氦气纯化方法及氦气纯化系统与流程

本发明涉及氦气纯化，尤其涉及一种氦气纯化方法及氦气纯化系统。

背景技术：

1、氦气因具有强化学惰性，极低沸点及氦在血液中的溶解度很低等特殊性质，在航空航天、核武器、潜艇、饱和潜水作业、核磁共振、半导体、手机、液晶屏幕、光纤、大科学装置等国防、工业、科技领域具有不可替代的作用，但氦气的众多来源中，如可供氦气提取的天然气中氦气纯度不足10％，而回收的氦气由于渗入各种杂质气体，纯度亦难满足使用需求，因此需要对氦气进行提纯。

2、现有技术中通常通过吸附器对于氦气进行提纯，而吸附器对于废气的吸附能力有限，因此每隔一段时间需要对吸附器进行更换，对于氦气的吸附纯化过程中断次数多，导致氦气的纯化效率低下，同时每次更换吸附器时，吸附器内还存在一部分未吸附完全的中间氦气，中间氦气会随着吸附器的更换排放至大气中，导致氦气浪费，氦气利用率低。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种氦气纯化方法及氦气纯化系统，旨在解决现有的氦气纯化方法中氦气纯化效率低下，氦气利用率低的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供一种氦气纯化方法，包括以下步骤：

3、通过一处于待吸附状态的吸附器对粗氦气进行纯化吸附形成精制氦气并输出；

4、持续纯化吸附直至所述吸附器内填满杂质，进入饱和状态；

5、通过另一处于待吸附状态的吸附器对粗氦气进行纯化吸附；

6、将所述饱和状态的所述吸附器与一处于真空状态的吸附器连通，将所述饱和状态的所述吸附器内未吸附完全的中间氦气均流至所述真空状态的所述吸附器内，以使所述真空状态的所述吸附器进入半充压状态；

7、对所述饱和状态的所述吸附器进行抽真空，并对所述吸附器进行复热，排出所述吸附器内的杂质，以使所述饱和状态的所述吸附器进入真空状态；

8、为所述半充压状态的所述吸附器注入所述精制氦气，直至加压至预设压强范围，以使所述吸附器进入待吸附状态；

9、返回执行所述持续吸附直至所述纯化吸附装置的吸附器内填满杂质，进入饱和状态的步骤，直至所有所述氦气纯化完成。

10、优选地，所述通过一处于待吸附状态的吸附器对粗氦气进行纯化吸附形成精制氦气并输出的步骤包括：

11、对常温的所述粗氦气进行降温；

12、将降温后的所述粗氦气输入处于待吸附状态的所述吸附器，其中，所述吸附器的温度低于常温；

13、所述吸附器将所述粗氦气内的杂质吸附后形成精制氦气；

14、将所述精制氦气升温至常温后输出。

15、优选地，所述持续纯化吸附直至所述吸附器内填满杂质，进入饱和状态的步骤包括：

16、所述吸附器持续对所述粗氦气进行纯化吸附形成精制氦气；

17、检测所述精制氦气内氦气纯度，当所述精制氦气内的氦气纯度低于预设纯度范围时，判定所述吸附器进入饱和状态。

18、优选地，所述预设压强范围为2.0mpa～2.5mpa。

19、为实现上述目的，本发明还提供一种氦气纯化系统，应用于上述的氦气纯化方法，所述氦气纯化系统包括至少三套纯化吸附装置，所述纯化吸附装置包括壳体、换热器和吸附器，至少三套所述纯化吸附装置的所述吸附器均相互连通，所述壳体内填充有冷却液，所述换热器和所述吸附器均安装于所述壳体内且相互连通，所述换热器用于将所述粗氦气降温并将所述精制氦气升温，所述冷却液用于将所述换热器和所述吸附器降温。

20、优选地，至少三套所述纯化吸附装置并联在氦气进气管路上且均通过所述氦气进气管路输入所述粗氦气，至少三套所述纯化吸附装置并联在氦气出气管路上且均通过所述氦气出气管路输出所述精制氦气，所述氦气进气管路与各所述纯化吸附装置之间设置有氦气进气阀，所述氦气出气管路与各所述纯化吸附装置之间设置有氦气出气阀。

21、优选地，所述氦气出气管路上还并联设置有一加压管路，各所述吸附器与所述加压管路连通，且所述加压管路与各所述吸附器之间均设置有一加压阀。

22、优选地，任意两个所述吸附器之间通过一均压管路连通，所述均压管路上设置有均压阀和第一流量调节阀。

23、优选地，至少三套所述吸附器并联在一复热进气管路上并通过所述复热进气管路输入常温氮气，至少三套所述吸附器并联在一复热出气管路上并通过所述复热出气管路输出低温氮气，所述常温氮气用于对所述饱和状态的所述吸附器进行复热，所述复热进气管路与各所述吸附器之间均设置有复热进气阀，所述复热出气管路与各所述吸附器之间均设置有复热出气阀。

