專利名稱：一種高純度氬氣凈化裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種氬氣凈化裝置，尤其是一種可連續運行的高純度氬氣凈化裝置，屬于惰性氣體技術領域。
背景技術：
氬氣是一種稀有的惰性氣體，它在飛機制造、造船、原子能工業和機械工業等領域得到廣泛應用，由于其化學性質十分不活潑，在對特殊金屬(例如鋁、鎂、銅及其合金和不銹鋼)焊接時，往往用氬氣作為焊接保護氣，防止焊接件被空氣氧化或氮化；高純度氬氣還在半導體工業中用作生產純硅和鍺晶體的保護氣體。為了保證上述應用中產品的質量，對氬氣的純度提出了相應的要求，因此涉及到氬氣的凈化提純問題。目前氬氣高純度凈化一般采用大批量提純的設備，產品氣分裝后再供不同生產部門使用，由于現有提純設備難以實現一次性將氬氣提純凈化到99.9999%的目標，而且不能在生產現場根據實際使用情況對低純度氬氣進行凈化處理，所以現有大批量提純設備不能滿足生產、科研等部門的實際應用需求。
實用新型內容本實用新型的目的在于針對現有技術之弊端，提供一種適應性強、操作方便、能滿足生產現場實際需求的高純度氬氣凈化裝置。本實用新型所述問題是以下述技術方案實現的:一種高純度氬氣凈化裝置，它包括交替運行的兩個工作組，其中每一工作組均由氬氣凈化系統和脫氧劑再生系統組成，所述氬氣凈化系統包括通過管路連接的原料氣過濾器、一級凈化柱、二級凈化柱、氬氣風冷冷卻器、氬氣水冷冷卻器和產品氣過濾器，所述原料氣過濾器安裝在原料氣氣源與一級凈化柱之間的管路上，所述一級凈化柱出氣口與二級凈化柱進氣口連接，在二級凈化柱出氣口處并聯氬氣風冷冷卻器和氬氣水冷冷卻器，所述產品氣過濾器位于氬氣凈化系統管路后端，在氬氣凈化系統管路末端設置產品氣收集口。上述高純度氬氣凈化裝置，所述原料氣過濾器的進口管路上設有原料氣流量表、第一截止閥和第一壓力表，所述第一壓力表管路上設有第三截止閥，在原料氣過濾器出口管路上設有第二壓力表，所述第二壓力表管路上設有第四截止閥。上述高純度氬氣凈化裝置，所述一級凈化柱外部設有電加熱機構，在一級凈化柱內部填充吸附劑和脫氧劑，在一級凈化柱上設置一級凈化柱溫度顯示表，所述一級凈化柱進氣口與原料氣過濾器出口管路連接，在一級凈化柱出口管路上設有第六截止閥。上述高純度氬氣凈化裝置，所述二級凈化柱外部設有電加熱機構，在二級凈化柱內部填充過渡金屬化合物吸附劑，在二級凈化柱上設置二級凈化柱溫度顯示表，二級凈化柱出口管路與氬氣風冷冷卻器進氣口及氬氣水冷冷卻器進氣口為三通結構，在氬氣風冷冷卻器進氣口處設置第十一截止閥，在氬氣水冷冷卻器進氣口處設置第十截止閥。上述高純度氬氣凈化裝置，所述氬氣水冷冷卻器內設有冷卻水流通管路和氬氣流通管路，所述冷卻水流通管路兩端分別連接冷卻水進口與冷卻水出口，所述氬氣流通管路兩端分別與二級凈化柱出氣管路及產品氣過濾器進氣口連接。上述高純度氬氣凈化裝置，所述產品氣過濾器的出氣管路上設有產品氣純度檢測表和第九截止閥，在產品氣純度檢測表管路上還設有第八截止閥。上述高純度氬氣凈化裝置，所述脫氧劑再生系統包括氫氣輸送管路、再生廢氣冷卻器和廢氣排放口，所述氫氣輸送管路進氣端與氫氣供應氣源連接，在氫氣輸送管路上設有氫氣流量表和第二截止閥，氫氣經原料氣過濾器進入一級凈化柱內，在此完成脫氧劑還原反應后，廢氣經廢氣冷卻器冷卻，所述廢氣冷卻器連接在氬氣水冷冷卻器的冷卻水管路中，在廢氣冷卻器進氣管路上設有第五截止閥，廢氣冷卻器出氣口與廢氣排放口連接。本實用新型的氬氣凈化系統中設有原料氣過濾器、一級凈化柱、二級凈化柱和產品氣過濾器，原料氣通過原料氣過濾器去除固體雜質，再由一級凈化柱中填充的吸附劑吸收水分及二氧化碳等雜質成分，一級凈化柱中的脫氧劑與原料氣中的氧氣發生化學反應，將原料氣中的氧氣去除，然后原料氣進入二級凈化柱中，在此原料氣中的雜質氣體與二級凈化柱內部填充的過渡金屬化合物吸附劑發生化學反應，生成固態化合物，達到進一步去除雜質的目的。經本實用新型凈化后氬氣純度> 99.9999%，產品氣中雜質成分降低為:O2 ^ 0.1 ppm, N2 ^ 0.1 ppm, H2O ^ 0.1 ppm, H2 ^ 0.1 ppm, CO ^ 0.1 ppm, CO2 ^ 0.1ppm, CnHm ^ 0.1 ppm ,顆粒物< 0.1 ppm。本實用新型的IS氣凈化系統中設有IS氣風冷冷卻器和氬氣水冷冷卻器，當凈化氣體流量較小時可利用氬氣風冷冷卻器對凈化后的氣體進行冷卻，當凈化氣體流量較大時可利用氬氣水冷冷卻器對凈化后的氣體進行冷卻。本實用新型設有交替運行的兩個工作組，當一個工作組負荷飽和后可自動完成切換功能，使另一個工作組運行，同時被切換的工作組進入脫氧劑再生過程，這樣保證了為使用點連續提供高純度氬氣。總之，本實用新型具有適應性強、操作方便、凈化效果好的特點，充分滿足了生產、科研等部門的需求。
