一種氦氣回收提純方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開提供一種氦氣回收提純方法，其包括的步驟依次為：過濾；化學(xué)吸附；配氣；加熱；催化；冷卻；一次凈化；冷卻；精餾；二次凈化。本發(fā)明還公開了一種氦氣回收提純裝置，該裝置包括：過濾器；化學(xué)吸附裝置；組分分析裝置；加氣罐；加熱器；催化系統(tǒng)；冷卻器；第一凈化系統(tǒng)；粗氦冷卻器；精餾塔；第二凈化系統(tǒng)；以及氦氣儲罐。采用本發(fā)明的氦氣回收提純方法和裝置，能夠用于回收含有氦氣的工業(yè)廢氣，將氦氣的純度提高，也可以深入提純得到純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品。相對于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明的氦氣回收提純方法和裝置回收提純氦氣具有工藝簡單、具有工藝簡單、成本較低、環(huán)保高效且適用范圍較廣的優(yōu)點。
【專利說明】一種氦氣回收提純方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種從工業(yè)排放氣體中回收提純氦氣制備高純度氦氣產(chǎn)品的方法及裝直。

【背景技術(shù)】
[0002]氦氣為無色無味，不可燃氣體，空氣中的含量約為百萬分之5.2?；瘜W(xué)性質(zhì)完全不活潑，通常狀態(tài)下不與其它元素或化合物結(jié)合。
[0003]氦氣被廣泛應(yīng)用于諸如軍工、科研、石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實驗、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域中。其主要用途有:利用氦一268.9°C的低沸點，液氦可以用于超低溫冷卻；在懸浮列車等領(lǐng)域中廣受關(guān)注的超導(dǎo)體應(yīng)用中，氦氣是不可或缺的；此外，由于化學(xué)性質(zhì)不活潑和輕于空氣等特征，氦氣常用于飛船或廣告氣球中的充入氣體，這一用途也是眾所周知的；在海洋開發(fā)領(lǐng)域的呼吸用混合氣體中，以及醫(yī)療領(lǐng)域的核磁共振成像設(shè)備的超導(dǎo)電磁體冷卻的用途中，氦氣都得到廣泛的應(yīng)用；氦氣也可用作高真空裝置、原子核反應(yīng)堆、宇宙飛船等的檢漏劑及鎂、鋯、鋁、鈦等金屬焊接的保護氣；在火箭、宇宙飛船上用作輸送液氫、液氧等液體推進劑的加壓氣體；還用作原子反應(yīng)堆的清洗劑、氣體色譜分析分析的載氣、氣球充氣、電弧焊用保護氣、潛水用混合氣和氣體溫度計的填充氣；另外由于氦氣滲透性好、不可燃的特點，它還應(yīng)用于真空檢漏行業(yè)，如氦質(zhì)譜檢漏儀等。
[0004]氦氣理論上可以從空氣中分離抽取，但因其含量過于稀薄，工業(yè)上從含氦量約為0.5%的天然氣中分離、精制得到氦氣。但是由于從天然氣中分離、精制得到氦氣的工藝復(fù)雜、成本較高，因此難以被廣泛應(yīng)用。另一方面，氦氣在使得應(yīng)用領(lǐng)域中最終都隨著工業(yè)廢氣一起排出，造成了大量的資源浪費，不符合人們?nèi)找嬖鲩L的節(jié)能環(huán)保需求。但是目前，雖然有一些氦氣回收系統(tǒng)能夠回收氦氣，但是回收后氦氣的純度無法保證?；厥蘸蟮暮膺€需要進行純化才能再次使用，而氦氣的純化也非常麻煩，成本較高。
[0005]因此，現(xiàn)有技術(shù)中并沒有一種工藝簡單、成本較低的氦氣回收提純方法和裝置，能夠從工礦企業(yè)排放的氣體回收和提純氦氣，得到高純度的氦氣產(chǎn)品。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的第一個目的是提供一種工藝簡單、成本較低、能夠制備高純度氦氣產(chǎn)品的氦氣回收提純方法。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明提供一種氦氣回收提純方法，其特征在于，包括以下步驟:
