本實(shí)用新型涉及氣體分離技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氣體低溫分離的裝置。

背景技術(shù)：

隨著我國(guó)冶金、化工、電力，特別是煤化工行業(yè)的不斷發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)氣體分離裝置的需求越來(lái)越大。目前，氣體分離技術(shù)有超臨界萃取分離技術(shù)、氣體膜分離技術(shù)、超重力氣體分離技術(shù)等多種方法，每種技術(shù)都有其自身的優(yōu)點(diǎn)和局限性。

從氣體混合物中低溫分離目標(biāo)組分氣體的現(xiàn)有方法一般基于氣體混合物冷凍、目標(biāo)組分冷凝，以及隨后從氣體混合物中分離出包含目標(biāo)組分氣體的冷凝物。在此方法中，氣體混合物的冷凍一般以節(jié)流閥和膨脹機(jī)中的氣體膨脹為代價(jià)進(jìn)行，或者應(yīng)用冷凍裝置來(lái)進(jìn)行。在低溫氣體分離的方案中，使用同流式熱交換器和精餾塔作為附加的輔助設(shè)備。

例如，在專利US 6182468 B1揭露的一種方法中，其包括混合物的冷卻、不做機(jī)械功的混合物膨脹、在膨脹期間混合物的部分冷凝、在精餾塔中分離混合物或其一部分來(lái)獲得液相和氣相產(chǎn)物。在此情況中，使用同流式熱交換器和冷凍器實(shí)施混合物的冷卻，而混合物則通過(guò)在閥門中進(jìn)行節(jié)流從而來(lái)實(shí)現(xiàn)混合物的膨脹。

以上公開(kāi)的氣體低溫分離裝置和方法，需要使用精餾塔、交換器等眾多大型設(shè)備或裝置，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且操作上也存在操作不方便的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種氣體低溫分離的裝置和方法，不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且操作方便。

為了實(shí)現(xiàn)上述實(shí)用新型目的，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種氣體低溫分離的裝置，其包括：用于為氣體提供所需溫度的低溫冷頭，與所述低溫冷頭連接、用于容納氣體且容積可變的可變?nèi)莘e試樣腔，控制氣體進(jìn)出所述可變?nèi)莘e試樣腔的閥門，連接所述閥門與所述可變?nèi)莘e試樣腔的第一連接管道，以及連接在所述閥門相對(duì)所述第一連接管道另外一側(cè)的第二連接管道。

在本實(shí)用新型提供的一種氣體低溫分離的裝置實(shí)施例中，所述可變?nèi)莘e試樣腔為彈性材料加工的腔體，或氣缸活塞結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)用新型提供的一種氣體低溫分離的裝置實(shí)施例中，所述低溫冷頭的冷源為制冷機(jī)，或低溫介質(zhì)。

在本實(shí)用新型提供的一種氣體低溫分離的裝置實(shí)施例中，所述閥門為球閥，或者針閥。

在本實(shí)用新型提供的一種氣體低溫分離的裝置實(shí)施例中，所述閥門處于低溫位置，或者處于室溫位置。

在本實(shí)用新型提供的一種氣體低溫分離的裝置實(shí)施例中，所述裝置處于真空環(huán)境中。

本實(shí)用新型提供的氣體低溫分離的裝置不僅結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，而且操作方便。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本實(shí)用新型一種實(shí)施例提供的一種氣體低溫分離的裝置的示意圖；

圖2是本實(shí)用新型一種實(shí)施例提供的一種氣體低溫分離的方法的流程示意 圖。

具體實(shí)施方式

為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書中描述的具體實(shí)施方式僅僅是為了解釋本實(shí)用新型，并非為了限定本實(shí)用新型。

請(qǐng)參閱圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例基于不同種類的氣體具有不同的液化點(diǎn)和凝固點(diǎn)，提供了一種氣體低溫分離的裝置，該裝置包括用于為氣體提供低溫的低溫冷頭1，與低溫冷頭1連接、用于容納氣體且容積可變的可變?nèi)莘e試樣腔2，控制氣體進(jìn)出所述可變?nèi)莘e試樣腔的閥門4，連接閥門4與可變?nèi)莘e試樣腔2的第一連接管道3，以及連接在所述閥門4相對(duì)所述第一連接管道3另外一側(cè)的第二連接管道5。

低溫冷頭1與可變?nèi)莘e試樣腔2連接，為可變?nèi)莘e試樣腔2中的氣體提供分離氣體所需的溫度，該低溫冷頭1的冷源為制冷機(jī)、或低溫介質(zhì)，例如液氮、液氦等。

