一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法技术

本发明专利技术提供一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法，以空气为原料，采用第一段变压吸附装置、第二段变压吸附装置与第三段催化脱氧装置串联操作；第一段变压吸附装置包括第一段吸附塔，用于脱除氧气、二氧化碳和水，得到富含氮气和氩气的中间气；第二段变压吸附装置包括第二段吸附塔，用于进一步脱除氮气，得到富含氩气的气体，该气体中还含有微量氧气；第三段催化脱氧装置包括脱除氧气系统和脱除二氧化碳系统，脱除氧气系统采用碳燃烧的方法，脱除富含氩气的气体中的微量氧气，生成二氧化碳；脱除二氧化碳系统进一步脱除二氧化碳，得到高纯氩气。本发明专利技术采用非低温法，可实现随时制备氩气，使得氩气的获得更便捷，效率更高。效率更高。效率更高。

【技术实现步骤摘要】
一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法


[0001]本专利技术属于气体分离
，具体涉及一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法。

技术介绍

[0002]目前，氩气的获得一般有两种方法，一种是采用空气为原料，因为氩气的沸点在氧气和氮气之间，因此可以利用空气分离装置进行分离。通过精馏空气，用冷凝器把氧气液化，移除液氧之后，继续冷却液化沸点更低的氩气，最后得到氩气。该方法基于深冷装置的存在，采用直接深冷分离，得到高纯氩气，但是这种工艺的开车过程需要积累冷量，开车时间长，对管道的密封性和测量仪器仪表的规格要求高，且一般都适用于大规模用气现场。第二种方法是对使用氩气的场合排放的粗氩气进行回收提纯，即直接对富氩气体进行处理得到氩气产品。但富氩气体一般也是通过深冷精馏获得，且成本较高。因此，以上工艺依赖于大型的装置设备，都是基于深冷装置的存在，不适用于一些移动作业或者需要立即制备氩气的场合。
[0003]因此，需要提供一种针对上述现有技术不足的改进技术方案。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的依赖于深冷装置，不能随时制备氩气的问题，本专利技术的目的在于提供采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法，以空气为原料，采用非低温法，可实现随时制备氩气，使得氩气的获得更便捷，效率更高。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]本专利技术提供一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法，所述方法以空气为原料，采用第一段变压吸附装置、第二段变压吸附装置与第三段催化脱氧装置串联操作，制备得到高纯氩气；
[0007]所述第一段变压吸附装置包括第一段吸附塔，第二段变压吸附装置包括第二段吸附塔；第一段吸附塔用于脱除氧气、二氧化碳和水，得到富含氮气和氩气的中间气；第二段吸附塔用于进一步脱除从第一段吸附塔流出的富含氮气和氩气的中间气中的氮气，得到富含氩气的气体，该气体中还含有微量氧气；
[0008]第三段催化脱氧装置包括脱除氧气系统和脱除二氧化碳系统，所述脱除氧气系统采用碳燃烧的方法，脱除富含氩气的气体中的微量氧气，生成二氧化碳；所述脱除二氧化碳系统进一步脱除从脱除氧气系统生成的二氧化碳，得到高纯氩气；
[0009]第一段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、上下部同时均压降、逆放、吹扫、上部均压升、上下部同时均压升、及终升步骤，第二段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、逆放、吹扫、上部均压升、及终升步骤。
[0010]优选的，所述第一段吸附塔包括2个相互并联的吸附塔，所述第二段吸附塔包括2
个或2个以上相互并联的吸附塔；所述第二段吸附塔上部均压降步骤的均压次数为1～5次，第二段吸附塔上部均压升步骤的均压次数为1～5次。
[0011]优选的，所述第二段吸附塔包括2
‑
4个相互并联的吸附塔；所述第二段吸附塔上部均压降步骤的均压次数为1次，第二段吸附塔上部均压升步骤的均压次数为1～2次。
[0012]优选的，所述富含氮气和氩气的中间气中，氮气和氩气的总体积含量为95～99.5％；所述富含氩气的气体中，氩气的体积含量为99～99.9％；所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.99～99.999％。
[0013]优选的，若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为100ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.99％；若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为50ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.995％；若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为10ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.999％。
[0014]优选的，所述第一段吸附塔吸附步骤时吸附塔的吸附压力为表压0.6～1.0MPa；第二段吸附塔吸附步骤时吸附塔的吸附压力为表压0.04～1.0MPa；第三段催化脱氧装置的进气压力为表压0.1～1.0MPa；
[0015]优选的，所述第一段吸附塔的上部均压降步骤后吸附塔的吸附压力为表压0.3～0.5MPa；所述第二段吸附塔的上部均压降步骤后吸附塔的吸附压力为表压0.02～0.5MPa。
[0016]优选的，所述脱除氧气系统和脱除二氧化碳系统之间串联操作；脱除氧气系统包括第三段脱氧塔，第三段脱氧塔包括3个及3个以上相互串联的脱氧塔；脱除二氧化碳系统包括第三段吸附塔，采用变压吸附或变温吸附方法，第三段吸附塔包括2个相互并联的吸附塔；
[0017]优选的，所述第一段吸附塔内装填的吸附剂为4A分子筛或碳分子筛；第二段吸附塔内装填的吸附剂为LiX、NaX或CaX沸石分子筛；第三段脱氧塔内装填的吸附剂为负载过渡金属的碳材料，氧气与负载过渡金属的碳材料发生反应，生成二氧化碳。
