一種提濃純化高純氦氣的裝置和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種提濃純化高純氦氣的方法，屬于氣體回收循環經濟等相關技術領 域。
【背景技術】
[0002] 氦氣是惰性氣體，屬于小原子物質，具有良好的擴散性和熱學性能，在空氣中含 量極其微小，占體積的5. 26x10'氦氣是油氣伴生物，但是中國的油氣田含氦量很低，不到 0. 1 %，中國屬于貧氦國家，我國工業用氦主要依賴進口，氦氣是寶貴的資源，地殼內的氦氣 資源預計將在25-30年后被耗盡。
[0003] 我國工業用氦氣主要從美國進口，目前氦氣資源供應已經出現緊張情況，而且氦 氣價格也一直在上漲，供應最緊張的時候有價無貨的現象也屢屢發生。因此，提濃和回收氦 氣迫在眉睫。
[0004]目前市面上的氦氣提濃回收方法主要是變壓吸附法，但是變壓吸附法有如下缺 點：一次性投資巨大，占地需求大；需要多級純化，從而系統復雜，收率低；吸附劑用量大， 種類多，且生命周期較短；再者變壓吸附不能將氦氣提濃到99. 999%以上的濃度，滿足不 了很多半導體廠、光纖廠的需求。
【發明內容】
[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種提濃純化高純氦氣的裝置及方法，可將濃度 為50-99%的原料氦氣提純至99. 999%以上。
[0006] 為了解決上述技術問題，本發明提供了一種提濃純化高純氦氣的裝置，其特征在 于，包括依次連接的除氯裝置、緩沖罐、壓縮機、過濾器、干燥機、干燥塔、液氬罐、固氬罐、吸 附罐和儲氣罐。
[0007] 進一步地，所述的液氬罐、固氬罐和吸附罐中的至少一個浸泡在液氮杜瓦罐內的 液氮中。
[0008] 進一步地，所述的壓縮機的進出口均設置壓力傳感器，用以連鎖進口低壓和出口 高壓時停止壓縮機以此來保護壓縮機。
[0009] 進一步地，所述的除氯裝置為一個內有化學吸附填料的吸附柱。
[0010] 進一步地，所述的干燥塔可以進行加熱再生，重復使用。
[0011] 本發明還提供了一種提濃純化高純氦氣的方法，其特征在于，采用上述的提濃純 化高純氦氣的裝置，具體步驟包括：
[0012] 步驟1 :將濃度為50-99%的原料氦氣首先經過一個除氯裝置去除尾氣中殘余的 氯氣，而后尾氣被收集到緩沖罐內；
[0013] 步驟2 :緩沖罐出口的氦氣經過壓縮機增壓；
[0014] 步驟3 :壓縮機出口后的高壓氣體經過過濾器和干燥機進行除油、除水和除顆粒；
[0015] 步驟4:干燥機出口的潔凈干燥的氣體首先進入干燥塔，在常溫下，使用分子篩將 氦氣中水分和二氧化碳去除；
[0016] 步驟5 :從干燥塔出來的潔凈氦氣再進入液氬罐，控制液氬罐的溫度，將大部分的 氬氣凝結后通過排放閥排掉，純凈的氣體再進入固氬罐；
[0017] 步驟6 :控制固氬罐的溫度，將剩余的部分氬氣固化，同時將大部分的氮氣和氧氣 冷凝凝結，冷凝下來的氮氣和氧氣通過排放閥排掉，固態的氬氣在系統再生時氣化后排掉， 純凈的氦氣再進入吸附罐內；
[0018] 步驟7 :控制吸附罐的溫度，將剩余的氬氣、氮氣和氧氣進行吸附純化處理；
[0019] 步驟8:將純凈的高純氦氣收集到儲氣罐內。
[0020] 優選地，所述的儲氣罐中的高純氦氣用水分儀和氣相色譜儀對高純氦氣進行分 析，分析結果顯示氦氣濃度多99. 999%。
[0021] 優選地，所述的步驟5中，液氬罐的溫度控制在-186°C至_188°C。
[0022] 優選地，所述的步驟6中，固氬罐溫度控制在-196°C至_198°C。
[0023] 優選地，所述的步驟7中，吸附罐溫度控制在-196°C至_198°C。
[0024] 優選地，所述的步驟2中，緩沖罐出口的氦氣經過壓縮機增壓至15-25bar。
[0025] 優選地，所述的液氬罐、固氬罐和吸附罐可以再生使用。