以下結合附圖對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型組成結構示意圖；圖2是氬氣凈化系統結構示意圖；圖3是脫氧劑再生系統結構示意圖。圖中各標號清單為:1、原料氣氣源，2、氫氣供應氣源，3、冷卻水出口，4、廢氣排放口，5、冷卻水進口，6、產品氣收集口 ；F101、第一截止閥，F102、第二截止閥，F103、第三截止閥，F104、第四截止閥，F105、第五截止閥，F106、第六截止閥，F107、第七截止閥，F108、第八截止閥，F109、第九截止閥，F110、第十截止閥，Fill、第i^一截止閥；F101、原料氣流量表，F102、氫氣流量表，P101、第一壓力表，P102、第二壓力表，T101、一級凈化柱溫度顯示表，T102、二級凈化柱溫度顯示表，AE01、產品氣純度監測表；A、原料氣過濾器，B、產品氣過濾器，Cl、一級凈化柱，C2、二級凈化柱，E1、氬氣風冷冷卻器，E2、IS氣水冷冷卻器，E3、再生廢氣冷卻器。
具體實施方式
參看
圖1、圖2，本實用新型包括交替運行的兩個工作組，其中每一工作組均由氬氣凈化系統和脫氧劑再生系統組成，所述氬氣凈化系統包括通過管路連接的原料氣過濾器A、一級凈化柱Cl、二級凈化柱C2、氬氣風冷冷卻器E1、氬氣水冷冷卻器E2和產品氣過濾器B，所述原料氣過濾器A安裝在原料氣氣源I與一級凈化柱Cl之間的管路上，所述一級凈化柱Cl出氣口與二級凈化柱C2進氣口連接，在二級凈化柱C2出口處并聯氬氣風冷冷卻器El和IS氣水冷冷卻器E2,所述產品氣過濾器B位于IS氣凈化系統管路后端，在IS氣凈化系統管路末端設置產品氣收集口 6。參看圖2，本實用新型在氬氣凈化過程中，原料氣通過原料氣過濾器A去除固體雜質，可通過第一壓力表PIOl與第二壓力表P102顯示壓力的差值，判斷過濾器內的固體顆粒雜質的量；再由一級凈化柱Cl中填充的吸附劑吸收原料氣中的水分及二氧化碳等雜質成分，一級凈化柱Cl中填充的脫氧劑與原料氣中的氧氣發生化學反應，將原料氣中的氧氣去除；然后原料氣進入二級凈化柱中，在此原料氣中的氮氣、烴類及殘留的氧氣、水、一氧化碳、二氧化碳等雜質氣體與二級凈化柱內部填充的過渡金屬化合物吸附劑發生化學反應，生成固態化合物，達到進一步去除雜質的目的。本實用新型在氬氣凈化系統中設置了氬氣風冷冷卻器El和氬氣水冷冷卻器E2，當凈化氣體流量較小時可利用氬氣風冷冷卻器El對凈化后的氣體進行冷卻，當凈化氣體流量較大時可利用氬氣水冷冷卻器E2對凈化后的氣體進行冷卻，氬氣風冷冷卻器El和氬氣水冷冷卻器的切換通過設置在在氬氣風冷冷卻器進氣口處的第十一截止閥(Fill)和設置在氬氣水冷冷卻器進氣口處的第十截止閥(FllO)控制。經冷卻后的產品氣通過產品氣純度檢測表AEOl檢測合格后由產品氣收集口排出。本實用新型由截止閥F108的開啟和關閉控制純度檢測表AEOl與產品氣管路之間的連通或關閉。參看圖3，本實用新型的脫氧劑再生系統運行時，由氫氣流量表F102控制氫氣供應氣源2提供的氫氣量，氫氣經原料氣過濾器A進入一級凈化柱Cl內，在此完成脫氧劑還原反應，然后廢氣經廢氣冷卻器E3冷卻后由廢氣排氣口 4排出。
權利要求1.一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，它包括交替運行的兩個工作組，其中每一工作組均由氬氣凈化系統和脫氧劑再生系統組成，所述氬氣凈化系統包括通過管路連接的原料氣過濾器(A)、一級凈化柱(Cl)、二級凈化柱(C2)、氬氣風冷冷卻器(El)、氬氣水冷冷卻器(E2)和產品氣過濾器(B)，所述原料氣過濾器(A)安裝在原料氣氣源(I)與一級凈化柱(Cl)之間的管路上，所述一級凈化柱(Cl)出氣口與二級凈化柱(C2)進氣口連接，在二級凈化柱(C2)出口處并聯氬氣風冷冷卻器(El)和氬氣水冷冷卻器(E2)，所述產品氣過濾器(B)位于氬氣凈化系統管路后端，在氬氣凈化系統管路末端設置產品氣收集口(6)。
