CN221906396U - 一种低温吸附纯化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及化工生产技术，出示了一种低温吸附纯化系统。使用时，将粗氦气在低温下进行吸附纯化。低温纯化器的两套冷箱采用时序控制，一套正常工作，一套活化再生。冷箱中充注液氮，工作在液氮温区，活化则使用100摄氏度高温氮气加热吹扫。当一套低温纯化冷箱处于工作状态，则另一套冷箱处于再生或等待状态每套冷箱经历相同的步骤程序。初始时，所有阀门保持本身常闭、常开状态，冷箱A内液氮充注到位，压力为工作压力。粗氦气进入低温纯化冷箱A，经过换热器降温后进入吸附器A，粗氦气中的杂质被低温吸附分离，处理后的气体流出冷箱，进入充装或液化装置。当吸附器A吸附饱和后，吸附器A开始再生。纯化冷箱B开始工作。

Description

一种低温吸附纯化系统

技术领域

本实用新型涉及化工生产技术领域，更具体地说，特别涉及一种低温吸附纯化系统。

背景技术

目前氦是一种稀有气体，在地球中的含量极少且不可再生，由于具有化学性质稳定、沸点极低等特性，因此被广泛应用于航空航天、核工业高温气冷反应堆、低温超导研究、光电子产品生产、制冷、半导体、医疗、检漏、深海潜水、高精度焊接等领域，是国家安全和高新技术产业发展的重要战略性物资。

目前，氦气提取的来源有天然气、空气、合成氨尾气等，但空气中氦含量仅5.24ppm，从大型空分装置中提取的氦气量很少，一般作为空分装置提取氖气的副产品，不具备工业提取价值，从富氦天然气中提取氦气是目前唯一工业化生产氦的方法。

氦气纯化过程中进入低温吸附器的杂质含量较高，低温吸附器负荷较大，现有技术中氦气精制纯化大型化后会面临设备投资重复、以及吸附切换时冷量损耗严重等技术问题，同时，氖杂质在液氮区吸附容量较小，导致低温吸附器设备尺寸较大，进而使低温吸附切换过程中氦气损耗较多。

实用新型内容

本申请提供了一种低温吸附纯化系统，解决了杂质在液氮区吸附容量较小，导致低温吸附器设备尺寸较大，进而使低温吸附切换过程中氦气损耗较多，而且低温吸附器负荷较大，吸附切换时冷量损耗严重的问题。

本申请提供了一种低温吸附纯化系统，包括粗氦提取冷箱、液氮罐和低温纯化冷箱，所述低温纯化冷箱为并联的第一低温纯化冷箱和第二低温纯化冷箱；

所述第一低温纯化冷箱是由第一管套换热器、第一过冷器和第一低温吸附器组成的；

所述第一管套换热器位于所述第一低温纯化冷箱内的上方，所述第一管套换热器的下方通过管道连接着第一低温吸附器，所述第一管套换热器与所述第一低温吸附器的最左侧吸附器之间通过管道连接着所述第一过冷器；

所述粗氦提取冷箱和所述液氮罐分别通过管道与所述第一低温纯化冷箱连接，所述第一低温纯化冷箱通过管道连接有两个水浴式汽化器，所述水浴式汽化器通过管道连接有氦气装车设备。

优选地，所述第二低温纯化冷箱是由第二管套换热器、第二过冷器和第二低温吸附器组成的；

所述第二管套换热器位于所述第二低温纯化冷箱内的上方，所述第二管套换热器的下方通过管道连接着第二低温吸附器，所述第二管套换热器与所述第二低温吸附器的最左侧吸附器之间通过管道连接着所述第二过冷器；

所述粗氦提取冷箱和所述液氮罐分别通过管道与所述第二低温纯化冷箱连接，所述第二低温纯化冷箱通过管道连接有两个水浴式汽化器，所述水浴式汽化器通过管道连接有氦气装车设备。

优选地，所述第一低温吸附器和所述第二低温吸附器分别通过管道连接有氮气电加热器，所述氮气电加热器连接至进氮气管线，所述氮气电加热器和所述进氮气管线之间的管道上设有循环风机。

