本實(shí)用新型涉及一種化工氣體的回收提純裝置，具體涉及一種氦氣回收提純裝。

背景技術(shù)：

氦氣（He）是一種無(wú)色的惰性氣體，放電時(shí)發(fā)深黃色的光。在常溫下，它是一種極輕的無(wú)色、無(wú)臭、無(wú)味的單原子氣體。氦氣是所有氣體中最難液化的，是唯一不能在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下固化的物質(zhì)。氦的化學(xué)性質(zhì)非常不活潑，一般狀態(tài)下很難和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。氦是一種稀缺的戰(zhàn)略資源，中國(guó)作為貧氦國(guó)之一，長(zhǎng)期依賴進(jìn)口，對(duì)氦資源的合理分配及應(yīng)用顯得尤為重要。

在現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域，氦氣廣泛應(yīng)用于軍工、科研、石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等。然而，工業(yè)用氦一般直接消耗，排放到大氣中，不對(duì)尾氣中的氦進(jìn)行回收、提純等后處理。其原因一般以氦占產(chǎn)品原材料成本比重不高，不具備回收條件或回收難度大，提純技術(shù)不成熟等為主。

工業(yè)用氦尾氣中的氦純度一般可以達(dá)到30％~70％不等，若這些氦資源被白白浪費(fèi)掉，這對(duì)原本貧氦的中國(guó)無(wú)疑是雪上加霜。近些年，隨著國(guó)際市場(chǎng)對(duì)氦資源的控制，國(guó)內(nèi)工業(yè)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品成本的控制，富氦尾氣的回收純化設(shè)備呼之欲出。例如，中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)CN103771362A公開(kāi)了一種光纖制造廢氦氣在線式純化系統(tǒng)，包括回收單元、膜分單元、供氣單元，由回收單元過(guò)來(lái)的富氦尾氣經(jīng)吸附器進(jìn)行粉塵、油脂、水汽的去除處理后，通過(guò)管路進(jìn)入膜分離器進(jìn)行提純，經(jīng)過(guò)提純的富氦尾氣再通過(guò)管路進(jìn)入緩沖罐暫存，純度檢測(cè)儀檢測(cè)緩沖罐中富氦尾氣的氦氣純度，當(dāng)檢測(cè)到經(jīng)膜分離器提純后緩沖罐中富氦尾氣純度達(dá)到設(shè)定的純度標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，則富氦尾氣通過(guò)緩沖罐上出氣管路進(jìn)入供氣單元。

然而，由于上述純化系統(tǒng)主要依靠膜分離器進(jìn)行提純，而膜分離器的效率比較低，會(huì)消耗掉一部分原料氣，因此最終系統(tǒng)純化回收率一般在85~90%左右。此外，上述純化系統(tǒng)提純的純度只有99%，亦有進(jìn)一步提高的需要。因此，開(kāi)發(fā)一種氦氣回收提純的裝置，以同時(shí)提高系統(tǒng)純化回收率和提純純度，顯然具有積極的現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型目的是提供一種氦氣回收提純裝置。

為達(dá)到上述發(fā)明目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種氦氣回收提純裝置，包括依次連接的流量計(jì)、初級(jí)過(guò)濾器、真空泵、壓縮機(jī)、精密過(guò)濾器、第一緩沖罐、吸附系統(tǒng)、第二緩沖罐、深冷塔；

所述吸附系統(tǒng)包括至少2組串聯(lián)的吸附柱，經(jīng)過(guò)吸附系統(tǒng)之后使得原料氣體中二氧化碳的含量小于等于0.2 ppm，水分的含量小于等于1 ppm，并除去鹵族氣體；

所述深冷塔內(nèi)設(shè)有至少三組串聯(lián)的換熱器，使提純得到的氦氣純度大于等于99.999%。

上文中，原料氣可以采用來(lái)自各個(gè)現(xiàn)代工業(yè)制造領(lǐng)域的工業(yè)用氦尾氣，如石化、制冷、醫(yī)療、半導(dǎo)體、管道檢漏、超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)、金屬制造、深海潛水、高精度焊接、光電子產(chǎn)品生產(chǎn)等；原料氣中氦純度一般為30％~70％。

