[发明专利]氩气纯化系统

说明书

本发明一般涉及氩气纯化，更具体地说，本发明涉及再循环和重新使用氩气的就地纯化。

氩气可用于各种工艺，它的化学惰性、特有的物理性能，相对于其它惰性气体成本较低，使它的使用具有明显的优点。例如，可用氩气作覆盖或吹扫气体，作热传导介质，在各种金属加工操作中用它去除反应杂质，使熔融金属粉化成细粉。

尽管空气中氩的含量比其它惰性气体高得多，通过空气分离生产氧气和氮气时可得到大量作为副产品的氩气，显然氩气的成本仍促使其最大限度地循环使用。为此，现有系统通过容器间的压力平衡，再增压和再循环，一般进行粒子分离，从而提供贮存氩气的方法。

然而，使用氩气的操作常免不了使系统的各部件间断地暴露于周围大气中。在低压或真空条件下进行的工序有空气渗入的可能。此外，待处理物料要去除各种杂质。因此，在再循环和重新使用废氩气之前有必要进行纯化。

实质上使用氩气系统的操作常常是间歇式的，结果在较短时间间隔内间断的需要很高的流量，而在其它时间内流量很低或没有。高压贮气罐，或用于压缩贮存的再液化方法可适应这些需要。这些条件难以找到适合去除所要气体杂质的适当尺寸的分离设备。

为便于贮存更多的氩气，已提出用低温蒸馏和催化燃烧方法纯化氩气。然而，这二种方法的设备和操作成本均很高。况且，设计的低温蒸馏系统通常由与杂质含量和流量有关的最大瞬时需用量控制。当用于如氩气再循环纯化时，杂质浓度和流量随时间的变化大，按平均时间需用量，该设备尺寸明显加大。同样催化燃烧设备的尺寸也由最大瞬时需用量控制。

因此，本发明的一个目的是提供纯化氩气的一种改进方法和装置。

本发明的另一个目的是提供纯化氩气的一种改进方法和装置，它能有效地用于流量和杂质浓度变化大的情况。

本发明再一个目的是提供纯化氩气的一种改进方法和装置，其成本比至今现有系统低。

本领域技术人员阅读本公开说明书后，对本发明的上述和其它目的将一目了然，本发明一方面是：

用于纯化氩气的方法，它包括：

（A）提供一种氩气流，它含有氧气、氮气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的一种或多种杂质;

（B）在室温下使氩气流通过装有分子筛吸附剂的床，以吸附其中的水蒸汽和/或二氧化碳;

（C）在室温下使氩气流通过装有催化物料的床，以化学吸附其中的氧气、氢气和/或一氧化碳;

（D）在低温下使氩气流通过装有吸附剂的床以吸附其中的氮和/或碳氢化合物;和

（E）回收已纯化的氩气流。

本发明另一方面包括：

（A）一个装有分子筛的床以及使含杂质的氩气通过该分子筛床的装置;

（B）一个装有催化物料的床及使含有杂质的氩气通过该催化物料床的装置;

（C）一个装有吸附剂的床及使含有杂质的氩气通过该吸附剂床的装置;

（D）在氩气通过吸附剂床之前，使其温度降至低温的装置;及

（E）从吸附剂床中回收已纯化氩气的装置。

本文所述“室温”是指-30℃-+50℃的温度。

本文所述“低温”是指低于-120℃的温度。

本文所述“床”是指容器内装有丸状固体颗粒的可渗透设备。

本文所述“催化物料”是指在确定的温度和压力条件下能增加特定化学反应速率，而在该反应完成时其本身保持不变的一种固体材料。

本文所述“吸附”是指气体混合物的某些组分粘附于与它们接触的固体表面的可逆过程。

本文所述“化学吸附”是指由于化学力作用结果使气体混合物的某些组分选择性粘附于固体表面的一种吸附过程。

唯一的附图表示本发明的优选实施例。

本发明至多包括三个氩气纯化步骤，这取决于氩气中所含杂质种类，这些步骤是室温下分子筛吸附步骤，室温下化学吸附步骤以及低温吸附步骤（若使已纯化的氩气液化以便贮存，该步骤特别有利）。

下面参照附图详细描述本发明，该附图说明本发明的优选实施例，其中各床或容器成对放置且平行安装以便连续操作。即每对容器的第一个进行氩气流的纯化时，该对容器的另一个进行再生，经适当时间转换气流，以使第一个容器进行再生，而第二个容器进行纯化。另一种安装方式是各床为双床单容器吸收器。

现在参照附图，供给的氩气流1所含杂质浓度通常为百万分之一至百分之一。含有杂质的氩气流通常来自工业生产中，包括用作覆盖或吹扫气体、热传导介质或载带气体气氛的氩气。这些杂质可包括氧气、氮气、水蒸汽、氢气、一氧化碳、二氧化碳之一种或多种，以及一种或多种碳氢化合物如甲烷、乙烷或丙烷。