一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置及其使用方法制造方法及圖紙

一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置，它包括緩沖罐（1），催化裝置（Ⅰ）、常溫吸附裝置（Ⅱ）、膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）、深低溫量子吸附裝置（Ⅳ），所述緩沖罐（1）進口連接空分粗氖氦氣出口，緩沖罐（1）出口連接中繼壓縮機（18），中繼壓縮機（18）后方連接催化裝置（Ⅰ），所述催化裝置（Ⅰ）內分別安裝有加氧催化裝置（2）和加氫催化裝置（3），在催化裝置（Ⅰ）的出口連接有粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ），該粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ）與換熱器（19）連接經過換熱回收熱量后再與冷卻器（4）連接冷卻，冷卻器（4）出口連接中繼壓縮機（5），增壓后進入常溫吸附裝置（Ⅱ），所述常溫吸附裝置（Ⅱ）后方依次連接有膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）和深低溫量子吸附裝置（Ⅳ），本發明專利技術通過設置四個子系統，將催化凈化、常溫吸附/極低溫量子吸附與膜分離技術相融合，提出了粗氖氦氣分離的新思路。分離的新思路。

【技術實現步驟摘要】
一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置及其使用方法


[0001]本專利技術涉及一種結合非低溫法凈化粗氖氦的技術及裝置及其使用方法，主要設計凈化粗氖氦


技術介紹

[0002]粗氖氦氣凈化、提純高純氖氦混合氣，目前，工業上主要應用深低溫精餾法實現。氖和氦沸點極低（He：4K，Ne：20K），這導致低溫精餾過程所需壓力極高、精餾溫度極低，宏觀反映在粗氖氦氣深度凈化、提純設備體積龐大、極高的保溫絕熱要求，以及巨大的生產能耗。非低溫法是上世紀九十年代開始發展起來的新興氣體分離手段，相對于低溫精餾法，非低溫法氣體分離具有1.響應速度快、2.可常溫操作、3.設備結構緊湊、4.氣體不同組分之間分離系數高、5.比低溫精餾更適用于精密物系的分離等優勢，本專利技術將催化凈化、常溫吸附/極低溫量子吸附與膜分離技術相融合，提出了一種結合非低溫法凈化粗氖氦的技術及裝置。

