣排放管；
所述液氮進口通過一液氮自動控制閥連接液氮儲槽或液氮源，且所述自動控制閥與下腔中的下智能壓力計相連接；
所述氮氣出口通過連接一氮氣自動控制閥連接對外排輸?shù)倪B接管，且所述氮氣自動控制閥與上腔中的上智能壓力計相連接；
所述上腔設(shè)置的液氮排出口通過一排液截止閥連接排液管。
[0009]所述板式換熱芯體中的位于上腔中的液氮蒸發(fā)通道與位于下腔中的氬氣冷凝通道為單疊布置結(jié)構(gòu)。
[0010]一種利用上述模塊化的氬回收液化器進行氬回收的方法，所述的方法主要包括如下工序:
氬氣經(jīng)過氬氣止回閥Vg和截止閥Vc進入氬回收模塊中的液化器體的下腔；同時液氮進口閥Vb根據(jù)下腔智能壓力計的壓力PIl調(diào)整開度，使適當(dāng)流量的液氮進入液化器體上腔中，在上腔中建立起適當(dāng)?shù)囊旱何籐I，板式換熱芯體大部分浸沒在液氮中，從而使換熱器體的氬通道與液氮形成一個合理的換熱面積；
回收氬氣在換熱芯體中液化后流入下腔底部積聚，通過對氬的分析測點對液氬進行純度分析，并根據(jù)所測氬的純度作如下處理:(I)氬純度仍在產(chǎn)品氬的純度要求范圍內(nèi)，此時則可直接將回收液氬作為產(chǎn)品回收進貯槽；(2)氬純度由于管路微漏等不同原因已經(jīng)低于產(chǎn)品的純度規(guī)格，但氬含量仍相對較高(如>80%)，此時可排入粗氬塔II再次進行氬精餾。
[0011]本發(fā)明所述液化器體上腔中蒸發(fā)產(chǎn)生的氮氣可通過自動控制閥排入污氮管中參與流程換熱，進一步回收其冷量，且所述自動控制閥開度可由上腔中的上智能壓力計測得蒸發(fā)側(cè)壓力控制；另外，回收過程中可適時打開板式換熱芯體頂部設(shè)置的不凝氣吹除口相接的排氣截止閥進行余氣排放；還可適時打開上腔設(shè)置的液氮排出口相接的排液截止閥進行排液。
[0012]本發(fā)明可選擇的回收產(chǎn)品氬，減少因為操作過程中的氬流失；主要應(yīng)用于全精餾無氫制氬的空分流程，作為整體的一個回收模塊，可置于冷箱內(nèi)，也可獨立于冷箱之外撬裝，能可靠的對氬氣進行液化回收。
[0013]本發(fā)明可簡單的融入原工藝流程中，有效的對放空浪費的氬氣進行回收再次利用；模塊化的設(shè)計使其與原流程相對獨立，安裝及控制都靈活便捷，簡單的流程結(jié)構(gòu)也保證了此模塊的安全性，是一種很好的氬回收裝置。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是現(xiàn)有常規(guī)的加入氬回收模塊的空分工藝流程示意圖。
[0015]圖2是本發(fā)明所述氬回收液化器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是本發(fā)明所述氬回收模塊流程示意圖。

【具體實施方式】
[0017]下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細(xì)的介紹:圖2所示，本發(fā)明所述的一種模塊化氬回收液化器，它包括一內(nèi)設(shè)有板式換熱芯體I的液化器體2，所述液化器體2內(nèi)由所述板式換熱芯體I分隔為上腔3和下腔4，且板式換熱芯體I垂直向上布置在上腔3中；所述上腔3的中部一側(cè)設(shè)置有液氮進口 5，液化器體2的頂部或上部設(shè)置有連通上腔3的氮氣出口6 ;上腔3的下部一側(cè)設(shè)置有液氮排出口 7 ；
