CN110470103A - 提高空气中氩提取率的***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种提高空气中氩产品提取率的***及方法，***包括空气过滤及压缩单元、空气预冷单元、空气纯化单元、膨胀机单元、空气精馏单元,空气过滤和压缩单元包括空气过滤器、空气压缩机和空气增压机，膨胀机单元包括膨胀机增压端、冷却器和膨胀机膨胀端，精馏单元包括主换热器、过冷器、下塔、主冷凝蒸发器、上塔、液氧蒸发器、粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔、分离器、液氩泵、精氩塔，粗氩Ⅰ塔顶部设有第一冷凝器、精氩塔底部设有第一蒸发器，顶部设有第二冷凝器,对于空气中氩的提取率可达90%左右，与常规外压缩流程型式相比氩提取率高近15%，氧产品提取率提高近5%，液体产品产量相对更多。

Description

提高空气中氩提取率的***及方法
技术领域
本发明属于气体低温分离技术领域，特别涉及一种从空气中分离氩组分并提高氩提取率的提高空气中氩提取率的***及方法。
背景技术
氩气是一种稀有气体，因为在空气中的含量十分稀少，故而得名。它是一种惰性气体，既不能燃烧，也不能助燃，化学性质十分稳定，不与任何元素化合，在元素周期表中属于零族。
由于氩气具有极为宝贵而特殊的化学性质和物理性质，故其应用十分广泛。在飞机制造、造船、原子能工业和机械工业部门，对特殊金属，例如铝、镁、铜及其合金和不锈钢在焊接时，往往用氩作为焊接保护气，防止焊接件被空气氧化或氮化。在电光源方面，氩气常应用于照明技术和填充日光灯、光电管、照明管等。在金属冶炼方面，氧、氩吹炼是生产优质钢的重要措施，氩氧炼钢一般情况下每吨钢的氩气消耗量为1~3m3，而对于不锈钢生产每吨钢的氩气消耗量为20~25Nm3。对钛、锆、锗等特殊金属的冶炼，以及电子工业中也需要用氩做保护气。
世界上工业氩的生产主要是利用空分装置从空气中直接制取。自1915年美国空气产品公司开始以液化空气分馏制氩以来，欧洲各工业国以及日本也相继开始从空气分离装置提氩。在最初的几年里产量很少，仅供照明技术和科研用。直到1943年以后，随着钢铁工业和化学工业的发展，空分规模逐渐增大，为副产品氩气奠定了基础，氩气的生产才迅速增加。20世纪60以来，现代技术对氩的需求量的增加，使得世界上大型空分装置上几乎都带提氩设备。
利用合成氨尾气回收氩是工业生产氩的另一途径。合成氨尾气一般含氩5％～8％，含氢60％～70％，用它回收氢和氩能更好的综合利用原料资源。在美国、 德国、法国、荷兰、匈牙利、波兰等国已建有十几套从合成氨尾气回收氩的装 置。合成氨尾气提氩工艺至今才只有十几年的历史，目前在提氩工业中所占的 比例虽然不大，但这是一个很有发展前途的方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，当需要的氩产量相对于氧产量较多时，提供一种提高氩产品提取率的***及方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种提高空气中氩产品提取率的***，包括依此相接通的空气过滤及压缩单元、空气预冷单元、空气纯化单元、膨胀机单元、空气精馏单元，
所述空气过滤和压缩单元包括空气过滤器、空气压缩机和空气增压机，空气过滤器的入口与大气相接通，空气过滤器的出口通过第一管道与空气压缩机相接通；
所述空气预冷单元的入口通过第二管道与空气压缩机的出口相接通，空气预冷单元的出口通过第三管道与所述空气纯化单元的入口相接通；
所述空气纯化单元的出口分两支，一支通过第四管道与主换热器相接通，再通过第五管道与下塔的底部相接通，另一支通过第六管道与空气增压机的入口相接通；
所述膨胀机单元包括膨胀机增压端、冷却器和膨胀机膨胀端，膨胀机增压端的入口通过第七管道与空气增压机的出口相接通，膨胀机增压端的出口通过第八管道与冷却器的入口相接通；膨胀机膨胀端的入口通过第十管道与主换热器相接通，并通过第九管道与冷却器的出口相接通，膨胀机膨胀端的出口通过第十一管道与第五管道相接通；
所述精馏单元包括主换热器、下塔、主冷凝蒸发器、上塔、液氧蒸发器、过冷器、粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔、精氩塔、分离器、液氩泵，所述粗氩Ⅰ塔的顶部设有第一冷凝器、所述精氩塔的底部设有第一蒸发器，所述精氩塔的顶部设有第二冷凝器；
所述液氧蒸发器的板式单元入口通过第十二管道与第五管道相接通，液氧蒸发器的板式单元出口通过第十三管道与下塔的中部相接通，所述液氧蒸发器的壳体入口通过第四十九管道与所述主冷凝蒸发器相接通，液氧蒸发器的壳体出口通过第五十管道与主换热器相接通，再通过第五十一管道与用户连接；第一节流阀的入口通过第十五管道与过冷器相接通，再通过第十四管道与下塔的底部相接通，第一节流阀的出口通过第十六管道与上塔相接通；所述第一蒸发器内的板式单元入口通过第十七管道与第十五管道相接通，其板式单元出口通过第十八管道与第二节流阀的入口相接通，第二节流阀的出口通过第二十管道与所述第一冷凝器相接通，同时所述第一蒸发器的底部出口通过第四十七管道与用户连接；第十九管道的一端与第十七管道相接通，第十九管道的另一端与第十八管道相接通；第一冷凝器的壳体通过第二十一管道和第二十二管道与上塔相接通；第三节流阀的入口通过第二十四管道与过冷器相接通，再通过第二十三管道与下塔相接通，第三节流阀的出口通过第二十五管道与上塔相接通；第