[发明专利]一种可去除氢氖的氦气提纯系统

说明书

本发明公开了一种可去除氢氖的氦气提纯系统，包括前处理装置、真空容器、一级提纯装置和二级提纯装置，所述真空容器内设置有相互连通的一级提纯装置和二级提纯装置，设置在真空容器外部的前处理装置的输出端连接一级提纯装置；所述一级提纯装置包括液氮容器、一级换热器、冷凝设备和一级低温吸附装置；所述二级提纯装置包括二级换热器、冷头换热器、GM制冷机和二级低温吸附装置。本发明的优点在于，该系统能够吸附氧气和氮气杂质，大大提高了氦气的提纯度；并且二次提纯后的氦气本身为一级换热器和二级换热器提供冷源，大大减少了冷源消耗。

技术领域

本发明涉及氦气提纯技术领域，具体为一种可去除氢氖的氦气提纯系统。

背景技术

氦气是一种无色无味的惰性气体，液化温度为-269℃，被广泛用于光纤制造、半导体生产、金属制造、焊接及检漏等诸多工业领域。氦气虽然用途广、使用量大，但来源却有限，是一种稀缺性战略资源。空气中氦含量约为5ppm，基本不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生气回收，同时，由于氦气是全球战略资源，储量有限且主要生产国家的出口控制日趋收紧。因此对于氦气这种不宜获得的稀缺资源，开展回收再利用极具意义。

目前，公开号为CN104176717A的中国发明专利公开了一种氦气回收提纯方法，其包括的步骤依次为：过滤；化学吸附；配气；加热；催化；冷却；一次净化；冷却；精馏；二次净化。本发明还公开了一种氦气回收提纯装置，该装置包括：过滤器；化学吸附装置；组分分析装置；加气罐；加热器；催化系统；冷却器；第一净化系统；粗氦冷却器；精馏塔；第二净化系统；以及氦气储罐。采用本发明的氦气回收提纯方法和装置，能够用于回收含有氦气的工业废气，将氦气的纯度提高，也可以深入提纯得到纯氦、高纯氦和超纯氦产品。相对于现有技术，采用本发明的氦气回收提纯方法和装置回收提纯氦气具有工艺简单、具有工艺简单、成本较低、环保高效且适用范围较广的优点。

但是上述专利利用低温变压吸附法可去除氦气中的油、有机物、水、二氧化碳、氮气、氧气，但是由于温度无法再降低，很难去除的氦气中的氢气、氖气，导致氦气的提纯度不能满足要求，并且冷源的损耗较多，提纯成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何去除氢氖来提高氦气的提纯度、减少冷源的消耗。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种可去除氢氖的氦气提纯系统，包括前处理装置、真空容器、一级提纯装置和二级提纯装置，所述真空容器内设置有相互连通的一级提纯装置和二级提纯装置，设置在真空容器外部的前处理装置的输出端连接一级提纯装置。

所述一级提纯装置包括液氮容器、一级换热器、冷凝设备和一级低温吸附装置，所述液氮容器设置在真空容器内，所述液氮容器内设置有一级换热器、冷凝设备和一级低温吸附装置，所述前处理装置的输出端连接所述一级换热器的热介质进口，所述一级换热器的热介质出口通过冷凝设备连接一级低温吸附装置，所述一级低温吸附装置的输出端连接所述二级提纯装置。

所述二级提纯装置包括二级换热器、冷头换热器、GM制冷机和二级低温吸附装置，所述二级换热器的热介质进口连接一级低温吸附装置输出端，所述二级换热器的热介质出口通过冷头换热器连接所述二级低温吸附装置输入端，固定在真空容器外部的GM制冷机输入端连接所述冷头换热器为其提供冷源，所述二级低温吸附装置的输出端连接所述二级换热器的冷介质进口，所述二级换热器的冷介质出口连接所述一级换热器的冷介质进口，所述一级换热器的冷介质出口用于排出纯化后的氦气。

通过二级换热器和冷头换热器的设置，降低一级提纯装置所提纯的一次纯化气体的温度，使得二级低温吸附装置能够吸附一次纯化气体中的氧气和氮气杂质，实现对一次纯化气体的二次提纯，得到99.9995％的纯化氦气，大大提高了氦气的提纯度。

通过二次提纯后的氦气本身为一级换热器和二级换热器提供冷源，大大降低了流出一级换热器后的待纯化气体和流出二级换热器后一次纯化气体的温度，进而大大减少了冷源消耗。