一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱及其使用方法与流程

本发明涉及气体分离技术，具体的说，就是将氩气收装置冷箱进行设计改进，废气精馏塔设污氮气抽口，采用利用低温精馏法，设计一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱及其使用方法，属于低温。

背景技术：

1、氩回收装置因其对回收单晶炉的密封氩气，通过脱碳脱氧预处理和低温精馏分离，使氩气得以循环利用，大大降低了单晶棒的生产成本，从而实现单晶棒的工业化生产。无氢工艺的氩回收装置，因其不回收副泵收集的含氧氩气，工艺生产氩气消耗大，液氩补充频繁，经济性差，故后期提资建设的单晶炉配套氩回收装置均采用有氢工艺。有氢工艺的氩回收装置，其前端对原料气进行除尘增压、压缩机压缩、脱碳干燥、加氢除氧并吸附水分，然后在冷箱进行低温分离。

2、近年来，随着社会经济发展和工业技术的进步，市场对高纯氩的需求量也越来越多，要求也越来越高。光伏行业及半导体行业的发展，氩回收装置运行的数量和规模也同步增长。随着氩回收装置冷箱原料氩气二级分离的应用，冷箱氩回收率接近100%，为了进一步减少设备投资和运行电耗，将废气中的氢进行回收利用，设计一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱及其使用方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱及其使用方法，在采用新工艺来提高氩回收装置冷箱氩回收率的同时减少设备投资和运行电耗。该冷箱的应用不仅保持了接近100%氩回收率、液氩返注量少，同时将废气中的氢进行回收利用，从而减少设备投资和运行电耗，具有很好的实用价值和经济效益。

2、本发明是通过如下的技术方案予以实现的：一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱，它包括冷箱，所述冷箱内安装有氩气提纯塔、废气提馏塔、制氮精馏塔、主换热器、膨胀机、制氮冷凝蒸发器，相互之间通过管道进行连接，其中主换热器分别设置有2台，分别为第一主换热器和第二主换热器，膨胀机也设置有两台，分别为第一膨胀机和第二膨胀机，使用时一台使用，一台备用，相互之间切换使用，所述废气提馏塔用于冷箱冷量平衡，将制氮系统多余的冷量转移到氩分离系统。

3、作为优选：所述氩气提纯塔由上方的提纯塔冷凝器、下方的提纯塔蒸发器以及中间塔体段组成，所述废气提馏塔由上方的废气提馏塔冷凝器、下方的废气提馏塔蒸发器、中间塔体段组成。

4、作为优选：所述制氮精馏塔可与制氮冷凝蒸发器设置在一起或单独分开布置。

5、作为优选：所述第一主换热器上开设有第一原料氩气进气管、氮氢氩循环气管、不凝废气出管，低压氮气出管，辅塔污氮气出管，所述第二主换热器上开设有第二原料氩气进气管、富氧气出气管、纯化空气进管、氮气出气管、产品氩气出管。

6、作为优选：所述冷箱外还连接有一根返注液氩管道，该管道与氩气提纯塔和废气提馏塔连接，所述制氮冷凝蒸发器还开设有一根连接冷箱外部的产品氮气管道。

7、一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱的使用方法，所述方法包括如下步骤：

8、步骤1：粗氩气分两路分别进入第一主换热器和第二主换热器预冷降温，降温后汇合进入氩气提纯塔蒸发器，部分不凝气通过第一主换热器复热出冷箱，其余冷凝成粗液氩；

9、步骤2：出冷箱不凝气通过循环压缩机与补充氢气混合，然后进入加氢脱氧系统，循环利用；

10、步骤3：粗液氩节流后进入氩气提纯塔参与精馏，在氩气提纯塔中，其底部得到高纯液氩；其顶部得到含氢氩污氮；

11、步骤4：含氢氩污氮在提纯塔冷凝器进行冷凝，冷凝下来的液体作为氩气提纯塔的回流液；部分不凝气体送入废气提馏塔再次精馏分离；

12、步骤5：不凝气体送入废气提馏塔下部，通过精馏分离，底部富液氩被来自制氮精馏塔的氮气加热蒸发，作为精馏塔上升气；顶部气体被液氮冷凝成液体，作为废气提馏塔回流液，在该塔上部抽取污氮气，作为废气在第一主换热器中复热出冷箱放空或利用，该塔顶部含氢不凝气在第一主换热器中复热出冷箱进入氩回收装置循环利用；

13、步骤6：废气提馏塔蒸发器冷凝的液氮节流进入废气提馏塔冷凝器，作为冷源被蒸发，从废气提馏塔底部抽取部分粗液氩，作为氩气提纯塔顶部的回流液，同时从制氮冷凝蒸发器抽取液氮节流进入废气提馏塔冷凝器，补充冷量，同时增加废气提馏塔回流比；

