本发明专利技术公开了一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统，该方法包括纯化前准备；预冷步骤；纯化步骤。该装置包括管道系统、预冷换热器、低温换热器、纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组；管道系统中设置有纯化管路和真空管路，纯化管路和真空管路的入口管段上均设置有入口截止阀，纯化管路和真空管路的出口汇集于管道系统的出口管路上，出口管路上设置有出口截止阀；预冷换热器、低温换热器和纯化器依次连通安装于纯化管路上并且均封装于杜瓦罐中；真空泵与真空管路的入口连通；氦气瓶组与纯化管路的入口连通。本发明专利技术提供的氦气低温纯化方法及装置，可以生产纯度为6N的高纯度氦气，满足氦制冷循环系统等高纯度要求的应用场合。合。合。
【技术实现步骤摘要】
一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统
[0001]本申请属于化工气体分离
，具体涉及一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统。
技术介绍
[0002]氖氦精提取装置中除氮和氖氦分离工序发生在低温条件下，通过氦制冷循环系统提供冷量，最终冷却温度需达到24K。开车初期氦制冷循环系统所需的氦气全部来源于外部氦原料气，仍含有杂质浓度为PPM(百万分比浓度)级的微量氖、氧、氮、水，由于氦制冷循环系统中透平膨胀机体积小，仅有瓶盖大小，十分精密，在超低温环境下杂质冻结会损坏膨胀机叶片，导致整个低温系统性能的大幅度下降。
[0003]现有的氦气低温纯化方法或氦气低温纯化装置仅能生产5N纯度(纯度在99.999％以上)的氦气，无法满足氦制冷循环系统等高纯度要求的应用场合。
技术实现思路
[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统，通过纯化将微量杂质除去，可生产6N纯度(纯度在99.9999％以上)的氦气，满足氦制冷循环系统的使用需求。
[0005]实现本专利技术目的所采用的技术方案为，一种氦气低温纯化方法，通过管道系统、以及依次连通安装于所述管道系统中的预冷换热器、低温换热器和纯化器进行氦气低温纯化，所述低温换热器和所述纯化器浸没于液氮中；所述氦气低温纯化方法包括如下步骤：
[0006](1)纯化前准备：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均关闭，保持所述管道系统内部管路畅通，向所述管道系统内部通入氦原料气，进行杂质吹扫以及空气置换；对所述管道系统进行抽真空，直至所述管道系统内达到设定真空度；再次向所述管道系统内部通入所述氦原料气，保证所述管道系统内部为正压环境；
[0007](2)预冷步骤：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均打开，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷，然后进入所述低温换热器得到进一步冷却；
[0008](3)纯化步骤：被冷却的所述氦原料气进入所述纯化器中，通过所述纯化器内部的吸附剂吸附所述氦原料气中的杂质，检测所述管道系统的出口处的氦气纯度，当检测的氦气纯度达到设定纯度时，输出纯化后的氦气。
[0009]进一步地，所述步骤(1)中，所述氦原料气为纯度2N～5N的氦气；所述步骤(3)中，所述设定纯度为6N。
[0010]进一步地，所述步骤(2)中，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷后，所述氦原料气与液氮的温差不超过20K；所述氦原料气经过所述低温换热器冷却后，所述氦原料气与液氮的温差不超过3K；所述步骤(3)中，将所述纯化器的出口氦气再次通入所述预冷换热器，然后由所述管道系统输出。
[0011]进一步地，所述氦气低温纯化方法还包括(4)纯化器再生；当所述纯化器吸附饱和
时，采用干燥的热氦气向所述纯化器内部吹除，使得所述吸附剂活化再生。
[0012]基于同样的专利技术构思，本专利技术还对应提供了一种用于实施上述氦气低温纯化方法的氦气低温纯化装置，包括所述管道系统、所述预冷换热器、所述低温换热器、所述纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组；其中：
[0013]所述管道系统中设置有纯化管路和真空管路，所述纯化管路和所述真空管路的入口管段上均设置有入口截止阀，所述纯化管路和所述真空管路的出口汇集于所述管道系统的出口管路上，所述出口管路上设置有出口截止阀；
[0014]所述预冷换热器、所述低温换热器和所述纯化器依次连通安装于所述纯化管路上，并且所述预冷换热器、所述低温换热器和所述纯化器均封装于所述杜瓦罐中，所述低温换热器和所述纯化器均浸泡在所述杜瓦罐内部的液氮中，所述预冷换热器设置于液氮上方；
[0015]所述真空泵与所述真空管路的入口连通；所述氦气瓶组与所述纯化管路的入口连通。
[0016]可选的，所述杜瓦罐的出气口以及所述纯化管路的入口管段和出口管段均与所述预冷换热器连通。
[0017]可选的，所述出口管路上位于所述出口截止阀的出口侧的管段上设置有出口纯度测量点和出口压力测量点；
[0018]所述纯化管路上设置有减压阀、入口纯度测量点和入口压力测量点，所述减压阀、所述入口纯度测量点和所述入口压力测量点均位于所述氦气瓶组与所述预冷换热器之间。
[0019]可选的，所述纯化器内部的吸附剂由分子筛与椰壳活性炭按照1：1～1：2的质量比混合而成；所述分子筛为5A分子筛和/或13X分子筛；所述椰壳活性炭的粒度为10～50目，比表面积为1500～3000m2/g，微孔比例65％～75％，微孔孔容1.0～1.5cm3/g。
