[实用新型]一种氦气低温纯化装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种氦气低温纯化装置，具体应用于氦气纯化系统中，属于低温氦气纯化技术领域。

背景技术

氦气是一种价格十分昂贵的稀有气体，它在空气中含量极少，仅为百万分之五。世界上仅有部分天然气矿中有少量相对富集的氦气资源，氦气资源集中在极少数国家手中。在大型低温系统运行过程中，氦气气体中的杂质气体将附着在低温换热器的表面，影响换热器换热效率。氦制冷机的核心设备是透平膨胀机，他的运行速度为每秒4500转，氦气杂质气体在低温下为液态或固态，若进入膨胀机将直接对高速运转的透平膨胀机造成点蚀破坏，造成严重故障。所以气体纯度直接与制冷机制冷能力和系统稳定性相关，低温系统运行对氦气纯度有十分严格的要求。低温制冷机对氦气的纯度要求达到5N9以上。在低温系统的长期运行过程中，由于反扩散效应、螺杆压缩机运行、氦气补充等等原因，氦气的纯度会逐渐下降，氦气中逐渐混有较多的杂质气体(如H2、O2、N2、O2、Ne、H2、及油蒸气等)。在每次停机期间，都必须利用氦气纯化器，将氦气气体中的各种杂质气体去除，使杂质气体的总含量低于10PPMv。

现有的氦气提纯方法有膜分离法、化学催化法、吸附法、低温分离法。膜分离法利用物理膜的孔径和混合气体的浓度差进行分子级别的选择性渗透，纯度仅能达到99％左右。化学催化法利用触媒在高温下与氦气中的杂质进行化学吸收，纯度能达到99.999％以上，但不能重复再生使用。低温分离法采用冷凝的方法进行分离，需要建立40K以下的低温冷凝环境，对工艺流程和设备要求高。专利申请CN201220093601.8公开一种低温吸附回收氦气装置。该装置包括：原料气压缩机及其冷却系统，放置于小冷箱内的外部冷却系统，并使用制冷剂冷却增压后的压力混合气。在一级冷凝和二级冷凝之间加入吸收塔，吸收氧、氩和一氧化碳，最后再吸附杂质氮。专利申请CN201120518617.4公开一种氦气纯化装置，包括纯化系统和降温系统。降温系统包括液氮的管路系统，以及抽空该管路的抽真空设备，原料氦气在干燥器中脱除水和二氧化碳，在高压冷凝分离器中初步冷凝中脱除氮氧，在氮氧低温吸附器中再精脱氮氧杂质。

吸附法是氦气纯化中经典的纯化方法，通过选择吸附剂、吸附温度来达到不同的氦气纯度，能达到99.999％为活性炭低温吸附方法。现有的活性炭低温吸附法均利用活性炭在低温 下能吸附大量气体的特性，吸附氦气气体中的氮气、氧气、水蒸气及碳氢化合物等杂质气体，达到氦气纯化的目的，整个纯化过程为物理吸附。活性炭吸附饱和后的再生需要达到一定的温度，而活性炭本身为易燃体，过高的加热温度将导致活性炭自燃，所以在加热过程中一般需要控制热源的最高温度不超过135摄氏度；同时由于活性炭的热导率偏低，即其本身为热不良导体，活性炭本身为热不良导体，很难加热再生，因此采用吸附法的纯化器都会采用一套复杂的流程和设备来减轻低温活性炭吸附的压力。

实用新型内容

针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的是要提出一种可再生循环使用的氦气低温纯化装置。本实用新型从提高吸附剂的再生效果为出发点，创造性的改进了活吸附筒的结构形式和材质。在确保氦气纯度达到99.999％以上的吸附前提下，不增加分级冷凝、吸收塔、干燥器等设备，该装置结构紧凑，氦气经过换热器换热后，能在不增加其他附属设备的前提下，直接进行低温吸附纯化，活性炭吸附饱和后，能进行充分的再生，实现纯化器的高效循环使用。

本实用新型的技术内容为：

一种氦气低温纯化装置，其特征在于，包括外筒1、换热器2、液氮杜瓦外筒3、整筒式吸附筒4和加热器7；其中，所述外筒1设有一开口，沿该开口向内设有一中心管，所述整筒式吸附筒4内设有一加热区和多个吸附区，所述整筒式吸附筒4浸泡在所述液氮杜瓦外筒3内部；所述中心管一端外壁与该开口密封连接，另一端穿过所述液氮杜瓦外筒3与所述整筒式吸附筒4的加热区密封导通连接，所述加热器7沿所述中心管插入到所述加热区内；所述换热器2、液氮杜瓦外筒3分别与所述中心管密封连接，所述液氮杜瓦外筒3与所述外筒1之间采用多层真空绝热；所述加热器2的进气管与所述整筒式吸附筒4的进气口密封导通连接，所述加热器2的出气管与所述整筒式吸附筒4的出气口密封导通连接。

进一步的，所述加热区位于所述整筒式吸附筒4的中心轴区域，所述吸附区为围绕所述加热区分布的扇形区域；其中，相邻吸附区通过底部或顶部的开口导通。

进一步的，所述加热器2的进气管与所述整筒式吸附筒4的进气口之间设有过滤器；所述加热器2的出气管与所述整筒式吸附筒4的出气口之间设有过滤器。