一种粗氦气精制提纯系统技术方案

本发明专利技术提供一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经气液分离器的出气口伸入二级换热器，冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；高压粗氦气通过进气流路进入一级换热器与冷氦流路内的冷源氦气换热降温，且通过气液分离器分离进气流路内冷凝的液体，提纯后的氦气进入二级换热器内与冷氦流路内的冷源氦气再次换热降温，提纯后氦气中杂质被凝华。本发明专利技术中，粗氦气通过冷源氦气进行多级换热降温，能够有效分离粗氦气内的杂质，可以获取高纯度氦气，且能够避免液氮的消耗。且能够避免液氮的消耗。且能够避免液氮的消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种粗氦气精制提纯系统


[0001]本专利技术涉及资源综合利用，尤其涉及一种粗氦气精制提纯系统。

技术介绍

[0002]高纯氦气是各国国防军工及高科技产业不可或缺的稀有气体，目前主要是从含氦天然气中提取。我国氦气资源不仅数量贫乏，而且含量低，为获得高纯氦气，需要对富氦天然气进一步提纯。目前天然气提氦的主要工艺气源预处理净化、粗氦提取及氦气精制等工序。
[0003]氦气经过粗氦提取后其摩尔含量达到60％以上，其杂质主要含有氢、一氧化碳、烃及空气中的氧气与氮气。工业上一般采用吸附法去除杂质中的烃类杂质，采用催化氧化、储氢合金等方法进行脱氢处理，对于吸附的残余杂质如烃类物质及一氧化碳采用催化氧化法使其生成水和二氧化碳采用变压吸附方法去除新增加的杂质。故最终氦气中的杂质主要是是氮气与氧气。目前，去除氮气和氧气的方法主要是低温吸附法，使氦气纯度达到高纯氦气标准。该方法如果处理不当，仍会对氦气引入新的杂质相，同时会增加液氮的消耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种粗氦气精制提纯系统，以至少解决上述部分技术问题。
[0005]本专利技术是这样实现的：
[0006]本专利技术实施例提供一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，所述进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口伸入二级换热器，所述冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；
[0007]高压粗氦气通过所述进气流路进入一级换热器与冷氦流路内的冷源氦气换热降温，且通过所述气液分离器分离进气流路内冷凝的液体，提纯后的氦气进入所述二级换热器内与冷氦流路内的冷源氦气再次换热降温，提纯后氦气中杂质被凝华。
[0008]进一步地，还包括三级换热器，所述冷氦流路依次经过三级换热器、二级换热器以及一级换热器；所述进气流路包括降温部分以及换热部分，所述降温部分经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口依次经过二级换热器与三级换热器，所述换热部分连通降温部分末端且依次经过二级换热器与一级换热器。
[0009]进一步地，还包括第一排液流路，所述第一排液流路连接气液分离器的出液口且经过一级换热器，于所述第一排液流路上设置第一排液阀。
[0010]进一步地，还包括第二排液流路，所述第二排液流路连接气液分离器的出液口且于所述第二排液流路上设置有第二排液阀。
[0011]进一步地，还包括真空室，所述一级换热器、二级换热器以及气液分离器均位于所述真空室内。
[0012]进一步地，粗氦气于所述一级换热器处换热温度为65K，于所述二级换热器处的换热温度为30K。
[0013]进一步地，于所述一级换热器及二级换热器的粗氦气进出口安装温度与压力传感器用于监控粗氦气温度与压力。
[0014]进一步地，所述冷氦流路的冷源氦气来源于制冷机或者液化器，所述进气流路的出气口连接至所述制冷机或者液化器的低压常温通道。
[0015]进一步地，粗氦气进入所述进气流路之前通过膜压机增压至20bar以上。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：
[0017]本专利技术中，粗氦气通过进气流路依次经过一级换热器、气液分离器以及二级换热器，且于一级换热器处与冷源氦气换热降温，进而可以将粗氦气中的杂质冷凝，比如粗氦气中的氮气与氧气，进入气液分离器后，冷凝的氮气与氧气被分离，提纯后的氦气进入二级换热器继续换热降温，剩余的部分杂质被凝华存留于二级换热器内，从而获取高纯度氦气，同时高纯度氦气经过收集后可以作为冷源氦气，可以避免液氮的消耗。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