[0018]优选的，所述第一段吸附塔的上部均压降和上下部同时均压降的具体方法为：完成吸附步骤的吸附塔向需要进行均压升步骤的吸附塔充压，使均压降步骤的吸附塔压力降低，均压升步骤的吸附塔压力升高，直至两个吸附塔的压力一致；其中，先打开吸附塔的上部阀门进行上部均压降，使完成吸附步骤吸附塔的吸附压力降为表压0.3～0.5MPa；再打开吸附塔下部阀门同时进行上部均压降和下部均压降，使两个吸附塔的压力一致；
[0019]优选的，所述第一段吸附塔的上部均压升和上下部同时均压升的具体方法为：吹扫步骤完成后的吸附塔，通过与处于均压降步骤的吸附塔连接，实现升压，直至两个吸附塔的压力一致；其中，先打开吸附塔的上部阀门进行上部均压升，使吹扫步骤完成后的吸附塔的吸附压力升高0.1
‑
0.15MPa；再打开吸附塔下部阀门同时进行上部均压升和下部均压升，使两个吸附塔的压力一致。
[0020]优选的，若第一段吸附塔用于先脱除氮气、二氧化碳和水，则需要更换第一段吸附塔和第二段吸附塔中吸附剂的种类，同时第一段吸附塔和第二段吸附塔中每个吸附塔在一个循环周期内经历的步骤、吸附塔的个数及吸附压力均需要相互转换，第三段催化脱氧装置与方法不变；
[0021]此时通过第一段吸附塔得到富含氧气和氩气的中间气，氧气和氩气的总体积含量为80～90％；通过第二段吸附塔得到富含氩气的气体，氩气的体积含量为99～99.9％；第三
段催化脱氧装置得到高纯氩气，氩气的体积含量为99.99～99.999％；
[0022]第一段吸附塔内装填的吸附剂为LiX、NaX或CaX沸石分子筛；第二段吸附塔内装填的吸附剂为4A分子筛或碳分子筛；
[0023]第一段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、逆放、吹扫、上部均压升、及终升步骤，第二段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、上下部同时均压降、逆放、吹扫、上部均压升、上下部同时均压升、及终升步骤；
[0024]第一段吸附塔包括2个或2个以上相互并联的吸附塔；第二段吸附塔包括2个相互并联的吸附塔；第一段吸附塔上部均压降步骤的均压次数为1～5次，第一段吸附塔上部均压升步骤的均压次数为1～5次；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种采用三段法从空气中制备高纯氩气的方法，其特征在于，所述方法以空气为原料，采用第一段变压吸附装置、第二段变压吸附装置与第三段催化脱氧装置串联操作，制备得到高纯氩气；所述第一段变压吸附装置包括第一段吸附塔，第二段变压吸附装置包括第二段吸附塔；第一段吸附塔用于脱除氧气、二氧化碳和水，得到富含氮气和氩气的中间气；第二段吸附塔用于进一步脱除从第一段吸附塔流出的富含氮气和氩气的中间气中的氮气，得到富含氩气的气体，该气体中还含有微量氧气；第三段催化脱氧装置包括脱除氧气系统和脱除二氧化碳系统，所述脱除氧气系统采用碳燃烧的方法，脱除富含氩气的气体中的微量氧气，生成二氧化碳；所述脱除二氧化碳系统进一步脱除从脱除氧气系统生成的二氧化碳，得到高纯氩气；第一段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、上下部同时均压降、逆放、吹扫、上部均压升、上下部同时均压升、及终升步骤，第二段吸附塔的每个吸附塔在一个循环周期内，依次经历吸附、上部均压降、逆放、吹扫、上部均压升、及终升步骤。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段吸附塔包括2个相互并联的吸附塔，所述第二段吸附塔包括2个或2个以上相互并联的吸附塔；所述第二段吸附塔上部均压降步骤的均压次数为1～5次，第二段吸附塔上部均压升步骤的均压次数为1～5次。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二段吸附塔包括2
‑
4个相互并联的吸附塔；所述第二段吸附塔上部均压降步骤的均压次数为1次，第二段吸附塔上部均压升步骤的均压次数为1～2次。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述富含氮气和氩气的中间气中，氮气和氩气的总体积含量为95～99.5％；所述富含氩气的气体中，氩气的体积含量为99～99.9％；所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.99～99.999％。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为100ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.99％；若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为50ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.995％；若所述富含氩气经脱除氧气系统后的氧气含量为10ppm，则所述高纯氩气中氩气的体积含量为99.999％。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一段吸附塔吸附步骤时吸附塔的吸附压力为表压0.6～1.0MPa；第二段吸附塔吸附步骤时吸附塔的吸附压力为表压0.04～1.0MPa；第三段催化脱氧装置的进气压力为表压0.1～1.0MPa；所述第一段吸附塔的上部均压降步骤后吸附塔的吸附压力为表压0.3～0.5MPa；所述第二段吸附塔的上部均压降步骤后吸附塔的吸附压力为表压0.02～0.5MPa。7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述脱除氧气系统和脱除二氧化碳系统之间串联操作；脱除氧气系统包括第三段脱氧塔，第三段脱氧塔包括3个及3个以上相互串联的脱氧塔；脱除二氧化碳系统包括第三段吸附塔，采用变压吸附或者变温吸附方法，第三段吸附塔包括2个相互并联的吸附塔；所述第一段吸附塔内装填的吸附剂为4A分子筛或碳分子筛；第二段吸附塔内装填的吸附剂为LiX、NaX或CaX沸石...

【专利技术属性】
技术研发人员：李玉雪，戚励，
申请(专利权)人：碳和科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：