四节流阀的入口通过第二十六管道与第二十四管道相接通，其出口通过第二十七管道与第二冷凝器相接通；第二冷凝器通过第二十八管道与第二十一管道相接通，通过第四十六管道与用户连接；主冷凝蒸发器的入口通过第二十九管道与下塔相接通，其出口通过第三十管道与下塔相接通；第五节流阀的入口通过第三十二管道与过冷器相接通，再通过第三十一管道与第三十管道相接通，其出口通过第三十三管道与上塔相接通，第三十四管道的一端与第三十二管道相接通，另一端与用户连接；所述粗氩Ⅱ塔的底部入口通过第三十五管道与上塔相接通，粗氩Ⅱ塔的底部出口通过第三十六管道与上塔相接通，粗氩Ⅱ塔的顶部出口通过第三十七管道与粗氩Ⅰ塔的底部相接通；所述液氩泵的入口通过第三十八管道与粗氩Ⅰ塔的底部相接通，所述液氩泵的出口通过第三十九管道与粗氩Ⅱ塔的顶部相接通；第六节流阀的入口通过第四十管道与第三十九管道相接通，其出口通过第四十一管道与粗氩Ⅰ塔的底部相接通；所述第一冷凝器内的板式单元入口通过第四十二管道与粗氩Ⅰ塔的顶部相接通，其板式单元出口通过第四十三管道与所述分离器相接通；分离器通过第四十四管道与粗氩Ⅰ塔的顶部相接通，通过第四十五管道与所述精氩塔的中部相接通；主冷凝蒸发器通过第四十八管道与用户连接，主冷凝蒸发器通过第五十八管道与第五十七管道相接通；上塔的顶部出口通过第五十二管道与过冷器相接通，再通过第五十三管道与主换热器相接通，最后通过第五十四管道与第五十九管道相接通，第五十五管道一端与第五十四管道相接通，一端与用户连接；上塔的上部出口通过第五十六管道与所述过冷器相接通，再通过第五十七管道与主换热器相接通，最后通过第五十九管道与空气预冷单元相接通；第六十管道的一端与第五十九管道相接通，另一端与所述空气纯化单元相接通。
所述空气纯化单元的出口一股空气通过第六管道与所述空气增压机的入口相接通，空气增压机的出口通过第七管道与所述膨胀机增压端的入口相接通，所述膨胀机增压端的出口通过第八管道与所述冷却器的入口相接通，所述冷却器的出口通过第九管道与所述主换热器相接通再通过第十管道与所述膨胀机膨胀端的入口相接通，所述所述膨胀机膨胀端的出口通过第十一管道与第五管道相接通，从而进入所述下塔参与精馏。
所述冷却器为管壳式换热器；所述主换热器、过冷器和所述液氧蒸发器、主冷凝蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器内的板式单元均为真空钎焊板翅式换热器；所述下塔为筛板塔；所述上塔、粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔、精氩塔为规整填料塔。
一种利用所述的***提高空气中氩产品提取率的方法，该方法包括如下过程：
环境中的空气经过所述的空气过滤器去除粉尘等固体颗粒后通过第一管道进入所述的空气压缩机进行压缩，压缩后的空气通过第二管道进入所述空气预冷单元进行冷却并对空气进行洗涤，随后通过第三管道进入所述空气纯化单元，通过空气纯化单元中的吸附剂脱出水和二氧化碳；经过空气纯化单元后的空气，一部分通过第四管道进入所述主换热器，经主换热器冷却后再通过第五管道进入所述下塔的底部作为上升气参与精馏，另一部分通过第六管道进入所述空气增压机再次进行压缩，这部分增压后的空气通过第七管道进入所述膨胀机增压端再次增压后通过第八管道进入所述冷却器进行冷却，冷却后的空气通过第九管道进入所述主换热器进行冷却并从主换热器中部抽出通过第十管道进入所述膨胀机膨胀端进行膨胀制冷，膨胀后的空气通过第十一管道汇入第五管道；第五管道内的部分空气经过第十二管道进入所述液氧蒸发器做热源，被冷却成液空后通过第十三管道进入所述下塔的中部参与精馏，所述主冷凝蒸发器中的液氧通过第四十九管道进入所述液氧蒸发器做冷源，蒸发后通过第五十管道进入所述主换热器进行复热，随后作为产品氧气通过第五十一管道送去用户；所述下塔底部的富氧液空经过第十四管道进入所述过冷器，过冷后富氧液空一部分经过第十五管道进入所述第一节流阀，节流后通过第十六管道进入所述上塔的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第十七管道进入所述第一蒸发器做热源，被冷却后通过第十八管道进入所述第二节流阀并在节流后进入所述第一冷凝器做冷源，第十九管道为所述第一蒸发器旁通管线，一端与第十七管道相连，另一端与第十八管道相接通；所述第一冷凝器的顶部气相出口通过第二十一管道进入所述上塔的中部做上升气参与精馏，其底部液相出口通过第二十二管道进入所述上塔的中部做回流液参与精馏；所述下塔的中部抽取的液空通过第二十三管道进入所述过冷器，过冷后的液空一部分通过第二十四管道进入第三节流阀，经节流后通过第二十五管道进入所述上塔的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第二十六管道送到第四节流阀，经节流后通过第二十七管道进入第二冷凝器做冷源，蒸发后通过第二十八管道汇合进入第二十一管道；所述下塔的顶部氮气通过第二十九管道进入所述主冷凝蒸发器内的板式单元做热源，被冷却为液氮后分成两部分，一部分通过第三十管道回到下塔的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第三十一管道进入过冷器进行过冷，过冷后的液氮又分为两部分，一部分通过三十二管道进入第五节流阀，经节流后通过第三十三管道送入上塔的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第三十四管道送去用户；所述