24、优选地，各所述吸附器并联设置在一废气出气管路上，且所述废气出气管路与各所述吸附器之间均设置有一废气出气阀。

25、在本发明的技术方案中，通过一个处于待吸附状态的吸附器对粗氦气进行吸附纯化，吸附至饱和状态后更换另一个处于待吸附状态的吸附器，然后将饱和状态的吸附器与一真空状态的吸附器连通进行均压，饱和状态的吸附器内存在未吸附完全的中间氦气，通过均压将部分中间氦气均流至真空状态的吸附器中使其进入半充压状态，然后将均压后的吸附器进行抽真空以及复热，通过低压和高温将吸附器中的杂质气体析出，从而使吸附器能够再次使用，同时将半充压状态的吸附器加压至预设压强范围，使其进入待吸附状态，在预设压强范围下，提高对氦气的纯化精度，使得纯化的氦气浓度更高，此时的吸附器可以用于替补下一个进入饱和状态的吸附器进行纯化吸附，而本次循环中的真空状态的吸附器则可用于对下一个进入饱和状态的吸附器进行均压。本发明通过将处于不同状态的吸附器连通并循环使用，使得通过最少三个吸附器即可实现不间断循环纯化氦气，无需等待更换吸附器，从而提高了氦气的纯化效率；同时通过饱和状态的吸附器与真空状态的吸附器进行均压，对未吸附完全的中间氦气进行回收再利用，减少了氦气的排放，提高了氦气收率。

技术特征：

1.一种氦气纯化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的氦气纯化方法，其特征在于，所述通过一处于待吸附状态的吸附器对粗氦气进行纯化吸附形成精制氦气并输出的步骤包括：

3.如权利要求1所述的氦气纯化方法，其特征在于，所述持续纯化吸附直至所述吸附器内填满杂质，进入饱和状态的步骤包括：

4.如权利要求1所述的氦气纯化方法，其特征在于，所述预设压强范围为2.0mpa～2.5mpa。

5.一种氦气纯化系统，其特征在于，应用于如权利要求1-4中任一项所述的氦气纯化方法，所述氦气纯化系统包括至少三套纯化吸附装置，所述纯化吸附装置包括壳体、换热器和吸附器，至少三套所述纯化吸附装置的所述吸附器均相互连通，所述壳体内填充有冷却液，所述换热器和所述吸附器均安装于所述壳体内且相互连通，所述换热器用于将所述粗氦气降温并将所述精制氦气升温，所述冷却液用于将所述换热器和所述吸附器降温。

6.如权利要求5所述的氦气纯化系统，其特征在于，至少三套所述纯化吸附装置并联在氦气进气管路上且均通过所述氦气进气管路输入所述粗氦气，至少三套所述纯化吸附装置并联在氦气出气管路上且均通过所述氦气出气管路输出所述精制氦气，所述氦气进气管路与各所述纯化吸附装置之间设置有氦气进气阀，所述氦气出气管路与各所述纯化吸附装置之间设置有氦气出气阀。

7.如权利要求6所述的氦气纯化系统，其特征在于，所述氦气出气管路上还并联设置有一加压管路，各所述吸附器与所述加压管路连通，且所述加压管路与各所述吸附器之间均设置有一加压阀。

8.如权利要求5所述的氦气纯化系统，其特征在于，任意两个所述吸附器之间通过一均压管路连通，所述均压管路上设置有均压阀和第一流量调节阀。

9.如权利要求5所述的氦气纯化系统，其特征在于，至少三套所述吸附器并联在一复热进气管路上并通过所述复热进气管路输入常温氮气，至少三套所述吸附器并联在一复热出气管路上并通过所述复热出气管路输出低温氮气，所述常温氮气用于对所述饱和状态的所述吸附器进行复热，所述复热进气管路与各所述吸附器之间均设置有复热进气阀，所述复热出气管路与各所述吸附器之间均设置有复热出气阀。

10.如权利要求5所述的氦气纯化系统，其特征在于，各所述吸附器并联设置在一废气出气管路上，且所述废气出气管路与各所述吸附器之间均设置有一废气出气阀。

技术总结
本发明公开了一种氦气纯化方法和氦气纯化系统，其中，氦气纯化方法将一个处于待吸附状态的吸附器用于对粗氦气进行吸附纯化，吸附至饱和状态后更换另一个处于待吸附状态的吸附器，然后将饱和状态的吸附器与一真空状态的吸附器连通进行均压，然后将均压后的吸附器进行抽真空以及复热，通过低压和高温将吸附器中的杂质气体析出，从而使吸附器能够再次使用，通过最少三个吸附器即可实现不间断循环纯化氦气，无需等待更换吸附器，从而提高了氦气的纯化效率；同时通过饱和状态的吸附器与真空状态的吸附器进行均压，对未吸附完全的中间氦气进行回收再利用，减少了氦气的排放，提高了氦气收率。

技术研发人员：李家庆,苏柯洋,蔡唯
受保护的技术使用者：三一能源装备有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17