一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法，它包括换热器A（1）、分离器（2）、换热器B（3）、冷凝分离器（4）、精馏塔（5）、低温吸附器（6）、液氦杜瓦（7）、混合器（8）、压缩机（9），还公开了一种大规模深度脱除氦中氖和氢的方法，它具有冷凝分离、低温精馏、低温吸附等工艺步骤。本发明专利技术解决大规模深度脱除氦中氖和氢问题，可将含氖在4～70ppm和含氢在1～10ppm的氦气，提纯制得99.9999%以上的超纯氦实现气、液氦产品分销，大大提升了氦的经济价值。大大提升了氦的经济价值。大大提升了氦的经济价值。

【技术实现步骤摘要】
一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法


[0001]本专利技术涉及化工、半导体、超导、医疗等领域，具体涉及一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法。

技术介绍

[0002]氦气为一种稀有战略资源，超纯氦在军工、医疗、半导体、超导、深低温制冷等领域应用广泛，我国氦资源匮乏，价格昂贵，很大程度上依赖进口，尤其在受复杂国际形势的影响，容易受制于人，所以亟需高收率、高纯度、经济性好，特别是可深度脱除氦中氖的装置。
[0003]目前各种提氦装置，原料气组分中没有考虑氖气，没有氖脱除的工艺方法。根据《纯氦、高纯氦和超纯氦》GB/T4844
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2011规定，高纯氦中氖含量＜4ppm，超纯氦中氖含量＜1ppm。因此标准要求，需考虑脱氖工艺。
[0004]目前国内含氖粗氦、含氖高纯氦相对较超纯氦价格较低，中国专利技术专利CN 114562852 A“一种氦气脱氖系统”，采用深低温制冷机提供冷量，且提供的冷量十分有限，利用低温吸附脱除氦中氖，动设备多、系统复杂、只能用于小规模生产，经济性不够好。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了以下技术方案：本专利技术提供的一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置，包括换热器A、分离器、换热器B、冷凝分离器、精馏塔、低温吸附器、液氦杜瓦、混合器、压缩机；其中，所述换热器A的低温含氖氢粗氦气出口通道与低温含氖氢粗氦气管道相连，所述换热器A的低温含氖氢粗氦气管道与分离器入口相连；所述分离器的低温含氖氢粗氦气A出口通道与低温含氖氢粗氦气A管道相连，所述低温含氖氢粗氦气A管道与换热器B低温含氖氢粗氦气A入口通道相连；换热器B的深低温含氖氢粗氦气出口通道与深低温含氖氢粗氦气管道相连，所述深低温含氖氢粗氦气管道与冷凝分离器的深低温含氖氢粗氦气入口相连；所述冷凝分离器的含氦液氖出口与含氦液氖管道相连，所述含氦液氖管道与精馏塔的含氦液氖入口相连；所述精馏塔的粗氦气出口与粗氦气管道相连，所述粗氦气管道与换热器B的粗氦气入口相连，所述精馏塔的液氖出口与液氖管道相连，所述液氖管道与换热器B的液氖入口相连；所述冷凝分离器的深低温含氖氢粗氦气A出口与深低温含氖氢粗氦气A管道相连，所述深低温含氖氢粗氦气A管道与低温吸附器的深低温含氖氢粗氦气A入口相连；低温吸附器的脱氖氢超纯氦气出口与脱氖氢超纯氦气管道相连；所述脱氖氢超纯氦气管道与混合器的脱氖氢超纯氦气入口相连；所述液氦杜瓦的液氦出口与液氦管道相连，所述液氦管道与所述混合器的液氦入口相连；所述混合器的深低温超纯氦出口与深低温超纯氦出口管道相连，所述深低温超纯
氦出口管道与换热器B相连；所述混合器通过液氦与氦气混合，提升液氦温度，避免装置在启动时换热器B温差过大；所述换热器A的粗氦气B出口通道与粗氦气B管道相连，所述粗氦气B管道与压缩机的粗氦气B入口通道相连；所述压缩机的增压粗氦气出口通道与增压粗氦气管道相连，增压粗氦气管道与含氖氢粗氦气管道相连，含氖氢粗氦气管道与换热器A的含氖氢粗氦气入口通道相连。
