一种高纯气体的制备方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种高纯气体的制备方法和系统，包括空气压缩泵、预处理器、第一塔罐、第二塔罐与气储罐；所述空气压缩泵，用来对原料气进行压缩；所述预处理器，用来对压缩后的原料气进行预处理；所述第一塔罐，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述第二塔罐，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述气储罐，用来对处理、制备得到的高纯气体进行存储放置，将半导体冷却与低温吸附技术相结合以简化特种气体分离纯化工艺流程及实现便携式利用。本发明专利技术提供的方法适用于对于存在氮气、氩气、氦气等特种气体的高纯度制备及含有常温下难吸附杂质的原料气制备高纯气体及废气中高价值气体的回收。高纯气体及废气中高价值气体的回收。高纯气体及废气中高价值气体的回收。

【技术实现步骤摘要】
一种高纯气体的制备方法和系统


[0001]本专利技术涉及高纯气体制备
，具体是一种高纯气体的制备方法和系统。

技术介绍

[0002]高纯气体在目前各行各业得到了越来越多的应用，其精制分离和纯化，目前存在能耗大、投资高、工艺复杂等一系列问题，严重影响其广泛应用。
[0003]传统的气体分离基于变压吸附脱附、低温精馏和膜分离原理，主要用于气量大、原料气体组分复杂的气体的分离与提纯，但回收率较变温吸附法低，且纯度不太高。
[0004]变温吸附法是指在较低温度下吸附，在较高温度下解吸的操作方法。近年来低温吸附分离，在许多行业得到了应用，专利[CN202022454561.2]用高压环境实现低温精馏分离空气制备氧气、氮气。文献[空气低温吸附分离法]中采用液氮冷却降温的方式，实现吸附和再生的耦合，需要消耗新鲜液氮并且能耗较大，因此，我们提出了一种高纯气体的制备方法和系统来解决上述所提到的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高纯气体的制备方法和系统，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种高纯气体的制备系统，包括空气压缩泵、预处理器、第一塔罐、第二塔罐与气储罐；所述空气压缩泵，用来对原料气进行压缩；所述预处理器，用来对压缩后的原料气进行预处理；所述第一塔罐，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述第二塔罐，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述气储罐，用来对处理、制备得到的高纯气体进行存储放置；
[0008]所述预处理器与第一塔罐连接的管道上设置有第一阀门，所述预处理器与第二塔罐连接的管道上设置有第二阀门，所述第一塔罐上设置有第一活动门窗与第一半导体制冷片，所述第二塔罐上设置有第二活动门窗与第二半导体制冷片，所述第一塔罐与气储罐连接的管道上设置与第三阀门，所述第一塔罐连接的管道上设置有第四阀门，所述第二塔罐连接的管道上设置有调节流量计。
[0009]作为本专利技术进一步的方案：所述预处理器为空气净化装置，能够对压缩处理后的气体进行净化，使得原料气中的杂质气体被吸附。
[0010]作为本专利技术进一步的方案：所述第一塔罐与第二塔罐组成纯化装置，一塔吸附时，另一个塔进行再生，两个塔循环切换使用，吸附时采用半导体降温冷却方式，再生时采用常温空气换热或电加热方式来升温脱附。
[0011]作为本专利技术进一步的方案：所述第一塔罐与第二塔罐在吸附采用降温操作时，冷却温度在
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80℃～
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40℃之间看，针对液氮，冷却温度在
‑
180℃～
‑
60℃之间，其他冷却介质，采用冷却温度在
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60℃～
‑
20℃之间。
[0012]作为本专利技术进一步的方案：所述第一塔罐与第二塔罐的内部装填有对应吸附温度下具备吸附对应杂质性能的分子筛等吸附材料，所述再生温度在0～100℃之间，所述优化操作温度为20～30℃。
[0013]作为本专利技术进一步的方案：所述吸附采用常压或与使用工况一致的操作压力，压力为0.0bar～30bar(绝压)，所述再生采用常压操作。
[0014]作为本专利技术进一步的方案：所述预处理器的开关由原料气成分实际情况决定。
[0015]一种高纯气体的制备方法，包括以下步骤：
[0016]S1、利用第一半导体制冷片与第二半导体制冷片技术将第一塔罐与第二塔罐内部的温度降到
‑
80℃，打开原料进气阀，原料气经过空气压缩泵输送到预处理器的内部，使得原料气得到净化处理，原料气体净化后，经第一阀门所在管道进入第一塔罐的内部进行杂质气体吸附，检测到产品气体纯度达到99.99995％，然后通过第三阀门所在管道进入到气储罐的内部；
[0017]S2、当气体纯度下降时，关闭第一阀门和第三阀门，打开第二阀门切换到第二塔罐进行吸附纯化，并打开第一活动门窗对第一塔罐进行加热、脱附，打开第四阀门、调节流量计利用第二塔罐产生的部分高纯气体对第一塔罐进行冲洗，接着再利用第一半导体制冷片与第二半导体制冷片技术对第一塔罐与第二塔罐进行降温冷却，重复吸附
‑
升温
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脱附
‑
