一种天然气中提取氦气的装置及工艺制造方法及图纸

一种天然气中提取氦气的装置，包括机架、燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块、过滤模块、换热模块、制冷分离模块和磁悬浮高速离心分离模块，燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块和过滤模块由下至上依次设置，燃烧模块与碱液喷淋模块连接，碱液喷淋模块与分子筛干燥模块连接，分子筛干燥模块与过滤模块连接，过滤模块与换热模块连接，换热模块与制冷分离模块连接，制冷分离模块与磁悬浮高速离心分离模块连接。本发明专利技术先通过燃烧、喷淋、干燥、过滤、预冷及冷凝分离步骤使含氦天然气尾气中只剩氦气和少量氢气，再将氦气和少量氢气通入磁悬浮高速离心分离装置中有效分离，避免传统深冷法的高耗能，氦提取成本大大降低。

A device and technology for extracting helium from natural gas

【技术实现步骤摘要】
一种天然气中提取氦气的装置及工艺
本专利技术涉及氦气提取
，具体的说，涉及一种天然气中提取氦气的装置及工艺。
技术介绍
氦气是重要的稀有战略资源，也是不可再生资源。核磁共振成像、中子加速器、导弹卫星、低温超导研究、气体检测检漏、氦气飞行器、光纤制造、医疗以及半导体制作等都离不开氦气。含氦天然气迄今仍是工业化生产氦气的重要来源。我国氦气资源不仅数量贫乏，而且含量低，单纯采用深冷法开采氦气的成本较高。常规手法分离后剩余的氢气和氮气最难分离，因氢气和氮气的沸点均极低且接近，若采用深冷法分离，耗能较大，不符合节能减排的目标。为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种天然气中提取氦气的装置及工艺，本专利技术先通过燃烧、喷淋、干燥、过滤、预冷及冷凝分离步骤使含氦天然气尾气中只剩氦气和少量氢气，再将氦气和少量氢气通入磁悬浮高速离心分离装置中有效分离，避免传统深冷法的高耗能，氦提取成本大大降低。为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种天然气中提取氦气的装置，包括机架、燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块、过滤模块、换热模块、制冷分离模块和磁悬浮高速离心分离模块，燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块和过滤模块由下至上依次设置机架的左侧，换热模块和制冷分离模块设置在机架的中部，磁悬浮高速离心分离模块设置在机架的右侧，燃烧模块与碱液喷淋模块连接，碱液喷淋模块与分子筛干燥模块连接，分子筛干燥模块与过滤模块连接，过滤模块与换热模块连接，换热模块与制冷分离模块连接，制冷分离模块与磁悬浮高速离心分离模块连接。燃烧模块包括燃烧舱、第一控制器、电子点火器、点火针和燃烧分布板，燃烧舱的侧壁设有氧气管和进气管，位于燃烧舱外部的氧气管上设有氧气阀，位于燃烧舱外部的进气管上设有进气阀，第一控制器和电子点火器均固定设置在燃烧舱内底部，第一控制器与电子点火器信号连接，燃烧舱内底部中心固定设置有一根中空支柱，点火针和中空支柱均竖向设置，点火针的下端固定安装在中空支柱的顶部，电子点火器和点火针通过一根穿过中空支柱内部中心的导线连接，燃烧分布板为顶部敞口的伞形结构，燃烧分布板上均匀开设有若干个上下通透的燃烧孔，燃烧分布板的中心固定套装在中空支柱上，点火针位于燃烧分布板的中心上方，燃烧分布板的外圆边沿与燃烧舱的内壁接触，氧气管和进气管的内端伸入到燃烧舱内部且位于燃烧分布板的下方，氧气管的外端连接有提供氧气的氧气瓶，进气管的外端连接有提供含氦天然气尾气的尾气管，燃烧舱的顶部中心设有第一排气管，第一排气管的上侧部外圆周均匀开设有若干个出气孔，第一排气管的上侧部外圆周上对应每个出气孔的外侧均设有一个挡板，挡板内高外底倾斜设置。碱液喷淋模块包括碱液喷淋舱、氢氧化钠溶液室和若干个喷淋头，碱液喷淋舱的底部通过若干根立柱固定支撑在燃烧舱的顶部，第一排气管穿过碱液喷淋舱的底部中心伸入到碱液喷淋舱内部，各个出气孔均位于碱液喷淋舱内部，第一排气管的外部与碱液喷淋舱之间密封连接，碱液喷淋舱的顶部敞口，氢氧化钠溶液室同中心固定安装在碱液喷淋舱的顶部内侧，碱液喷淋舱的内壁上侧部周向设有环形台阶，氢氧化钠溶液室的底部外边沿压在环形台阶上，氢氧化钠溶液室的外周与碱液喷淋舱的内壁密封接触，氢氧化钠溶液室的顶部与碱液喷淋舱的顶部边沿齐平，氢氧化钠溶液室的侧部设有若干根穿过碱液喷淋舱侧壁的碱液进液管，第一排气管的顶部与氢氧化钠溶液室的底部中心紧压密封接触，第一排气管的外周和碱液喷淋舱的内壁之间形成喷淋环腔，各个喷淋头均匀安装在氢氧化钠溶液室的底部且与氢氧化钠溶液室内部连通，各个喷淋头的喷射方向均朝下设置，碱液喷淋舱的底部设有若干根碱液排液管，第一排气管的外部缠绕有位于碱液喷淋舱的底部和燃烧舱的顶部之间的第一换热管，第一换热管沿第一排气管的中心线螺旋布置，氢氧化钠溶液室上固定安装有两根第二排气管，两根第二排气管均竖向设置且关于第一排气管左右对称，两根第二排气管的下端均与氢氧化钠溶液室的底部齐平，两根第二排气管的上端均穿过氢氧化钠溶液室的顶部，两根第二排气管的外部与氢氧化钠溶液室之间密封连接，氢氧化钠溶液室内装有氢氧化钠溶液，两根第二排气管上均设置有电磁阀。