上塔的下部氩馏分通过第三十五管道进入粗氩Ⅱ塔的底部做上升气参与精馏；粗氩Ⅱ塔的底部液态氩馏分通过第三十六管道回到上塔的下部作为回流液参与精馏，其顶部的粗氩气通过第三十七管道进入粗氩Ⅰ塔的底部作为上升气参与精馏；粗氩Ⅰ塔的底部粗液氩通过第三十八管道进入液氩泵进行加压，随后一部分通过第三十九管道进入粗氩Ⅱ塔的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第四十管道进入第六节流阀经节流降压后通过第四十一管道返回粗氩Ⅰ塔的底部，粗氩Ⅰ塔的顶部工艺氩气通过第四十二管道进入所述第一冷凝器内的板式单元，部分冷凝后通过第四十三管道进入分离器进行分离，分离器中的液相通过第四十四管道返回粗氩Ⅰ塔的顶部作为回流液参与精馏，其中的气相部分通过第四十五管道进入精氩塔的中部参与精馏；精氩塔的顶部气体经过所述第二冷凝器后一部分被冷凝为液体回到所述精氩塔顶部，另一部分作为废气通过第四十六管道排向大气，精氩塔的底部液氩产品通过第四十七管道送去用户；所述主冷凝蒸发器的底部部分液氧通过第四十八管道作为产品送去用户，主冷凝蒸发器的部分氧气通过第五十八管道进入第五十七管道与污氮气汇合；上塔()的顶部氮气通过第五十二管道进入过冷器，再经过第五十三管道进入主换热器，在主换热器中经过复热后一部分通过第五十四管道与第五十九管道中的污氮气汇合进入空气预冷单元，复热后的另一部分通过第五十五管道送去用户，上塔的上部污氮气通过五十六管道进入过冷器，再通过第五十七管道进入主换热器，在主换热器中经过复热后一部分通过第五十九进入空气预冷单元，复热后的另一部分污氮气通过第六十管道进入所述的空气纯化单元。
所述氧气产品压力为0.05 MPa(G)，所述氮气产品压力为0.05 MPa(G)，所述液氩产品压力为～0.2 MPa(G)。
所述空气压缩机出口压力为0.5 MPa(G)；所述空气预冷单元出口压力约为0.49MPa(G)；所述空气纯化单元出口压力约为0.48 MPa(G)；所述空气增压机出口压力为1.5MPa(G)；所述膨胀机增压端出口压力约为1.99 MPa(G)；所述膨胀机膨胀端出口压力约为0.467 MPa(G)；所述下塔工作压力在0.45～0.465 MPa(G)；所述上塔工作压力0.035～0.04MPa(G)；所述粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔工作压力在0.026～0.038 MPa(G)；所述第一冷凝器壳体侧工作压力0.038～0.045 MPa(G)；所述精氩塔工作压力在0.013～0.011 MPa(G)；所述第一蒸发器壳体侧工作压力与所述精氩塔底部压力相同；所述第二冷凝器壳体侧工作压力0.045～0.05 MPa(G)。
本发明的技术方案产生的积极效果如下：采用本流程型式氩的提取率可达90%左右，而常规外压缩流程型式氩产品的提取率只有75%左右，提高了近15%，这是十分可观的。
在空气量相同的情况下，本流程型式与常规外压缩流程型式相比氧产品的提取率提高了5%左右。
在不影响装置提取率的情况下，本流程型式与常规外压缩流程型式相比液体产品的产量高。
附图说明
图1为本发明一种提高空气中氩提取率的***的结构示意图。
图中标注为：
1-空气过滤器；2-空气压缩机；3-空气预冷单元；4-空气纯化单元；5-空气增压机；6-主换热器；7-膨胀机增压端；8-冷却器；9-膨胀机膨胀端；10-下塔；11-主冷凝蒸发器；12-上塔；13-液氧蒸发器；14-过冷器；15-粗氩Ⅰ塔；16-第一冷凝器；17-粗氩Ⅱ塔；18-第一蒸发器；19-精氩塔；20-第二冷凝器；21-分离器；22-液氩泵；23-第一节流阀；24-第二节流阀；25-第三节流阀；26-第四节流阀；27-第五节流阀；28-第六节流阀。
100-第一管道；101-第二管道；102-第三管道；103-第四管道；104-第五管道；105-第六管道；106-第七管道；107-第八管道；108-第九管道；109-第十管道；110-第十一管道；111-第十二管道；112-第十三管道；113-第十四管道；114-第十五管道；115-第十六管道；116-第十七管道；117-第十八管道；118-第十九管道；119-第二十管道；120-第二十一管道；121-第二十二管道；122-第二十三管道；123-第二十四管道；124-第二十五管道；125-第二十六管道；126-第二十七管道；127-第二十八管道；128-第二十九管道；129-第三十管道；130-第三十一管道；131-第三十二管道；132-第三十三管道；133-第三十四管道；134-第三十五管道；135-第三十六管道；136-第三十七管道；137-第三十八管道；138-第三十九管道；139-第四十管道；140-第四十一管道；141-第四十二管道；142-第四十三管道；143-第四十四管道；144-第四十五管道；145-第四十六管道；146-第四十七管道；147-第四十八管道；148-第四十九管道；149-第五十管道；150-第五十一管道；151-第五十二管道；152-第五十三管道；153-第五十四管道；154-第五十五管道；155-第五十六管道；156-第五十七管道；157-第五十八管道；158-第五十九管道；159-第六十管道。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述。
实施例1：如图1所示，一种提高空气中氩提取率的***，主要包括依此相接通的空气过滤及压缩单元、空气预冷单元3、空气纯化单元4、膨胀机单元、空气精馏单元。