[0026] 與現有技術相比，本發明的有益效果是：
[0027] 本發明的提濃純化高純氦氣的裝置和方法可以將氦氣提純到多99. 999%以上，且 氦氣回收率達到95%以上，可以二次供給用戶端繼續使用，實現了氦氣的循環使用。
【附圖說明】
[0028] 圖1為提濃純化高純氦氣的裝置結構示意圖；
[0029] 圖中：
[0030] 1、除氯裝置； 2、緩沖罐； 3、壓縮機
[0031]4、過濾器； 5、干燥機； 6、干燥塔；
[0032] 7、液氣杜瓦罐；8、液氣罐； 9、固氣罐；
[0033] 10、吸附罐； 11、儲氣罐。
【具體實施方式】
[0034] 為使本發明更明顯易懂，茲以優選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0035] 實施例1
[0036]如圖1所示，為提濃純化高純氦氣的裝置結構示意圖。所述的提濃純化高純氦氣 的裝置包括依次連接的干式的除氯裝置1、緩沖罐2、壓縮機3、過濾器4、干燥機5、干燥塔 6、液氬罐8、固氬罐9、吸附罐10和儲氣罐11，其中，所述的液氬罐8、固氬罐9和吸附罐10 浸泡在液氮杜瓦罐7內的液氮中。所述的干式的除氯裝置1為一個內有化學吸附填料氫氧 化鈉的吸附柱。所述的液氬罐8和固氬罐9設有排放閥。所述的液氬罐8、固氬罐9和吸附 罐 10可以再生使用。所述的壓縮機3的進出口均設置壓力傳感器，用以連鎖進口低壓和出 口高壓時停止壓縮機以此來保護壓縮機。所述的過濾器4為常用的氣體過濾器，過濾精度 為0.1 um左右，所述的吸附罐采用分子篩作為吸附劑。所述的干燥塔內6設有4A型號的分 子篩，可以進行加熱再生，重復使用
[0037] 采用上述的提濃純化高純氦氣的裝置來提濃純化高純氦氣的具體步驟為：
[0038] 步驟Sl:將濃度為50%的原料氦氣首先經過一個除氯裝置1去除尾氣中殘余的氯 氣，而后尾氣被收集到緩沖罐內；
[0039] 步驟S2 :緩沖罐2出口的源氣經過壓縮機3增壓至20bar;
[0040] 步驟S3 :壓縮機3出口后的高壓氣體經過過濾器4和干燥機5進行除油、除水、除 顆粒；
[0041] 步驟S4:干燥機5出口的潔凈干燥的氣體首先進入干燥塔6,在常溫下，使用分子 篩將氦氣中水分和二氧化碳徹底去除；
[0042] 步驟S5 :從干燥塔6出來的無油無水的潔凈氦氣再進入液氬罐8,將液氬罐8浸泡 在液氮杜瓦罐7內，控制液氬罐6的溫度為-186°C，將大部分的氬氣凝結后通過排放閥排 掉，純凈的氣體再進入固氬罐9 ;
[0043]步驟S6:將固氬罐9浸泡在液氮杜瓦罐7內，控制固氬罐9的溫度為-196°C，將剩 余的氬氣固化，同時將大部分的氮氣、氧氣等雜質冷凝凝結，冷凝下來的氮氣、氧氣需要通 過排放閥排掉，固態的氬氣在系統再生時氣化后排掉，純凈的氣體再進入吸附罐10內；
[0044] 步驟S7 :將吸附罐10浸泡在液氮杜瓦罐7內，控制吸附罐10的溫度為_196°C，將 剩余的氬氣、氮氣、氧氣等雜質進行低溫吸附純化處理；
[0045] 步驟S8 :純凈的高純氦氣收集到儲氣罐11內，回收效率達96%，用水分儀和氣相 色譜儀對高純氦氣進行分析，分析結果顯示氦氣濃度多99. 999%，分析結果如下：
[0046]
[0047] 實施例2
[0048] 如圖1所示，為提濃純化高純氦氣的裝置結構示意圖。所述的提濃純化高純氦氣 的裝置包括依次連接的干式的除氯裝置1、緩沖罐2、壓縮機3、過濾器4、干燥機5、干燥塔 6、液氬罐8、固氬罐9、吸附罐10和儲氣罐11，其中，所述的液氬罐8、固氬罐9和吸附罐10 浸泡在液氮杜瓦罐7內的液氮中。所述的干式的除氯裝置1為一個內有化學吸附填料氫氧 化鉀的吸附柱。所述的液氬罐8和固氬罐9設有排放閥。所述的液氬罐8、固氬罐9和吸 附罐10可以再生使用。所述的壓縮機3的進出口均設置壓力傳感器，用以連鎖進口低壓和 出口高