分子筛干燥模块包括分子筛舱，分子筛舱的底部固定连接在氢氧化钠溶液室的顶部，分子筛舱内分为两个舱室，两个舱室的结构相同且左右对称设置，每个舱室均包括三层上下并排设置的筛腔，相邻两层筛腔之间均连接有两根连接管，每层筛腔内均填装有分子筛单元，左侧的第二排气管的上端穿过左侧最下层的筛腔底部并与左侧最下层的筛腔连通，右侧的第二排气管的上端穿过右侧最下层的筛腔底部并与右侧最下层的筛腔连通，左侧最上层的筛腔和右侧最上层的筛腔的顶部均设有两根第三排气管，分子筛单元的外部包裹有加热带。过滤模块包括过滤舱和中空纤维膜板，过滤舱的底部固定连接在分子筛舱的顶部，各根第三排气管的上端均穿过过滤舱的底部伸入到过滤舱内，中空纤维膜板水平设置在过滤舱内中部且上下并排设置有三块，中空纤维膜板的外边沿与过滤舱的内壁固定连接且密封接触，过滤舱的侧壁下侧部设有第四排气管，第四排气管与过滤舱连接处位于中空纤维膜板的下方，第四排气管上设置有压力气阀，过滤舱的顶部设有第五排气管，第五排气管上设有球阀。还包括箱体，换热模块和制冷分离模块均固定安装在箱体内，换热模块包括换热壳体、输气管和第二换热管，输气管为左高右低的U型管，换热壳体固定安装在箱体内左侧，输气管竖向固定安装在换热壳体中，输气管的左侧上端和右侧上端均伸出换热壳体，第五排气管与输气管的左侧上端连接，第二换热管缠绕在输气管的外部，第二换热管沿输气管的中心线螺旋布置；制冷分离模块包括液氮罐、制冷机组、第一真空舱、第二真空舱、第一制冷舱、第二制冷舱和第三制冷舱，液氮罐和制冷机组分别固定连接在箱体内底部右侧，第一真空舱和第二真空舱由下至上固定设置在箱体内右侧且位于液氮罐的上方，第一制冷舱和第二制冷舱均固定设置在第一真空舱中，第一制冷舱位于第二制冷舱的下方，第三制冷舱固定设置在第二中空舱中，输气管的右侧上端穿过第一真空舱固定连接在第一制冷舱的底部左端，第一制冷舱内中部固定设置有若干个第一冷头，第一制冷舱的底部左侧部连接有第一排液管，第一制冷舱内底部表面为斜面，第一排液管与第一制冷舱的底部连接处为第一制冷舱内底部表面最低点，第一排液管的下端穿过第一真空舱并连接在第二换热管的右侧上部，第一制冷舱的顶部右侧部和第二制冷舱的底部右侧部之间通过一根第一导通管连接，第二制冷舱内中部固定设置有若干个第二冷头，第二制冷舱的底部左端连接有第二排液管，第二制冷舱内底部表面为斜面，第二排液管与第二制冷舱的底部连接处为第二制冷舱内底部表面最低点，第二排液管的下端穿过第一真空舱并连接在第二换热管的右侧上部，第三制冷舱内固定设置有气体容器，气体容器的外部和第三制冷舱的内壁之间充满有液氮，第三制冷舱与液氮罐之间通过一根穿过第二真空舱的供液管连接，第二制冷舱的顶部右侧部和气体容器的底部右侧部之间通过一根穿过第二真空舱和第三制冷舱的第二导通管连接，气本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种天然气中提取氦气的装置，其特征在于：包括机架、燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块、过滤模块、换热模块、制冷分离模块和磁悬浮高速离心分离模块，燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块和过滤模块由下至上依次设置机架的左侧，换热模块和制冷分离模块设置在机架的中部，磁悬浮高速离心分离模块设置在机架的右侧，燃烧模块与碱液喷淋模块连接，碱液喷淋模块与分子筛干燥模块连接，分子筛干燥模块与过滤模块连接，过滤模块与换热模块连接，换热模块与制冷分离模块连接，制冷分离模块与磁悬浮高速离心分离模块连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种天然气中提取氦气的装置，其特征在于：包括机架、燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块、过滤模块、换热模块、制冷分离模块和磁悬浮高速离心分离模块，燃烧模块、碱液喷淋模块、分子筛干燥模块和过滤模块由下至上依次设置机架的左侧，换热模块和制冷分离模块设置在机架的中部，磁悬浮高速离心分离模块设置在机架的右侧，燃烧模块与碱液喷淋模块连接，碱液喷淋模块与分子筛干燥模块连接，分子筛干燥模块与过滤模块连接，过滤模块与换热模块连接，换热模块与制冷分离模块连接，制冷分离模块与磁悬浮高速离心分离模块连接。


