专利名称：一种氖氦分离提纯装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种气体分离提纯的装置，尤其涉及一种从含氖氦的混合气体中分离提纯氖气和氦气的装置。
背景技术：
氖气与氦气是惰性气体，其在空气中的含量仅为18. ISXlOH 24X10'氖气、氦气在空分设备精馏塔内为不凝气，而以气态聚集在主冷凝器顶部和氮回流液中。不易被分离。随着科技的发展，氖气和氦气已大量适用于工业的各个领域。氖气多用于充填航标灯、霓虹灯和用作低温实验室的安全致冷剂；氦气用作稀有金属精炼的保护气和配制深水作业、宇航中呼吸用气，用于压力容器、真空系统检漏和制作氦氖激光器，还在原子能、红 外线探测、低温电子等方面得到应用。现有技术中的氖氦混合气的分离提纯技术，早期多采用液氢为冷源。在液氢温度下，将氖氦混合气的温度降低至接近氖的三相点温度，使氖液化。从而达到氖氦分离的目的。但是液氢生产具有复杂性和危险性。因此本领域的技术人员致力于开发一种安全方便、回收率高的氖氦分离提纯装置。
实用新型内容鉴于上述现有技术中的问题，本实用新型所要解决的技术问题是现有的技术安全性低。本实用新型的一种氖氦分离提纯装置，包括依次通过管道连接的压缩机、第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器，所述压缩机上设有混合气进口，所述气液分离器上设有氦气出口和氖液出口，所述第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器置于真空绝热容器中。在本实用新型的一个较佳实施方式中，所述气液分离器的氖液出口还包括依次通过管道连接的第二减压阀、纯氖塔、第三减压阀和所述液氖换热器，所述液氖换热器上设有纯氖出口，所述纯氖塔上设有混合气出口，所述混合气出口与所述压缩机的混合气进口相通。在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述第二减压阀、纯氖塔和第三减压阀置于所述真空绝热容器中。在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述气液分离器的氦气出口还包括依次通过管道连接的热交换器和低温吸附器，所述低温吸附器上设有纯氦出口。在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述热交换器和低温吸附器置于低温液氮容器中。在本实用新型的另一较佳实施方式中，还包括粗提纯组件，所述粗提纯组件包括依次通过管道连接的I级压缩机、除水干燥器、I级换热器、I级气液分离器和I级低温吸附器，所述I级压缩机上设有粗混合气进口，所述I级低温吸附器上设有纯混合气出口，所述纯混合气出口与所述压缩机的混合气进口相通。在本实用新型的另一较佳实施方式中，所述I级压缩机、除水干燥器、I级换热器、I级气液分离器和I级低温吸附器置于低温液氮容器中。在本实用新型的另一较佳实施方式中，还包括与I级气液分离器通过管道依次连接的I级减压阀、II级气液分离器，所述II级气液分离器的气体出口与I级压缩机的粗混合气进口相通，所述II级气液分离器的液体出口与低温液氮容器相通。在本实用新型的另一较佳实施方式中，还包括主换热器，所述除水干燥器通过主换热器与I级换热器连接，所述I级低温吸附器通过主换热器与所述压缩机的混合气进口连接。本实用新型的氖氦分离提纯装置结构简单、安装方便，并且安全性高、回收率高、能耗低、易控制、适用于工业大规模化生产需要。
图I是本实用新型的实施例的结构示意图；图2是本实用新型的实施例包括粗提纯组件的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本实用新型做具体阐释。如图I所示的本实用新型的实施例的一种氖氦分离提纯装置，包括依次通过管道连接的压缩机9、第一换热器10、液氮换热器11、第二换热器12、第一减压阀13、液氖换热器14和气液分离器15。压缩机9上设有混合气进口 91，用于待分离的混合气进入。气液分离器15上设有氦气出口 151和氖液出口 152,用于分离完成后气液排出。第一换热器10、液氮换热器11、第二换热器12、第一减压阀13、液氖换热器14和气液分离器15置于真空绝热容器22中。