氣體純化系統(tǒng)技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種氣體純化系統(tǒng)，其包括：預(yù)降溫裝置、冷凝降溫裝置、氣液分離裝置和低溫吸附裝置，待純化氣體經(jīng)預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入冷凝降溫裝置以將待純化氣體部分液化形成氣液混合物，氣液分離裝置用于將氣液混合物進(jìn)行氣液分離形成初步純化氣體和冷凝液，低溫吸附裝置用于對(duì)初步純化氣體進(jìn)行二次提純形成純化氣體，純化氣體和冷凝液一起為預(yù)降溫裝置提供降溫冷源。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及氣體回收技術(shù)，特別涉及一種氣體純化系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
氦是一種無色、無味的惰性氣體，化學(xué)性質(zhì)極其穩(wěn)定，一般情況下不與任何元素化合。氦具有很低的臨界溫度，是自然界中最難液化的氣體；在所有的氣體中，氦的沸點(diǎn)最低，4He的標(biāo)準(zhǔn)沸點(diǎn)僅為4.224K。同時(shí)，氦還具有較高的比熱、熱導(dǎo)率及低密度等熱物理性質(zhì)(僅次于氫氣)。因其獨(dú)特的熱物性，氦被廣泛應(yīng)用于低溫、超導(dǎo)(NMR，MRI等)、加壓置換、焊接保護(hù)氣氛、檢漏、呼吸混合氣等方面，它和空間技術(shù)、半導(dǎo)體、超導(dǎo)、光纖等工業(yè)的發(fā)展密切相關(guān)。氦應(yīng)用如此之廣泛，但是氦是一種稀缺的不可再生資源，在空氣中含量?jī)H為4～5.6ppm，而且其提取過程非常困難，因此主要從天然氣中提取微量的氦氣。我國(guó)是一個(gè)貧氦國(guó)家，幾乎全部的氦氣來源于國(guó)外進(jìn)口，隨著低溫技術(shù)的不斷進(jìn)步，我國(guó)對(duì)氦的需求量日益增大，一旦美國(guó)收緊氦的出口，屆時(shí)會(huì)因無氦供應(yīng)導(dǎo)致現(xiàn)有的許多相關(guān)的科研和醫(yī)療項(xiàng)目無法實(shí)施，影響非常嚴(yán)重。因此，為了節(jié)約氦氣資源，必須對(duì)氦氣資源進(jìn)行回收純化。實(shí)際應(yīng)用中，除氦氣外，氫氣等氣體資源也迫切需要回收純化裝置。鑒于此，本專利技術(shù)亟需解決上述技術(shù)問題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決的技術(shù)問題是提供一種對(duì)回收廢氣進(jìn)行純化后能夠重新利用的氣體純化系統(tǒng)。為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供一種氣體純化系統(tǒng)，其包括：預(yù)降溫裝置、冷凝降溫裝置、氣液分離裝置和低溫吸附裝置，待純化氣體經(jīng)預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入冷凝降溫裝置以將待純化氣體部分液化形成氣液混合物，氣液分離裝置用于將氣液混合物進(jìn)行氣液分離形成初步純化氣體和冷凝液，低溫吸附裝置用于對(duì)初步純化氣體進(jìn)行二次提純形成純化氣體，純化氣體和冷凝液一起為預(yù)降溫裝置提供降溫冷源。其中，氣體純化系統(tǒng)進(jìn)一步包括節(jié)流閥，節(jié)流閥設(shè)置于氣液分離器和預(yù)降溫裝置之間冷凝液的流經(jīng)路徑上用于降低流經(jīng)節(jié)流閥后的冷凝液的壓力進(jìn)而降低冷凝液的相變溫度。其中，預(yù)降溫裝置為三股流換熱器，用于對(duì)待純化氣體、純化氣體和冷凝液三種流體進(jìn)行換熱，待純化氣體經(jīng)預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入冷凝降溫裝置降溫至部分液化，經(jīng)氣液分離裝置氣液分離后冷凝液流經(jīng)預(yù)降溫裝置后排放，初步純化氣體經(jīng)低溫吸附裝置二次提純后形成的純化氣體進(jìn)一步流經(jīng)預(yù)降溫裝置后通過集束管收集。其中，待純化氣體的壓力大于15bara。其中，經(jīng)節(jié)流閥降壓后，冷凝液的壓力為0～5bara。其中，經(jīng)節(jié)流閥降壓后，冷凝液的壓力為0～1.5bara。