[实用新型]超纯氦纯化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用固定的吸附剂将气体或蒸气分离的装置，尤其是一种超纯氦纯化装置。

背景技术

氦气是一种稀有气体，价格较贵。主要存在于大气、岩石和天然气中，工业制氦大多从天然气中提取。我国天然气中氦含量不高，一般都在0.3%以下，属于贫氦资源。

氦气在国民经济各领域中有着广泛的应用，检漏、深水呼吸、焊接、激光切割、金属冶炼、低温超导、半导体器件生产、核能工业、航空航天、军工生产、医学、科学研究以及混合气配置、色谱分析等部门都需要用到氦气，随着科学技术的发展，一些高端技术产品的生产，要求氦气的纯度由99.99%提升到99.999%，甚至到99.9999%，而一瓶进口的6m³纯度为99.9999%的超纯氦，市售价在2000元人民币左右。故考虑到氦气的昂贵和稀有，但是当前国内所产的氦气，大部分从美国或澳大利亚进口液氦，由国内分装厂将液氦汽化、压缩、充瓶而成，由于充装过程中的污染，导致冲得的氦气中杂质含量较高，往往只能生产一些纯度为99.99%~99.995%的纯氦，而且用量在逐年增加，质量要求在逐渐递升，为确保氦气资源的有效利用，我们试着将工业氦气或从使用单位回收的氦气加压、纯化，生产纯度不低于99.999%的高纯氦或超纯氦。

实用新型内容

本实用新型的目的，在于设计一种纯化装置，将工业氦气通过一系列步骤纯化成纯度不低于99.999%的超纯氦。

本实用新型是这样实现的，一种超纯氦纯化装置，其特征在于：包括原料泵、缓冲罐、膜式加压机、纯化器、超纯氦灌装单元和压力表；所述原料泵、缓冲罐、膜式加压机、纯化器和超纯氦灌装单元依次通过管路连接，压力表位于纯化器与超纯氦灌装单元之间。

所述纯化器包括法兰盖、进气部分、纯化部分、出气管和纯化器底座；所述进气部分包括进气管和换热盘管；所述纯化部分包括吸附剂筒体、预冷盘管、液氮注入口、气氮放空管和排液口；所述纯化器外形为杜瓦瓶，顶部固定有一法兰盖，所述进气管插入法兰盖与换热盘管连接，换热盘管尾端连接输气管插入吸附剂筒体内，所述吸附剂筒体两侧固定有预冷盘管，所述液氮注入口位于纯化器侧面下部，所述纯化器瓶底有一纯化器底座，且瓶底连接有一个排液口，一根气氮放空管垂直方向插入纯化器，直到液氮注入口附近固定，且气氮放空管与液氮注入口均位于吸附剂筒体外，所述出气管插入纯化器顶部法兰盖，固定在纯化器上部。

所述膜式加压机与纯化器的连接管路上还有另一根管路，通向原料泵，且该管路上有一循环阀。

所述膜式加压机与纯化器之间有一纯化阀。

所述超纯氦纯化装置还包括一个活化再生单元，由电加热棒、机械真空泵、压力表和抽空阀组成。所述机械真空泵通过管路连接出气管，所述管路上安装有压力表和抽空阀，所述电加热棒垂直方向插入纯化器吸附剂筒体内部。

本实用新型的有益效果，采用高压低温纯化技术，可使吸附剂的吸附性能增加，且产生的超纯氦可直接充瓶，避免用增压机增压充瓶，减少污染，同时，高压吸附纯化亦增加吸附器的吸附容量及纯化深度，保证产品质量。采用装填椰子壳活性炭和增强型细孔球形硅胶混合的吸附剂，其中硅胶抗压力变化气流冲击的性能比传统吸附剂活性炭强，实际上硅胶在吸附筒体内起到了骨架的作用，从而可减少活性炭粉化速度，另外，硅胶和活性炭的再生温度大致相同，非常匹配。采用换热盘管换热，可以把纯化后的氦气带走的冷量换热后传递给原料氦气，从而可减少生产过程中液氮的耗量，降低生产成本。利用低温纯化器的气氮放空管来控制吸附器的液氮液面高度，计算确定气氮放空管在低温吸附纯化器液氮杜瓦瓶内的插入高度，当液氮面超过气氮放空管的入口时，那时管口阀门喷出来的不是气氮而是液氮，说明液氮面已高过气氮放空管的入口高度，因此适当调节液氮的加入量，使其只放出气氮而不喷液氮，从而达到控制液氮液面的目的。气氮放空管插入液氮杜瓦瓶内的高度，根据纯化结果可作适当的升降。

附图说明

图1 超纯氦纯化装置流程示意图。

图2 超纯氦纯化器示意图。

图3 超纯氦纯化器再生单元流程示意图。

具体实施例

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

如图1所示，一种超纯氦纯化装置，包括原料泵1、缓冲罐2、膜式加压机3、纯化器4、超纯氦灌装单元5和压力表6；所述原料泵1、缓冲罐2、膜式加压机3、纯化器4和超纯氦灌装单元5依次通过管路连接，压力表6位于纯化器4与超纯氦灌装单元5之间。