本实用新型属于气体纯化技术领域，具体是一种利用普通氢气通过高压低温纯化生产超纯氢气的生产系统。
背景技术：
目前，国内超纯氢气都来源于进口，国内能生产6N氢气的厂家不多，而氢气作为清洁能源，以后的发展不言而喻，特别是作为电子清洁用气的高超纯氢气，其发展更是不可估量。高压低温氢气纯化在氢液化生产中的应用（王少臣，兰州物理研究所）提供了一种采用高压低温方式纯化氢气的方法，其采用硅胶冷却床进行氢气中杂质的吸附去除，但该方法的吸附方式属于化学吸附，容易产生其它杂质，从而影响氢气的最终纯度；且该纯化系统结构复杂，纯化过程中需要多个换热器配合作用，能耗较高，成本高昂。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对上述已有技术存在的问题，提供一种结构简单，成本低廉，成品超纯氢气质量高的超纯氢气生产系统。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种超纯氢气生产系统，包括原料氢气储罐和纯化器，原料氢气储罐经由原料氢气双向截止阀与隔膜压缩机进口连接，原料氢气储罐与原料氢气双向截止阀之间的管道上连接真空泵；纯化器包括内胆和外部夹层，其中，内胆上设有原料氢气进口和超纯氢气出口，内胆内部分层充装吸附剂，内胆中部设有吸附剂活化管道，该吸附剂活化管道内充装有导热油，且通过加热探头与温度控制器相连接，温度控制器分别通过液氮低位探头和液氮高位探头与纯化器的外部夹层相连通；外部夹层包括液氮入口和液氮出口，液氮入口与液氮储罐相连通；隔膜压缩机出口与原料氢气进口相连通，超纯氢气出口通过超纯氢气管道连接充装面板，该充装面板第一支路经由第一截止阀连接检测器，第二支路经由第二截止阀连接成品氢气钢瓶，第三支路经由第三截止阀通过氢气循环管道与原料氢气双向截止阀后的原料氢气管道相连通。原料氢气进入纯化器内胆后，由于吸附剂温度都在-190℃以下，压力8-10MPa，大部分气体会被冷凝成固态，或者游离态的液态，而被吸附剂吸附，只有氢气不会被液化，经分层吸附以后，从超纯氢气出口离开，进入充装面板。
其中，吸附剂采用不锈钢金属网分层充装，该不锈钢金属网网格大小为0.5×0.5-0.8×0.8mm。
利用本实用新型系统生产超纯氢气的具体方法包括以下步骤：
步骤一，打开液氮储罐，液氮从液氮入口进入纯化器的外部夹层，当温度控制器显示液氮高位探头和液氮低位探头的温度均低于-160℃时关闭液氮储罐；
步骤二，启动真空泵，对生产系统管道抽真空。
步骤三，保持第一截止阀、第二截止阀和第三截止阀均处于关闭状态，打开原料氢气双向截止阀，原料氢气在隔膜压缩机的作用下从原料氢气储罐进入纯化器的内胆，在吸附剂的作用下吸附纯化后，从超纯氢气出口排出，通过超纯氢气管道进入充装面板；15-30min后，关闭原料氢气双向截止阀，打开第三截止阀，使管路中气体进入吸附循环，10-15min后，关闭第三截止阀，打开第一截止阀，管路气体进入检测器，若气体纯度达到生产要求，则关闭第一截止阀，打开第二截止阀，使超纯氢气充装进成品氢气钢瓶；若气体纯度未达到生产要求，则关闭第一截止阀，打开第三截止阀，使气体通过氢气循环管道再次进入吸附循环，使管道压力保持在8-10MPa；直至检测器检测到气体纯度符合要求后进行充装；
步骤四，重复步骤三，直至超纯氢气充满成品氢气钢瓶；
步骤五，当吸附剂杂质含量过高，无法得到符合要求纯度的超纯氢气时，关闭第一截止阀和第二截止阀，打开第三截止阀和原料氢气双向截止阀，将不合格氢气回收进原料氢气储罐；
步骤六，当液氮低位探头温度高于-160℃时，打开液氮出口，排空液氮，并在抽真空的同时，通过温度控制器控制加热探头对导热油进行加热，导热油持续升温至180℃，使吸附剂活化5-6h；停止加热，使导热油自然冷却至常温；重复步骤一至步骤四，进行下一个超纯氢气生产循环。
上述吸附剂为煤质活性炭，选用优质无烟煤为原料精制而成，具有强度高，吸附速度快，吸附容量高，比表面积大，孔隙结构发达等特性，该煤质活性炭能耐高压，耐低温，吸附杂质种类多，易活化。
生产过程中当液氮高位探头温度高于-160℃，液氮低位探头温度低于-160℃时，需及时补充液氮，直至液氮高位探头和液氮低位探头的温度均低于-160℃时关闭液氮储罐。
本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果：
