一種氦氣回收提純裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種氦氣回收提純裝置，該裝置包括：過(guò)濾器；化學(xué)吸附裝置；組分分析裝置；加氣罐；加熱器；催化系統(tǒng)；冷卻器；第一凈化系統(tǒng)；粗氦冷卻器；精餾塔塔；第二凈化系統(tǒng)；以及氦氣儲(chǔ)罐。采用本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置，能夠用于回收含有氦氣的工業(yè)廢氣，將氦氣的純度提高，也可以深入提純得到純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，采用本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置具有成本較低、環(huán)保高效且適用范圍較廣的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種氦氣回收提純裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種從工業(yè)排放氣體中回收提純氦氣制備高純度氦氣產(chǎn)品的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]氦氣為無(wú)色無(wú)味，不可燃?xì)怏w，空氣中的含量約為百萬(wàn)分之5.2?；瘜W(xué)性質(zhì)完全不活潑，通常狀態(tài)下不與其它元素或化合物結(jié)合。
[0003]氦氣被廣泛應(yīng)用于諸如軍工、科研、石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域中。其主要用途有:利用氦一268.9°C的低沸點(diǎn)，液氦可以用于超低溫冷卻；在懸浮列車(chē)等領(lǐng)域中廣受關(guān)注的超導(dǎo)體應(yīng)用中，氦氣是不可或缺的；此外，由于化學(xué)性質(zhì)不活潑和輕于空氣等特征，氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體，這一用途也是眾所周知的；在海洋開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的呼吸用混合氣體中，以及醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備的超導(dǎo)電磁體冷卻的用途中，氦氣都得到廣泛的應(yīng)用；氦氣也可用作高真空裝置、原子核反應(yīng)堆、宇宙飛船等的檢漏劑及鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護(hù)氣；在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進(jìn)劑的加壓氣體；還用作原子反應(yīng)堆的清洗劑、氣體色譜分析分析的載氣、氣球充氣、電弧焊用保護(hù)氣、潛水用混合氣和氣體溫度計(jì)的填充氣；另外由于氦氣滲透性好、不可燃的特點(diǎn)，它還應(yīng)用于真空檢漏行業(yè)，如氦質(zhì)譜檢漏儀等。
[0004]氦氣理論上可以從空氣中分離抽取，但因其含量過(guò)于稀薄，工業(yè)上從含氦量約為0.5%的天然氣中分離、精制得到氦氣。但是由于從天然氣中分離、精制得到氦氣的工藝復(fù)雜、成本較高，因此難以被廣泛應(yīng)用。另一方面，氦氣在使得應(yīng)用領(lǐng)域中最終都隨著工業(yè)廢氣一起排出，造成了大量的資源浪費(fèi)，不符合人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的節(jié)能環(huán)保需求。但是目前，雖然有一些氦氣回收系統(tǒng)能夠回收氦氣，但是回收后氦氣的純度無(wú)法保證。回收后的氦氣還需要進(jìn)行純化才能再次使用，而氦氣的純化也非常麻煩，成本較高。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)中并沒(méi)有一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低的氦氣回收提純裝置，能夠從工礦企業(yè)排放的氣體回收和提純氦氣，得到高純度的氦氣產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本實(shí)用新型的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、能夠制備高純度氦氣產(chǎn)品的氦氣回收提純裝置。
[0007]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型提供一種氦氣回收提純裝置，其特征在于，依次包括:
