一種氦氣回收提純裝置的製作方法
2024-03-08 23:47:15
本實用新型涉及一種化工氣體的回收提純裝置，具體涉及一種氦氣回收提純裝。
背景技術：
氦氣（He）是一種無色的惰性氣體，放電時發深黃色的光。在常溫下，它是一種極輕的無色、無臭、無味的單原子氣體。氦氣是所有氣體中最難液化的，是唯一不能在標準大氣壓下固化的物質。氦的化學性質非常不活潑，一般狀態下很難和其他物質發生反應。氦是一種稀缺的戰略資源，中國作為貧氦國之一，長期依賴進口，對氦資源的合理分配及應用顯得尤為重要。
在現代工業製造領域，氦氣廣泛應用於軍工、科研、石化、製冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬製造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等。然而，工業用氦一般直接消耗，排放到大氣中，不對尾氣中的氦進行回收、提純等後處理。其原因一般以氦佔產品原材料成本比重不高，不具備回收條件或回收難度大，提純技術不成熟等為主。
工業用氦尾氣中的氦純度一般可以達到30％~70％不等，若這些氦資源被白白浪費掉，這對原本貧氦的中國無疑是雪上加霜。近些年，隨著國際市場對氦資源的控制，國內工業行業對產品成本的控制，富氦尾氣的回收純化設備呼之欲出。例如，中國發明專利申請CN103771362A公開了一種光纖製造廢氦氣在線式純化系統，包括回收單元、膜分單元、供氣單元，由回收單元過來的富氦尾氣經吸附器進行粉塵、油脂、水汽的去除處理後，通過管路進入膜分離器進行提純，經過提純的富氦尾氣再通過管路進入緩衝罐暫存，純度檢測儀檢測緩衝罐中富氦尾氣的氦氣純度，當檢測到經膜分離器提純後緩衝罐中富氦尾氣純度達到設定的純度標準時，則富氦尾氣通過緩衝罐上出氣管路進入供氣單元。
然而，由於上述純化系統主要依靠膜分離器進行提純，而膜分離器的效率比較低，會消耗掉一部分原料氣，因此最終系統純化回收率一般在85~90%左右。此外，上述純化系統提純的純度只有99%，亦有進一步提高的需要。因此，開發一種氦氣回收提純的裝置，以同時提高系統純化回收率和提純純度，顯然具有積極的現實意義。
技術實現要素：
本實用新型目的是提供一種氦氣回收提純裝置。
為達到上述發明目的，本實用新型採用的技術方案是：一種氦氣回收提純裝置，包括依次連接的流量計、初級過濾器、真空泵、壓縮機、精密過濾器、第一緩衝罐、吸附系統、第二緩衝罐、深冷塔；
所述吸附系統包括至少2組串聯的吸附柱，經過吸附系統之後使得原料氣體中二氧化碳的含量小於等於0.2 ppm，水分的含量小於等於1 ppm，並除去滷族氣體；
所述深冷塔內設有至少三組串聯的換熱器，使提純得到的氦氣純度大於等於99.999%。
上文中，原料氣可以採用來自各個現代工業製造領域的工業用氦尾氣，如石化、製冷、醫療、半導體、管道檢漏、超導實驗、金屬製造、深海潛水、高精度焊接、光電子產品生產等；原料氣中氦純度一般為30％~70％。
上文中，所述滷族氣體主要是指氯氣為代表的滷族氣體。
上述技術方案中，所述流量計為質量流量計。用以控制和調節原料氣的流量。
上述技術方案中，所述壓縮機為活塞壓縮機。
上述技術方案中，所述精密過濾器為並聯雙級精密過濾器。
上述技術方案中，所述深冷塔上還設有抽取輕組分雜質氣體的真空泵。
上述技術方案中，所述第一緩衝罐和吸附系統之間還設有一氧化碳催化系統。該一氧化碳催化系統用來將原料氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳。
上述技術方案中，所述一氧化碳催化系統包括換熱器、加熱器、催化床和冷卻器。
上述技術方案中，所述吸附系統包括包括4組串聯的吸附柱。以除去原料氣中的二氧化碳、滷族氣體和水分。
上述技術方案中，所述吸附系統還包括氮氣加熱器、氮氣流量計和消音器。
本實用新型的工作流程如下：
(1) 經過質量流量計調控原料氣流速，然後經由初級過濾器過濾掉原料氣中固體顆粒；
(2) 由真空泵對原料氣進行抽取，再進入活塞壓縮機進行壓縮至6~8 bar；再經由精密過濾器，除去經過吸附器帶來的固體顆粒物至0.1微米；
