一种气体分离系统的制作方法

本申请涉及气体分离，特别涉及一种气体分离系统。

背景技术：

1、氢气作为一种新型能源，其具有热值高、绿色无污染等优点。相关技术中，高纯度的氢气中仍包含少量的杂质元素气体，如氦气he等。

2、然而，上述杂质元素具有重要的商业价值，相关技术中，存在难以对高纯度的氢气进行提纯的同时，对上述杂质元素气体进行回收利用的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请实施例的主要目的在于提供一种能够提纯原料气且回收杂质元素气体的气体分离系统。

2、为达到上述目的，本申请实施例的技术方案是这样实现的：

3、本申请实施例提供了一种气体分离系统，用于分离原料气，气体分离系统包括：

4、制冷设备，所述制冷设备包括压缩机、冷水机组、第一换热组件、膨胀机和第二换热组件；

5、分离设备；

6、循环管路，所述循环管路用于供冷媒流动，所述压缩机、所述冷水机组、所述第一换热组件、所述膨胀机和所述第二换热组件均位于所述循环管路上，且从所述膨胀机流向所述压缩机的所述冷媒至少流经所述第二换热组件；

7、分离管路，所述分离管路用于供所述原料气流动，所述分离管路与所述循环管路相互分离且顺次经过所述第二换热组件和所述分离设备，以在所述第二换热组件处，使所述原料气与所述冷媒进行换热形成液态原料气和不凝性气体，所述分离设备用于分离所述液态原料气和所述不凝性气体。

8、一种实施方式中，所述循环管路包括第一管路和第二管路，所述第一管路从所述压缩机延伸并顺次经过所述冷水机组、所述第一换热组件和所述膨胀机，所述第二管路从所述膨胀机延伸并顺次经过所述第二换热组件、所述第一换热组件和所述压缩机。

9、一种实施方式中，所述分离管路从所述第一换热组件延伸并顺次经过所述第二换热组件和所述分离设备，以使所述原料气分别在所述第一换热组件和所述第二换热组件处与所述冷媒进行换热。

10、一种实施方式中，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的温度为第一温度，所述分离管路中从所述第二换热组件流向所述分离设备的所述液态原料气的液化点为第二温度，所述第一温度低于所述第二温度。

11、一种实施方式中，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的液化点为第三温度，所述第三温度低于所述第一温度。

12、一种实施方式中，所述冷媒和/或所述原料气的主要元素气体和/或所述不凝性气体为氦气、氢气、氮气、二氧化碳、四氟甲烷、甲烷、乙烷的至少其中之一。

13、一种实施方式中，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的温度大于或等于14k且小于或等于170k；和/或，

14、所述循环管路位于所述膨胀机至所述第二换热组件之间的区域的气压大于或等于0.1mpa且小于或等于0.5mpa。

15、一种实施方式中，所述循环管路位于所述压缩机至所述第一换热组件之间的区域的气压大于或等于0.5mpa且小于或等于3mpa。

16、一种实施方式中，所述分离设备包括杜瓦储罐、负压储罐以及杜瓦管路，所述杜瓦储罐与所述第二换热组件通过所述分离管路连通；

17、所述负压储罐与所述杜瓦储罐的顶端连通，以用于收集所述不凝性气体，所述杜瓦管路的一端与所述杜瓦储罐的底端连通，以用于收集所述液态原料气。

18、一种实施方式中，所述第一换热组件包括第一换热器和第二换热器，所述第二换热组件包括第三换热器，所述第一管路顺次经过所述第一换热器和所述第二换热器，所述第二管路顺次经过所述第三换热器、所述第二换热器和所述第一换热器；和/或，

