[实用新型]一种高纯度氦气纯化装置

说明书

本实用新型提供了一种高纯度氦气纯化装置，属于化工气体分离技术领域，包括通过管道连接的冷凝系统、低温吸附系统和超低温吸附系统，所述冷凝系统包括冷凝负压液氮杜瓦瓶，及设于其内的换热器和冷凝分离器，三者之间通过管道连接；所述低温吸附系统包括低温吸附单元，所述低温吸附单元与所述冷凝分离器通过管道连接；所述超低温吸附系统包括冷箱和制冷机，所述冷箱内还设有第二换热器和超低温吸附单元；由所述低温吸附系统出来的氦气经第二换热器进入超低温吸附单元后流至高纯度氦气出口通道，再经换热器复热后得到高纯度氦气产品。本实用新型将负压液氮低温纯化与制冷机超低温纯化串联并用，实现了低成本、高效率和高纯度的连续化氦气纯化生产。

技术领域

本实用新型涉及化工气体分离技术领域，尤其涉及一种将负压液氮低温纯化与制冷机超低温纯化串联并用的高纯度氦气纯化装置。

背景技术

氦气是一种稀有气体，不可再生，具有化学性质稳定、沸点极低等特性，因此被广泛应用于航空航天、核工业高温气冷反应堆、低温超导研究、光电子产品生产、制冷、半导体、医疗、检漏、深海潜水、高精度焊接等领域，是国家安全和高新技术产业发展的重要战略性物资。

氦在地球中的含量极少，氦气提取的来源有天然气、空气、合成氨尾气等。但空气中氦含量仅5.24 ppm，从大型空分装置中提取的氦气量很少，一般作为空分装置提取氖气的副产品，不具备工业提取价值。从富氦天然气中提取氦气是目前唯一工业化生产氦的方法。

氦气提取分为粗提和精制纯化两步，传统的精制纯化采用常压液氮法，纯化过程中进入低温吸附器的杂质含量较高，低温吸附器负荷较大；同时传统精制纯化方法将冷凝与吸附集成于同一液氮杜瓦瓶内，该集成方法在氦气精制纯化大型化后会面临设备投资重复、以及吸附切换时冷量损耗严重等技术问题。同时，低温冷凝和低温吸附所需低温环境由液氮提供，而原料氦气中存在的杂质氖、氢在液氮温区无法通过冷凝去除，且氖、氢在液氮温区吸附容量较小，导致低温吸附器设备尺寸较大，进而使低温吸附切换过程中氦气损耗较多，特别是在高压低温吸附过程中氦气损耗更大。研究表明，在35K超低温，同一吸附剂对氖的吸附容量是液氮温区的200~500倍左右。

实用新型内容

本实用新型拟提供一种高纯度氦气纯化装置，将负压液氮低温纯化与制冷机超低温纯化串联并用，以实现氦气纯化作业的低成本、高效率和高纯度的连续化生产。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种高纯度氦气纯化装置，包括：

冷凝系统，其包括冷凝负压液氮杜瓦瓶，所述冷凝负压液氮杜瓦瓶内设置有换热器和冷凝分离器，所述换热器的第一通道入口连接原料氦气进入管道，出口连接所述冷凝分离器的入口管道；

低温吸附系统，其包括低温吸附单元，所述低温吸附单元的入口管道与所述冷凝分离器的气相出口管道连接；

超低温吸附系统，其包括冷箱和制冷机，所述冷箱呈高真空绝热状态，所述制冷机的冷头贯穿所述冷箱的顶盖置于所述冷箱内；所述冷箱内还设置有第二换热器和超低温吸附单元；所述第二换热器的第一通道入口连接所述低温吸附系统的出口管道，所述第二换热器的第一通道出口连接所述超低温吸附单元的入口管道；所述超低温吸附单元的出口管道连接所述第二换热器的第二通道入口，所述第二换热器的第二通道出口连接高纯度氦气输出管道；

其中，所述超低温吸附单元包括数量至少为两个的并联的超低温吸附器，各所述超低温吸附器的入口管道和出口管道分别并联于所述超低温吸附单元的入口管道和出口管道，且各所述超低温吸附器的入口管道和出口管道上均设置有阀门，通过控制所述阀门可实现各所述超低温吸附器的切换使用。

可选的，所述低温吸附系统的低温吸附单元的数量至少为两个，各所述低温吸附单元的入口管道并联于所述冷凝分离器的气相出口，各所述低温吸附单元的出口管道并联于所述低温吸附系统的出口管道；其中，各所述低温吸附单元的入口管道和出口管道上均设置有阀门，通过控制所述阀门可实现各所述低温吸附单元的切换使用。