①將粗氦氣收集并加壓存儲，然后將加壓后的粗氦氣過濾，去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)；
②過濾后的粗氦氣經(jīng)過化學(xué)吸附，脫除有毒有害的腐蝕性雜質(zhì)；
③化學(xué)吸附后的粗氦氣經(jīng)過組分分析后加入氧氣進行配氣；
④對配氣完成后的粗氦氣進行加熱，加熱后的粗氦氣進入催化系統(tǒng)進行催化處理；⑤對催化后的粗氦氣進行冷卻，冷卻后的粗氦氣進入低溫凈化系統(tǒng)進行一次凈化處理；
⑥一次凈化后的粗氦氣通過粗氦冷卻器進行冷卻，冷卻到規(guī)定溫度的粗氦氣進入精餾塔進行低溫精餾，提高氣體中的氦氣濃度；
⑦濃度提高后的氦氣進入低溫凈化系統(tǒng)進行二次凈化處理，凈化后得到高純度的氦氣產(chǎn)品。
[0008]其中，所述的一次凈化處理和二次凈化處理均包括對氣體進行吸附處理。
[0009]較佳地，步驟③中，過濾后的粗氦氣經(jīng)過色譜儀對氣體中的所有組分進行分析，然后通過加氣罐3加入氧氣進行配氣。為保證安全和防止催化過熱，加氧配氣可分多次加氣及多次催化進行，保證每次催化溫度都在安全范圍內(nèi)。
[0010]較佳地，步驟④中，對粗氦氣進行加熱的具體過程為:配氣完成后的粗氦氣先進行預(yù)熱，預(yù)熱后的粗氦氣進入加熱器進行二次加熱，粗氦氣經(jīng)過預(yù)熱和二次加熱溫度逐漸升聞。
[0011]較佳地，步驟⑤中，對粗氦氣進行冷卻的具體過程為:催化后的粗氦氣先進行預(yù)冷，預(yù)冷后的粗氦氣進入冷卻器進行二次冷卻，粗氦氣經(jīng)過預(yù)冷和二次冷卻溫度逐漸減低。
[0012]較佳地，步驟①所述的粗氦氣來自含有氦氣的工業(yè)排放廢氣。
[0013]其中，所述的工業(yè)排放廢氣中包含但不限于以下雜質(zhì)的其中一種或多種:氮氣、氫氣、氬氣、氖氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、水、甲烷、氯氣、氯化物、氟化物、溴化物、烴類、粉塵、油。
[0014]本發(fā)明還提供一種氦氣回收提純裝置，其特征在于，依次包括:
對粗氦氣進行過濾去除油和粉塵等顆粒雜質(zhì)的過濾器；
去除粗氦氣中的有毒有害腐蝕性雜質(zhì)的化學(xué)吸附裝置；
對過濾后的粗氦氣中所有組分進行分析的組分分析裝置；
用于向過濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐；
對粗氦氣進行加熱的加熱器；
對加熱后的粗氦氣進行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)；
用于將經(jīng)過催化后的粗氦氣進行冷卻的冷卻器；
用于將冷卻后的粗氦氣進行低溫干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)；
用于對經(jīng)過凈化的粗氦氣進行冷卻的粗氦冷卻器；
用于對冷卻后的粗氦氣進行精餾的精餾塔；
用于對經(jīng)過精餾的粗氦氣再次進行低溫干燥和吸附處理的第二凈化系統(tǒng)；
用于儲存所述第二凈化系統(tǒng)輸出的氦氣產(chǎn)品的氦氣儲罐。
[0015]其中，所述第一低化系統(tǒng)和所述第二凈化系統(tǒng)均是由多個吸附筒構(gòu)成的循環(huán)凈化系統(tǒng)。
[0016]較佳地，所述氦氣回收提純裝置還包括用于對經(jīng)過添加氧氣后的粗氦氣進行預(yù)熱以及對經(jīng)過催化系統(tǒng)催化后的粗氦氣進行預(yù)冷的熱量回收系統(tǒng)。
