[实用新型]一种基于串联变压吸附分离技术的氩气提纯装置

说明书

本实用新型属于气体分离技术领域，具体为一种基于串联变压吸附分离技术的氩气提纯装置。本实用新型装置包括：压缩设备，用于提供有压力的原料气；至少一套变压吸附祛氧装置和一套变压吸附祛氮装置，以及两套装置之间控制阀门，用于切断、调节两级之间的气体流动；至少一个产品气缓冲罐，它与祛氮分离器的产物端通过控制阀门及其连接管线，接受来自祛氮分离器的产品气体，并将产品气体通过祛氮分离装置的产物端送入正在进行预充压、清洗过程的祛氮分离装置中；一套完整的控制组件，用以对回路上的阀件进行必要的操作控制，以及对压缩设备、真空泵动力设备进行必要的控制操作。本装置可将含氧、氮的粗氩混合气提纯得到99%甚至99.9999%的高纯氩气。

技术领域

本实用新型属于气体分离技术领域，具体涉及一种基于串联变压吸附分离技术的氩气提纯装置。

背景技术

变压吸附(PSA)是一种重要的、具有广泛应用的气体分离方法，如变压吸附干燥、变压吸附制氧、制氮等等，通常，采用不同的吸附剂，可基于平衡吸附或动力学分离特性的变压吸附方法分离不同的混合气，从而获得所需的组分。

深冷空分的副产品气体中，粗氩馏分通常采用复杂的催化、氧化、吸附等耦合的工艺过程祛除杂质气体以获得高纯度氩气（精氩），工艺复杂，投资大，设备占地大，采用的催化、氢等介质氧化过程不仅存在寿命低，运行、维护保养价格高昂，还存在一定的操作使用风险，尤其深冷空分应用领域中，尚有大量排空的粗氩、废氩，如果加以回收，将产生巨大的经济效益，因此，亟需一种简单有效的解决方案。

发明内容

鉴于以上情况，针对同时含氧、含氮的粗氩混合气，本实用新型提出以非深冷空分技术手段祛除其中的氧气、氮气，从而获得高纯度氩气（精氩）装置。

本实用新型提出的高纯度氩气（精氩）提取装置，是采用基于平衡吸附机理的氧吸附剂的变压吸附技术祛除氧气，与基于平衡吸附机理的氮吸附剂的变压吸附技术祛除氮气，将两者串联耦合，即提取过程包括前级变压吸附的祛氧过程和次级变压吸附的祛氮过程。其中：

基于平衡吸附机理的氧吸附剂的变压吸附技术祛除氧气，如常规技术，采用装填氧吸附剂的吸附床层去除混合气体中的氧气，如公知技术，对原料气中的水分，可以在床层内原料气侧安装部分干燥吸附剂，以确保分离材料不被污染；

基于平衡吸附机理的氮吸附剂的变压吸附技术祛除氮气，如常规技术，采用装填氮吸附剂的吸附床层去除混合气体中的氮气；

并且，本实用新型中，两级变压吸附的有机耦合过程，含氧、含氮的粗氩混合气将顺序进入祛氧吸附床层与祛氮吸附床层；

并且，本实用新型中，两级变压吸附的有机耦合过程，在对称运行的两组或多组床层之间设计了气体回收回路，以最大限度的减少氩气损失，提高回收率；

并且，本实用新型中，将祛氧吸附分离过程产生的废气的至少一部分回流到对称分离床层，有利于对称分离床层的升压过程以及减少解吸过程的功率消耗，提高系统回收率；

并且，本实用新型中，将祛氮吸附分离过程产生的废气的至少一部分回流到对称分离床层，有利于对称分离床层的升压过程以及减少解吸过程的功率消耗，提高系统回收率；

并且，本实用新型中，产品精氩的至少一部分将回流到祛氮吸附床层的产物端。

显然，采用本实用新型的方法，还可调整吸附剂用以祛除其它气体杂质，典型的如水分、二氧化碳、总烃等杂质气体，优选的，可按脱除顺序采用相应的吸附剂分层装填于祛氧、祛氮吸附床层内。

基于上述原理，本实用新型提供的以非深冷空分技术手段祛除含氧、含氮的粗氩混合气其中的氧气、氮气，从而获得高纯度氩气（精氩）的装置，包括：

（1）至少一个压缩设备，用于提供必要的有压力的原料气，优选但非必要的包括预处理所需的装置（附图未示出），如含氧、含氮的粗氩混合气具有30～600kpa（表压）的压力则无需配套；