氩气 (Ar) 是一种稀有气体，广泛应用于冶金、焊接、化工等领域。氩气的生产主要依靠分离空气中的不同气体成分，大气中氩气的浓度约为0.93%。工业氩气生产的两种主要方法是低温蒸馏和变压吸附（PSA）。

低温蒸馏

低温蒸馏是工业上最常用的氩气分离方法。该方法利用空气中各种气体成分沸点的差异，在低温下液化空气，通过蒸馏塔分离气体。

工艺流程：

空气预处理： 首先，空气被压缩并初步冷却以去除水分和二氧化碳。此步骤通常通过使用干燥器 (CD) 或分子筛吸附器去除水分和杂质来实现。

空气压缩和冷却： 干燥后，空气被压缩到几兆帕的压力，然后通过冷却装置（例如空气冷却器）冷却，使空气温度接近其液化点。此过程将空气温度降低至-170°℃至-180°C.

空气液化： 冷却后的空气通过膨胀阀进入低温蒸馏塔。空气中的成分根据沸点在塔内逐渐分离。氮气（N₂）和氧气（O₂）在较低温度下分离，而氩气（Ar）的沸点介于氮气和氧气之间（-195.8°C代表氮气，-183°C 为氧气，-185.7°C 代表氩气），收集在塔的特定部分。

分馏： 在蒸馏塔中，液态空气在不同温度下蒸发和冷凝，氩气被有效分离。然后收集分离出的氩气并进一步纯化。

氩气纯化：

深冷蒸馏通常产生纯度在99%以上的氩气。对于某些应用（例如，在电子工业或高端材料加工中），可能需要使用吸附剂（例如活性炭或分子筛）进行进一步纯化，以去除痕量杂质（例如氮气和氧气）。

变压吸附（PSA）

变压吸附（PSA）是另一种产生氩气的方法，适合小规模生产。该方法利用各种气体在分子筛等材料上的不同吸附特性，从空气中分离氩气。

工艺流程：

吸附塔： 空气通过装满分子筛的吸附塔，氮气和氧气被分子筛强烈吸附，而氩气等惰性气体则不被吸附，从而与氮气和氧气分离。

吸附和解吸： 在一个循环过程中，吸附塔首先在高压下吸附空气中的氮气和氧气，而氩气则从塔的出口流出。然后，通过减压，氮气和氧气从分子筛上脱附，通过变压再生恢复吸附塔的吸附能力。

多塔循环： 通常，多个吸附塔交替使用—一个用于吸附，另一个用于解吸—允许连续生产。

PSA法的优点是装置较简单，运行成本较低，但产生的氩气纯度一般低于深冷精馏法。适用于对氩气需求量较低的场合。

氩气纯化

无论是使用低温蒸馏还是变压吸附，产生的氩气通常含有少量的氧气、氮气或水蒸气。为了提高氩气的纯度，通常需要进一步的纯化步骤：

杂质缩合： 进一步冷却氩气以冷凝并分离出一些杂质。

分子筛吸附： 使用高效分子筛吸附器去除微量的氮气、氧气或水蒸气。分子筛具有特定的孔径，可以选择性地吸附某些气体分子。

膜分离技术： 在某些情况下，气体分离膜技术可用于基于选择性渗透的气体分离，进一步提高氩气的纯度。

现场制氩注意事项

安全措施：

低温危险： 液氩 气温极冷，应避免直接接触，以防冻伤。操作人员应穿戴专门的低温防护服、手套和护目镜。

窒息危险： 氩气是一种惰性气体，可以置换氧气。在封闭空间中，氩气泄漏会导致氧气含量下降，导致窒息。因此，生产和储存氩气的区域需要通风良好，并安装氧气监测系统。

设备维护：

压力和温度控制： 氩气生产设备需要严格控制压力和温度，特别是深冷精馏塔和吸附塔。应定期检查设备，确保所有参数均在正常范围内。

泄漏预防： 由于氩气系统在高压和低温下运行，因此密封完整性至关重要。应定期检查燃气管道、接头、阀门，防止燃气泄漏。

气体纯度控制：

精准监控： 所需的氩气纯度因应用而异。应定期使用气体分析仪检查氩气的纯度，确保产品符合工业标准。

杂质管理： 特别是，在低温蒸馏中，氩气的分离可能受到蒸馏塔设计、操作条件和冷却效率的影响。根据氩气的最终用途（例如，用于电子工业的超高纯度氩气），可能需要进一步纯化。

能源效率管理：

能源消耗： 低温蒸馏是能源密集型的，因此应努力优化冷却和压缩过程，以最大限度地减少能量损失。

余热回收： 现代氩气生产设施通常利用废热回收系统来回收低温蒸馏过程中产生的冷能，从而提高整体能源效率。

在工业生产中，氩气主要依靠低温精馏和变压吸附方法。低温蒸馏广泛用于 大规模氩气生产 由于其能够提供更高纯度的氩气。生产过程中需要特别注意确保安全、设备维护、气体纯度控制和能效管理。