本实用新型的氖氦分离提纯装置利用液氮和液氖换热器，经低温高压节流和气液分离使氖与氦分离。结构简单、安装方便，并且安全性高、回收率高、能耗低、易控制、适用于工业大规模化生产需要。如图I中所示，在本实用新型的实施例中，气液分离器15的氖液出口 152还包括依次通过管道连接的第二减压阀16、纯氖塔17、第三减压阀18和液氖换热器14。液氖换热器14上设有纯氖出口 141，纯氖塔17上设有混合气出口 171，混合气出口 171与压缩机9的混合气进口 91相通。从而在分离提纯纯氖和纯氦的同时，不纯气可以返回混合气中回收在分离，实现循环利用。纯氖在经液氖换热器14换热后由纯氖出口 141排出，实现了循环利用。如图I中所示，在本实用新型的实施例中，第二减压阀16、纯氖塔17和第三减压阀18置于真空绝热容器22中。本实用新型中的真空绝热容器为了保持绝热的效果，可以采用真空泵抽取真空，真空度约为lX10_4Pa。如图I中所示，在本实用新型的实施例中，气液分离器15的氦气出口 151还包括依次通过管道连接的热交换器19和低温吸附器20，进一步低温吸附除去氖等杂质获得纯氦。低温吸附器20上设有纯氦出口。优选热交换器和低温吸附器置于低温液氮容器21中。本实用新型中的低温液氮容器可以由真空泵抽真空，保持真空度约为O. 17Pa。如图2中所示，在本实用新型的实施例中，还可以包括粗提纯组件，粗提纯组件包括依次通过管道连接的I级压缩机I、除水干燥器2、I级换热器4、I级气液分离器5和I级低温吸附器8。I级压缩机I上设有粗混合气进口，I级低温吸附器8上设有纯混合气出口 81，纯混合气出口 81与压缩机9的混合气进口 91相通。从而可以将粗氖氦混合气体采用低温冷凝法和低温吸附法脱除原料气中的氮和氧等杂质后获得氖氦混合气。优选的，I级压缩机、除水干燥器、I级换热器、I级气液分离器和I级低温吸附器置于低温液氮容器21中。如图2中所示，在本实用新型的实施例中，还包括主换热器3。除水干燥器2通过主换热器3与I级换热器4连接，I级低温吸附器8通过主换热器3与压缩机9的混合气进口 91连接，循环利用。·此外，如图2中所示，在本实用新型的实施例中，还可以包括与I级气液分离器5通过管道依次连接的I级减压阀6、II级气液分离器7。II级气液分离器7的气体出口与I级压缩机I的粗混合气进口相通，II级气液分离器7的液体出口与低温液氮容器相通。从而将II级气液分离器分离出的混合气回收利用，液体进入低温液氮容器中，循环利用。如图2中所示，在本实用新型的实际运行时，可以将粗氖氦混合气经I级压缩机I增压，经过分子筛除水干燥器2干燥脱除水分后，进入主换热器3中，并被返流的冷气流冷却，再经过I级热交换器4冷却，此时原料气中90%以上的氮和氧被冷凝，之后送入I级气液分离器5中进行I级气液分离，被分离为气相组分和液相组分。其中，从I级气液分离器分离后的气相组分(其中氖体积分数为75%，氦为23. 6%)进入I级低温吸附器8后脱除氮和氧等杂质后获得纯净的氖氦混合气，其中氖体积分数为76%，氦为 24%。而从I级气液分离器分离后的液相组分经过I级减压阀6节流，并经II级气液分离器7进行II级分离，被分离为气相组分和液相组分。其中的液相组分排入低温液氮容器21中，气相组分经过主换热器3复热后返回粗氖氦混合气中。之后，将得到的纯净的氖氦混合气经过主换热器3复热后进入氖氦混合气压缩机9增压。将增压后的氖氦混合气首先经过第一换热器10被返流的冷气流冷却，然后进入液氮换热器11被液氮冷却，之后进入第二换热器12被返流冷气流冷却，经过第一减压阀13节流，进入液氖换热器14与纯液氖换热后冷却，再经过气液分离器15分离为气相组分和液相组分。经过气液分离器15后得到的液相(氖体积分数为99. 2%，氦体积分数为O. 8%)经过第二减压阀16节流进入纯氖塔17，在纯氖塔中氖与氦得到完全分离，塔顶得到的气相组分经过第二和第一换热器12和10后返回氖氦混合气中，而塔底得到的液相组分(氖体积分数大于99. 995%)经过第三减压阀18节流进入液氖换热器14中换热，然后经过第二和第一换热器12和10后复热，此即为纯氖，可以加压充入瓶中。经过气液分离器15得到的气相(氖体积分数为14%，氦体积分数为86%)即为粗氦，粗氦经过第二和第一换热器12和10后复热，回收冷量后进入主换热器3中冷却后，然后经过热交换器19继续冷却，进入低温吸附器20中，脱除氖等杂质后获得纯氦(氦体积分数大于99. 999%)，纯氦经过主换热器3复热回收冷量后可以充入瓶中。以上对本实用新型的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本实用新型并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本实用新型的范畴之中。因此，在不脱离本实用新型的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖 在本实用新型的范围内。