所述的空气过滤和压缩单元包括空气过滤器1、空气压缩机2和空气增压机5，空气过滤器1的入口与大气相接通，空气过滤器1的出口通过第一管道100与空气压缩机2相接通；
所述空气预冷单元3的入口通过第二管道101与空气压缩机2的出口相接通，空气预冷单元3的出口通过第三管道102与所述空气纯化单元4的入口相接通；
所述空气纯化单元4的出口分两支，一支通过第四管道103与主换热器6相接通，再通过第五管道104与下塔10的底部相接通，另一支通过第六管道105与空气增压机5的入口相接通；
所述膨胀机单元包括膨胀机增压端7、冷却器8和膨胀机膨胀端9，膨胀机增压端的入口通过第七管道106与空气增压机5的出口相接通，膨胀机增压端的出口通过第八管道107与冷却器8的入口相接通；膨胀机膨胀端9的入口通过第十管道109与主换热器6相接通，并通过第九管道108与冷却器8的出口相接通，膨胀机膨胀端9的出口通过第十一管道110与第五管道104相接通；
所述精馏单元包括主换热器6、下塔10、主冷凝蒸发器11、上塔12、液氧蒸发器13、过冷器14、粗氩Ⅰ塔15、粗氩Ⅱ塔17、精氩塔19、分离器21、液氩泵22，所述粗氩Ⅰ塔顶部设有第一冷凝器16、所述精氩塔底部设有第一蒸发器18，顶部设有第二冷凝器20。
所述空气过滤器入口与大气相通，出口通过第一管道100与空气压缩机相接通；所述空气预冷单元入口通过第二管道101与空气压缩机出口相接通，出口通过第三管道102与所述空气纯化单元入口相接通；所述空气纯化单元出口分两支，一支通过第四管道103与所述主换热器相接通，再通过第五管道104与所述下塔底部相接通，另一支通过第六管道105与所述空气增压机入口相接通；所述膨胀机增压端入口通过第七管道106与所述空气增压机出口相接通，出口通过第八管道107与所述冷却器入口相接通；所述膨胀机膨胀端入口通过第十管道109与所述主换热器连接并通过第九管道108与所述冷却器出口相接通，出口通过第十一管道110与第五管道104相接通。
所述液氧蒸发器13的板式单元入口通过第十二管道111与第五管道104相接通，液氧蒸发器13的板式单元出口通过第十三管道112与所述下塔10的中部相接通，所述液氧蒸发器13的壳体入口通过第四十九管道148与所述主冷凝蒸发器11相接通，液氧蒸发器13的壳体出口通过第五十管道149与所述主换热器6相连，再通过第五十一管道150与用户连接；第一节流阀23的入口通过第十五管道114与所述过冷器14相接通，再通过第十四管道113与所述下塔10的底部相接通，第一节流阀23的出口通过第十六管道115与上塔12相接通；所述第一蒸发器18内的板式单元入口通过第十七管道116与第十五管道114相接通，其板式单元出口通过第十八管道117与所述第二节流阀入口相接通，第二节流阀24的出口通过第二十管道119与所述第一冷凝器16相接通，同时所述第一蒸发器18的底部出口通过第四十七管道146与用户连接；第十九管道118一端与第十七管道116相连，另一端与第十八管道117相接通；所述第一冷凝器16的壳体通过第二十一管道120和第二十二管道121与所述上塔12相接通；所述第三节流阀25的入口通过第二十四管道123与所述过冷器14相接通，再通过第二十三管道122与所述下塔10相接通，其出口通过第二十五管道124与所述上塔12相接通；第四节流阀26的入口通过第二十六管道125与第二十四管道123相接通，其出口通过第二十七管道126与所述第二冷凝器20相接通；所述第二冷凝器20通过第二十八管道127与第二十一管道120相接通，同时通过第四十六管道145与用户连接；所述主冷凝蒸发器11的入口通过第二十九管道128与所述下塔10相接通，其出口通过第三十管道129与所述下塔10相接通；第五节流阀27的入口通过第三十二管道131与所述冷凝器14相接通，再通过第三十一管道130与第三十管道129相接通，其出口通过第三十三管道132与所述上塔12相接通，第三十四管道133一端与第三十二管道131相接通，一端与用户连接；粗氩Ⅱ塔17的底部入口通过第三十五管道134与所述上塔12相接通，其底部出口通过第三十六管道135与所述上塔12相接通，所述粗氩Ⅱ塔的顶部出口通过第三十七管道136与粗氩Ⅰ塔15的底部相接通；所述液氩泵22的入口通过第三十八管道137与所述粗氩Ⅰ塔底部相接通，其出口通过第三十九管道138与所述粗氩Ⅱ塔的顶部相接通；第六节流阀28的入口通过第四十管道139与第三十九管道138相接通，其出口通过第四十一管道140与所述粗氩Ⅰ塔15的底部相接通；所述第一冷凝器16内的板式单元入口通过第四十二管道141与所述粗氩Ⅰ塔的顶部相连，其板式单元出口通过第四十三管道142与所述分离器相接通；所述分离器21通过第四十四管道143与所述粗氩Ⅰ塔顶部相接通，通过第四十五管道144与所述精氩塔19的中部相接通；所述主冷凝蒸发器11通过第四十八管道147与用户连接，所述主冷凝蒸发器11通过第五十八管道157与第五十七管道156相接通；所述上塔的顶部出口通过第五十二管道151与所述过冷器14相接通，再通过第五十三管道152与所述主换热器6相接通，最后通过第五十四管道153与第五十九管道158相接通，第五十五管道154一端与第五十四管道153相接通，一端与用户连接；所述上塔的上部出口通过第五十六管道155与所述过冷器14相接通，再通过第五十七管道156与所述主换热器相接通，最后通过第五十九管道158与所述空气预冷单元相连；第六十管道159一端与第五十九管道158相接通，一端与所述空气纯化单元4相接通。