[0007]进一步的，所述换热器A上还连接有放空气管道、氮气管道、液氮管道、杂质管道、产品A管道、产品B管道；其中，所述换热器A的放空气出口通道与放空气管道相连；所述换热器A的氮气出口通道与氮气管道相连；换热器A液氮入口通道与液氮管道相连；所述换热器A的杂质入口通道与杂质管道相连，杂质管道与分离器的杂质出口通道相连；换热器A的超纯氦气出口通道与产品A管道相连；换热器A氖气出口通道与产品B管道相连。
[0008]进一步的，所述换热器B还连接有低温超纯氦管道、粗氦气A管道、氖气管道；其中，所述换热器B的低温超纯氦出口与低温超纯氦管道相连，低温超纯氦管道与换热器A的低温超纯氦入口通道相连；所述换热器B的粗氦气A出口与粗氦气A管道相连，粗氦气A管道与换热器A的粗氦气A入口通道相连；所述换热器B的氖气出口与氖气管道相连，氖气管道与换热器A的氖气入口通道相连。
[0009]进一步的，还包括控制系统，所述杂质管道上设置有阀门A，所述含氦液氖管道上设置有阀门B，所述液氖管道上设置有阀门C，所述粗氦气管道上设置有阀门D，所述脱氖氢超纯氦气管道上设置有阀门E，所述液氦管道上设置有阀门F；所述阀门A、阀门B、阀门C、阀门D、阀门E、阀门均为电磁阀；通过阀门C、阀门D控制精馏塔的压力，通过阀门E控制低温吸附器的压力，通过阀门控制深低温含氖氢粗氦气出换热器B的温度。
[0010]进一步的，还包括再沸器，所述再沸器设置在精馏塔内，再沸器为电加热器或外供热源。
[0011]进一步的，所述的低温吸附器设置一台间断使用或并联多台连续再生切换使用。
[0012]本专利技术提供的一种大规模深度脱除氦中氖和氢的方法，包括以下步骤：S1、含氖氢粗氦气与增压粗氦气混合，经含氖氢粗氦气管道、换热器A冷却到77K，得到低温含氖氢粗氦气，其中液氮、低温超纯氦、杂质液体、粗氦气A和氖气为换热器A提供冷量；S2、低温含氖氢粗氦气经分离器，分离掉杂质液体，分离得到的杂质液体，经阀门A返回换热器A为换热器A提供冷量，并复热放空；低温含氖氢粗氦气A经过管道进入换热器B；S3、低温含氖氢粗氦气A经换热器B冷却到50K～20K，得到深低温含氖氢粗氦气，其中深低温超纯氦、粗氦气和液氖为换热器B提供冷量；S4、深低温含氖氢粗氦气进入冷凝分离器进行气液分离，含氦液氖经阀门B节流，气液两项进入精馏塔，深低温含氖氢粗氦气进入低温吸附器；S5、含氦液氖进入精馏塔，含氖氦气相上升，含氦液氖下降，经塔釜再沸器加热，在填料作用下进行传热传质，塔底得到液氖，经阀门C节流，为换热器B、换热器A提供冷量，复热后，得到产品B氖气；塔顶粗氦气经阀门D、为换热器B、换热器A提供冷量，复热后，再经压缩机增压得到增压粗氦气，与含氖氢粗氦气汇合后，进一步循环制取超纯氦；S6、深低温含氖氢粗氦气进入低温吸附器，在低温吸附剂的作用下，脱除氖和氢，
得到纯度99.9999%脱氖氢超纯氦气，经阀门E进入混合器；进一步的，为换热器B、换热器A提供冷量，复热后得到产品A超纯氦。
[0013]进一步的，含氖氢粗氦气的压力为0.1～5.0MPa，含氖率为4～70ppm，含氢率为1～10ppm。
[0014]进一步的，所述的换热器A温区在313～77K之间；所述的换热器B温区控制在50K～20K之间；所述的冷凝分离单元温度控制在50K～20K之间；所述的低温吸附器温度控制在50K～20K之间。
[0015]进一步的，步骤S6中，所述低温吸附剂包括活性炭、5A分子筛、锂分子筛中一种或多种组合。
[0016]基于上述技术方案，本专利技术实施例至少可以产生如下技术效果：（1）本专利技术提供的大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法，通过低温吸附单元，解决深度脱氖脱氢问题，从而制得≥99.9999%的超纯氦。