所述的下腔4上部一側(cè)設(shè)置有氬氣進口 8，液化器體2的底部設(shè)置有連通下腔4的液氬出口 9，而在板式換熱芯體I的頂部設(shè)置有連通下腔4的不凝氣吹除口 10 ；
所述上腔3的一側(cè)壁上設(shè)置有上下兩個連接有同一個液面計11的閥接口 12、13，在所述上腔3和下腔4的側(cè)壁上分別還設(shè)置有各連接于一能讀取壓力信號并傳輸至各自相連自動控制閥的上智能壓力計和下智能壓力計的接口 14、15。
[0018]圖3所示,所述的IS氣進口 8通過一IS氣截止閥Vc和/或IS氣止回閥Vg及連接管道連接于氬氣儲槽；所述的液氬出口 9通過一液氬截止閥Vd連接液氬出管，并在液氬截止閥Vd的前部設(shè)置有一連接IS分析儀的IS分析測點Al ；
所述板式換熱芯體I頂部設(shè)置的不凝氣吹除口 10通過一排氣截止閥Vf連接余氣排放管；
所述液氮進口 5通過一液氮自動控制閥Va連接液氮儲槽或液氮源，且所述自動控制閥Va與下腔4中的下智能壓力計相連接；
所述氮氣出口 6通過連接一氮氣自動控制閥Vb連接對外排輸?shù)倪B接管，且所述氮氣自動控制閥Vb與上腔3中的上智能壓力計相連接；
所述上腔3設(shè)置的液氮排出口 7通過一排液截止閥Ve連接排液管。
[0019]本發(fā)明所述板式換熱芯體I中的位于上腔3中的液氮蒸發(fā)通道與位于下腔4中的氬氣冷凝通道為單疊布置結(jié)構(gòu)。
[0020]圖3所示的是氬回收裝置模塊的整體流程，圖中所示的有:
Va為液氮進液化器調(diào)節(jié)閥；
Vb為蒸發(fā)后氮氣出口調(diào)節(jié)閥；
Vc為回收氬氣進液化器截止閥；
Vd為液化后的回收IJ出口截止閥；
Ve為液化器上腔的液氮排液閥；
Vf為換熱器中無法冷凝的余氣排放閥；
Vg為氬氣進口管道的止回閥，保證工藝流程的單向性；
PSVl為液化器冷凝側(cè)安全閥，保證液化器下腔壓力安全；
PSV2為液化器蒸發(fā)側(cè)安全閥，保證液化器上腔壓力安全；
LI為液化器上腔的液氮液位指示；
Al為回收IS氣液化后的純度分析；
PIl為液化器冷凝側(cè)壓力指示，可通過此壓力對Va進行調(diào)節(jié)，若PIl偏離正常值，數(shù)值較大時，可控制開大Va閥門，增大液氮進入量,增加氣氬的液化,使PII值恢復(fù)正常值,反之則關(guān)小Va閥門；
PI2為液化器蒸發(fā)側(cè)壓力指示，可通過此壓力對Vb進行調(diào)節(jié)，若PI2偏離正常值，數(shù)值較大時，可控制開大Vb閥門，增大蒸發(fā)氮氣排出量,使PI2值恢復(fù)正常值,反之則關(guān)小Va閥門；
需要回收的氬氣經(jīng)過Vc閥進入液化器K705下腔，氬氣在容器中上升至板式芯體中氬通道，與作為冷源的液氮進行換熱，液化成液氬后積聚于下腔底部，通過Vd閥門可排出到所需工藝流程位置；外界提供的液氮經(jīng)過Va自動控制閥門進入液化器K705上腔，被氬氣汽化后經(jīng)過Vb自動閥排出。
[0021]一種利用上述模塊化氬回收液化器進行氬回收的方法，該方法主要包括如下工序:
氬氣經(jīng)過氬氣止回閥Vg和截止閥Vc進入氬回收模塊中的液化器體的下腔；同時液氮進口閥Vb根據(jù)下腔智能壓力計的壓力PIl調(diào)整開度，使適當(dāng)流量的液氮進入液化器體上腔中，在上腔中建立起適當(dāng)?shù)囊旱何籐I，板式換熱芯體大部分浸沒在液氮中，從而使換熱器體的氬通道與液氮形成一個合理的換熱面積；