[0020]可选的，所述纯化器设置有一个以上，当所述纯化器的数量在两个以上时，两个以上所述纯化器串联；所述预冷换热器为板式换热器；所述低温换热器为盘式换热器。
[0021]基于同样的专利技术构思，本专利技术还对应提供了一种用于氖氦精提取装置的氦制冷循环系统，所述氦制冷循环系统中所使用的氦气为上述氦气低温纯化方法所生产的纯度为6N的氦气；或者所述氦制冷循环系统中所使用的氦气为上述氦气低温纯化装置所生产的纯度为6N的氦气。
[0022]由上述技术方案可知，本专利技术提供的氦气低温纯化方法，该方法通过管道系统、以及依次连通安装于管道系统中的预冷换热器、低温换热器和纯化器进行氦气低温纯化。该方法主要包括三个步骤：(1)纯化前准备；(2)预冷步骤；(3)纯化步骤。在纯化前首先进行吹除纯化装置系统管道杂质、置换抽真空。通过将管道系统中的入口阀门和出口阀门均关闭，使得管道系统与外界环境隔离，保持管道系统内部管路畅通，保证抽真空以及气体置换顺畅。然后进行初步空气置换，向管道系统内部通入氦原料气，进行杂质吹扫以及空气置换，此步骤可将管道内部杂质与管壁分离并且吹出空气，随即对管道系统内部抽真空，一边输入氦气、一边抽出空气以及空气
‑
氦气混合气体，管道系统内部设定真空度为，由于抽真空时管道系统内部已经进行了空气置换，在真空度的条件下，可以视为管道系统内部残留气体仅为氦气。最后再次向管道系统内部通入氦原料气，保证管道系统内部为正压环境，至此完成空气至氦气的完全置换，并且管道系统内部杂质含量极低。
[0023]预冷步骤是实现极高纯度纯化的另一关键步骤，目的是在氦气纯化前，将氦气的温度降低至基本接近液氮温度。预冷步骤采用两个换热器，其中预冷换热器位于液氮外，用于对氦原料气进行预冷；低温换热器浸没于液氮中，低温换热器内部温度为液氮温度(约为77K)，利用液氮的低温进一步冷却氦原料气，使得氦原料气的温度更接近于液氮温度。
[0024]纯化步骤中，被冷却的氦原料气进入装有吸附剂的纯化器中，纯化器同样浸没于液氮中，内部温度接近液氮温度，利用吸附剂在低温条件下对空气等有更强吸附作用的特性，吸附氦原料气中的氮、氧、水、氖等杂质，使得氦气纯度得到进一步的提升，满足低温系统对氦气纯度的要求。
[0025]本专利技术提供的氦气低温纯化装置，用于实施上述氦气低温纯化方法，该装置包括管道系统、预冷换热器、低温换热器、纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种氦气低温纯化方法，其特征在于，通过管道系统、以及依次连通安装于所述管道系统中的预冷换热器、低温换热器和纯化器进行氦气低温纯化，所述低温换热器和所述纯化器浸没于液氮中；所述氦气低温纯化方法包括如下步骤：(1)纯化前准备：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均关闭，保持所述管道系统内部管路畅通，向所述管道系统内部通入氦原料气，进行杂质吹扫以及空气置换；对所述管道系统进行抽真空，直至所述管道系统内达到设定真空度；再次向所述管道系统内部通入所述氦原料气，保证所述管道系统内部为正压环境；(2)预冷步骤：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均打开，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷，然后进入所述低温换热器得到进一步冷却；(3)纯化步骤：被冷却的所述氦原料气进入所述纯化器中，通过所述纯化器内部的吸附剂吸附所述氦原料气中的杂质，检测所述管道系统的出口处的氦气纯度，当检测的氦气纯度达到设定纯度时，输出纯化后的氦气。2.如权利要求1所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述氦原料气为纯度2N～5N的氦气；所述步骤(3)中，所述设定纯度为6N。3.如权利要求2所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷后，所述氦原料气与液氮的温差不超过20K；所述氦原料气经过所述低温换热器冷却后，所述氦原料气与液氮的温差不超过3K；所述步骤(3)中，将所述纯化器的出口氦气再次通入所述预冷换热器，然后由所述管道系统输出。4.如权利要求1
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3中任一项所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述氦气低温纯化方法还包括(4)纯化器再生；当所述纯化器吸附饱和时，采用干燥的热氦气向所述纯化器内部吹除，使得所述吸附剂活化再生。5.一种用于实施权利要求1
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4中任一项所述氦气低温纯化方法的氦气低温纯化装置，其特征在于：包括所述管道系统、所述预冷换热器、所述低温换热器、所述纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组；其中：所述管道系统中设置有纯化管路...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨洁，陈独强，齐利兵，高波，袁涛，南静，
申请(专利权)人：武汉钢铁集团气体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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