所述空气纯化单元4的出口一股空气通过第六管道105与所述空气增压机5的入口相接通，空气增压机5的出口通过第七管道106与所述膨胀机增压端7的入口相接通，所述膨胀机增压端7的出口通过第八管道107与所述冷却器8的入口相接通，所述冷却器8的出口通过第九管道108与所述主换热器6相接通再通过第十管道109与所述膨胀机膨胀端9的入口相接通，所述所述膨胀机膨胀端9的出口通过第十一管道110与第五管道104相接通，从而进入所述下塔10参与精馏。
所述冷却器为管壳式换热器；所述主换热器、所述过冷器和所述液氧蒸发器、主冷凝蒸发器、第一冷凝器、第二冷凝器、第一蒸发器内的板式单元均为真空钎焊板翅式换热器；所述下塔为筛板塔；所述上塔、所述粗氩Ⅰ塔、所述粗氩Ⅱ塔、所述精氩塔为规整填料塔。
所述空气压缩机出口压力为0.5 MPa(G)；所述空气预冷单元出口压力约为0.49MPa(G)；所述空气纯化单元出口压力约为0.48 MPa(G)；所述空气增压机出口压力为1.5MPa(G)；所述膨胀机增压端出口压力约为1.99 MPa(G)；所述膨胀机膨胀端出口压力约为0.467 MPa(G)；所述下塔工作压力在0.45～0.465 MPa(G)；所述上塔工作压力0.035～0.04MPa(G)；所述粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔工作压力在0.026～0.038 MPa(G)；所述第一冷凝器壳体侧工作压力0.038～0.045 MPa(G)；所述精氩塔工作压力在0.013～0.011 MPa(G)；所述第一蒸发器壳体侧工作压力与所述精氩塔底部压力相同；所述第二冷凝器壳体侧工作压力0.045～0.05 MPa(G)。
环境空气中各主要气体组份的摩尔分率为：氧气（O2）20.95%、氮气（N2）78.118%、氩气（Ar）0.932%。
实施例2：一种提高空气中氩提取率的方法，环境空气中各主要组份的摩尔分率为：氧气（O2）20.95%、氮气（N2）78.118%、氩气（Ar）0.932%，此外空气中还有少量的二氧化碳、水、粉尘等杂质。环境中的空气经过所述的空气过滤器1去除粉尘等固体颗粒后通过第一管道100进入所述空气压缩机2压缩到0.5 MPa(G)左右，压缩后的空气通过第二管道101进入所述的空气预冷单元3进行冷却并对空气进行洗涤，随后通过第三管道102进入所述空气纯化单元4，通过空气纯化单元4中的吸附剂脱出水和二氧化碳。经过所述空气纯化单元后的温度289K，压力0.48 MPa(G)左右的空气，一部分通过第四管道103与所述主换热器6连接，进入所述主换热器6，经主换热器冷却到99～101K后再通过第五管道104进入所述下塔底部作为上升气参与精馏,另一部分通过第六管道105进入所述的空气增压机5增压到1.5 MPa(G)左右，这部分增压后的空气通过第七管道106进入膨胀机增压端7再次增压到1.99 MPa(G)左右后通过第八管道107进入所述冷却器8冷却到289K，冷却后的空气通过第九管道108进入所述的主换热器冷却到151K左右并从主换热器中部抽出通过第十管道109进入所述膨胀机膨胀端9进行膨胀制冷，膨胀后的空气温度在105～107K，压力在0.465 MPa(G)左右，通过第十一管道110汇入第五管道104。第五管道内的部分空气经过第十二管道111进入所述的液氧蒸发器13做热源，被冷却成液空后通过第十三管道112进入所述下塔10的中部参与精馏，所述主冷凝蒸发器11中的液氧通过第四十九管道148进入所述液氧蒸发器13做冷源，蒸发后通过第五十管道149进入所述主换热器6进行复热，随后作为产品氧气（0.05 MPa(G)）通过第五十一管道150送去用户。所述下塔10的底部的富氧液空经过第十四管道113进入所述过冷器14过冷到95K左右，过冷后富氧液空一部分经过第十五管道114进入第一节流阀23，节流后通过第十六管道115进入所述上塔的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第十七管道116进入所述第一蒸发器18做热源，被冷却后通过第十八管道117进入第二节流阀24并在节流后进入第一冷凝器16做冷源，第十九管道118为所述第一蒸发器18旁通管线，一端与第十七管道116相连，一端与第十八管道117相接通。所述第一冷凝器16的顶部气相出口通过第二十一管道120进入所述上塔12的中部做上升气参与精馏，其底部液相出口通过第二十二管道121进入所述上塔的中部做回流液参与精馏。所述下塔的中部抽取的液空通过第二十三管道122进入所述过冷器14过冷到95K左右，过冷后的液空一部分通过第二十四管道123进入第三节流阀25，经节流后通过第二十五管道124进入上塔12的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第二十六管道125送到第四节流阀26，经节流后通过第二十七管道126进入第二冷凝器20做冷源，蒸发后通过第二十八管道127汇合进入第二十一管道120。