[发明专利]一种带氩气循环和氢气循环的单塔低温精馏回收氩气系统及方法

说明书

本发明公开了一种带氩气循环和氢气循环的单塔低温精馏回收氩气系统及方法，包括前处理系统、精馏冷箱、氢气循环压缩机和氩气循环压缩机；所述精馏冷箱包括换热器、氩塔再沸器、粗液氩节流阀、精氩塔、纯液氩节流阀、氩塔冷凝蒸发器和辅助再沸器。本发明利用回收现场会有液氩提供的便利，用液氩提供冷量，不必单独设置膨胀机，净化粗氩气，再利用低温精馏法脱除氮气、氢气，利用循环氩气增强精馏塔效率，提高了氩气的回收率，简化了低温精馏的流程和操作，降低了运行能耗。

技术领域

本发明涉及氩气回收技术领域，尤其涉及一种带氩气循环和氢气循环的单塔低温精馏回收氩气系统及方法。

背景技术

在直拉法生产单晶硅的工艺中，回收利用产生的废氩气有很大现实意义。现有的氩气回收纯化工艺为：对来自单晶炉回收的氩气进行粗除油，再经压缩冷却后高精度除油除尘；接着通过高温催化使甲烷等烃类和一氧化碳同氧气反应生产水和二氧化碳，催化反应中保证氧气过量(杂质氧气不够则加入氧气)；通过冷却后在催化剂作用下使过量氧气同加入的氢气反应生成水，并保证反应氢气过量，处理后氩气中杂质成分为水、二氧化碳、氢气和氮气；最后经过氩气常温吸附单元吸附水和二氧化碳，得到只含有氮气和氢气为杂质的粗氩气。氩气常温吸附单元由二个吸附器组成，吸附器中装有吸附水和二氧化碳的吸附剂，一个吸附器进行吸附工作，另一个吸附器进行包括泄压、加温、吹冷的再生工作。所述再生工作的气体使用氮气，该再生氮气来自冷箱中低温精馏塔生产或外购，氩气常温吸附单元通过时间程序控制器自动控制运行切换。

但现有氩气回收纯化的技术中，如专利201210078306.X公开了一种单晶硅生产中氩气回收纯化的方法与装置，其低温精馏部分使用空气循环制冷，能耗高，流程复杂，加入的过量氢气放空，利用率低；专利201410618341.5公开了一种双塔耦合的氩气回收纯化设备及氩气回收纯化方法，用空气压缩，双塔流程，能耗无优势，结构复杂，增加设备投资。

因此，本领域的技术人员致力于开发流程更简洁，操作更方便，氩气回收率更高，能耗更低氩气回收方法。

发明内容

本发明为解决现有氩气回收技术中运动部件多、能耗高、投资大的问题，提供一种带氩气循环和氢气循环的单塔低温精馏回收氩气系统及方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明第一方面提供一种带氩气循环和氢气循环的单塔低温精馏回收氩气系统，包括前处理系统、精馏冷箱、氢气循环压缩机和氩气循环压缩机；所述精馏冷箱包括换热器、氩塔再沸器、粗液氩节流阀、精氩塔、纯液氩节流阀、氩塔冷凝蒸发器和辅助再沸器；

具体管路连接顺序为：

所述前处理系统的纯化系统的气体出口管路通过所述换热器与所述氩塔再沸器连接，所述氩塔再沸器的冷凝侧管路通过所述粗液氩节流阀与所述精氩塔的中上部连接；所述精氩塔底部液氩管路通过所述纯液氩节流阀与所述氩塔冷凝蒸发器的蒸发侧连接，所述氩塔冷凝蒸发器的蒸发侧氩气出口管路通过所述换热器后分为两路，一路送出所述精馏冷箱，另一路与所述氩气循环压缩机连接；所述氩气循环压缩机的出口管路通过所述换热器、辅助再沸器与所述氩塔冷凝蒸发器的蒸发侧连接；所述氩塔再沸器顶部的不凝气出口管路经过所述换热器后与所述氢气循环压缩机连接，所述氢气循环压缩机的出口管路通入所述前处理系统；所述精氩塔的塔顶出口管路分为两路，一路通过所述换热器后送出所述精馏冷箱与所述纯化系统连接，另一路与所述氩塔冷凝蒸发器的冷凝侧连接。

进一步地，所述前处理系统包括依次管路连接的氩气压缩机、除一氧化碳器、第一冷却器、除氧器、第二冷却器、氩气预冷机、纯化系统。

进一步地，所述氢气循环压缩机的出口管路与系统加氢管路合并后，与所述第一冷却器和除氧器之间的管路连通。

进一步地，所述辅助再沸器的冷源为所述精馏塔底部的纯液氩，所述辅助再沸器的出口管路与所述精氩塔下部连接。