上文中，所述鹵族氣體主要是指氯氣為代表的鹵族氣體。

上述技術(shù)方案中，所述流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)。用以控制和調(diào)節(jié)原料氣的流量。

上述技術(shù)方案中，所述壓縮機(jī)為活塞壓縮機(jī)。

上述技術(shù)方案中，所述精密過(guò)濾器為并聯(lián)雙級(jí)精密過(guò)濾器。

上述技術(shù)方案中，所述深冷塔上還設(shè)有抽取輕組分雜質(zhì)氣體的真空泵。

上述技術(shù)方案中，所述第一緩沖罐和吸附系統(tǒng)之間還設(shè)有一氧化碳催化系統(tǒng)。該一氧化碳催化系統(tǒng)用來(lái)將原料氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳。

上述技術(shù)方案中，所述一氧化碳催化系統(tǒng)包括換熱器、加熱器、催化床和冷卻器。

上述技術(shù)方案中，所述吸附系統(tǒng)包括包括4組串聯(lián)的吸附柱。以除去原料氣中的二氧化碳、鹵族氣體和水分。

上述技術(shù)方案中，所述吸附系統(tǒng)還包括氮?dú)饧訜崞鳌⒌獨(dú)饬髁坑?jì)和消音器。

本實(shí)用新型的工作流程如下：

(1) 經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)調(diào)控原料氣流速，然后經(jīng)由初級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾掉原料氣中固體顆粒；

(2) 由真空泵對(duì)原料氣進(jìn)行抽取，再進(jìn)入活塞壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮至6~8 bar；再經(jīng)由精密過(guò)濾器，除去經(jīng)過(guò)吸附器帶來(lái)的固體顆粒物至0.1微米；

(3) 經(jīng)第一緩沖罐壓力緩沖后進(jìn)入一氧化碳催化系統(tǒng)，將原料氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳；

(4) 然后進(jìn)入吸附系統(tǒng)（吸附系統(tǒng)內(nèi)可以設(shè)置兩組吸附柱并聯(lián)，一組工作，一組再生），吸附除去原料氣中的二氧化碳、水分、鹵族氣體等；

(5) 通過(guò)第二緩沖罐緩沖壓力后，進(jìn)壓縮機(jī)，增壓至冷流塔工作壓力30 bar后，出壓縮機(jī)后進(jìn)入深冷塔，通過(guò)氣體組分在一定壓力下的沸點(diǎn)差，進(jìn)行換熱氣化分離，最后提純得到純度大于等于99.999%的氦氣。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

1．本實(shí)用新型開(kāi)發(fā)了一種氦氣回收提純裝置，可以適用于現(xiàn)代工業(yè)各個(gè)制造領(lǐng)域的工業(yè)用氦尾氣，且實(shí)驗(yàn)證明，采用本實(shí)用新型的裝置之后，最終的系統(tǒng)純化回收率在95%左右，最終提純得到的氦氣純度大于等于99.999%；取得了顯著的效果；

2. 本實(shí)用新型先采用吸附系統(tǒng)吸附去除原料氣中的二氧化碳、鹵族氣體等，不僅提高了原料氣中氦氣的純度，而且簡(jiǎn)化了后續(xù)提純工藝；然后采用深冷塔，在吸附的基礎(chǔ)上對(duì)所回收的氦氣進(jìn)行更深層次的提純，其純度可達(dá)4.5N標(biāo)準(zhǔn)，因而具有良好的開(kāi)發(fā)提純空間；

3.本實(shí)用新型的深冷塔可以采用高壓提純工藝，通過(guò)液氮冷媒進(jìn)行換熱，具有可靠的監(jiān)控能力；

4.本實(shí)用新型的裝置的提純效率高、簡(jiǎn)單易懂，而且可以設(shè)計(jì)為在線式操作設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)全程在線控制，具有良好的操作性能，適于推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的裝置流程圖。

圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一中一氧化碳催化系統(tǒng)的裝置流程圖。

圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例一中吸附系統(tǒng)的裝置流程圖。

其中：1、流量計(jì)；2、初級(jí)過(guò)濾器；3、真空泵；4、壓縮機(jī)；5、精密過(guò)濾器；6、第一緩沖罐；7、吸附系統(tǒng)；8、第二緩沖罐；9、第二壓縮機(jī)；10、深冷塔；11、一氧化碳催化系統(tǒng)；12、換熱器；13、加熱器；14、催化床；15、冷卻器；16、氮?dú)饧訜崞鳎?7、氮?dú)饬髁坑?jì)；18、消音器；19、吸附柱；20、第二精密過(guò)濾器。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例一：

參見(jiàn)圖1~3所示，一種氦氣回收提純裝置，包括依次連接的流量計(jì)1、初級(jí)過(guò)濾器2、真空泵3、壓縮機(jī)4、精密過(guò)濾器5、第一緩沖罐6、吸附系統(tǒng)7、第二精密過(guò)濾器20、第二緩沖罐8、第二壓縮機(jī)9、深冷塔10；

所述第二緩沖罐和深冷塔之間設(shè)有第二壓縮機(jī)9；

所述吸附系統(tǒng)包括4組串聯(lián)的吸附柱19，經(jīng)過(guò)吸附系統(tǒng)之后使得原料氣體中二氧化碳的含量小于等于0.2 ppm，水分的含量小于等于1 ppm，并除去鹵族氣體；

所述深冷塔內(nèi)設(shè)有至少三組串聯(lián)的換熱器，使提純得到的氦氣純度大于等于99.999%。

所述流量計(jì)為質(zhì)量流量計(jì)。所述壓縮機(jī)為活塞壓縮機(jī)。所述精密過(guò)濾器為并聯(lián)雙級(jí)精密過(guò)濾器。

所述深冷塔上還設(shè)有抽取輕組分雜質(zhì)氣體的真空泵。

所述第一緩沖罐和吸附系統(tǒng)之間還設(shè)有一氧化碳催化系統(tǒng)11。所述一氧化碳催化系統(tǒng)包括換熱器12、加熱器13、催化床14和冷卻器15。冷卻器通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行冷卻處理。參見(jiàn)圖2所示。

所述吸附系統(tǒng)還包括氮?dú)饧訜崞?6、氮?dú)饬髁坑?jì)17和消音器18。

本實(shí)用新型的工作流程如下：

(1) 經(jīng)過(guò)質(zhì)量流量計(jì)調(diào)控原料氣流速，然后經(jīng)由初級(jí)過(guò)濾器過(guò)濾掉原料氣中固體顆粒；

(2) 由真空泵對(duì)原料氣進(jìn)行抽取，再進(jìn)入活塞壓縮機(jī)進(jìn)行壓縮至6~8 bar；再經(jīng)由精密過(guò)濾器，除去經(jīng)過(guò)吸附器帶來(lái)的固體顆粒物；

(3) 經(jīng)第一緩沖罐壓力緩沖后進(jìn)入一氧化碳催化系統(tǒng)，將原料氣中的一氧化碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳；

(4) 然后進(jìn)入吸附系統(tǒng)（吸附系統(tǒng)內(nèi)可以設(shè)置兩組吸附柱并聯(lián)，一組工作，一組再生），吸附除去原料氣中的二氧化碳、水分、鹵族氣體等；

(5) 再經(jīng)由精密過(guò)濾器，除去經(jīng)過(guò)吸附器帶來(lái)的固體顆粒物至0.1微米；然后進(jìn)入第二緩沖罐，通過(guò)第二緩沖罐緩沖壓力后，進(jìn)壓縮機(jī)，增壓至冷流塔工作壓力30 bar后，出壓縮機(jī)后進(jìn)入深冷塔，通過(guò)氣體組分在一定壓力下的沸點(diǎn)差，進(jìn)行換熱氣化分離，最后提純得到純度大于等于99.999%的氦氣。