所述下塔10的顶部氮气（O2的摩尔组分小于10ppm）通过第二十九管道128进入所述主冷凝蒸发器11内的板式单元做热源，被冷却为液氮后分成两部分，一部分通过第三十管道129回到下塔顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第三十一管道130进入所述过冷器14过冷到83K左右，过冷后的液氮又分为两部分，一部分通过三十二管道131进入第五节流阀27，经节流后通过第三十三管道132送入所述上塔的顶部做回流液参与精馏，另一部分作为液氮产品通过第三十四管道133送去用户；所述上塔的下部的氩馏分（氩的摩尔组分在10～15%）通过第三十五管道134进入所述粗氩Ⅱ塔17的底部做上升气参与精馏；所述粗氩Ⅱ塔的底部液态氩馏分通过第三十六管道135回到所述上塔的下部作为回流液参与精馏，其顶部的粗氩气通过第三十七管道136进入所述粗氩Ⅰ塔的底部作为上升气参与精馏；所述粗氩Ⅰ塔的底部粗液氩通过第三十八管道137进入所述液氩泵22进行加压，随后一部分通过第三十九管道138进入所述粗氩Ⅱ塔的顶部做回流液参与精馏，一部分通过第四十管道139进入第六节流阀28经节流降压后通过第四十一管道140返回所述粗氩Ⅰ塔的底部，所述粗氩Ⅰ塔的顶部工艺氩气（O2的摩尔组分小于2ppm，N2小于100ppm）通过第四十二管道141进入所述第一冷凝器16内的板式单元，部分冷凝后通过第四十三管道142进入所述分离器21进行分离，所述分离器21中的液相通过第四十四管道143返回所述粗氩Ⅰ塔的顶部作为回流液参与精馏，其中的气相部分通过第四十五管道144进入所述精氩塔19的中部参与精馏；所述精氩塔19的顶部气体经过第二冷凝器20后一部分被冷凝为液体回到所述精氩塔顶部，另一部分作为废气通过第四十六管道145排向大气，所述精氩塔的底部液氩产品（O2的摩尔组分小于2ppm，N2的小于3ppm）通过第四十七管道146送去用户；所述主冷凝蒸发器11的底部部分液氧（O2的摩尔组分大于99.6%）通过第四十八管道147作为液氧产品送去用户，所述主冷凝蒸发器的部分氧气通过第五十八管道157进入第五十七管道156与污氮气汇合；所述上塔12的顶部氮气（O2的摩尔组分小于10ppm）通过第五十二管道151进入所述过冷器14复热到97K左右，再经过第五十三管道152进入所述主换热器6，在所述主换热器6中复热到286K左右后一部分通过第五十四管道153与第五十九管道158中的污氮气汇合进入所述的空气预冷单元3，复热后的另一部分通过第五十五管道154作为氮气产品送去用户。所述上塔12的上部的污氮气通过五十六管道155进入所述的过冷器14复热到97K左右，再通过第五十七管道156进入所述的主换热器6，在所述主换热器6中复热到286K左右后一部分通过第五十九管道158进入所述的空气预冷单元3，复热后的另一部分污氮气通过第六十管道159进入所述的空气纯化单元4。
本实施例中所述的一种提高空气中氩提取率的***为实施例一中所述，在此不再一一赘述。

Claims (6)

1.一种提高空气中氩产品提取率的***，包括依此相接通的空气过滤及压缩单元、空气预冷单元（3）、空气纯化单元（4）、膨胀机单元、空气精馏单元，其特征在于：
所述空气过滤和压缩单元包括空气过滤器（1）、空气压缩机（2）和空气增压机（5），空气过滤器（1）的入口与大气相接通，空气过滤器（1）的出口通过第一管道（100）与空气压缩机（2）相接通；
所述空气预冷单元（3）的入口通过第二管道（101）与空气压缩机（2）的出口相接通，空气预冷单元（3）的出口通过第三管道（102）与所述空气纯化单元（4）的入口相接通；
所述空气纯化单元（4）的出口分两支，一支通过第四管道（103）与主换热器（6）相接通，再通过第五管道（104）与下塔（10）的底部相接通，另一支通过第六管道（105）与空气增压机（5）的入口相接通；
所述膨胀机单元包括膨胀机增压端（7）、冷却器（8）和膨胀机膨胀端（9），
膨胀机增压端的入口通过第七管道（106）与空气增压机（5）的出口相接通，膨胀机增压端的出口通过第八管道（107）与冷却器（8）的入口相接通；膨胀机膨胀端（9）的入口通过第十管道（109）与主换热器（6）相接通，并通过第九管道（108）与冷却器（8）的出口相接通，膨胀机膨胀端（9）的出口通过第十一管道（110）与第五管道（104）相接通；
所述精馏单元包括主换热器（6）、下塔（10）、主冷凝蒸发器（11）、上塔（12）、液氧蒸发器（13）、过冷器（14）、粗氩Ⅰ塔（15）、粗氩Ⅱ塔（17）、精氩塔（19）、分离器（21）、液氩泵（22），所述粗氩Ⅰ塔（15）的顶部设有第一冷凝器（16）、所述精氩塔（19）的底部设有第一蒸发器（18），所述精氩塔（19）的顶部设有第二冷凝器（20）；
所述液氧蒸发器（13）的板式单元入口通过第十二管道（111）与第五管道（104）相接通，液氧蒸发器（13）的板式单元出口通过第十三管道（112）与下塔（10）的中部相接通，所述液氧蒸发器（13）的壳体入口通过第四十九管道（148）与所述主冷凝蒸发器（11）相接通，液氧蒸发器（13）的壳体出口通过第五十管道（149）与主换热器（6）相接通，再通过第五十一管道（150）与用户连接；第一节流阀（23）的入口通过第十五管道（114）与过冷器（14）相接通，再通过第十四管道（113）与下塔（10）的底部相接通，第一节流阀（23）的出口通过第十六管道(115)与上塔（12）相接通；所述第一蒸发器（18）内的板式单元入口通过第十七管道（116）与第十五管道（114）相接通，其板式单元出口通过第十八管道（117）与第二节流阀（24）的入口相接通，第二节流阀（24）的出口通过第二十管道（119）与所述第一冷凝器（16）相接通，同时所述第一蒸发器（18）的底部出口通过第四十七管道（146）与用户连接；第十九管道（118）的一端与第十七管道（116）相接通，第十九管道（118）的另一端与第十八管道（117）相接通；第一冷凝器（16