权利要求1.一种氖氦分离提纯装置，其特征在于，包括依次通过管道连接的压缩机、第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器，所述压缩机上设有混合气进口，所述气液分离器上设有氦气出口和氖液出口，所述第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器置于真空绝热容器中。
2.如权利要求I所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，所述气液分离器的氖液出口还包括依次通过管道连接的第二减压阀、纯氖塔、第三减压阀和所述液氖换热器，所述液氖换热器上设有纯氖出口，所述纯氖塔上设有混合气出口，所述混合气出口与所述压缩机的混合气进口相通。
3.如权利要求2所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，所述第二减压阀、纯氖塔和第三减压阀置于所述真空绝热容器中。
4.如权利要求I所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，所述气液分离器的氦气出口还包括依次通过管道连接的热交换器和低温吸附器，所述低温吸附器上设有纯氦出口。
5.如权利要求4所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，所述热交换器和低温吸附器置于低温液氮容器中。
6.如权利要求I所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，还包括粗提纯组件，所述粗提纯组件包括依次通过管道连接的I级压缩机、除水干燥器、I级换热器、I级气液分离器和I级低温吸附器，所述I级压缩机上设有粗混合气进口，所述I级低温吸附器上设有纯混合气出口，所述纯混合气出口与所述压缩机的混合气进口相通。
7.如权利要求6所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，所述I级压缩机、除水干燥器、I级换热器、I级气液分离器和I级低温吸附器置于低温液氮容器中。
8.如权利要求7所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，还包括与I级气液分离器通过管道依次连接的I级减压阀、II级气液分离器，所述II级气液分离器的气体出口与I级压缩机的粗混合气进口相通，所述II级气液分离器的液体出口与低温液氮容器相通。
9.如权利要求6所述的氖氦分离提纯装置，其特征在于，还包括主换热器，所述除水干燥器通过主换热器与I级换热器连接，所述I级低温吸附器通过主换热器与所述压缩机的混合气进口连接。
专利摘要本实用新型的一种氖氦分离提纯装置，包括依次通过管道连接的压缩机、第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器，所述压缩机上设有混合气进口，所述气液分离器上设有氦气出口和液氖出口，所述第一换热器、液氮换热器、第二换热器、第一减压阀、液氖换热器和气液分离器置于真空绝热容器中。本实用新型的氖氦分离提纯装置结构简单、安装方便，并且安全性高、回收率高、能耗低、易控制、适用于工业大规模化生产需要。
文档编号F25J3/00GK202485330SQ20122008717
公开日2012年10月10日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者严寿鹏, 俞建, 喻永贵, 曹月丛 申请人:上海启元空分技术发展股份有限公司