[实用新型]一种氦气纯化装置

说明书

技术领域

本实用新型属于气体纯化装置领域，尤其涉及用以脱除氦气中混入空气所含的氮、氧、二氧化碳和饱和水蒸气杂质。

背景技术

氦是一种稀有气体，它在干燥空气中的体积含量仅为5.24ppm。由于氦的特殊物理化学性质，它在工业、科学研究和国防上有着十分重要的用途。

利用氦的惰性和良好的导热性，可作高级合金焊接，钛、锆、锗和硅等重要金属和半导体冶炼时的惰性保护性气体，在气冷式原子能反应堆中可用氦作载热体，在火箭和导弹发射中可用作燃料的压送剂。

由于氦的扩散性很强，氦被用于压力容器和真空系统检漏的指示剂。氦和氧配成混合气，可供深海潜水人员呼吸，避免晕眩及丧失智力，在医疗上还可用于治疗哮喘疾病。

此外，氦还可用来充填气球和飞艇以及广泛用作色谱分析中的载气，随着科学研究的发展，氦亦用于等离子体工业和气体莱塞（激光发射器），氦在雷达探测、摄影、金属切割和外科手术等方面作用很大，氦也用于低温电子学和光学仪表方面。

由于氦的沸点低（4.2K），接近绝对零度，因此它是低温物理研究中最理想的致冷剂。在国防科学以及尖端技术研究和应用中，经常要使用液氦。液氦循环装置排放的尾气往往使用气囊来回收，回收的尾气受空气污染，含氦仅90%（体积）左右，主要杂质为氮、氧、二氧化碳和饱和水蒸气。为回收利用这部分氦资源，有必要将此粗氦纯化，以制取纯度为99.999％的高纯氦，并返回液氦循环系统。

实用新型内容

本实用新型的目的在于：提出一种用以脱除氦气中混入空气所含的氮、氧、二氧化碳和饱和水蒸气杂质的氦气纯化装置，以制取纯度为99.999％的高纯氦。

本实用新型目的通过下述技术方案来实现：

一种氦气纯化装置，包括纯化系统和降温系统，所述纯化系统包括依次连通的从原料氦气中脱除H₂O，CO₂的粗氦干燥器、初步冷凝脱除氮氧的高压冷凝分离器，以及装填活性炭吸附精脱氮氧的氮氧低温吸附器，所述降温系统包括通有液氮的管路系统，以及抽空该管路系统使其达到负压状态的抽真空设备，所述管路系统分别连通所述高压冷凝分离器、氮氧低温吸附器使其工作于负压液氮蒸发温度下。

作为优选方式，所述粗氦干燥器填充5A分子筛。

作为优选方式，还包括连通于粗氦干燥器、高压冷凝分离器之间的负压蒸发氮换热器，所述负压蒸发氮换热器与降温系统连通对通过其内的原料氦气进行换热降温。

作为优选方式，还包括再生系统，所述再生系统包括再生气加热器，所述再生气加热器设有再生用气氮入口、再生用热气氮出口，所述再生用热气氮出口连通至粗氦干燥器和高压冷凝分离器之间纯化系统管路上，并通过阀门控制其内再生用热气氮对粗氦干燥器反向活化，或用热气氮加热低温吸附器夹套，并同时对吸附器内筒进行抽空以活化活性炭。

作为优选方式，所述氮氧低温吸附器外部设有液氮夹套，所述降温系统与所述液氮夹套连通为其降温。

作为优选方式，所述高压冷凝分离器外部设有液氮夹套，内部设有内筒，所述降温系统与所述液氮夹套连通为其降温，所述液氮夹套内设有盘管，原料氦气先通过所述盘管过冷再进入所述内筒冷凝。

作为优选方式，所述粗氦干燥器为至少2个并联交替使用。

作为优选方式，所述氮氧低温吸附器由至少2组并联使用，每组由至少2个氮氧低温吸附器串联使用。

作为优选方式，所述高压冷凝分离器、氮氧低温吸附器设于冷箱内，所述冷箱内填充有保温用膨胀珍珠岩。

作为优选方式，所述负压蒸发氮换热器设于冷箱内，所述冷箱内填充有保温用膨胀珍珠岩。

本实用新型的有益效果：由于氦的沸点比氮氧低，本实用新型采用液氮作为装置的冷源，粗氦干燥器吸附除去H₂O，CO₂，采用抽真空设备抽空系统，得到负压蒸发氮级低温，使氦气中的大量氮氧杂质在高压冷凝分离器中冷凝，再利用氮氧低温吸附器内的活性炭在负压蒸发氮级低温下吸附精脱氮氧杂质，最终得到99.999%的纯氦气。

附图说明

图1是本实用新型实施例的总体设备流程图；

图2是图1的分段放大图的第一段设备流程图；

图3是图1的分段放大图的第二段设备流程图；

图4是图1的分段放大图的第三段设备流程图；

图5是图1的分段放大图的第四段设备流程图。

具体实施方式

下列非限制性实施例用于说明本实用新型。