[0019]图1为本专利技术实施例提供的粗氦气精制提纯系统的结构示意图。
具体实施方式
[0020]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它实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]参见图1，本专利技术实施例提供一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路1、一级换热器2、二级换热器3、气液分离器4以及冷氦流路5，其中进气流路1为粗氦气的供气管路，冷氦流路5为提纯系统提供冷源，进气流路1与冷氦流路5于一级换热器2以及二级换热器3内进行热交换，用于对进气流路1内的粗氦气进行降温，进而剔除粗氦气内的杂质，以达到提纯氦气的目的。具体地，进气流路1经一级换热器2与气液分离器4的进气口连通，且经气液分离器4的出气口伸入二级换热器3，冷氦流路5依次经过二级换热器3与一级换热器2。
[0022]粗氦气可以为天然气提纯后的氦气，具体是经过干燥脱水及吸附脱除二氧化碳的粗氦气，其主要成分为空气，氦气纯度不低于60％，在进入进气流路1之前需要加压，可以采用膜压机将粗氦气加压至20bar以上；对于冷氦流路5内的冷源氦气可以来源于制冷机或者液化器，即制冷机或者液化器的高压出口通过控制阀与冷氦流路5连通。高压的粗氦气进入一级换热器2内与冷氦流路5内的冷源氦气换热降温至65K，此时粗氦气中的大部分杂质冷凝，在进入气液分离器4后，粗氦气中的液体沉积于气液分离器4内，而提纯后的氦气通过出气口再次进去进气流路1内，通过进气流路1进入二级换热器3内的提纯后氦气继续与冷源
氦气换热降温至30K，提纯后氦气中剩余微量杂质被直接凝华冻结，此温度下，氦气中杂质组分总含量低于10ppm，由此收集的氦气纯度非常高，凝华冻结的杂质存留于二级换热器3内，由此二级换热器3还增设有排放结构，用于定期排放杂质。对于提纯后的氦气可以被收集于回收系统，还可以直接经过控制阀13排放到制冷机或者液化器低压常温通道，经过制冷机或者液化器作用后可以再次进入冷氦流路5内作为提纯系统的冷源。
[0023]优选方案中，提纯系统还包括三级换热器6，冷氦流路5依次经过三级换热器6、二级换热器3以及一级换热器2，由此三级换热器6内的换热温度最低，其次是二级换热器3。而将进气流路1分为两个部分，分别为降温部分11以及换热部分12，其中降温部分11主要是用于对其内的氦气降温以实现氦气提纯，其经一级换热器2与气液分离器4的进气口连通，且经所述气液分离器4的出气口依次经过二级换热器3与三级换热器6；而换热部分12则是用于与降温部分11换热，以向降温部分11的氦气提供冷量，其由降温部分11的末端且依次经过二级换热器3与一级换热器2。由此，于一级换热器2与二级换热器3处，降温部分11与冷氦流路5以及换热部分12同时换热降温，而于三级换热器6处，降温部分11与冷氦流路5换热降本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，其特征在于：还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，所述进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口伸入二级换热器，所述冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；高压粗氦气通过所述进气流路进入一级换热器与冷氦流路内的冷源氦气换热降温，且通过所述气液分离器分离进气流路内冷凝的液体，提纯后的氦气进入所述二级换热器内与冷氦流路内的冷源氦气再次换热降温，提纯后氦气中杂质被凝华。2.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括三级换热器，所述冷氦流路依次经过三级换热器、二级换热器以及一级换热器；所述进气流路包括降温部分以及换热部分，所述降温部分经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口依次经过二级换热器与三级换热器，所述换热部分连通降温部分末端且依次经过二级换热器与一级换热器。3.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括第一排液流路，所述第一排液流路连接气液分离器的出...

【专利技术属性】
技术研发人员：李正宇，杜军军，龚领会，刘立强，徐向东，王炳明，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：