技術實現思路

[0003]本專利技術公開了一種結合非低溫法凈化粗氖氦的技術及裝置，將催化凈化、常溫吸附/極低溫量子吸附與膜分離技術相融合，提出了粗氖氦氣分離的新思路，為實現上述目的，本專利技術采用：一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置，它包括緩沖罐（1），催化裝置（Ⅰ）、常溫吸附裝置（Ⅱ）、膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）、深低溫量子吸附裝置（Ⅳ），所述緩沖罐進口連接空分粗氖氦氣出口，緩沖罐出口連接中繼壓縮機，中繼壓縮機后方連接催化裝置（Ⅰ），所述催化裝置（Ⅰ）內分別安裝有加氧催化裝置和加氫催化裝置，在催化裝置（Ⅰ）的出口連接有粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ），該粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ）與換熱器連接經過換熱回收熱量后再與冷卻器連接冷卻，冷卻器出口連接中繼壓縮機，增壓后進入常溫吸附裝置（Ⅱ），所述常溫吸附裝置（Ⅱ）后方依次連接有膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）和深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）。
[0004]作為優選：所述常溫吸附裝置（Ⅱ）中分別設置有CO2/H2O/NH3吸附裝置和N2/O2吸附裝置，在常溫吸附裝置（Ⅱ）出口設置有氣動閥，氣動閥出口連接中繼壓縮機，中繼壓縮機出口連接壓力調節閥，經過壓力調節閥后的粗氖氦氣進入后方連接的膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ），膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）后的非滲透氣返回緩沖罐，而滲透氣進入深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）中。
[0005]作為優選：所述深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）內分成兩路，其中一路依次連接氣動閥深低溫量子吸附裝置a，并且由冷卻浴a提供低溫環境，另一路通過氣動閥后與深低溫量子吸附裝置b連接，由冷卻浴b）提供低溫環境，所述 深低溫量子吸附裝置a和深低溫量子吸附裝置b出口氣即為產品氣。
[0006]作為優選：所述深低溫量子吸附裝置a解吸后廢氣出口連接氣動閥，深低溫量子吸附裝置b解吸后廢氣出口連接氣動閥，氣動閥和氣動閥出口連接廢氣緩沖罐進口，廢氣緩沖罐出口連接氣動閥進口，氣動閥出口連接中繼壓縮機，增壓后返回緩沖罐。
[0007]一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置的使用方法，所述該方法包括如下步驟：1）除真空：本專利技術裝置啟動前，需對系統管道進行吹掃、抽真空，以除去系統管道內的空氣及固體顆粒雜質，系統啟動前需用吹掃氣，采用高純氮氣，壓力為500KPa（G），吹掃整個裝置管路6～8h，以保持系統管路的潔凈。系統管路吹掃過程中，每吹掃2小時，系統抽真空一次，每次抽真空保證系統管路內各點真空度不大于10Pa。
[0008]2）預熱：設備開始啟動。來自空分的原料粗氖氦氣進入過緩沖罐，等到緩沖罐內原料粗氖氦氣達到規定壓力后，啟動中繼壓縮機，將原料粗氖氦氣增壓至～1MPa（A）；通過換熱器后進入催化裝置（Ⅰ），換熱器作用是回收催化裝置（Ⅰ）出口原料氣的熱量；當本專利技術裝置穩定運行后，通過換熱器，可對催化裝置（Ⅰ）進口原料氣進行預熱。
[0009]3）粗氖氦氣制備：預熱后原料粗氖氦氣進入催化裝置（Ⅰ），除去C
m
H
n
、NO
X
和微量氧氣，催化裝置（Ⅰ）由加氧催化裝置和加氫催化裝置組成，加氧催化裝置裝有Pd催化劑，在270~320℃下加氧脫除C
m
H
n
；加氫催化裝置裝有單質碳催化劑，在250~300℃下加氫脫除NO
X
和微量氧氣，催化裝置（Ⅰ）出口粗氖氦氣中雜質組分包括N2/CO2/H2O/NH3，以及微量H2。
[0010]4）去雜質：催化裝置（Ⅰ）出口粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ）進口氣體經過換熱器換熱回收熱量，經過換熱后的粗氖氦氣經過冷卻器冷卻至環境溫度，繼而經過中繼壓縮機增壓，進入常溫吸附裝置（Ⅱ），吸附粗氖氦氣中的雜質組分，雜質包括N2/CO2/H2O/NH3，以及微量H2/O2，常溫吸附裝置（Ⅱ）由CO2/H2O/NH3吸附裝置和N2/O2吸附裝置組成，CO2/H2O/NH3吸附裝置中裝填13X分子篩，用來吸附粗氖氦氣中的CO2、H2O和NH3，N2/O2(trace)吸附裝置中裝填鋰基吸附劑碳吸附劑和碳吸附劑，用來吸附N2和微量的氧。
[0011]5）氖氦初級產品氣制備：經過常溫吸附裝置（Ⅱ）凈化后的粗氖氦氣經中繼壓縮機增壓，通過壓力調節閥調節到所需壓力后進入膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ），膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）中，氖氦作為滲透組分氣，快速滲透到膜的另一側，作為氖氦初級產品氣（Ne＆He體積濃度V/V≥85%）；其他非組分氣（N2、微量O2、少量Ne＆He）則返回緩沖罐。