[0008]對(duì)粗氦氣進(jìn)行過(guò)濾去除油和粉塵等顆粒雜質(zhì)的過(guò)濾器；
[0009]用于去除粗氦氣中的有毒有害腐蝕性雜質(zhì)的化學(xué)吸附裝置；
[0010]對(duì)過(guò)濾后的粗氦氣中所有組分進(jìn)行分析的組分分析裝置；
[0011]用于向過(guò)濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐；
[0012]對(duì)粗氦氣進(jìn)行加熱的加熱器；
[0013]對(duì)加熱后的粗氦氣進(jìn)行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)；
[0014]用于將經(jīng)過(guò)催化后的粗氦氣進(jìn)行冷卻的冷卻器；
[0015]用于將冷卻后的粗氦氣進(jìn)行干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)；
[0016]用于對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的粗氦氣進(jìn)行冷卻的粗氦冷卻器；
[0017]用于對(duì)冷卻后的粗氦氣進(jìn)行精餾的精餾塔；
[0018]用于對(duì)經(jīng)過(guò)精餾的粗氦氣進(jìn)行低溫吸附的第二凈化系統(tǒng)；
[0019]用于儲(chǔ)存所述第二低溫凈化系統(tǒng)輸出的氦氣產(chǎn)品的氦氣儲(chǔ)罐。
[0020]較佳地，所述氦氣回收提純裝置還包括用于對(duì)經(jīng)過(guò)添加氧氣后的粗氦氣進(jìn)行預(yù)熱以及對(duì)經(jīng)過(guò)催化系統(tǒng)催化后的粗氦氣進(jìn)行預(yù)冷的熱量回收系統(tǒng)。
[0021]在一具體實(shí)施例中，所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器，所述換熱器包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在所述加氣罐和所述加熱器之間的輸送管道中，所述冷流通道連接在所述催化系統(tǒng)與所述冷卻器的輸送管道中。
[0022]其中，所述第一凈化系統(tǒng)和所述第二凈化系統(tǒng)均是由一個(gè)電加熱器和多個(gè)吸附筒構(gòu)成的循環(huán)可連續(xù)工作的凈化系統(tǒng)。
[0023]由于采用上述技術(shù)方案，采用本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置，能夠?qū)?lái)自任何工礦企業(yè)排放的含氦氣的廢氣作為粗氦氣，經(jīng)過(guò)過(guò)濾、化學(xué)吸附、配氣、加熱、催化、冷卻、一次凈化、液氮洗和二次凈化等步驟，將氦氣純度提高，甚至可以深入提純得到符合中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T4844-2011《純氦、高純氦、超純氦》中的純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品(氦氣體積濃度> 99.9999%)。本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置適用于氦氣體積濃度為1%至99%但不限于此體積濃度范圍的粗氦氣的回收提純，且粗氦氣可以有壓力也可以沒(méi)有壓力，應(yīng)用范圍較廣。相較于現(xiàn)有技術(shù)，采用本實(shí)用新型的裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低、環(huán)保高效且適用范圍較廣的優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為采用本實(shí)用新型進(jìn)行氦氣回收提純的工藝流程圖；圖2為本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]附圖中:1-過(guò)濾器；2_化學(xué)吸附裝置；3_加氣罐；4_換熱器；5_電加熱器；6_催化筒；7_冷卻器；8_第一吸附筒；9_精餾塔；10-粗氦冷卻器；11-第二吸附筒；12_氦氣儲(chǔ)罐，13第一凈化系統(tǒng)的電加熱器，14第二凈化系統(tǒng)的電加熱器。