14、步骤7：蒸发的低压氮气经过第一主换热器复热出冷箱，作为脱氧纯化器再生气；

15、步骤8：氩气提纯塔得到的高纯液氩节流后进入提纯塔冷凝器，液氩被蒸发，再经过第二主换热器复热出冷箱，送往产品氩气压缩机；

16、步骤9：空气进第二主换热器预冷后进入制氮精馏塔，通过精馏分离底部得到富氧液空，顶部得到高纯氮气，从制氮精馏塔塔顶抽取部分氮气，经第二主换热器复热出冷箱供用户使用和作为脱氧纯化器的再生气；

17、步骤10：富氧液空节流后进入制氮冷凝蒸发器，蒸发成富氧空气，再经过第二主换热器复热到一定温度进入第一膨胀机和第二膨胀机膨胀制冷，为冷箱提供冷量，膨胀后富氧空气经过第二主换热器复热出冷箱，作为空气纯化器和脱碳纯化器的再生气；

18、步骤11：在制氮冷凝蒸发器中，氮气冷凝成液氮，大部分作为制氮精馏塔的回流液，一部分作为废气提馏塔冷凝器冷源，一部分作为产品液氮，送往液氮贮槽；

19、步骤12：为了维持氩气使用平衡以及冷箱冷量平衡，返注部分液氩进入氩气提纯塔。

20、本发明的有益效果如下：本发明利用低温精馏分离原理，并对氩塔一次精馏排出的不凝废气进行二次精馏，将氩回收装置冷箱氩回收率达到99.95%以上（原料气含氧1.2%时），顶部含氢不凝气复热后进入气柜，循环利用。该发明的使用，保持了氩回收装置冷箱的超高氩氢回收率及液氩返注量少的特性，同时降低了冷箱的投资费用及操作的复杂程度。氩回收率的提高及液氩返注量减少，一方面减少了采购液氩的费用，一方面减少对液氩市场的依赖度。同时回收氢气循环利用，减少水电解制氢量，降低了电耗。对于液氩紧缺的地区，其经济性更加明显和可观，故该发明具有很好的实用价值和经济效益。

技术特征：

1.一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱，它包括冷箱，其特征在于：所述冷箱内安装有氩气提纯塔、废气提馏塔、制氮精馏塔、主换热器、膨胀机、制氮冷凝蒸发器，相互之间通过管道进行连接，其中主换热器分别设置有2台，分别为第一主换热器和第二主换热器，膨胀机也设置有两台，分别为第一膨胀机和第二膨胀机，使用时一台使用，一台备用，相互之间切换使用，所述废气提馏塔用于冷箱冷量平衡，将制氮系统多余的冷量转移到氩分离系统。

2.根据权利要求1所述的氩氢全回收的氩回收装置冷箱，其特征在于：所述氩气提纯塔由上方的提纯塔冷凝器、下方的提纯塔蒸发器以及中间塔体段组成，所述废气提馏塔由上方的废气提馏塔冷凝器、下方的废气提馏塔蒸发器、中间塔体段组成。

3.根据权利要求1所述的氩氢全回收的氩回收装置冷箱，其特征在于：所述制氮精馏塔可与制氮冷凝蒸发器设置在一起或单独分开布置。

4.根据权利要求1所述的氩氢全回收的氩回收装置冷箱，其特征在于：所述第一主换热器上开设有第一原料氩气进气管、氮氢氩循环气管、不凝废气出管，低压氮气出管，辅塔污氮气出管，所述第二主换热器上开设有第二原料氩气进气管、富氧气出气管、纯化空气进管、氮气出气管、产品氩气出管。

5.根据权利要求1所述的氩氢全回收的氩回收装置冷箱，其特征在于：所述冷箱外还连接有一根返注液氩管道，该管道与氩气提纯塔和废气提馏塔连接，所述制氮冷凝蒸发器还开设有一根连接冷箱外部的产品氮气管道。

6.一种根据权利要求1-5任意一项所述的氩氢全回收的氩回收装置冷箱的使用方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

技术总结本发明为一种氩氢全回收的氩回收装置冷箱及其使用方法，它包括冷箱，所述冷箱内安装有氩气提纯塔、废气提馏塔、制氮精馏塔、主换热器、膨胀机、制氮冷凝蒸发器，相互之间通过管道进行连接，其中主换热器分别设置有2台，分别为第一主换热器和第二主换热器，膨胀机也设置有两台，分别为第一膨胀机和第二膨胀机，使用时一台使用，一台备用，相互之间切换使用，所述废气提馏塔用于冷箱冷量平衡，将制氮系统多余的冷量转移到氩分离系统本发明冷箱的应用不仅保持了接近100%氩回收率、液氩返注量少，同时将废气中的氢进行回收利用，从而减少设备投资和运行电耗，具有很好的实用价值和经济效益。技术研发人员：胡玖益,杨代权,李培培,纪民举受保护的技术使用者：上海亿钶气体股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/12