2.根據權利要求1所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述原料氣過濾器(A)的進口管路上設有原料氣流量表(FIOl)、第一截止閥(FlOl)和第一壓力表(PIOl)，在第一壓力表管路上設有第三截止閥(F103)，在原料氣過濾器(A)出口管路上設有第二壓力表(P102)，所述第二壓力表管路上設有第四截止閥(F104)。
3.根據權利要求2所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述一級凈化柱(Cl)外部設有電加熱機構，在一級凈化柱(Cl)內部填充吸附劑和脫氧劑，在一級凈化柱(Cl)上設置一級凈化柱溫度顯示表(TIOl)，一級凈化柱進氣口與原料氣過濾器出口管路連接，在一級凈化柱出口管路上設有第六截止閥(F106)。
4.根據權利要求3所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述二級凈化柱(C2)外部設有電加熱機構，在二級凈化柱(C2)內部填充過渡金屬化合物吸附劑，在二級凈化柱(C2)上設置二級凈化柱溫度顯示表(T102)，二級凈化柱出口管路與氬氣風冷冷卻器(El)進氣口及氬氣水冷冷卻器(E2)進氣口為三通結構，在氬氣風冷冷卻器進氣口處設置第十一截止閥(Fill)，在氬氣水冷冷卻器進氣口處設置第十截止閥(FllO)。
5.根據權利要求4所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述氬氣水冷冷卻器(E2)內設有冷卻水流通管路和氬氣流通管路，所述冷卻水流通管路兩端分別連接冷卻水進口(5)與冷卻水出口(3)，所述氬氣流通管路兩端分別與二級凈化柱(C2)出氣管路及產品氣過濾器(B)進氣口連接。
6.根據權利要求5所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述產品氣過濾器(B)的出氣管路上設有產品氣純度檢測表(AEOl)和第九截止閥(F109)，在產品氣純度檢測表(AEOl)管路上還設有第八截止閥(F108)。
7.根據權利要求6所述的一種高純度氬氣凈化裝置，其特征是，所述脫氧劑再生系統包括氫氣輸送管路、再生廢氣冷卻器(E3)和廢氣排放口(4),所述氫氣輸送管路進氣端與氫氣供應氣源(2)連接，在氫氣輸送管路上設有氫氣流量表(F102)和第二截止閥(F102),氫氣經原料氣過濾器(A)進入一級凈化柱(Cl)內，在此完成脫氧劑還原反應后，廢氣經廢氣冷卻器(E3)冷卻，所述廢氣冷卻器(E3)連接在氬氣水冷冷卻器(E2)的冷卻水管路中，在廢氣冷卻器進氣管路上設有第五截止閥(F105)，廢氣冷卻器(E3)的出氣口與廢氣排放口⑷連接。
專利摘要一種高純度氬氣凈化裝置，用于實現氬氣的提純凈化。它包括交替運行的兩個工作組，其中每一工作組均由氬氣凈化系統和脫氧劑再生系統組成，所述氬氣凈化系統包括通過管路連接的原料氣過濾器、一級凈化柱、二級凈化柱、氬氣風冷冷卻器、氬氣水冷冷卻器和產品氣過濾器，所述原料氣過濾器安裝在原料氣氣源與一級凈化柱之間的管路上，所述一級凈化柱出氣口與二級凈化柱進氣口連接，在二級凈化柱出口處并聯氬氣風冷冷卻器和氬氣水冷冷卻器，所述產品氣過濾器位于氬氣凈化系統管路后端，在氬氣凈化系統管路末端設置產品氣收集口。本實用新型具有適應性強、操作方便、凈化效果好的特點，充分滿足了生產、科研等部門的需求。
文檔編號C01B23/00GK203048598SQ20132002762
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月20日 優先權日2013年1月20日
發明者曹素英, 林景升 申請人:廊坊黎明氣體有限公司