【具體實(shí)施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0027]請(qǐng)參閱圖1，本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置依次包括:對(duì)粗氦氣進(jìn)行過(guò)濾去除油和粉塵等顆粒雜質(zhì)的過(guò)濾器I ;用于去除粗氦氣中的有毒有害腐蝕性雜質(zhì)的化學(xué)吸附裝置2 ;對(duì)過(guò)濾后的粗氦氣中所有組分進(jìn)行分析的組分分析裝置，本實(shí)施例中為色譜儀(圖中未示)，其安裝在化學(xué)吸附裝置2和加氣罐3之間的輸送管道上；用于向過(guò)濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐3 ;對(duì)粗氦氣進(jìn)行預(yù)加熱的熱量回收的換熱器4，對(duì)粗氦氣進(jìn)行二次加熱的電加熱器5 ;對(duì)加熱后的粗氦氣進(jìn)行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)，該催化系統(tǒng)為催化筒6;經(jīng)過(guò)催化后的粗氦氣進(jìn)行預(yù)冷卻的熱量回收系統(tǒng)，對(duì)粗氦氣進(jìn)行二次冷卻的冷卻器7 ;用于將冷卻后的粗氦氣進(jìn)行干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)，本實(shí)施例中該第一凈化系統(tǒng)為由兩個(gè)第一吸附筒8組成的循環(huán)可連續(xù)進(jìn)行凈化的系統(tǒng)；用于對(duì)經(jīng)過(guò)一次凈化的粗氦氣進(jìn)行冷卻的粗氦冷卻器10 ;用于對(duì)冷卻后的粗氦氣進(jìn)行精餾的精餾塔9 ;用于對(duì)經(jīng)過(guò)精餾的粗氦氣進(jìn)行低溫吸附處理的第二凈化系統(tǒng)，本實(shí)施例中該第二凈化系統(tǒng)為由兩個(gè)第二吸附筒11組成的循環(huán)凈化系統(tǒng)；用于儲(chǔ)存所述第二凈化系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品氦氣的氦氣儲(chǔ)罐12。
[0028]本實(shí)施例中，所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器4，換熱器4包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在催化筒6與冷卻器7的輸送管道中，所述冷流通道連接在加氣罐3和電加熱器5之間的輸送管道中。
[0029]采用本實(shí)用新型的氦氣回收提純裝置對(duì)工業(yè)廢氣中的氦氣進(jìn)行回收提純的工藝包括以下步驟:
[0030]過(guò)濾
[0031]將含有氦氣的工業(yè)排放廢氣收集并加壓存儲(chǔ)，然后將加壓后的粗氦氣經(jīng)過(guò)過(guò)濾器I過(guò)濾,通過(guò)精密的過(guò)濾器之后去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)。
[0032]化學(xué)吸附
[0033]經(jīng)過(guò)去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)后，進(jìn)入化學(xué)吸附裝置2，進(jìn)行脫除有毒有害腐蝕性雜質(zhì)，如碳化物、氯化物和砷化物等。
[0034]配氣
[0035]過(guò)濾后的粗氦氣經(jīng)過(guò)色譜儀對(duì)氣體中的所有組分進(jìn)行分析，然后通過(guò)加氣罐3加入適當(dāng)?shù)难鯕膺M(jìn)行配氣。為保證安全和防止催化過(guò)熱，加氧配氣可分多次加氣及多次催化進(jìn)行，保證每次催化溫度都在安全范圍內(nèi)。
[0036]加熱
[0037]對(duì)配氣完成后的粗氦氣經(jīng)過(guò)換熱器4的冷流通道與出催化筒的高溫氣體進(jìn)行換熱，達(dá)到一定的預(yù)熱溫度，這樣可減少后面加熱器的加熱負(fù)荷，從而減少加熱器的電能消耗，預(yù)熱后的粗氦氣經(jīng)過(guò)電加熱器5 二次加熱，粗氦氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱和二次加熱溫度逐漸升高。
[0038]催化
[0039]將加熱至一定溫度的粗氦氣經(jīng)過(guò)催化筒6進(jìn)行催化處理。經(jīng)過(guò)催化后粗氦氣中的一氧化碳、二氧化碳、氫氣、烴類氣體與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成水和二氧化碳。
[0040]冷卻
[0041]將催化后的粗氦氣經(jīng)過(guò)換熱器4的熱流通道進(jìn)行預(yù)冷，預(yù)冷的目的是降低之后的冷卻器7負(fù)荷，降低成本。預(yù)冷后的粗氦氣再經(jīng)過(guò)冷卻器7 二次冷卻，粗氦氣經(jīng)過(guò)預(yù)冷和二次冷卻溫度逐漸降低。