[0017]（2）本专利技术提供的大规模深度脱除氦中氖和氢的装置和方法，通过液氮、液本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大规模深度脱除氦中氖和氢的装置，其特征在于：包括换热器A（1）、分离器（2）、换热器B（3）、冷凝分离器（4）、精馏塔（5）、低温吸附器（6）、液氦杜瓦（7）、混合器（8）、压缩机（9）；其中，所述换热器A（1）的低温含氖氢粗氦气出口通道与低温含氖氢粗氦气管道相连，所述换热器A（1）的低温含氖氢粗氦气管道与分离器（2）入口相连；所述分离器（2）的低温含氖氢粗氦气A出口通道与低温含氖氢粗氦气A管道相连，所述低温含氖氢粗氦气A管道与换热器B（3）低温含氖氢粗氦气A入口通道相连；换热器B（3）的深低温含氖氢粗氦气出口通道与深低温含氖氢粗氦气管道相连，所述深低温含氖氢粗氦气管道与冷凝分离器（4）的深低温含氖氢粗氦气入口相连；所述冷凝分离器（4）的含氦液氖出口与含氦液氖管道相连，所述含氦液氖管道与精馏塔（5）的含氦液氖入口相连；所述精馏塔（5）的粗氦气出口与粗氦气管道相连，所述粗氦气管道与换热器B（3）的粗氦气入口相连，所述精馏塔（5）的液氖出口与液氖管道相连，所述液氖管道与换热器B（3）的液氖入口相连；所述冷凝分离器（4）的深低温含氖氢粗氦气A出口与深低温含氖氢粗氦气A管道相连，所述深低温含氖氢粗氦气A管道与低温吸附器（6）的深低温含氖氢粗氦气A入口相连；低温吸附器（6）的脱氖氢超纯氦气出口与脱氖氢超纯氦气管道相连；所述脱氖氢超纯氦气管道与混合器（8）的脱氖氢超纯氦气入口相连；所述液氦杜瓦（7）的液氦出口与液氦管道相连，所述液氦管道与所述混合器（8）的液氦入口相连；所述混合器（8）的深低温超纯氦出口与深低温超纯氦出口管道相连，所述深低温超纯氦出口管道与换热器B（3）相连；所述混合器（8）通过液氦与氦气混合，提升液氦温度，避免装置在启动时换热器B（3）温差过大；所述换热器A（1）的粗氦气B出口通道与粗氦气B管道相连，所述粗氦气B管道与压缩机（9）的粗氦气B入口通道相连；所述压缩机（9）的增压粗氦气出口通道与增压粗氦气管道相连，增压粗氦气管道与含氖氢粗氦气管道相连，含氖氢粗氦气管道与换热器A（1）的含氖氢粗氦气入口通道相连。2.根据权利要求1所述的大规模深度脱除氦中氖和氢的装置，其特征在于：所述换热器A（1）上还连接有放空气管道、氮气管道、液氮管道、杂质管道、产品A管道、产品B管道；其中，所述换热器A（1）的放空气出口通道与放空气管道相连；所述换热器A（1）的氮气出口通道与氮气管道相连；换热器A（1）液氮入口通道与液氮管道相连；所述换热器A（1）的杂质入口通道与杂质管道相连，杂质管道与分离器（2）的杂质出口通道相连；换热器A（1）的超纯氦气出口通道与产品A管道相连；换热器A（1）氖气出口通道与产品B管道相连。3.根据权利要求1所述的大规模深度脱除氦中氖和氢的装置，其特征在于：所述换热器B（3）还连接有低温超纯氦管道、粗氦气A管道、氖气管道；其中，所述换热器B（3）的低温超纯氦出口与低温超纯氦管道相连，低温超纯氦管道与换热器A（1）的低温超纯氦入口通道相连；所述换热器B（3）的粗氦气A出口与粗氦气A管道相连，粗氦气A管道与换热器A（1）的粗氦气A入口通道相连；所述换热器B（3）的氖气出口与氖气管道相连，氖气管道与换热器A（1）的氖气入口通道相连。4.根据权利要求1～3任意一项所述的大规模深度脱除氦中氖和氢的装置，其特征在于：还包括控制系统，所述杂质管道上设置有阀门A（21），所述含氦...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓海，曹卫华，文向南，
申请(专利权)人：四川蜀道装备科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：