(3) 經第一緩衝罐壓力緩衝後進入一氧化碳催化系統，將原料氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳；
(4) 然後進入吸附系統（吸附系統內可以設置兩組吸附柱並聯，一組工作，一組再生），吸附除去原料氣中的二氧化碳、水分、滷族氣體等；
(5) 通過第二緩衝罐緩衝壓力後，進壓縮機，增壓至冷流塔工作壓力30 bar後，出壓縮機後進入深冷塔，通過氣體組分在一定壓力下的沸點差，進行換熱氣化分離，最後提純得到純度大於等於99.999%的氦氣。
由於上述技術方案運用，本實用新型與現有技術相比具有下列優點：
1．本實用新型開發了一種氦氣回收提純裝置，可以適用於現代工業各個製造領域的工業用氦尾氣，且實驗證明，採用本實用新型的裝置之後，最終的系統純化回收率在95%左右，最終提純得到的氦氣純度大於等於99.999%；取得了顯著的效果；
2. 本實用新型先採用吸附系統吸附去除原料氣中的二氧化碳、滷族氣體等，不僅提高了原料氣中氦氣的純度，而且簡化了後續提純工藝；然後採用深冷塔，在吸附的基礎上對所回收的氦氣進行更深層次的提純，其純度可達4.5N標準，因而具有良好的開發提純空間；
3.本實用新型的深冷塔可以採用高壓提純工藝，通過液氮冷媒進行換熱，具有可靠的監控能力；
4.本實用新型的裝置的提純效率高、簡單易懂，而且可以設計為在線式操作設備，可實現全程在線控制，具有良好的操作性能，適於推廣應用。
附圖說明
圖1是本實用新型實施例一的裝置流程圖。
圖2是本實用新型實施例一中一氧化碳催化系統的裝置流程圖。
圖3是本實用新型實施例一中吸附系統的裝置流程圖。
其中：1、流量計；2、初級過濾器；3、真空泵；4、壓縮機；5、精密過濾器；6、第一緩衝罐；7、吸附系統；8、第二緩衝罐；9、第二壓縮機；10、深冷塔；11、一氧化碳催化系統；12、換熱器；13、加熱器；14、催化床；15、冷卻器；16、氮氣加熱器；17、氮氣流量計；18、消音器；19、吸附柱；20、第二精密過濾器。
具體實施方式
下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步描述：
實施例一：
參見圖1~3所示，一種氦氣回收提純裝置，包括依次連接的流量計1、初級過濾器2、真空泵3、壓縮機4、精密過濾器5、第一緩衝罐6、吸附系統7、第二精密過濾器20、第二緩衝罐8、第二壓縮機9、深冷塔10；
所述第二緩衝罐和深冷塔之間設有第二壓縮機9；
所述吸附系統包括4組串聯的吸附柱19，經過吸附系統之後使得原料氣體中二氧化碳的含量小於等於0.2 ppm，水分的含量小於等於1 ppm，並除去滷族氣體；
所述深冷塔內設有至少三組串聯的換熱器，使提純得到的氦氣純度大於等於99.999%。
所述流量計為質量流量計。所述壓縮機為活塞壓縮機。所述精密過濾器為並聯雙級精密過濾器。
所述深冷塔上還設有抽取輕組分雜質氣體的真空泵。
所述第一緩衝罐和吸附系統之間還設有一氧化碳催化系統11。所述一氧化碳催化系統包括換熱器12、加熱器13、催化床14和冷卻器15。冷卻器通過水循環系統進行冷卻處理。參見圖2所示。
所述吸附系統還包括氮氣加熱器16、氮氣流量計17和消音器18。
本實用新型的工作流程如下：
(1) 經過質量流量計調控原料氣流速，然後經由初級過濾器過濾掉原料氣中固體顆粒；
(2) 由真空泵對原料氣進行抽取，再進入活塞壓縮機進行壓縮至6~8 bar；再經由精密過濾器，除去經過吸附器帶來的固體顆粒物；
(3) 經第一緩衝罐壓力緩衝後進入一氧化碳催化系統，將原料氣中的一氧化碳轉化為二氧化碳；
(4) 然後進入吸附系統（吸附系統內可以設置兩組吸附柱並聯，一組工作，一組再生），吸附除去原料氣中的二氧化碳、水分、滷族氣體等；
(5) 再經由精密過濾器，除去經過吸附器帶來的固體顆粒物至0.1微米；然後進入第二緩衝罐，通過第二緩衝罐緩衝壓力後，進壓縮機，增壓至冷流塔工作壓力30 bar後，出壓縮機後進入深冷塔，通過氣體組分在一定壓力下的沸點差，進行換熱氣化分離，最後提純得到純度大於等於99.999%的氦氣。