一种粗氦气精制提纯系统

本发明涉及资源综合利用，尤其涉及一种粗氦气精制提纯系统。

背景技术：

1、高纯氦气是各国国防军工及高科技产业不可或缺的稀有气体，目前主要是从含氦天然气中提取。我国氦气资源不仅数量贫乏，而且含量低，为获得高纯氦气，需要对富氦天然气进一步提纯。目前天然气提氦的主要工艺气源预处理净化、粗氦提取及氦气精制等工序。

2、氦气经过粗氦提取后其摩尔含量达到60％以上，其杂质主要含有氢、一氧化碳、烃及空气中的氧气与氮气。工业上一般采用吸附法去除杂质中的烃类杂质，采用催化氧化、储氢合金等方法进行脱氢处理，对于吸附的残余杂质如烃类物质及一氧化碳采用催化氧化法使其生成水和二氧化碳采用变压吸附方法去除新增加的杂质。故最终氦气中的杂质主要是是氮气与氧气。目前，去除氮气和氧气的方法主要是低温吸附法，使氦气纯度达到高纯氦气标准。该方法如果处理不当，仍会对氦气引入新的杂质相，同时会增加液氮的消耗。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术之缺陷，提供了一种粗氦气精制提纯系统，以至少解决上述部分技术问题。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明实施例提供一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，所述进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口伸入二级换热器，所述冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；

4、高压粗氦气通过所述进气流路进入一级换热器与冷氦流路内的冷源氦气换热降温，且通过所述气液分离器分离进气流路内冷凝的液体，提纯后的氦气进入所述二级换热器内与冷氦流路内的冷源氦气再次换热降温，提纯后氦气中杂质被凝华。

5、进一步地，还包括三级换热器，所述冷氦流路依次经过三级换热器、二级换热器以及一级换热器；所述进气流路包括降温部分以及换热部分，所述降温部分经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口依次经过二级换热器与三级换热器，所述换热部分连通降温部分末端且依次经过二级换热器与一级换热器。

6、进一步地，还包括第一排液流路，所述第一排液流路连接气液分离器的出液口且经过一级换热器，于所述第一排液流路上设置第一排液阀。

7、进一步地，还包括第二排液流路，所述第二排液流路连接气液分离器的出液口且于所述第二排液流路上设置有第二排液阀。

8、进一步地，还包括真空室，所述一级换热器、二级换热器以及气液分离器均位于所述真空室内。

9、进一步地，粗氦气于所述一级换热器处换热温度为65k，于所述二级换热器处的换热温度为30k。

10、进一步地，于所述一级换热器及二级换热器的粗氦气进出口安装温度与压力传感器用于监控粗氦气温度与压力。

11、进一步地，所述冷氦流路的冷源氦气来源于制冷机或者液化器，所述进气流路的出气口连接至所述制冷机或者液化器的低压常温通道。

12、进一步地，粗氦气进入所述进气流路之前通过膜压机增压至20bar以上。

13、本发明具有以下有益效果：

14、本发明中，粗氦气通过进气流路依次经过一级换热器、气液分离器以及二级换热器，且于一级换热器处与冷源氦气换热降温，进而可以将粗氦气中的杂质冷凝，比如粗氦气中的氮气与氧气，进入气液分离器后，冷凝的氮气与氧气被分离，提纯后的氦气进入二级换热器继续换热降温，剩余的部分杂质被凝华存留于二级换热器内，从而获取高纯度氦气，同时高纯度氦气经过收集后可以作为冷源氦气，可以避免液氮的消耗。

技术特征：

1.一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，其特征在于：还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，所述进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口伸入二级换热器，所述冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；

2.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括三级换热器，所述冷氦流路依次经过三级换热器、二级换热器以及一级换热器；所述进气流路包括降温部分以及换热部分，所述降温部分经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经所述气液分离器的出气口依次经过二级换热器与三级换热器，所述换热部分连通降温部分末端且依次经过二级换热器与一级换热器。

3.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括第一排液流路，所述第一排液流路连接气液分离器的出液口且经过一级换热器，于所述第一排液流路上设置第一排液阀。

4.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括第二排液流路，所述第二排液流路连接气液分离器的出液口且于所述第二排液流路上设置有第二排液阀。

5.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：还包括真空室，所述一级换热器、二级换热器以及气液分离器均位于所述真空室内。

6.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：粗氦气于所述一级换热器处换热温度为65k，于所述二级换热器处的换热温度为30k。

7.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：于所述一级换热器及二级换热器的粗氦气进出口安装温度与压力传感器用于监控粗氦气温度与压力。

8.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：所述冷氦流路的冷源氦气来源于制冷机或者液化器，所述进气流路的出气口连接至所述制冷机或者液化器的低压常温通道。

9.如权利要求1所述的粗氦气精制提纯系统，其特征在于：粗氦气进入所述进气流路之前通过膜压机增压至20bar以上。

技术总结
本发明提供一种粗氦气精制提纯系统，包括进气流路，还包括一级换热器、二级换热器、气液分离器以及冷氦流路，进气流路经一级换热器与气液分离器的进气口连通，且经气液分离器的出气口伸入二级换热器，冷氦流路依次经过二级换热器以及一级换热器；高压粗氦气通过进气流路进入一级换热器与冷氦流路内的冷源氦气换热降温，且通过气液分离器分离进气流路内冷凝的液体，提纯后的氦气进入二级换热器内与冷氦流路内的冷源氦气再次换热降温，提纯后氦气中杂质被凝华。本发明中，粗氦气通过冷源氦气进行多级换热降温，能够有效分离粗氦气内的杂质，可以获取高纯度氦气，且能够避免液氮的消耗。

技术研发人员：李正宇,杜军军,龚领会,刘立强,徐向东,王炳明
受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14