清洗步骤，并且第一塔罐和第二塔罐切换使用，保证产品气的稳定；
[0018]按照相同的步骤进行重复，不同点在于：原料气为(氩气、氦气混合气)，不需要气体预处理器对混合气体进行预处理，检测到氮气纯度达到99.9999％；
[0019]按照相同的步骤进行重复，不同点在于：吸附温度为
‑
80℃，吸附压力为5bar，检测到氮气纯度达到99.99991％，吸附饱和时间比第一次制备吸附饱和的时间短30分钟。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：该高纯气体的制备方法和系统，将半导体冷却与低温吸附技术相结合以简化特种气体分离纯化工艺流程及实现便携式利用。本专利技术提供的方法适用于对于存在氮气、氩气、氦气等特种气体的高纯度制备及含有常温下难吸附杂质的原料气制备高纯气体及废气中高价值气体的回收。
[0021]该高纯气体的制备方法和系统，通过使用半导体降温冷却方式，使得吸附和再生非常容易耦合在同一个设备内部，实现小规模高纯气体的制备工艺和装置。这将不仅使得特种气体分离纯化工艺得到进一步的简化，同时还可以降低能耗、减少设备投资、节约占地面积，具有设备和工艺简单、容易控制和操作等优点。
[0022]该高纯气体的制备方法和系统，提供的特种气体分离纯化设备流程简单，在保证产品质量和回收率的前提下可以大大降低设备成本及尺寸，所需热负荷也远低于传统工艺流程，比较的实用。
附图说明
[0023]图1为本专利技术的结构示意图。
[0024]其中：1、空气压缩泵；2、预处理器；3、第一阀门；4、第二阀门；5、第一塔罐；6、第二塔罐；7、第一活动门窗；8、第二活动门窗；9、第一半导体制冷片；10、第二半导体制冷片；11、第三阀门；12、第四阀门；13、气储罐；14、调节流量计。
具体实施方式
[0025]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0026]在一个实施例中，如图1所示，一种高纯气体的制备系统，包括空气压缩泵1、预处理器2、第一塔罐5、第二塔罐6与气储罐13；空气压缩泵1，用来对原料气进行压缩；预处理器2，用来对压缩后的原料气进行预处理；第一塔罐5，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；第二塔罐6，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；气储罐13，用来对处理、制备得到的高纯气体进行存储放置；预处理器2与第一塔罐5连接的管道上设置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高纯气体的制备系统，其特征在于，包括空气压缩泵(1)、预处理器(2)、第一塔罐(5)、第二塔罐(6)与气储罐(13)；所述空气压缩泵(1)，用来对原料气进行压缩；所述预处理器(2)，用来对压缩后的原料气进行预处理；所述第一塔罐(5)，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述第二塔罐(6)，用来对压缩、预处理后的原料气进行吸附、升温、脱附；所述气储罐(13)，用来对处理、制备得到的高纯气体进行存储放置；所述预处理器(2)与第一塔罐(5)连接的管道上设置有第一阀门(3)，所述预处理器(2)与第二塔罐(6)连接的管道上设置有第二阀门(4)，所述第一塔罐(5)上设置有第一活动门窗(7)与第一半导体制冷片(9)，所述第二塔罐(6)上设置有第二活动门窗(8)与第二半导体制冷片(10)，所述第一塔罐(5)与气储罐(13)连接的管道上设置与第三阀门(11)，所述第一塔罐95连接的管道上设置有第四阀门(12)，所述第二塔罐(6)连接的管道上设置有调节流量计(14)。2.根据权利要求1所述的一种高纯气体的制备系统，其特征在于，所述预处理器(2)为空气净化装置，能够对压缩处理后的气体进行净化，使得原料气中的杂质气体被吸附。3.根据权利要求1所述的一种高纯气体的制备系统，其特征在于，所述第一塔罐(5)与第二塔罐(6)组成纯化装置，一塔吸附时，另一个塔进行再生，两个塔循环切换使用，吸附时采用半导体降温冷却方式，再生时采用常温空气换热或电加热方式来升温脱附。4.根据权利要求1所述的一种高纯气体的制备系统，其特征在于，所述第一塔罐(5)与第二塔罐(6)在吸附采用降温操作时，冷却温度在
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80℃～
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40℃之间看，针对液氮，冷却温度在
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180℃～
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60℃之间，其他冷却介质，采用冷却温度在
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60℃～
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20℃之间。5.根据权利要求1所述的一种高纯气体的制备系统，其特征在于，所述第一塔罐(5)与第二塔罐(6)的内部装填有对应吸附温度下具备吸附对应杂质性能的分子筛等吸附材料，所述再生温度在0～100℃之间，所述优化操...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋二伟，许信龙，
申请(专利权)人：北京复风纯化科技有限公司，
类型：发明
国别省市：