可變?nèi)莘e試樣腔2用于容置和分離氣體，該可變?nèi)莘e試樣腔2的容積是可變的，其為彈性材料加工的腔體，或者氣缸活塞。

閥門4根據(jù)具體需要可設(shè)置為球閥、或針閥等其他類型的閥門。

進(jìn)一步地，上述閥門4可根據(jù)需要處于低溫位置，或處于室溫位置。通過(guò)調(diào)整第一連接管道3的長(zhǎng)度，可以使得閥門4處于低溫位置，或處于室溫位置，即第一連接管道3的長(zhǎng)度較短，則閥門4處于低溫位置；若第一連接管道3的長(zhǎng)度較長(zhǎng)，則閥門4處于室溫位置。

進(jìn)一步地，為有效的降低漏熱，將上述裝置放置于真空環(huán)境中。具體地，可以將整個(gè)裝置放置于一個(gè)真空腔體中，以使得裝置處于真空環(huán)境中。

請(qǐng)參閱圖2和圖1，基于圖1所示的上述氣體低溫分離的裝置，本實(shí)用新型 實(shí)施例還提供了一種氣體低溫分離的方法，該方法包括如下步驟：

S1：打開(kāi)閥門4，將待分離的混合氣體通過(guò)與所述閥門4相連接的第二連接管道5、所述閥門4和第一連接管道3進(jìn)入可變?nèi)莘e試樣腔2；

例如，以待分離的混合氣體為空氣，所需氣體為氮?dú)鉃槔?，上述空氣容置于一容?未顯示)中。首先打開(kāi)閥門4，將空氣從上述容器中輸入上述可變?nèi)莘e試樣腔2中，具體地，空氣通過(guò)第二連接管道5、閥門4和第一連接管道3，流入可變?nèi)莘e試樣腔2中。

S2：關(guān)閉所述閥門4；

關(guān)閉閥門4，將空氣置于可變?nèi)莘e試樣腔2中。

S3：?jiǎn)?dòng)與所述可變?nèi)莘e試樣腔2連接的低溫冷頭1，且將所述可變?nèi)莘e試樣腔2冷卻至所需氣體液化點(diǎn)以下溫度；

進(jìn)一步地，上述氣體低溫分離的裝置處于真空環(huán)境中。

可選地，在氣體低溫分離的裝置外的真空度滿足條件后，啟動(dòng)低溫冷頭1的冷源，將低溫冷頭1的溫度降低到氮?dú)獾囊夯c(diǎn)77K以下，例如70K。

S4：壓縮所述可變?nèi)莘e試樣腔2，通過(guò)所述閥門4排出其他氣體；

穩(wěn)定一段時(shí)間，待上述氮?dú)鈴臍怏w狀態(tài)液化為液體后，打開(kāi)閥門4，壓縮上述可變?nèi)莘e試樣腔2的容積，排出可變?nèi)莘e試樣腔2中仍處于氣態(tài)的氫氣、氦氣以及液化點(diǎn)比氮?dú)獾偷钠渌麣怏w。

S5：將溫度升高至所需氣體液化點(diǎn)以上；

排出氮?dú)庖酝獾钠渌麣怏w后，關(guān)閉閥門，恢復(fù)可變?nèi)莘e試樣腔2的容積，并通過(guò)低溫冷頭1將可變?nèi)莘e試樣腔2中的溫度控制在氮?dú)獾囊夯c(diǎn)以上溫度，例如80K。

S6：壓縮所述可變?nèi)莘e試樣腔，排出所述所需氣體。

穩(wěn)定一段時(shí)間，待上述處于液體狀態(tài)的氮?dú)饣癁闅怏w后，打開(kāi)閥門4，再次壓縮可變?nèi)莘e試樣腔2的容積，將處于氣態(tài)的氮?dú)馔ㄟ^(guò)第一連接管道3、閥門4和第二連接管道5排出可變?nèi)莘e試樣腔2，從而實(shí)現(xiàn)從空氣中低溫分離氮?dú)獾哪? 的。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的氣體低溫分離的裝置和方法，可方便地實(shí)現(xiàn)氣體分離，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。

上述本實(shí)用新型實(shí)施例序號(hào)僅僅為了描述，不代表實(shí)施例的優(yōu)劣。

據(jù)上述說(shuō)明書的揭示和教導(dǎo)，本實(shí)用新型所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以對(duì)上述實(shí)施方式進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖兏托薷?。因此，本?shí)用新型并不局限于上面揭示和描述的具體實(shí)施方式，對(duì)本實(shí)用新型的一些修改和變更也應(yīng)當(dāng)落入本實(shí)用新型的權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。此外，盡管本說(shuō)明書中使用了一些特定的術(shù)語(yǔ)，但這些術(shù)語(yǔ)只是為了方便說(shuō)明，并不對(duì)本實(shí)用新型構(gòu)成任何限制。