1、本实用新型系统在高压以及液氮的低温环境下，采用循环吸附工艺生产超纯氢气，通过安装检测器，当氢气纯度检测合格后再进行充装作业，若不合格则进入吸附循环，保证了成品氢气质量，节约了人力电力，减少了冷媒的浪费，具有安全高效的特点。
2、本实用新型生产系统只要有普通气体的生产场所就可以实现超纯氢气的安全生产，充装过程中随时都可停机，且停电等突发状况都不影响超纯氢气的质量。
3、本实用新型系统中设有吸附剂纯化系统，可通过加热对吸附剂进行在线活化，安全有效，能耗低。
附图说明
图1为本实用新型超纯氢气生产系统中各装置的连接关系示意图；
附图标记：1、原料氢气储罐；2、原料氢气双向截止阀；3、真空泵；4、原料氢气管道；5、液氮储罐；6、隔膜压缩机；7、纯化器：7-1、外部夹层，7-2、内胆，7-3、液氮入口，7-4、液氮出口，7-5、原料氢气进口，7-6超纯氢气出口；8、吸附剂活化管道；9、加热探头；10、液氮高位探头；11、液氮低位探头；12、温度控制器；13、氢气循环管道；14、超纯氢气管道；15、充装面板；16、第一截止阀；17、第二截止阀；18、第三截止阀；19、检测器；20、成品氢气钢瓶；21、不锈钢金属网。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的超纯氢气生产系统作进一步详细说明。
如图1所示，一种超纯氢气生产系统，包括原料氢气储罐1和纯化器7，原料氢气储罐1经由原料氢气双向截止阀2与隔膜压缩机6进口连接，原料氢气储罐1与原料氢气双向截止阀2之间的管道上连接真空泵3；纯化器7包括内胆7-2和外部夹层7-1，其中，内胆7-2上设有原料氢气进口7-5和超纯氢气出口7-6，内胆7-2内部采用网格大小为0.5×0.5-0.8×0.8mm的不锈钢金属网21分层充装煤质活性炭， 内胆7-2中部设有吸附剂活化管道8，该吸附剂活化管道8内充装有导热油，且通过加热探头9与温度控制器12相连接，温度控制器12分别通过液氮低位探头11和液氮高位探头10与纯化器7的外部夹层7-1相连通；外部夹层7-1包括液氮入口7-3和液氮出口7-4，液氮入口7-3与液氮储罐5相连通；隔膜压缩机6出口与原料氢气进口7-5相连通，超纯氢气出口7-6通过超纯氢气管道14连接充装面板15，该充装面板15第一支路经由第一截止阀16连接检测器19，第二支路经由第二截止阀17连接成品氢气钢瓶20，第三支路经由第三截止阀18通过氢气循环管道13与原料氢气双向截止阀2后的原料氢气管道4相连通。
利用本实用新型系统生产超纯氢气的方法具体包括以下步骤：
步骤一，打开液氮储罐5，采用高压泵将液氮从液氮入口7-3打入纯化器7的外部夹层7-1，当温度控制器12显示液氮高位探头10和液氮低位探头11的温度均低于-160℃时关闭液氮储罐5；生产过程中当液氮高位探头10温度高于-160℃，液氮低位探头11温度低于-160℃时，需及时补充液氮，直至液氮高位探头10和液氮低位探头11的温度均低于-160℃时关闭液氮储罐5；
步骤二，启动真空泵3，对生产系统管道抽真空，通过观察真空泵3的压力表，使管道压力保持在8-10MPa；
步骤三，保持第一截止阀16、第二截止阀17和第三截止阀18均处于关闭状态，打开原料氢气双向截止阀2，原料氢气在隔膜压缩机6的作用下从原料氢气储罐1进入纯化器7的内胆7-2，在活性炭的作用下吸附纯化后，从超纯氢气出口7-6排出，通过超纯氢气管道14进入充装面板15；15-30min后，关闭原料氢气双向截止阀2，打开第三截止阀18，使管路中气体进入吸附循环，10-15min后，关闭第三截止阀18，打开第一截止阀16，管路气体进入检测器19，若气体纯度达到生产要求，则关闭第一截止阀16，打开第二截止阀17，使超纯氢气充装进成品氢气钢瓶20；若气体纯度未达到生产要求，则关闭第一截止阀16，打开第三截止阀18，使气体通过氢气循环管道13再进入吸附循环，直至检测器19检测到气体纯度符合要求后进行充装；
步骤四，重复步骤三，直至超纯氢气充满成品氢气钢瓶20；
步骤五，当吸附剂杂质含量过高，无法得到符合要求纯度的超纯氢气时，关闭第一截止阀16和第二截止阀17，打开第三截止阀18和原料氢气双向截止阀2，将不合格氢气回收进原料氢气储罐1；
步骤六，当液氮低位探头温度高于-160℃时，打开液氮出口，排空液氮，并在抽真空的同时，通过温度控制器12控制加热探头9对导热油进行加热，导热油持续升温至180℃，使活性炭活化5-6h；停止加热，使导热油自然冷却至常温；重复步骤一至步骤四，进行下一个超纯氢气生产循环。