[0017]在一具體實施例中，所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器，所述換熱器包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在所述加氣罐和所述加熱器之間的輸送管道中，所述冷流通道連接在所述催化系統(tǒng)與所述冷卻器的輸送管道中。
[0018]由于采用上述技術(shù)方案，采用本發(fā)明的氦氣回收提純方法及裝置，能夠?qū)碜匀魏喂さV企業(yè)排放的含氦氣的廢氣作為粗氦氣，經(jīng)過過濾、配氣、加熱、催化、冷卻、一次凈化、液氮洗和二次凈化等步驟，將氦氣純度提高，甚至可以深入提純得到符合中華人民共和國國家標準GB/T4844-2011《純氦、高純氦、超純氦》中的純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品(氦氣體積濃度> 99.9999%)。本發(fā)明的氦氣回收提純方法及裝置適用于氦氣體積濃度為1%至99%但不限于此體積濃度范圍的粗氦氣的回收提純，且粗氦氣可以有壓力也可以沒有壓力，應(yīng)用范圍較廣。相較于現(xiàn)有技術(shù)，采用本發(fā)明的方法及裝置回收提純氦氣具有工藝簡單、成本較低、環(huán)保高效且適用范圍較廣的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的氦氣回收提純方法的工藝流程圖。
[0020]圖2為本發(fā)明的氦氣回收提純裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]附圖中:1-過濾器；2_化學(xué)吸附裝置；3_加氣罐；4_換熱器；5_電加熱器；6_催化筒；7_冷卻器；8_第一吸附筒；9_精餾塔；10-粗氦冷卻器；11-第二吸附筒；12_氦氣儲罐；13-第一凈化系統(tǒng)的電加熱器；14-第二凈化系統(tǒng)的電加熱器。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0023] 請參閱圖1及圖2，本發(fā)明的氦氣回收提純裝置依次包括:對粗氦氣進行過濾去除油、粉塵和氯等顆粒雜質(zhì)的過濾器I和化學(xué)吸附裝置2 ;對過濾后的粗氦氣中所有組分進行分析的組分分析裝置，本實施例中為色譜儀(圖中未示)，其安裝在化學(xué)吸附裝置2和加氣罐3之間的輸送管道上；用于向過濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐3 ;對粗氦氣進行預(yù)加熱的熱量回收的換熱器4，對粗氦氣進行二次加熱的電加熱器5 ;對加熱后的粗氦氣進行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)，該催化系統(tǒng)為催化筒6 ;經(jīng)過催化后的粗氦氣進行預(yù)冷卻的熱量回收系統(tǒng)，對粗氦氣進行二次冷卻的冷卻器7 ;用于將冷卻后的粗氦氣進行干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)，本實施例中該第一凈化系統(tǒng)為由兩個第一吸附筒8組成的循環(huán)可連續(xù)進行凈化的系統(tǒng)；用于對經(jīng)過一次凈化的粗氦氣進行冷卻的粗氦冷卻器10 ;用于對冷卻后的粗氦氣進行精餾的精餾塔9 ;用于對經(jīng)過精餾的粗氦氣進行低溫吸附處理的第二凈化系統(tǒng)，本實施例中該第二凈化系統(tǒng)為由兩個第二吸附筒11組成的循環(huán)凈化系統(tǒng)；用于儲存所述第二凈化系統(tǒng)輸出的產(chǎn)品氦氣的氦氣儲罐12。
[0024]本實施例中，所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器4，換熱器4包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在催化筒6與冷卻器7的輸送管道中，所述冷流通道連接在加氣罐3和電加熱器5之間的輸送管道中。