2.根据权利要求1所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：燃烧模块包括燃烧舱、第一控制器、电子点火器、点火针和燃烧分布板，燃烧舱的侧壁设有氧气管和进气管，位于燃烧舱外部的氧气管上设有氧气阀，位于燃烧舱外部的进气管上设有进气阀，第一控制器和电子点火器均固定设置在燃烧舱内底部，第一控制器与电子点火器信号连接，燃烧舱内底部中心固定设置有一根中空支柱，点火针和中空支柱均竖向设置，点火针的下端固定安装在中空支柱的顶部，电子点火器和点火针通过一根穿过中空支柱内部中心的导线连接，燃烧分布板为顶部敞口的伞形结构，燃烧分布板上均匀开设有若干个上下通透的燃烧孔，燃烧分布板的中心固定套装在中空支柱上，点火针位于燃烧分布板的中心上方，燃烧分布板的外圆边沿与燃烧舱的内壁接触，氧气管和进气管的内端伸入到燃烧舱内部且位于燃烧分布板的下方，氧气管的外端连接有提供氧气的氧气瓶，进气管的外端连接有提供含氦天然气尾气的尾气管，燃烧舱的顶部中心设有第一排气管，第一排气管的上侧部外圆周均匀开设有若干个出气孔，第一排气管的上侧部外圆周上对应每个出气孔的外侧均设有一个挡板，挡板内高外底倾斜设置。


