本發(fā)明涉及的是一種氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)及氬氣回收方法，尤其是通過催化系統(tǒng)將粗氬氣中氧氣、一氧化碳、烴類等雜質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，并通過吸附系統(tǒng)加以去除的工藝，屬于催化吸附技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氬氣是空氣中一種含量較大的惰性氣體，能為多種工藝過程提供惰性氛圍。光伏產(chǎn)業(yè)制取單晶硅采用減壓拉晶工藝，減壓拉晶過程連續(xù)向單晶爐膛內(nèi)充入大量高純氬氣、同時真空泵不斷從爐膛內(nèi)向外抽送氬氣。氬氣出真空泵夾帶真空泵油、粉塵、氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、烴類等雜質(zhì)，經(jīng)處理達排放要求后排入大氣。

回收利用這部分排放的氬氣具有非常大的經(jīng)濟效益。國內(nèi)外的公司和機構(gòu)，已研發(fā)出了多種氬氣回收裝置并投入市場。

現(xiàn)有的氬氣回收裝置由除油除塵系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、催化系統(tǒng)、吸附系統(tǒng)、低溫精餾系統(tǒng)組成；原料氬氣的處理過程為：

去除油和粉塵并經(jīng)壓縮后的粗氬氣（含有氧氣、氮氣、一氧化碳、二氧化碳、烴類），經(jīng)過第一次催化反應，將其中的一氧化碳、烴類轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水，催化反應中保證氧氣過量（雜質(zhì)氧氣不夠則加入氧氣）；再加入微過量氫氣，經(jīng)過第二次催化反應，將過量氧氣轉(zhuǎn)化為水。經(jīng)過兩次催化反應的粗氬氣中含有的雜質(zhì)為二氧化碳、水、氮氣、氫氣。

催化反應后粗氬氣中的二氧化碳、水通過分子篩吸附系統(tǒng)去除。現(xiàn)有氬氣回收裝置的吸附系統(tǒng)設(shè)置了一級純化系統(tǒng)，含2臺純化器。純化器內(nèi)裝有對水和二氧化碳具有良好吸附性能的分子篩吸附劑。含有水和二氧化碳的粗氬氣進入純化器后，水和二氧化碳與吸附劑充分接觸，不斷被吸附劑吸附（水優(yōu)先吸附）。當純化器出口的二氧化碳濃度接近1ppm時，為防止二氧化碳濃度繼續(xù)升高，導致在低溫精餾系統(tǒng)的換熱器內(nèi)因低溫固化而堵塞管路，需要對吸附劑進行再生。為了不引入新的氧氣雜質(zhì)，分子篩吸附劑的再生氣源為低溫精餾系統(tǒng)輸出的精餾廢氣（精餾廢氣為含有雜質(zhì)氮、氫的粗氬氣，現(xiàn)有工藝中，當精餾廢氣不能滿足吸附要求時，也有加入氮氣混合精餾廢氣進行再生的工藝）。運行時2臺純化器交替工作，其中1臺工作時，另1臺再生，再生氣經(jīng)純化器后直接放空。

故傳統(tǒng)工藝中，存在這樣一個問題：當原料氣中的一氧化碳、烴類含量較高時，催化反應生成的二氧化碳較多，吸附系統(tǒng)再生需要較多的再生氣，此時，有兩種方案：

一是在保證回收率的情況下，引入氮氣保障分子篩再生工藝；

二是在保證分子篩再生工藝的前提下，不引入氮氣而犧牲氬氣回收率。

而對于第一種工藝，需要用戶額外配備氮氣供應系統(tǒng)，當然，如果精餾工藝中引入了空氣或氮氣的情況除外；

對于第二種工藝，回收率的降低直接影響氬回收裝置的經(jīng)濟性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種一氧化碳、烴類處理量大，氬氣回收率高，且經(jīng)濟可靠的氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)及氬氣回收方法。

本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，一種氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：第一級催化系統(tǒng)、第一級吸附系統(tǒng)、第二級催化系統(tǒng)和第二級吸附系統(tǒng)，所述的第一級催化系統(tǒng)、第一級吸附系統(tǒng)、第二級催化系統(tǒng)和第二級吸附系統(tǒng)形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中：