其中，氣體純化系統(tǒng)進(jìn)一步包括液氮保溫容器，冷凝降溫裝置、氣液分離裝置和低溫吸附裝置浸泡于液氮保溫容器中，待純化氣體在冷凝降溫裝置中降溫至露點(diǎn)溫度后待純化氣體部分液化形成氣液混合物。其中，低溫吸附裝置是活性炭吸附裝置。其中，氣體純化系統(tǒng)進(jìn)一步包括回收氣囊、壓縮機(jī)、油水分離裝置和干燥裝置，回收氣囊用于存儲(chǔ)回收氣體，回收氣體經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后再由油水分離裝置去除油分和壓縮后產(chǎn)生的水分，然后由干燥裝置進(jìn)一步去除水分和二氧化碳形成待純化氣體。本專利技術(shù)的有益效果是：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)氣體純化系統(tǒng)利用兩級(jí)降溫裝置對(duì)待純化氣體進(jìn)行降溫，第一級(jí)降溫裝置為預(yù)降溫裝置，其利用純化后在較冷的環(huán)境中提取生成的純化氣體和純化過程中生成的冷凝液作為降溫冷源對(duì)待純化氣體進(jìn)行預(yù)降溫，不僅將現(xiàn)有的廢液進(jìn)行了能量的回收利用，而且與無預(yù)降溫裝置的純化系統(tǒng)相比或者與僅有純化氣體作為預(yù)降溫裝置冷源的純化系統(tǒng)相比大大降低了第二級(jí)降溫裝置-冷凝降溫裝置的冷源損耗。綜上，本專利技術(shù)不僅提供了一種回收廢氣的氣體純化系統(tǒng)，且相較于傳統(tǒng)的氣體純化系統(tǒng)大大節(jié)省了冷源的損耗，具有極高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。附圖說明圖1是本專利技術(shù)氣體純化系統(tǒng)一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是僅將純化氣體作為預(yù)降溫裝置冷源以壓力條件為150bara，He-N2組分的污氦氣為例，對(duì)氦氣冷凝純化時(shí)液氮的消耗量與氦氣入口純度的關(guān)系曲線；圖3是與圖2相同的條件下提純氦氣過程中氦氣的入口純度與冷凝液量的關(guān)系曲線；圖4是將純化氣體和冷凝液共同作為預(yù)降溫裝置冷源以壓力條件為150bara，He-N2組分的污氦氣為例，對(duì)氦氣冷凝純化時(shí)冷凝液回?zé)釅毫εc液氮消耗量的關(guān)系曲線。具體實(shí)施方式請(qǐng)參照?qǐng)D1，本專利技術(shù)氣體純化系統(tǒng)100包括回收氣體預(yù)處理機(jī)構(gòu)、預(yù)降溫裝置10、冷凝降溫裝置20、氣液分離裝置30、低溫吸附裝置40、集束管50、節(jié)流閥60、液氮保溫容器70。回收氣體預(yù)處理機(jī)構(gòu)為常溫處理機(jī)構(gòu)，具體包括回收氣囊81、壓縮機(jī)82、油水分離裝置83和干燥裝置84。回收氣囊81用于存儲(chǔ)回收氣體。回收氣囊81和壓縮機(jī)82之間通過管道C1連通，壓縮機(jī)82和油水分離裝置83之間通過管道C2連通，油水分離裝置83和干燥裝置84之間通過管道C3連通。管道C1上安裝閥門S1，當(dāng)閥門S1打開時(shí)，回收氣囊81中存儲(chǔ)的回收氣體經(jīng)過管道C1輸送至壓縮機(jī)82，壓縮機(jī)82用于對(duì)回收氣體增壓，增壓的目的之一是為后續(xù)提純提供高壓氣源，另一目的是將部分氣體液化，以通過油水分離裝置83去除一部分雜質(zhì)。油水分離裝置83用于對(duì)回收氣體去除油分和壓縮后產(chǎn)生的水分，干燥裝置84進(jìn)一步去除水分和二氧化碳形成待純化氣體。預(yù)降溫裝置10、冷凝降溫裝置20、氣液分離裝置30、低溫吸附裝置40、集束管50、節(jié)流閥60以及液氮保溫容器70共同構(gòu)成氣體純化系統(tǒng)100的低溫提純處理機(jī)構(gòu)。本實(shí)施例中，預(yù)降溫裝置10供待純化氣體與純化氣體和冷凝液進(jìn)行熱交換，后文將進(jìn)一步詳述。液氮保溫容器70中盛放足夠多的液氮，冷凝降溫裝置20、氣液分離裝置30和低溫吸附裝置40浸泡于液氮保溫容器70中，為低溫提純提供冷源。液氮保溫容器70可以通過真空密封的形式進(jìn)行液氮保溫也可以通過在液氮保溫容器外包裹絕熱材料的方式對(duì)液氮進(jìn)行保溫。在其他的實(shí)施例中，亦可以省略液氮保溫容器的設(shè)置，而將冷凝降溫裝置20、氣液分離裝置30和低溫吸附裝置40均設(shè)置為自帶冷源的裝置以確保氣體冷凝純化的順利進(jìn)行。