优选地，所述第一过冷器和所述第二低温吸附器、所述第二过冷器和所述第二低温吸附器之间通过管道连接有真空泵，所述真空泵位于所述低温纯化冷箱外，所述真空泵通过管道分别连接至冷却水回水管线和冷却水供水管线，所述低温纯化冷箱与所述真空泵之间有一条管道连接至回收气管线。

优选地，所述第一低温纯化冷箱和第二低温纯化冷箱分别通过管道连接有水浴用电加热器。

优选地，所述水浴用电加热器内设有水泵。

优选地，所述水浴用电加热器通过管道分别连接至氮气放空点和除盐水总管。

由以上技术方案可知，本申请提供了使用时，利用吸附剂在低温下对氮气等杂质有良好的吸附作用，将粗氦气在低温下进行吸附纯化。低温纯化器的两套冷箱采用时序控制，一套正常工作，一套活化再生。冷箱中充注液氮，工作在液氮温区，活化则使用100摄氏度高温氮气加热吹扫。当一套低温纯化冷箱处于工作状态，则另一套冷箱处于再生或等待状态每套冷箱经历相同的步骤程序。

初始时，所有阀门保持本身常闭、常开状态，冷箱A内液氮充注到位，压力为工作压力。粗氦气进入低温纯化冷箱A，经过换热器降温后进入吸附器A，粗氦气中的杂质被低温吸附分离，处理后的气体流出冷箱，进入充装或液化装置。当吸附器A吸附饱和后，吸附器A开始再生。纯化冷箱B开始工作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、通过设置低温吸附系统，可以对原料氦气中的氖气等杂质进行充分吸附，而且低温纯化冷箱中的低温吸附器设备尺寸可以进行缩小化设计，从而避免在吸附切换过程中氦气的大量损耗，提高氦气提取率。

2、本系统不仅可以形成氦气纯化的连续化生产，提高生产效率，还可以在工业化生产中降低对冷凝设备的重复投资，降低生产成本。

3、本系统低温吸附工序的切换更为快速、简便，且不影响冷凝工序的生产，冷量损失极低，整个生产过程更为连续，进一步降低生产成本，提高生产效率。

4、通过设置液氮低温吸附系统，实现了对氦气纯化，提高了氦气的纯度。

综上所述，一种低温吸附纯化系统中设置低温吸附系统，可以对原料氦气中的氖气等杂质进行充分吸附，低温纯化冷箱中的低温吸附器设备尺寸可以进行缩小化设计，从而避免在吸附切换过程中氦气的大量损耗，提高氦气提取率，且低温吸附工序的切换更为快速、简便，不影响冷凝工序的生产，冷量损失极低，整个生产过程更为连续，进一步降低生产成本，提高生产效率。

附图说明

为了更清楚的说明本实用新型的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简要的介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型所提供的一种低温吸附纯化系统的示意图；

图2为本实用新型所提供的一种低温吸附纯化系统中水浴用电加热器示意图。

具体实施方式中的附图标号如下：

1、第一低温纯化冷箱；101、第一管套换热器；102、第一过冷器；103、第一低温吸附器；2、第二低温纯化冷箱；201、第二管套换热器；202、第二过冷器；203、第二低温吸附器；3、水浴式汽化器；4、氮气电加热器；5、水浴用电加热器；6、循环风机；7、真空泵；8、水泵；9、粗氦提取冷箱；10、液氮罐；11、氮气放空点；12、氦气装车设备；13、进氮气管线；14、冷却水回水管线；15、冷却水供水管线；16、回收气管线；17、除盐水总管。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型中的技术方案，下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚完整的描述。