[0012]6），膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）出口氖氦初級產品氣進入深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）前分成兩路：一路通過氣動閥調節進氣量，進入深低溫量子吸附裝置a，由冷卻浴a提供低溫環境，深低溫量子吸附裝置a吸附氖氦初級產品氣中的Ne、N2、及微量O2，深低溫量子吸附裝置a出口得到體積純度不小于5N的氦氣； 另一路通過氣動閥調節進氣量，進入深低溫量子吸附裝置b，由冷卻浴b提供低溫環境，深低溫量子吸附裝置a吸附氖氦初級產品氣中的Ne、N2、及微量O2，深低溫量子吸附裝置a出口得到體積純度不小于5N的氦氣，深低溫量子吸附裝置b解吸后廢氣出口連接氣動閥。氣動閥和氣動閥出口連接緩沖罐（進口，廢氣經過氣動閥和中繼壓縮機增壓后返回緩沖罐其中深低溫量子吸附裝置a和深低溫量子吸附裝置b，兩個設備可以同時使用，或是切換使用。
[0013]作為優選：所述步驟6中的切換使用方法為：1）對于深低溫量子吸附裝置a，當吸附飽和后，關閉氣動閥，深低溫量子吸附裝置a停止進氣，然后開啟氣動閥），深低溫量子吸附裝置a內氣體進入廢氣緩沖罐，隨著深低溫量子吸附裝置a內壓力降低，原本吸附的Ne、N2、及微量O2進入廢氣緩沖罐（13），然后通過增壓機增壓，返流緩沖罐進口。
[0014]2）對于深低溫量子吸附裝置b，當吸附飽和后，關閉氣動閥，深低溫量子吸附裝置b
和深低溫量子吸附裝置b16
?
2出口氣即為產品氣。
[0022]所述深低溫量子吸附裝置a16
?
1解吸后廢氣出口連接氣動閥12
?
1，深低溫量子吸附裝置b16
?
2解吸后廢氣出口連接氣動閥12<本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種非低溫法凈化粗氖氦的裝置，它包括緩沖罐（1），催化裝置（Ⅰ）、常溫吸附裝置（Ⅱ）、膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）、深低溫量子吸附裝置（Ⅳ），其特征在于所述緩沖罐（1）進口連接空分粗氖氦氣出口，緩沖罐（1）出口連接中繼壓縮機（18），中繼壓縮機（18）后方連接催化裝置（Ⅰ），所述催化裝置（Ⅰ）內分別安裝有加氧催化裝置（2）和加氫催化裝置（3），在催化裝置（Ⅰ）的出口連接有粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ），該粗氖氦氣與催化裝置（Ⅰ）與換熱器（19）連接經過換熱回收熱量后再與冷卻器（4）連接冷卻，冷卻器（4）出口連接中繼壓縮機（5），增壓后進入常溫吸附裝置（Ⅱ），所述常溫吸附裝置（Ⅱ）后方依次連接有膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）和深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）。2.根據權利要求1所述的非低溫法凈化粗氖氦的裝置，其特征在于所述常溫吸附裝置（Ⅱ）中分別設置有CO2/H2O/NH3吸附裝置（6
?
1）和N2/O2吸附裝置（6
?
2），在常溫吸附裝置（Ⅱ）出口設置有氣動閥（7），氣動閥（7）出口連接中繼壓縮機（8），中繼壓縮機（8）出口連接壓力調節閥（9），經過壓力調節閥（9）后的粗氖氦氣進入后方連接的膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ），膜分離富集氖氦裝置（Ⅲ）后的非滲透氣返回緩沖罐（1），而滲透氣進入深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）中。3.根據權利要求2所述的非低溫法凈化粗氖氦的裝置，其特征在于所述深低溫量子吸附裝置（Ⅳ）內分成兩路，其中一路依次連接氣動閥（11
?
1）深低溫量子吸附裝置a（16
?
1），并且由冷卻浴a（17
?
1）提供低溫環境，另一路通過氣動閥（11
?
2）后與深低溫量子吸附裝置b（16
?
2）連接，由冷卻浴b（17
?
2）提供低溫環境，所述 深低溫量子吸附裝置a（16
?
1）和深低溫量子吸附裝置b（16
?
2）出口氣即為產品氣。4.根據權利要求3所述的非低溫法凈化粗氖氦的裝置，其特征在于所述深低溫量子吸附裝置a（16
?
1）解吸后廢氣出口連接氣動閥（12
?
1），深低溫量子吸附裝置b（16
?
2）解吸后廢氣出口連接氣動閥（12
?
2），氣動閥（12
?
1）和氣動閥（12
?
2）出口連接廢氣緩沖罐（13）進口，廢氣緩沖罐（13）出口連接氣動閥（14）進口，氣動閥（14）出口連接中繼壓縮機（15），增壓后返回緩沖罐（1）。5.根據權利要求1
?
4所述的非低溫法凈化粗氖氦的裝置的使用方法，其特征在于所述該方法包括如下步驟：1）除真空：本發明裝置啟動前，需對系統管道進行吹掃、抽真空，以除去系統管道內的空氣及固體顆粒雜質，系統啟動前需用吹掃氣，采用高純氮氣，壓力為500KPa（G），吹掃整個裝置管路6～8h，以保持系統管路的潔凈；系統管路吹掃過程中，每吹掃2小時，系統抽真空一次，每次抽真空保證系統管路內各點真空度不大于10Pa；2）預熱：設備開始啟動；來自空分的原料粗氖氦氣進入過緩沖罐（1），等到緩沖罐（1）內原料粗氖氦氣達到規定壓力后，啟動中繼壓縮機（18），將原料粗氖氦氣增壓至～1MPa（A）；通過換熱器（19）后進入催化裝置（Ⅰ），換熱器（19）作用是回收催化裝置（Ⅰ）出口原料氣的熱量；當本發明裝置穩定運行后，通過換熱器（19），可對催化裝置（Ⅰ）進口原料氣進行預熱；3）粗氖氦氣制備：預熱后原料粗氖氦氣進入催化裝置（Ⅰ），除去C
m
H
n
、NO
X
和微量氧氣，催化裝置（Ⅰ）由加氧催化裝置（2）和加氫催化裝置（3）組成，加氧催化裝置（2）裝有Pd催化劑，在270~320℃下加氧脫除C
m
H
n
；加氫催化裝置（3）裝有單質碳催化劑，在250~300℃下加氫脫除NO
X
和微量氧氣，催化裝置（Ⅰ）出口粗氖氦氣中雜質組分包括N...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李冬鋒，朱程浩，沈昕悅，韓小磊，汪晗，陳飛，楊勇波，李軍，徐慶松，袁士豪，趙潔芳，馬恒高，高良超，韓盈芝，黃萍，葉長宇，何仙來，張成雄，
申請(專利權)人：杭氧集團股份有限公司，
類型：發明
國別省市：