第一級催化系統(tǒng)包括空氣管道、第一回熱器、第一加熱器、第一催化爐，第一催化爐r1內(nèi)裝填有能催化一氧化碳和烴類同氧氣反應的催化劑；

第一級吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第一吸附器，再生氣體加熱用的第一再生加熱器，兩個第一吸附器內(nèi)均裝填有能吸附二氧化碳和水的吸附劑；

第二級催化系統(tǒng)包括氫氣管道、第二回熱器、第二加熱器、第二催化爐，第二催化爐內(nèi)裝填有能催化氫氣同氧氣反應的催化劑；

第二級吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第二吸附器、再生氣體加熱用的第二再生加熱器，兩個第二吸附器內(nèi)均裝填有能吸附二氧化碳和水的吸附劑。

作為優(yōu)選：所述的第一級催化系統(tǒng)和第二級催化系統(tǒng)之間，設(shè)置有用于將第一級催化系統(tǒng)出口的粗氬氣直接輸送至第二級催化系統(tǒng)入口的旁通氣體管路；旁通氣體管路的前端設(shè)置在第一級催化系統(tǒng)的出口，末端設(shè)置在第二級催化系統(tǒng)的入口；旁通氣體管路上設(shè)置有用于控制第一級催化系統(tǒng)出口的粗氬氣輸送至第一級吸附系統(tǒng)或者輸送至第二級催化系統(tǒng)的閥門。

作為優(yōu)選：所述的第一級吸附系統(tǒng)，吸附劑再生的氣體為空氣；所述空氣可以含有二氧化碳或者已經(jīng)除去二氧化碳；

所述的第二級吸附系統(tǒng)，吸附劑再生的氣體為精餾廢氣，廢氣的主要成分為氬氣、氮氣和氫氣。

一種利用所述氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)進行氬氣回收的方法，所述的方法是：

氬氣進入第一催化系統(tǒng)的第一回熱器被加熱，再經(jīng)過第一加熱器加熱至催化反應溫度，進入第一催化爐進行催化反應，將一氧化碳和烴類轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，得到第一氬氣；若氬氣中的雜質(zhì)氧氣含量不足以使一氧化碳、烴類完全反應，則可加入過量空氣；

第一氬氣經(jīng)過第一吸附系統(tǒng)的兩個第一吸附器，除去二氧化碳和水，得到第二氬氣；

第二氬氣進入第二催化系統(tǒng)，在第二回熱器前與過量氫氣混合，經(jīng)過第二回熱器被加熱，再經(jīng)過第二加熱器加熱至催化反應溫度，進入第二催化爐進行催化反應，將過量氧氣轉(zhuǎn)化為水，得到第三氬氣；

第三氬氣進入第二吸附系統(tǒng)的兩個第二吸附器，除去水，得到第四氬氣；第四氬氣中的氮氣、氫氣可通過低溫精餾方法去除。

本發(fā)明為了實現(xiàn)第一級吸附系統(tǒng)吸附劑的再生，第一級吸附系統(tǒng)再生氣體采用的是空氣，空氣可以含有二氧化碳或者已去除二氧化碳；

為了實現(xiàn)第二級吸附系統(tǒng)吸附劑的再生，同時不引入新的氧氣雜質(zhì)，第二級吸附系統(tǒng)再生氣體使用的是精餾廢氣；

當氬氣中的一氧化碳、烴類含量較少時，可以打開旁通氣體管路上的閥門，關(guān)閉第一吸附系統(tǒng)，減少第一吸附系統(tǒng)中控制閥、第一再生加熱器的損耗。

本發(fā)明屬于對現(xiàn)有技術(shù)的改良，它具有一氧化碳、烴類處理量大，氬氣回收率高，且經(jīng)濟可靠等特點。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所述氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)的流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細的介紹：圖1所示，本發(fā)明所述的一種氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：第一級催化系統(tǒng)、第一級吸附系統(tǒng)、第二級催化系統(tǒng)和第二級吸附系統(tǒng)，所述的第一級催化系統(tǒng)、第一級吸附系統(tǒng)、第二級催化系統(tǒng)和第二級吸附系統(tǒng)形成串聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中：