参见图1-2，一种低温吸附纯化系统，本申请为了杂质在液氮区吸附容量较小，导致低温吸附器设备尺寸较大，进而使低温吸附切换过程中氦气损耗较多，而且低温吸附器负荷较大，吸附切换时冷量损耗严重的问题，提出了一种低温吸附纯化系统，本系统可以对原料氦气中的氖气等杂质进行充分吸附，低温纯化冷箱中的低温吸附器设备尺寸可以进行缩小化设计，从而避免在吸附切换过程中氦气的大量损耗，提高氦气提取率，且低温吸附工序的切换更为快速、简便，不影响冷凝工序的生产，冷量损失极低，整个生产过程更为连续，进一步降低生产成本，提高生产效率。具体地，一种低温吸附纯化系统包括粗氦提取冷箱9、液氮罐10和低温纯化冷箱，低温纯化冷箱为并联的第一低温纯化冷箱1和第二低温纯化冷箱2，利用吸附剂在低温下对氮气等杂质有良好的吸附作用，将粗氦气在低温下进行吸附纯化。第一低温纯化冷箱1是由第一管套换热器101、第一过冷器102和第一低温吸附器103组成的，第一管套换热器101位于第一低温纯化冷箱1内的上方，第一管套换热器101的下方通过管道连接着第一低温吸附器103，第一管套换热器101与第一低温吸附器103的最左侧吸附器之间通过管道连接着第一过冷器102，粗氦提取冷箱9和液氮罐10分别通过管道与第一低温纯化冷箱1连接，第一低温纯化冷箱1通过管道连接有两个水浴式汽化器3，水浴式汽化器3通过管道连接有氦气装车设备12，初始时，所有阀门保持本身常闭、常开状态，第一低温纯化冷箱1内液氮充注到位，压力为工作压力；粗氦气从粗氦提取冷箱9进入第一低温纯化冷箱1，经过第一管套换热器101降温后进入第一低温吸附器103，粗氦气中的杂质被低温吸附分离，处理后的气体流出第一低温纯化冷箱1，进入充装或液化装置。

第二低温纯化冷箱2是由第二管套换热器201、第二过冷器202和第二低温吸附器203组成的，第二管套换热器201位于第二低温纯化冷箱2内的上方，第二管套换热器201的下方通过管道连接着第二低温吸附器203，第二管套换热器201与第二低温吸附器203的最左侧吸附器之间通过管道连接着第二过冷器202，粗氦提取冷箱9和液氮罐10分别通过管道与第二低温纯化冷箱2连接，第二低温纯化冷箱2通过管道连接有两个水浴式汽化器3，水浴式汽化器3通过管道连接有氦气装车设备12，第一低温吸附器103和第二低温吸附器203分别通过管道连接有氮气电加热器4，氮气电加热器4连接至进氮气管线13，氮气电加热器4和进氮气管线13之间的管道上设有循环风机6，第一过冷器102和第二低温吸附器203、第二过冷器202和第二低温吸附器203之间通过管道连接有真空泵7，真空泵7位于低温纯化冷箱外，真空泵7通过管道分别连接至冷却水回水管线14和冷却水供水管线15，低温纯化冷箱与真空泵7之间有一条管道连接至回收气管线16，第一低温纯化冷箱1和第二低温纯化冷箱2分别通过管道连接有水浴用电加热器5，水浴用电加热器5内设有水泵8，水浴用电加热器5通过管道分别连接至氮气放空点11和除盐水总管17，氮气通过放空点高点放空；当第一低温吸附器103吸附饱和后，第一低温吸附器103开始再生，第二低温纯化冷箱2开始工作，可以形成氦气纯化的连续化生产，提高生产效率，降低对冷凝设备的重复投资，降低生产成本；第一低温纯化冷箱1和第二低温纯化冷箱2采用时序控制，一套正常工作，一套活化再生；低温纯化冷箱中充注液氮，工作在液氮温区，活化则使用100摄氏度高温氮气加热吹扫；当第一低温纯化冷箱1处于工作状态，则第二低温纯化冷箱2处于再生或等待状态，每套低温纯化冷箱经历相同的步骤程序；本系统低温吸附工序的切换更为快速、简便，且不影响冷凝工序的生产，冷量损失极低，整个生产过程更为连续，进一步降低生产成本，提高生产效率，实现了对氦气纯化，提高了氦气的纯度。