回收氬氣在換熱芯體中液化后流入下腔底部積聚，通過對氬的分析測點對液氬進行純度分析，并根據(jù)所測氬的純度作如下處理:(I)氬純度仍在產(chǎn)品氬的純度要求范圍內(nèi)，此時則可直接將回收液氬作為產(chǎn)品回收進貯槽；(2)氬純度由于管路微漏等不同原因已經(jīng)低于產(chǎn)品的純度規(guī)格，但氬含量仍相對較高(如>80%)，此時可排入粗氬塔II再次進行氬精餾。
[0022]所述液化器體上腔中蒸發(fā)產(chǎn)生的氮氣可通過自動控制閥Vb排入污氮管中參與流程換熱，進一步回收其冷量，且所述自動控制閥Vb開度可由上腔中的上智能壓力計測得蒸發(fā)側(cè)壓力PI2控制；另外，回收過程中可適時打開板式換熱芯體頂部設(shè)置的不凝氣吹除口相接的排氣截止閥進行余氣排放；還可適時打開上腔設(shè)置的液氮排出口相接的排液截止閥進行排液。
[0023]實施例:
回收氬氣以貯槽壓力控制時的排氣為例，結(jié)合圖1、3。當(dāng)貯槽壓力偏高，槽體本身的控制閥打開，部分氬氣排出槽體，經(jīng)過止回閥Vg和入口閥Vc進入氬回收模塊中的氬回收液化器K705下腔；同時液氮進口閥Vb根據(jù)下腔壓力PII調(diào)整開度，使適當(dāng)流量的液氮進入液化器上腔中，在上腔中建立起適當(dāng)?shù)囊旱何籐I，板式換熱器的芯體部分浸沒在液氮中，從而使換熱器的氬通道與液氮形成一個合理的換熱面積。作為冷源的液氮可由外界貯槽提供，也可由工藝流程中主冷液氮提供(需流程計算)。
[0024]回收氬氣在換熱器芯體中液化后流入下腔底部積聚，可通過對Al的分析測點對液IS進行純度分析。此時有兩種情況:(I)IS純度仍在產(chǎn)品IS的純度要求范圍內(nèi)，此時則可直接將回收液氬作為產(chǎn)品回收進貯槽。(2)氬純度由于管路微漏等不同原因已經(jīng)低于產(chǎn)品的純度規(guī)格，但氬含量仍相對較高(如>80%)，此時可排入粗氬塔II再次進行氬精餾。
[0025]與此同時，蒸發(fā)產(chǎn)生的氮氣可通過Vb閥排入污氮管中參與流程換熱，進一步回收其冷量，Vc閥開度可由蒸發(fā)側(cè)壓力PI2控制。另外，模塊中可適時打開余氣排放閥Vf和排液閥Ve，避免影響液化器的換熱效果。
[0026]整個模塊以液化器K705為中心，各閥門根據(jù)工況變化及時調(diào)控，使模塊操作簡單可靠。且相較于傳統(tǒng)的氬回收管線(氬氣直接進入K704回收)，此氬回收模塊更有利于常壓貯槽低壓氬氣的回收。傳統(tǒng)回收方式會出現(xiàn)由于回收氬氣的壓力過低而造成其無法進入K704中回收的情況，而這個回收模塊可以以更低的冷凝壓力在K705中進行液化，大大改善了常壓貯槽氣的回收效果。
[0027]此外，由于氬回收模塊的獨立性，開停此模塊也比較靈活，切斷進出口閥就可切斷與工藝流程的聯(lián)系，對工藝流程影響也較小，可根據(jù)市場氬的經(jīng)濟性決定此模塊的投產(chǎn)使用。
【權(quán)利要求】