3.根据权利要求2所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：碱液喷淋模块包括碱液喷淋舱、氢氧化钠溶液室和若干个喷淋头，碱液喷淋舱的底部通过若干根立柱固定支撑在燃烧舱的顶部，第一排气管穿过碱液喷淋舱的底部中心伸入到碱液喷淋舱内部，各个出气孔均位于碱液喷淋舱内部，第一排气管的外部与碱液喷淋舱之间密封连接，碱液喷淋舱的顶部敞口，氢氧化钠溶液室同中心固定安装在碱液喷淋舱的顶部内侧，碱液喷淋舱的内壁上侧部周向设有环形台阶，氢氧化钠溶液室的底部外边沿压在环形台阶上，氢氧化钠溶液室的外周与碱液喷淋舱的内壁密封接触，氢氧化钠溶液室的顶部与碱液喷淋舱的顶部边沿齐平，氢氧化钠溶液室的侧部设有若干根穿过碱液喷淋舱侧壁的碱液进液管，第一排气管的顶部与氢氧化钠溶液室的底部中心紧压密封接触，第一排气管的外周和碱液喷淋舱的内壁之间形成喷淋环腔，各个喷淋头均匀安装在氢氧化钠溶液室的底部且与氢氧化钠溶液室内部连通，各个喷淋头的喷射方向均朝下设置，碱液喷淋舱的底部设有若干根碱液排液管，第一排气管的外部缠绕有位于碱液喷淋舱的底部和燃烧舱的顶部之间的第一换热管，第一换热管沿第一排气管的中心线螺旋布置，氢氧化钠溶液室上固定安装有两根第二排气管，两根第二排气管均竖向设置且关于第一排气管左右对称，两根第二排气管的下端均与氢氧化钠溶液室的底部齐平，两根第二排气管的上端均穿过氢氧化钠溶液室的顶部，两根第二排气管的外部与氢氧化钠溶液室之间密封连接，氢氧化钠溶液室内装有氢氧化钠溶液，两根第二排气管上均设置有电磁阀。


4.根据权利要求3所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：分子筛干燥模块包括分子筛舱，分子筛舱的底部固定连接在氢氧化钠溶液室的顶部，分子筛舱内分为两个舱室，两个舱室的结构相同且左右对称设置，每个舱室均包括三层上下并排设置的筛腔，相邻两层筛腔之间均连接有两根连接管，每层筛腔内均填装有分子筛单元，左侧的第二排气管的上端穿过左侧最下层的筛腔底部并与左侧最下层的筛腔连通，右侧的第二排气管的上端穿过右侧最下层的筛腔底部并与右侧最下层的筛腔连通，左侧最上层的筛腔和右侧最上层的筛腔的顶部均设有两根第三排气管，分子筛单元的外部包裹有加热带。


5.根据权利要求4所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：过滤模块包括过滤舱和中空纤维膜板，过滤舱的底部固定连接在分子筛舱的顶部，各根第三排气管的上端均穿过过滤舱的底部伸入到过滤舱内，中空纤维膜板水平设置在过滤舱内中部且上下并排设置有三块，中空纤维膜板的外边沿与过滤舱的内壁固定连接且密封接触，过滤舱的侧壁下侧部设有第四排气管，第四排气管与过滤舱连接处位于中空纤维膜板的下方，第四排气管上设置有压力气阀，过滤舱的顶部设有第五排气管，第五排气管上设有球阀。