由以上技术方案可知，使用时，利用吸附剂在低温下对氮气等杂质有良好的吸附作用，将粗氦气在低温下进行吸附纯化。第一低温纯化冷箱1和第二低温纯化冷箱2采用时序控制，一套正常工作，一套活化再生；低温纯化冷箱中充注液氮，工作在液氮温区，活化则使用100摄氏度高温氮气加热吹扫；当第一低温纯化冷箱1处于工作状态，则第二低温纯化冷箱2处于再生或等待状态，每套低温纯化冷箱经历相同的步骤程序。

初始时，所有阀门保持本身常闭、常开状态，第一低温纯化冷箱1内液氮充注到位，压力为工作压力；粗氦气从粗氦提取冷箱9进入第一低温纯化冷箱1，经过第一管套换热器101降温后进入第一低温吸附器103，粗氦气中的杂质被低温吸附分离，处理后的气体流出第一低温纯化冷箱1，进入充装或液化装置；当第一低温吸附器103吸附饱和后，第一低温吸附器103开始再生，第二低温纯化冷箱2开始工作。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本实用新型的其他实施方案。本实用新型旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包含本实用新型公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为实例性的，本实用新型的真正范围由权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。以上所述的本实用新型实施方式并不构成对本实用新型保护范围的限定。

Claims (7)

1.一种低温吸附纯化系统，其特征在于：包括粗氦提取冷箱(9)、液氮罐(10)和低温纯化冷箱，所述低温纯化冷箱为并联的第一低温纯化冷箱(1)和第二低温纯化冷箱(2)；

所述第一低温纯化冷箱(1)是由第一管套换热器(101)、第一过冷器(102)和第一低温吸附器(103)组成的；

所述第一管套换热器(101)位于所述第一低温纯化冷箱(1)内的上方，所述第一管套换热器(101)的下方通过管道连接着第一低温吸附器(103)，所述第一管套换热器(101)与所述第一低温吸附器(103)的最左侧吸附器之间通过管道连接着所述第一过冷器(102)；

所述粗氦提取冷箱(9)和所述液氮罐(10)分别通过管道与所述第一低温纯化冷箱(1)连接，所述第一低温纯化冷箱(1)通过管道连接有两个水浴式汽化器(3)，所述水浴式汽化器(3)通过管道连接有氦气装车设备(12)。

2.根据权利要求1所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述第二低温纯化冷箱(2)是由第二管套换热器(201)、第二过冷器(202)和第二低温吸附器(203)组成的；

所述第二管套换热器(201)位于所述第二低温纯化冷箱(2)内的上方，所述第二管套换热器(201)的下方通过管道连接着第二低温吸附器(203)，所述第二管套换热器(201)与所述第二低温吸附器(203)的最左侧吸附器之间通过管道连接着所述第二过冷器(202)；

所述粗氦提取冷箱(9)和所述液氮罐(10)分别通过管道与所述第二低温纯化冷箱(2)连接，所述第二低温纯化冷箱(2)通过管道连接有两个水浴式汽化器(3)，所述水浴式汽化器(3)通过管道连接有氦气装车设备(12)。

3.根据权利要求2所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述第一低温吸附器(103)和所述第二低温吸附器(203)分别通过管道连接有氮气电加热器(4)，所述氮气电加热器(4)连接至进氮气管线(13)，所述氮气电加热器(4)和所述进氮气管线(13)之间的管道上设有循环风机(6)。

4.根据权利要求2所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述第一过冷器(102)和所述第二低温吸附器(203)、所述第二过冷器(202)和所述第二低温吸附器(203)之间通过管道连接有真空泵(7)，所述真空泵(7)位于所述低温纯化冷箱外，所述真空泵(7)通过管道分别连接至冷却水回水管线(14)和冷却水供水管线(15)，所述低温纯化冷箱与所述真空泵(7)之间有一条管道连接至回收气管线(16)。

5.根据权利要求2所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述第一低温纯化冷箱(1)和第二低温纯化冷箱(2)分别通过管道连接有水浴用电加热器(5)。

6.根据权利要求5所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述水浴用电加热器(5)内设有水泵(8)。

7.根据权利要求5所述的一种低温吸附纯化系统，其特征在于：所述水浴用电加热器(5)通过管道分别连接至氮气放空点(11)和除盐水总管(17)。