1.一種模塊化的IS回收液化器，它包括一內(nèi)設(shè)有板式換熱芯體的液化器體，所述液化器體內(nèi)由所述板式換熱芯體分隔為上腔和下腔，且板式換熱芯體垂直向上布置在上腔中；所述上腔的中部一側(cè)設(shè)置有液氮進口，液化器體的頂部或上部設(shè)置有連通上腔的氮氣出口 ；上腔的下部一側(cè)設(shè)置有液氮排出口； 所述的下腔上部一側(cè)設(shè)置有氬氣進口，液化器體的底部設(shè)置有連通下腔的液氬出口，而在板式換熱芯體的頂部設(shè)置有連通下腔的不凝氣吹除口； 所述上腔的一側(cè)壁上設(shè)置有上下兩個連接有同一個液面計的閥接口，在所述上腔和下腔的側(cè)壁上分別還設(shè)置有各連接于一能讀取壓力信號并傳輸至各自相連自動控制閥的上智能壓力計和下智能壓力計的接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化的氬回收液化器，其特征在于所述的氬氣進口通過一氬氣截止閥和/或氬氣止回閥及連接管道連接于氬氣儲槽；所述的液氬出口通過一液氬截止閥連接液IS出管，并在液IS截止閥的前部設(shè)置有一連接IS分析儀的IS分析測點； 所述板式換熱芯體頂部設(shè)置的不凝氣吹除口通過一排氣截止閥連接余氣排放管； 所述液氮進口通過一液氮自動控制閥連接液氮儲槽或液氮源，且所述自動控制閥與下腔中的下智能壓力計相連接； 所述氮氣出口通過連接一氮氣自動控制閥連接對外排輸?shù)倪B接管，且所述氮氣自動控制閥與上腔中的上智能壓力計相連接； 所述上腔設(shè)置的液氮排出口通過一排液截止閥連接排液管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的模塊化的氬回收液化器，其特征在于所述板式換熱芯體中的位于上腔中的液氮蒸發(fā)通道與位于下腔中的氬氣冷凝通道為單疊布置結(jié)構(gòu)。
4.一種利用權(quán)利要求1或2或3所述模塊化的氬回收液化器進行氬回收的方法，其特征在于所述的方法主要包括如下工序: 氬氣經(jīng)過氬氣止回閥Vg和截止閥Vc進入氬回收模塊中的液化器體的下腔；同時液氮進口閥Vb根據(jù)下腔智能壓力計的壓力PIl調(diào)整開度，使適當(dāng)流量的液氮進入液化器體上腔中，在上腔中建立起適當(dāng)?shù)囊旱何籐I，板式換熱芯體大部分浸沒在液氮中，從而使換熱器體的氬通道與液氮形成一個合理的換熱面積； 回收氬氣在換熱芯體中液化后流入下腔底部積聚，通過對氬的分析測點對液氬進行純度分析，并根據(jù)所測氬的純度作如下處理:(I)氬純度仍在產(chǎn)品氬的純度要求范圍內(nèi)，此時則可直接將回收液氬作為產(chǎn)品回收進貯槽；(2)氬純度由于管路微漏等不同原因已經(jīng)低于產(chǎn)品的純度規(guī)格，但氬含量仍相對較高(如>80%)，此時可排入粗氬塔II再次進行氬精餾。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氬回收的方法，其特征在于所述液化器體上腔中蒸發(fā)產(chǎn)生的氮氣可通過自動控制閥Vb排入污氮管中參與流程換熱，進一步回收其冷量，且所述自動控制閥Vb開度可由上腔中的上智能壓力計測得蒸發(fā)側(cè)壓力PI2控制；另外，回收過程中可適時打開板式換熱芯體頂部設(shè)置的不凝氣吹除口相接的排氣截止閥進行余氣排放；還可適時打開上腔設(shè)置的液氮排出口相接的排液截止閥進行排液。
【文檔編號】F25J3/04GK104142044SQ201410381829
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年8月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月6日
【發(fā)明者】夏鴻雁, 王定偉, 韓帥 申請人:杭州杭氧股份有限公司