6.根据权利要求5所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：还包括箱体，换热模块和制冷分离模块均固定安装在箱体内，换热模块包括换热壳体、输气管和第二换热管，输气管为左高右低的U型管，换热壳体固定安装在箱体内左侧，输气管竖向固定安装在换热壳体中，输气管的左侧上端和右侧上端均伸出换热壳体，第五排气管与输气管的左侧上端连接，第二换热管缠绕在输气管的外部，第二换热管沿输气管的中心线螺旋布置；
制冷分离模块包括液氮罐、制冷机组、第一真空舱、第二真空舱、第一制冷舱、第二制冷舱和第三制冷舱，液氮罐和制冷机组分别固定连接在箱体内底部右侧，第一真空舱和第二真空舱由下至上固定设置在箱体内右侧且位于液氮罐的上方，第一制冷舱和第二制冷舱均固定设置在第一真空舱中，第一制冷舱位于第二制冷舱的下方，第三制冷舱固定设置在第二中空舱中，输气管的右侧上端穿过第一真空舱固定连接在第一制冷舱的底部左端，第一制冷舱内中部固定设置有若干个第一冷头，第一制冷舱的底部左侧部连接有第一排液管，第一制冷舱内底部表面为斜面，第一排液管与第一制冷舱的底部连接处为第一制冷舱内底部表面最低点，第一排液管的下端穿过第一真空舱并连接在第二换热管的右侧上部，第一制冷舱的顶部右侧部和第二制冷舱的底部右侧部之间通过一根第一导通管连接，第二制冷舱内中部固定设置有若干个第二冷头，第二制冷舱的底部左端连接有第二排液管，第二制冷舱内底部表面为斜面，第二排液管与第二制冷舱的底部连接处为第二制冷舱内底部表面最低点，第二排液管的下端穿过第一真空舱并连接在第二换热管的右侧上部，第三制冷舱内固定设置有气体容器，气体容器的外部和第三制冷舱的内壁之间充满有液氮，第三制冷舱与液氮罐之间通过一根穿过第二真空舱的供液管连接，第二制冷舱的顶部右侧部和气体容器的底部右侧部之间通过一根穿过第二真空舱和第三制冷舱的第二导通管连接，气体容器内中部固定设置有若干个第三冷头，气体容器的底部左端连接有第三排液管，气体容器内底部表面为斜面，第三排液管与气体容器的底部连接处为气体容器内底部表面最低点，第三排液管的下端穿过第三制冷舱和第二真空舱并连接在第二换热管的右侧上部，气体容器的顶部设有第六排气管，第六排气管上也设置有球阀，制冷机组分别与各个第一冷头、各个第二冷头和各个第三冷头连接，第二换热管的左侧上端穿过换热壳体与外界大气连接，第一换热管的进口端连接在第二换热管的左侧下部，第一换热管的出口端与外界大气连接。


7.根据权利要求6所述的天然气中提取氦气的装置，其特征在于：磁悬浮高速离心分离模块包括外壳体、上端盖、下端盖、定子铁芯、第一定子绕组、第一转子、第二定子绕组、第二转子、导电滑环、第一抽气管、第二抽气管、外部三相电源和第二控制器，外壳体为上下通透的圆筒体，上端盖和下端盖分别固定安装在外壳体的顶部和底部，定子铁芯同中心安装在外壳体内部，定子铁芯的上端固定连接在上端盖的下表面中心，定子铁芯的下端固定连接在下端盖的上表面中心，第一定子绕组嵌套固定在定子铁芯的外周，第一转子同中心套设在定子铁芯的外部，第二定子绕组嵌套固定在第一转子的外周，第一转子的内侧壁和第二转子的内侧壁上均圆周阵列固定连接有若干块呈长方体结构的铷铁硼永磁体，铷铁硼永磁体的长度方向与第一转子的中心线平行，第二转子同中心套设在第一转子的外部，第一转子的内圆和定子铁芯的外圆之间形成第一环腔，第二转子的内圆和第二转子的外圆之间形成第二环腔，第一转子的外圆周上侧部和下侧部均一体成型有第一圆环盘，第二转子的外圆周上侧部和下...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨长根，郭聪，关梦云，
申请(专利权)人：中国科学院高能物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11