19、所述第一换热组件和/或所述第二换热组件为间壁式换热器。

20、本申请实施例提供了一种气体分离系统，气体分离系统用于分离原料气，气体分离系统包括制冷设备、分离设备、循环管路和分离管路。循环管路用于供冷媒流动，制冷设备的压缩机、冷水机组、第一换热组件、膨胀机和第二换热组件均位于循环管路上，且从膨胀机流向压缩机的冷媒至少流经第二换热组件。分离管路用于供原料气流动，分离管路与循环管路相互分离且顺次经过第二换热组件和分离设备，以在第二换热组件处，使原料气与冷媒进行换热形成液态原料气和不凝性气体，分离设备用于分离液态原料气和不凝性气体。由此，通过原料气与冷媒进行换热，可以利用气体的液化点的差异实现不同元素气体的分离，进而获得纯度更高的液态原料气，同时可以回收具有杂质元素气体的不凝性气体。例如，原料气为高纯度的原料氢气，原料氢气在第二换热组件处和循环管路内的冷媒进行换热，由此，原料氢气中的氢气可以通过液化形成液氢，从而达到提纯的目的，而原料氢气中的部分杂质元素气体(如氦气)会由于液化点高于氢气而仍处于气态，因而能够实现原料氢气中的氢气和部分杂质元素气体的分离，分离出的杂质元素气体进而能够在分离设备中不断富集，从而能够实现对杂质元素气体的回收。由此可见，本申请的气体分离系统能够在提纯原料气的同时，实现对原料气中分离出的杂质元素气体的回收，因而具有较好地经济性。

技术特征：

1.一种气体分离系统，用于分离原料气，其特征在于，所述气体分离系统包括：

2.根据权利要求1所述的气体分离系统，其特征在于，所述循环管路包括第一管路和第二管路，所述第一管路从所述压缩机延伸并顺次经过所述冷水机组、所述第一换热组件和所述膨胀机，所述第二管路从所述膨胀机延伸并顺次经过所述第二换热组件、所述第一换热组件和所述压缩机。

3.根据权利要求2所述的气体分离系统，其特征在于，所述分离管路从所述第一换热组件延伸并顺次经过所述第二换热组件和所述分离设备，以使所述原料气分别在所述第一换热组件和所述第二换热组件处与所述冷媒进行换热。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的气体分离系统，其特征在于，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的温度为第一温度，所述分离管路中从所述第二换热组件流向所述分离设备的所述液态原料气的液化点为第二温度，所述第一温度低于所述第二温度。

5.根据权利要求4所述的气体分离系统，其特征在于，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的液化点为第三温度，所述第三温度低于所述第一温度。

6.根据权利要求1-3任意一项所述的气体分离系统，其特征在于，所述冷媒和/或所述原料气的主要元素气体和/或所述不凝性气体为氦气、氢气、氮气、二氧化碳、四氟甲烷、甲烷、乙烷的至少其中之一。

7.根据权利要求6所述的气体分离系统，其特征在于，所述循环管路中从所述膨胀机流向所述第二换热组件的所述冷媒的温度大于或等于14k且小于或等于170k；和/或，

8.根据权利要求1-3任意一项所述的气体分离系统，其特征在于，所述循环管路位于所述压缩机至所述第一换热组件之间的区域的气压大于或等于0.5mpa且小于或等于3mpa。

9.根据权利要求1-3任意一项所述的气体分离系统，其特征在于，所述分离设备包括杜瓦储罐、负压储罐以及杜瓦管路，所述杜瓦储罐与所述第二换热组件通过所述分离管路连通；

10.根据权利要求2或3所述的气体分离系统，其特征在于，所述第一换热组件包括第一换热器和第二换热器，所述第二换热组件包括第三换热器，所述第一管路顺次经过所述第一换热器和所述第二换热器，所述第二管路顺次经过所述第三换热器、所述第二换热器和所述第一换热器；和/或，

技术总结
本申请实施例提供了一种气体分离系统，用于分离原料气，气体分离系统包括制冷设备、分离设备、循环管路和分离管路，制冷设备包括压缩机、冷水机组、第一换热组件、膨胀机和第二换热组件；循环管路用于供冷媒流动，压缩机、冷水机组、第一换热组件、膨胀机和第二换热组件均位于循环管路上，且从膨胀机流向压缩机的冷媒至少流经第二换热组件；分离管路用于供原料气流动，分离管路与循环管路相互分离且顺次经过第二换热组件和分离设备，以在第二换热组件处，使原料气与冷媒进行换热形成液态原料气和不凝性气体，分离设备用于分离液态原料气和不凝性气体。本申请实施例的气体分离系统能够提纯原料气且回收杂质元素气体。

技术研发人员：孙尔雁,何高魁,张向阳,张思颖
受保护的技术使用者：中国原子能科学研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/3/31