[0042]一次凈化
[0043]將冷卻至一定溫度的粗氦氣經(jīng)過(guò)由一個(gè)電加熱器13和一個(gè)或多個(gè)第一吸附筒8組成的一次凈化系統(tǒng)進(jìn)行一次凈化處理。一次凈化處理主要對(duì)粗氦氣進(jìn)行干燥和脫碳吸附，除去粗氦氣中的水和二氧化碳。第一凈化系統(tǒng)設(shè)置了電加熱器是用于飽和的吸附筒加熱解析，這樣才使得吸附筒可以不斷的連續(xù)工作。
[0044]冷卻
[0045]將一次凈化后的粗氦氣通過(guò)粗氦冷卻器10進(jìn)行深度冷卻，達(dá)到極低的溫度。
[0046]精餾
[0047]將冷卻到規(guī)定溫度的粗氦氣進(jìn)入精餾塔9進(jìn)行精餾，將高沸點(diǎn)氣體雜質(zhì)，例如微量一氧化碳、氬氣、氮?dú)獾葰怏w通過(guò)低溫精餾分離，以提高氣體中的氦氣濃度。精餾塔9具有氦氣入口、氦氣出口、液氮入口以及污液氮輸出管道。粗氦冷卻器10采用一換熱器對(duì)精餾塔9的污液氮輸出管道與輸入氦氣的管道進(jìn)行熱交換，從而將粗氦氣冷卻后輸入到精餾塔中。
[0048]二次凈化
[0049]將經(jīng)過(guò)精餾后濃度提高的氦氣進(jìn)入由一個(gè)電加熱器14和一個(gè)或多個(gè)第二吸附筒11組成的第二凈化系統(tǒng)進(jìn)行二次凈化處理，經(jīng)過(guò)低溫吸附脫氮等二次凈化后得到高純度的氦氣產(chǎn)品，符合GB/T4844-2011《純氦、高純氦和超純氦》中的純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品。第二凈化系統(tǒng)設(shè)置了電加熱器是用于飽和的吸附筒加熱解析，這樣才使得低溫吸附筒可以不斷的連續(xù)工作。
【權(quán)利要求】
1.一種氦氣回收提純裝置，其特征在于，依次包括: 對(duì)粗氦氣進(jìn)行過(guò)濾去除油和粉塵等顆粒雜質(zhì)的過(guò)濾器； 對(duì)粗氦氣進(jìn)行化學(xué)吸附的裝置； 對(duì)過(guò)濾后的粗氦氣中所有組分進(jìn)行分析的組分分析裝置； 用于向過(guò)濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐； 對(duì)粗氦氣進(jìn)行加熱的加熱器； 對(duì)加熱后的粗氦氣進(jìn)行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)； 用于將經(jīng)過(guò)催化后的粗氦氣進(jìn)行冷卻的冷卻器； 用于將冷卻后的粗氦氣進(jìn)行低溫干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)； 用于對(duì)經(jīng)過(guò)凈化的粗氦氣進(jìn)行冷卻的粗氦冷卻器； 用于對(duì)冷卻后的粗氦氣進(jìn)行低溫精餾的精餾塔； 用于對(duì)經(jīng)過(guò)液氮洗的粗氦氣再次進(jìn)行低溫吸附的第二凈化系統(tǒng)； 用于儲(chǔ)存所述第二凈化系統(tǒng)輸出的氦氣產(chǎn)品的氦氣儲(chǔ)罐。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:還包括用于對(duì)經(jīng)過(guò)添加氧氣后的粗氦氣進(jìn)行預(yù)熱以及對(duì)經(jīng)過(guò)催化系統(tǒng)催化后的粗氦氣進(jìn)行預(yù)冷的熱量回收系統(tǒng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器，所述換熱器包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在所述加氣罐和所述加熱器之間的輸送管道中，所述冷流通道連接在所述催化系統(tǒng)與所述冷卻器的輸送管道中。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:所述第一凈化系統(tǒng)和所述第二凈化系統(tǒng)均是由一個(gè)電加熱器和多個(gè)吸附筒構(gòu)成的循環(huán)可連續(xù)工作的凈化系統(tǒng)。
【文檔編號(hào)】B01D53/00GK204057968SQ201420463835
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】馬昆, 王凱, 丁國(guó)元, 趙翠玲, 賈盛蘭, 王朝, 苗瓏耀 申請(qǐng)人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司