）的壳体通过第二十一管道（120）和第二十二管道（121）与上塔（12）相接通；第三节流阀（25）的入口通过第二十四管道（123）与过冷器（14）相接通，再通过第二十三管道（122）与下塔（10）相接通，第三节流阀（25）的出口通过第二十五管道（124）与上塔（10）相接通；第四节流阀（26）的入口通过第二十六管道（125）与第二十四管道（123）相接通，其出口通过第二十七管道（126）与第二冷凝器（20）相接通；第二冷凝器（20）通过第二十八管道（127）与第二十一管道（120）相接通，通过第四十六管道（145）与用户连接；主冷凝蒸发器（11）的入口通过第二十九管道（128）与下塔（10）相接通，其出口通过第三十管道（129）与下塔（10）相接通；第五节流阀（27）的入口通过第三十二管道（131）与过冷器（14）相接通，再通过第三十一管道（130）与第三十管道（129）相接通，其出口通过第三十三管道（132）与上塔（12）相接通，第三十四管道（133）的一端与第三十二管道（131）相接通，另一端与用户连接；所述粗氩Ⅱ塔（17）的底部入口通过第三十五管道（134）与上塔（12）相接通，粗氩Ⅱ塔（17）的底部出口通过第三十六管道（135）与上塔（12）相接通，粗氩Ⅱ塔（17）的顶部出口通过第三十七管道（136）与粗氩Ⅰ塔（15）的底部相接通；所述液氩泵（22）的入口通过第三十八管道（137）与粗氩Ⅰ塔（15）的底部相接通，所述液氩泵（22）的出口通过第三十九管道（138）与粗氩Ⅱ塔（17）的顶部相接通；第六节流阀（28）的入口通过第四十管道（139）与第三十九管道（138）相接通，其出口通过第四十一管道（140）与粗氩Ⅰ塔（15）的底部相接通；所述第一冷凝器（16）内的板式单元入口通过第四十二管道（141）与粗氩Ⅰ塔（15）的顶部相接通，其板式单元出口通过第四十三管道（142）与所述分离器（21）相接通；分离器（21）通过第四十四管道（143）与粗氩Ⅰ塔的顶部相接通，通过第四十五管道（144）与所述精氩塔（19）的中部相接通；主冷凝蒸发器（11）通过第四十八管道（147）与用户连接，主冷凝蒸发器（11）通过第五十八管道（157）与第五十七管道（156）相接通；上塔（12）的顶部出口通过第五十二管道（151）与过冷器（14）相接通，再通过第五十三管道（152）与主换热器（6）相接通，最后通过第五十四管道（153）与第五十九管道（158）相接通，第五十五管道（154）一端与第五十四管道（153）相接通，一端与用户连接；上塔（12）的上部出口通过第五十六管道（155）与所述过冷器（14）相接通，再通过第五十七管道（156）与主换热器（6）相接通，最后通过第五十九管道（158）与空气预冷单元（3）相接通；第六十管道（159）的一端与第五十九管道（158）相接通，另一端与所述空气纯化单元（4）相接通。
2.根据权利要求1所述的提高空气中氩产品提取率的***，其特征在于：所述空气纯化单元（4）的出口一股空气通过第六管道（105）与所述空气增压机（5）的入口相接通，空气增压机（5）的出口通过第七管道（106）与所述膨胀机增压端（7）的入口相接通，所述膨胀机增压端（7）的出口通过第八管道（107）与所述冷却器（8）的入口相接通，所述冷却器（8）的出口通过第九管道（108）与所述主换热器（6）相接通再通过第十管道（109）与所述膨胀机膨胀端（9）的入口相接通，所述所述膨胀机膨胀端（9）的出口通过第十一管道（110）与第五管道（104）相接通，从而进入所述下塔（10）参与精馏。
3.根据权利要求1所述的提高空气中氩产品提取率的***，其特征在于：所述冷却器（8）为管壳式换热器；所述主换热器（6）、过冷器（14）和所述液氧蒸发器（13）、主冷凝蒸发器（11）、第一冷凝器（16）、第二冷凝器（20）、第一蒸发器（18）内的板式单元均为真空钎焊板翅式换热器；所述下塔（10）为筛板塔；所述上塔（12）、粗氩Ⅰ塔（15）、粗氩Ⅱ塔（17）、精氩塔（19）为规整填料塔。
4.一种利用权利要求1所述的***提高空气中氩产品提取率的方法，其特征在于：该方法包括如下过程：
环境中的空气经过所述的空气过滤器（1）去除粉尘等固体颗粒后通过第一管道（100）进入所述空气压缩机（2）进行压缩，压缩后的空气通过第二管道（101）进入所述空气预冷单元（3）进行冷却并对空气进行洗涤，随后通过第三管道（102）进入所述空气纯化单元（4），通过空气纯化单元（4）中的吸附剂脱出水和二氧化碳；经过空气纯化单元后的空气，一部分通过第四管道（103）进入所述主换热器（6），经主换热器冷却后再通过第五管道（104）进入所述下塔（10）的底部作为上升气参与精馏，另一部分通过第六管道（105）进入所述空气增压机（5）再次进行压缩，这部分增压后的空气通过第七管道（106）进入所述膨胀机增压端（7）再次增压后通过第八管道（107）进入所述冷却器（8）进行冷却，冷却后的空气通过第九管道（108）进入所述主换热器进行冷却并从主换热器中部抽出通过第十管道（109）进入所述膨胀机膨胀端（9）进行膨胀制冷，膨胀后的空气通过第十一管道（110）汇入第五管道（104）；第五管道内的部分空气经过第十二管道（111）进入所述液氧蒸发器（13）做热源，被冷却成液空后通过第十三管道（112）进入所述下塔（10）的中部参与精馏，所述主冷凝蒸发器（11）中的液氧通过第四十九管道（148）进入所述液氧蒸发器（13）做冷源，蒸发后通过第五十管道（149）进入所述主换热器（6）进行复热，随后作为产品氧气通过第五十一管道