回收氣體經(jīng)回收氣體初處理裝置初步處理后形成待純化氣體，待純化氣體經(jīng)預(yù)降溫裝置10降溫后流入冷凝降溫裝置20以將待純化氣體部分液化形成氣液混合物，氣液分離裝置30用于將氣液混合物進(jìn)行氣液分離形成初步純化氣體和冷凝液，低溫吸附裝置40用于對(duì)初步純化氣體進(jìn)行二次提純形成純化氣體，純化氣體和冷凝液一起為預(yù)降溫裝置提供降溫冷源。具體地，本實(shí)施例中，預(yù)降溫裝置為三股流換熱器，用于對(duì)待純化氣體、純化氣體和冷凝液三種流體進(jìn)行換熱；預(yù)降溫裝置10通過管道C9連通干燥裝置84，通過管道C8連通冷凝降溫裝置20的一端，通過管道C6連通氣液分離裝置30的底端，通過管道C7連通低溫吸附裝置40的一端；冷凝降溫裝置20的另一端通過管道C4連通氣液分離裝置30；氣液分離裝置30的頂端通過管道C5連通低溫吸附裝置40的另一端。自干燥裝置84輸出的待純化氣體經(jīng)管道C9后到達(dá)預(yù)降溫裝置10預(yù)降溫，進(jìn)一步地經(jīng)管道C8后流入冷凝降溫裝置20降溫至露點(diǎn)溫度后將其中的部分氣體液化，之后呈氣液混合狀態(tài)的待純化氣體經(jīng)管道C4輸入氣液分離裝置30中。其中，優(yōu)選地，待純化氣體的壓力為15～150bara。氣液分離裝置30將氣液混合物進(jìn)行氣液分離后通過管道C5將初步純化氣體輸入至低溫吸附裝置40中以及通過管道C6將冷凝液輸出，冷凝液流經(jīng)管道C6后到達(dá)預(yù)降溫裝置10為預(yù)降溫本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種氣體純化系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體純化系統(tǒng)包括：預(yù)降溫裝置、冷凝降溫裝置、氣液分離裝置和低溫吸附裝置，待純化氣體經(jīng)所述預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入所述冷凝降溫裝置以將所述待純化氣體部分液化形成氣液混合物，所述氣液分離裝置用于將所述氣液混合物進(jìn)行氣液分離形成初步純化氣體和冷凝液，所述低溫吸附裝置用于對(duì)所述初步純化氣體進(jìn)行二次提純形成純化氣體，所述純化氣體和所述冷凝液一起為所述預(yù)降溫裝置提供降溫冷源。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種氣體純化系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體純化系統(tǒng)包括：預(yù)降溫裝置、冷凝降溫裝置、氣液分離裝置和低溫吸附裝置，待純化氣體經(jīng)所述預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入所述冷凝降溫裝置以將所述待純化氣體部分液化形成氣液混合物，所述氣液分離裝置用于將所述氣液混合物進(jìn)行氣液分離形成初步純化氣體和冷凝液，所述低溫吸附裝置用于對(duì)所述初步純化氣體進(jìn)行二次提純形成純化氣體，所述純化氣體和所述冷凝液一起為所述預(yù)降溫裝置提供降溫冷源。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體純化系統(tǒng)，其特征在于，所述氣體純化系統(tǒng)進(jìn)一步包括節(jié)流閥，所述節(jié)流閥設(shè)置于所述氣液分離裝置和所述預(yù)降溫裝置之間冷凝液的流經(jīng)路徑上用于降低流經(jīng)所述節(jié)流閥后的所述冷凝液的壓力進(jìn)而降低所述冷凝液的相變溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣體純化系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)降溫裝置為三股流換熱器，用于對(duì)待純化氣體、純化氣體和冷凝液三種流體進(jìn)行換熱，所述待純化氣體經(jīng)所述預(yù)降溫裝置預(yù)降溫后流入所述冷凝降溫裝置降溫至部分液化，經(jīng)所述氣液分離裝置氣液分離后所述冷凝液流經(jīng)所述預(yù)降溫裝置后排放，所述初步純化氣體經(jīng)所述低溫吸附裝置二次提純后形成的純化氣體...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐鵬，馮國(guó)超，龔領(lǐng)會(huì)，李正宇，朱偉平，鄒龍輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：北京;11