[0025]氦氣回收提純工藝包括以下步驟:
過濾
將含有氦氣的工業(yè)排放廢氣收集并加壓存儲，然后將加壓后的粗氦氣經(jīng)過過濾器I過濾，通過精密的過濾器I之后去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)。
[0026]化學(xué)吸附
經(jīng)過去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)后，進入化學(xué)吸附裝置2，進行脫除有毒有害腐蝕性雜質(zhì)，如碳化物、氯化物和砷化物等。
[0027]配氣
過濾后的粗氦氣經(jīng)過色譜儀對氣體中的所有組分進行分析，然后通過加氣罐3加入氧氣進行配氣。為保證安全和防止催化過熱，加氧配氣可分多次加氣及多次催化進行，保證每次催化溫度都在安全范圍內(nèi)。
[0028]對配氣完成后的粗氦氣經(jīng)過換熱器4的冷流通道與出催化筒的高溫氣體進行換熱，達到一定的預(yù)熱溫度，這樣可減少后面加熱器的加熱負荷，從而減少加熱器的電能消耗，預(yù)熱后的粗氦氣經(jīng)過電加熱器5 二次加熱，粗氦氣經(jīng)過預(yù)熱和二次加熱溫度逐漸升高。
[0029]催化
將加熱至一定溫度的粗氦氣經(jīng)過催化筒6進行催化處理。經(jīng)過催化后粗氦氣中的一氧化碳、二氧化碳、氫氣、烴類氣體與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)生成水和二氧化碳。
[0030]冷卻
將催化后的粗氦氣經(jīng)過換熱器4的冷流通道進行預(yù)冷，預(yù)冷的目的是降低之后的冷卻器7負荷，降低成本。預(yù)冷后的粗氦氣再經(jīng)過冷卻器7 二次冷卻，粗氦氣經(jīng)過預(yù)冷和二次冷卻溫度逐漸降低。
[0031]一次凈化將冷卻至一定溫度的粗氦氣經(jīng)過由一個電加熱器13和一個或多個第一吸附筒8組成的一次凈化系統(tǒng)進行一次凈化處理。一次凈化處理主要對粗氦氣進行干燥和脫碳吸附，除去粗氦氣中的水和二氧化碳。第一凈化系統(tǒng)設(shè)置了電加熱器13是用于對飽和的吸附筒加熱解析，這樣才使得吸附筒可以不斷的連續(xù)工作。
[0032]冷卻
將一次凈化后的粗氦氣通過粗氦冷卻器10進行深度冷卻，達到極低的溫度。
[0033]精餾
將冷卻到規(guī)定溫度的粗氦氣進入精餾塔9進行精餾，將高沸點氣體雜質(zhì)，例如微量一氧化碳、氬氣、氮氣等氣體通過低溫精餾分離，以提高氣體中的氦氣濃度。精餾塔9具有氦氣入口、氦氣出口、液氮入口以及污液氮輸出管道。粗氦冷卻器10采用一換熱器對精餾塔9的污液氮輸出管道與輸入氦氣的管道進行熱交換，從而將粗氦氣冷卻后輸入到精餾塔9中。
[0034]二次凈化
將經(jīng)過精餾后濃度提高的氦氣進入由一個電加熱器14和一個或多個第二吸附筒11組成的第二凈化系統(tǒng)進行二次凈化處理，經(jīng)過低溫吸附脫氮等二次凈化后得到高純度的氦氣產(chǎn)品，符合GB/T4844-2011《純氦、高純氦和超純氦》中的純氦、高純氦和超純氦產(chǎn)品。
【權(quán)利要求】
1.一種氦氣回收提純方法，其特征在于，包括以下步驟: ①將粗氦氣收集并加壓存儲，然后將加壓后的粗氦氣過濾，去除油、粉塵等顆粒雜質(zhì)； ②過濾后的粗氦氣經(jīng)過化學(xué)吸附，脫除有毒有害的腐蝕性雜質(zhì)； ③化學(xué)吸附后的粗氦氣經(jīng)過組分分析后加入氧氣進行配氣； ④對配氣完成后的粗氦氣進行加熱，加熱后的粗氦氣進入催化系統(tǒng)進行催化處理； ⑤對催化后的粗氦氣進行冷卻，冷卻后的粗氦氣進入低溫凈化系統(tǒng)進行一次凈化處理； ⑥一次凈化后的粗氦氣通過粗氦冷卻器進行冷卻，冷卻到規(guī)定溫度的粗氦氣進入精餾塔進行低溫精餾，提高氣體中的氦氣濃度； ⑦濃度提高后的氦氣進入低溫凈化系統(tǒng)進行二次凈化處理，凈化后得到高純度的氦氣