（150）送去用户；所述下塔（10）底部的富氧液空经过第十四管道（113）进入所述过冷器（14），过冷后富氧液空一部分经过第十五管道（114）进入所述第一节流阀（23），节流后通过第十六管道（115）进入所述上塔（12）的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第十七管道（116）进入所述第一蒸发器（18）做热源，被冷却后通过第十八管道（117）进入所述第二节流阀（24）并在节流后进入所述第一冷凝器（16）做冷源，第十九管道（118）为所述第一蒸发器（18）旁通管线，一端与第十七管道（116）相连，另一端与第十八管道（117）相接通；所述第一冷凝器（16）的顶部气相出口通过第二十一管道（120）进入所述上塔（12）的中部做上升气参与精馏，其底部液相出口通过第二十二管道（121）进入所述上塔（12）的中部做回流液参与精馏；所述下塔（10）的中部抽取的液空通过第二十三管道（122）进入所述过冷器（14），过冷后的液空一部分通过第二十四管道（123）进入第三节流阀（25），经节流后通过第二十五管道（124）进入所述上塔（12）的中部做回流液参与精馏，另一部分通过第二十六管道（125）送到第四节流阀（26），经节流后通过第二十七管道（126）进入第二冷凝器（20）做冷源，蒸发后通过第二十八管道（127）汇合进入第二十一管道（120）；所述下塔（10）的顶部氮气通过第二十九管道（128）进入所述主冷凝蒸发器（11）内的板式单元做热源，被冷却为液氮后分成两部分，一部分通过第三十管道（129）回到下塔（10）的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第三十一管道（130）进入过冷器（14）进行过冷，过冷后的液氮又分为两部分，一部分通过三十二管道（131）进入第五节流阀（27），经节流后通过第三十三管道（132）送入上塔（12）的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第三十四管道（133）送去用户；所述上塔（12）的下部氩馏分通过第三十五管道（134）进入粗氩Ⅱ塔（17）的底部做上升气参与精馏；粗氩Ⅱ塔（17）的底部液态氩馏分通过第三十六管道（135）回到上塔（12）的下部作为回流液参与精馏，其顶部的粗氩气通过第三十七管道（136）进入粗氩Ⅰ塔（15）的底部作为上升气参与精馏；粗氩Ⅰ塔（15）的底部粗液氩通过第三十八管道（137）进入液氩泵（22）进行加压，随后一部分通过第三十九管道（138）进入粗氩Ⅱ塔（17）的顶部做回流液参与精馏，另一部分通过第四十管道（139）进入第六节流阀（28）经节流降压后通过第四十一管道（140）返回粗氩Ⅰ塔（15）的底部，粗氩Ⅰ塔（15）的顶部工艺氩气通过第四十二管道（141）进入所述第一冷凝器（16）内的板式单元，部分冷凝后通过第四十三管道（142）进入分离器（21）进行分离，分离器中的液相通过第四十四管道（143）返回粗氩Ⅰ塔（15）的顶部作为回流液参与精馏，其中的气相部分通过第四十五管道（144）进入精氩塔（19）的中部参与精馏；精氩塔的顶部气体经过所述第二冷凝器（20）后一部分被冷凝为液体回到所述精氩塔顶部，另一部分作为废气通过第四十六管道（145）排向大气，精氩塔的底部液氩产品通过第四十七管道（146）送去用户；所述主冷凝蒸发器（11）的底部部分液氧通过第四十八管道（147）作为产品送去用户，主冷凝蒸发器的部分氧气通过第五十八管道（157）进入第五十七管道（156）与污氮气汇合；上塔(12)的顶部氮气通过第五十二管道（151）进入过冷器（14），再经过第五十三管道（152）进入主换热器（6），在主换热器中经过复热后一部分通过第五十四管道（153）与第五十九管道（158）中的污氮气汇合进入空气预冷单元（3），复热后的另一部分通过第五十五管道（154）送去用户，上塔（12）的上部污氮气通过五十六管道（155）进入过冷器（14），再通过第五十七管道（156）进入主换热器（6），在主换热器中经过复热后一部分通过第五十九管道（158）进入空气预冷单元（3），复热后的另一部分污氮气通过第六十管道（159）进入所述的空气纯化单元（4）。
5.根据权利要求4所述的提高空气中氩产品提取率的方法，其特征在于：所述氧气产品压力为0.05 MPa(G)，所述氮气产品压力为0.015 MPa(G)，所述液氩产品压力为～0.2 MPa(G)。
6.根据权利要求4所述的提高空气中氩产品提取率的方法，其特征在于：所述空气压缩机出口压力为0.5 MPa(G)；所述空气预冷单元出口压力约为0.49 MPa(G)；所述空气纯化单元出口压力约为0.48 MPa(G)；所述空气增压机出口压力为1.5 MPa(G)；所述膨胀机增压端出口压力约为1.99 MPa(G)；所述膨胀机膨胀端出口压力约为0.467 MPa(G)；所述下塔工作压力在0.45～0.465 MPa(G)；所述上塔工作压力0.035～0.04 MPa(G)；所述粗氩Ⅰ塔、粗氩Ⅱ塔工作压力在0.026～0.038 MPa(G)；所述第一冷凝器壳体侧工作压力0.038～0.045MPa(G)；所述精氩塔工作压力在0.013～0.011 MPa(G)；所述第一蒸发器壳体侧工作压力与所述精氩塔底部压力相同；所述第二冷凝器壳体侧工作压力0.045～0.05 MPa(G)。
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