第一級催化系統(tǒng)包括空氣管道、第一回熱器e1、第一加熱器eh11、第一催化爐r1，第一催化爐r1內(nèi)裝填有能催化一氧化碳和烴類同氧氣反應的催化劑；

第一級吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第一吸附器ms11、ms12，再生氣體加熱用的第一再生加熱器e12，第一吸附器ms11、ms12內(nèi)均裝填有能吸附二氧化碳和水的吸附劑；

第二級催化系統(tǒng)包括氫氣管道、第二回熱器e2、第二加熱器eh21、第二催化爐r2，第二催化爐r2內(nèi)裝填有能催化氫氣同氧氣反應的催化劑；

第二級吸附系統(tǒng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個第二吸附器ms21、ms22、再生氣體加熱用的第二再生加熱器e22，第二吸附器ms21、ms22內(nèi)均裝填有能吸附二氧化碳和水的吸附劑。

圖中所示，所述的第一級催化系統(tǒng)和第二級催化系統(tǒng)之間，設(shè)置有用于將第一級催化系統(tǒng)出口的粗氬氣直接輸送至第二級催化系統(tǒng)入口的旁通氣體管路p1；旁通氣體管路p1的前端設(shè)置在第一級催化系統(tǒng)的出口，末端設(shè)置在第二級催化系統(tǒng)的入口；旁通氣體管路p1上設(shè)置有用于控制第一級催化系統(tǒng)出口的粗氬氣輸送至第一級吸附系統(tǒng)或者輸送至第二級催化系統(tǒng)的閥門v01。

本發(fā)明所述的第一級吸附系統(tǒng)，吸附劑再生的氣體為空氣401；所述空氣401可以含有二氧化碳或者已經(jīng)除去二氧化碳；

所述的第二級吸附系統(tǒng)，吸附劑再生的氣體為精餾廢氣501，廢氣的主要成分為氬氣、氮氣和氫氣。

一種利用所述氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)進行氬氣回收的方法，所述的方法是：

氬氣101進入第一催化系統(tǒng)的第一回熱器e1被加熱，再經(jīng)過第一加熱器e11加熱至催化反應溫度，進入第一催化爐r1進行催化反應，將一氧化碳和烴類轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，得到第一氬氣102；若氬氣101中的雜質(zhì)氧氣含量不足以使一氧化碳、烴類完全反應，則可加入過量空氣201；

第一氬氣102經(jīng)過第一吸附系統(tǒng)的第一吸附器ms11、ms12，除去二氧化碳和水，得到第二氬氣103；

第二氬氣103進入第二催化系統(tǒng)，在第二回熱器e2前與過量氫氣301混合，經(jīng)過第二回熱器e2被加熱，再經(jīng)過第二加熱器e21加熱至催化反應溫度，進入第二催化爐r2進行催化反應，將過量氧氣轉(zhuǎn)化為水，得到第三氬氣104；

第三氬氣104進入第二吸附系統(tǒng)的第二吸附器ms21、ms22，除去水，得到氬氣105；氬氣105中的氮氣、氫氣可通過低溫精餾方法去除。

本發(fā)明為了實現(xiàn)第一級吸附系統(tǒng)吸附劑的再生，第一級吸附系統(tǒng)再生氣體采用的是空氣401，空氣401可以含有二氧化碳或者已去除二氧化碳；

為了實現(xiàn)第二級吸附系統(tǒng)吸附劑的再生，同時不引入新的氧氣雜質(zhì)，第二級吸附系統(tǒng)再生氣體使用的是精餾廢氣501；

當氬氣101中的一氧化碳、烴類含量較少時，可以打開旁通氣體管路p1上的閥門v01，關(guān)閉第一吸附系統(tǒng)，減少第一吸附系統(tǒng)中控制閥、第一再生加熱器e12的損耗。

利用本發(fā)明氬氣回收裝置中的兩級催化-吸附系統(tǒng)，在原料粗氬氣一氧化碳濃度3000ppm時、二氧化碳50ppm、總烴50ppm條件下，不引入氮氣時，可以使氬氣回收率從原有裝置的70%，提高到90%以上。