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純方法，其特征在于:所述的一次凈化處理和二次凈化處理均包括 對氣體進行吸附處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純方法，其特征在于:步驟③中，過濾后的粗氦氣經(jīng)過色譜儀對氣體中的所有組分進行分析，然后通過加氣罐3加入氧氣進行配氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純方法，其特征在于:步驟④中，對粗氦氣進行加熱的具體過程為:配氣完成后的粗氦氣先進行預(yù)熱，預(yù)熱后的粗氦氣進入加熱器進行二次加熱，粗氦氣經(jīng)過預(yù)熱和二次加熱溫度逐漸升高。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純方法，其特征在于:步驟⑤中，對粗氦氣進行冷卻的具體過程為:催化后的粗氦氣先進行預(yù)冷，預(yù)冷后的粗氦氣進入冷卻器進行二次冷卻，粗氦氣經(jīng)過預(yù)冷和二次冷卻溫度逐漸減低。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氦氣回收提純方法，其特征在于:步驟①所述的粗氦氣來自含有氦氣的工業(yè)排放廢氣；所述的工業(yè)排放廢氣中包含但不限于以下雜質(zhì)的其中一種或多種:氮氣、氫氣、氬氣、氖氣、氧氣、一氧化碳、二氧化碳、水、甲烷、氯氣、氯化物、氟化物、溴化物、烴類、粉塵、油。
7.一種氦氣回收提純裝置，其特征在于，依次包括: 對粗氦氣進行過濾去除油和粉塵等顆粒雜質(zhì)的過濾器； 對粗氦氣進行化學(xué)吸附的裝置； 對過濾后的粗氦氣中所有組分進行分析的組分分析裝置； 用于向過濾后的粗氦氣中添加氧氣的加氣罐； 對粗氦氣進行加熱的加熱器； 對加熱后的粗氦氣進行催化使其中的一氧化碳、烴類、氫氣等雜質(zhì)與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)的催化系統(tǒng)； 用于將經(jīng)過催化后的粗氦氣進行冷卻的冷卻器； 用于將冷卻后的粗氦氣進行低溫干燥和吸附處理的第一凈化系統(tǒng)； 用于對經(jīng)過凈化的粗氦氣進行冷卻的粗氦冷卻器； 用于對冷卻后的粗氦氣進行低溫精餾的精餾塔； 用于對經(jīng)過精餾的粗氦氣再次進行低溫干燥和吸附處理的第二凈化系統(tǒng)； 用于儲存所述第二凈化系統(tǒng)輸出的氦氣產(chǎn)品的氦氣儲罐。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:所述第一凈化系統(tǒng)和所述第二凈化系統(tǒng)均是由一個電加熱器和多個吸附筒構(gòu)成的循環(huán)可連續(xù)工作的凈化系統(tǒng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:還包括用于對經(jīng)過添加氧氣后的粗氦氣進行預(yù)熱以及對經(jīng)過催化系統(tǒng)催化后的粗氦氣進行預(yù)冷的熱量回收系統(tǒng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種氦氣回收提純裝置，其特征在于:所述熱量回收系統(tǒng)為換熱器，所述換熱器包括熱流通道和冷流通道，所述熱流通道連接在所述加氣罐和所述加熱器之間的輸送管道中 ，所述冷流通道連接在所述催化系統(tǒng)與所述冷卻器的輸送管道中。
【文檔編號】B01D53/86GK104176717SQ201410404048
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月15日
【發(fā)明者】馬昆, 王凱, 丁國元, 趙翠玲, 賈盛蘭, 王朝, 苗瓏耀 申請人:蘇州市興魯空分設(shè)備科技發(fā)展有限公司