[发明专利]一种氦气纯化装置和氦气纯化方法

说明书

本发明公开了一种氦气纯化装置和氦气纯化方法，包括低温去氧系统、低温去氮系统和杂质吸附分离系统；低温去氧系统包括液氮喷淋腔体、低温喷淋装置、低纯氦气储罐和液氮低温储罐，低纯氦气储罐中的氦气进入液氮喷淋腔体中并气化，液氮低温储罐中的低温液氮经低温喷淋装置喷淋进液氮喷淋腔体内对低纯氦气进行低温除氧处理；低温去氮系统包括第一换热器、氦气缓冲罐、低温氢气储罐和液氢低温储罐，低纯氦气中的氮气在低温的环境下液化与氦气分离；杂质吸附分离系统包括高纯氦气储罐和氦气纯化柱，氦气纯化柱用于除去氦气中的其他杂质；本发明利用火箭发射后剩余的液氢、液氮等低温介质解决纯化氦气的问题并实现资源的利用最大化。

技术领域

本发明涉及纯化气体技术领域，特别是涉及一种氦气纯化装置和氦气纯化方法。

背景技术

氦气是我国国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略物质之一，我国氦气资源相当贫乏，因此，氦气回收利用，将回收后的氦气经提纯后再利用，具有重要的意义。

高纯氦气(纯度99.9999％，V/V)在航天发射场低温火箭发射过程中发挥极其重要作用，主要用于液氢等低温管路加注前的气体置换，卫星推进剂和氧化剂贮箱的气体置换，以及作为火箭推进剂的增压气体等，在整个发射过程中的不同阶段要使用大量高纯氦气。为充分利用氦资源，用于低温火箭发射特别是用于气体置换氦气大部分在使用后得到回收，但回收的氦气掺杂了大量的氮气、氧气以及空气中的其他杂质气体，需要提纯后才能再次使用。且航天发射场低温火箭要大量使用液氢、液氮(辅助推进剂)等低温推进剂燃料，为确保低温推进剂的充分保障，一般按照2倍的实际使用量准备低温推进剂，火箭发射成功后，剩余低温推进剂一般做无害化处理，例如液氢一般通过氢燃池烧掉，这样势必造成液氢等低温推进剂的大量浪费。因此如何实现资源利用最大化，利用火箭发射后剩余的液氢、液氮等低温介质(氢气沸点-252.8℃熔点-259℃氧气沸点-183.1℃熔点-218.4℃氮气沸点-195.6℃熔点-209.8)，实现纯化回收氦气的目的，具有重大的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种纯化航天发射场回收的氦气装置与方法，以解决上述现有技术存在的问题，利用火箭发射后剩余的液氢、液氮等低温介质解决纯化氦气的问题并实现资源的利用最大化。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种氦气纯化装置，包括低温去氧系统、低温去氮系统和杂质吸附分离系统；

所述低温去氧系统包括液氮喷淋腔体、低温喷淋装置、低纯氦气储罐和液氮低温储罐，所述液氮低温储罐用于储存低温液氮，所述低纯氦气储罐与所述液氮喷淋腔体腔壁通过管路连接并与所述液氮喷淋腔体内部连通，所述低温喷淋装置设置于所述液氮喷淋腔体顶端，所述液氮低温储罐与所述低温喷淋装置通过管路连接；

所述低温去氮系统包括第一换热器、氦气缓冲罐、低温氢气储罐和液氢低温储罐，所述液氢低温储罐与所述第一换热器的冷介质进口通过管路连接，所述第一换热器的热介质进口与所述液氮喷淋腔体上部通过管路连接，所述第一换热器的冷介质出口和所述低温氢气储罐通过管路连接，所述氦气缓冲罐的进口与所述第一换热器的热介质出口管路连接；

所述杂质吸附分离系统包括高纯氦气储罐和氦气纯化柱，所述氦气纯化柱的一端和所述氦气缓冲罐的出口通过管路连接，所述高纯氦气储罐和所述氦气纯化柱的另一端通过管路连接，所述氦气纯化柱用于除去氦气中的杂质气体。

优选的，所述低温去氧系统还包括第二换热器和第一氦气压缩泵，所述液氮喷淋腔体和所述低纯氦气储罐之间的管路上还设置有所述第二换热器，所述低纯氦气储罐与所述第二换热器的热介质进口管路连接，所述液氮喷淋腔体腔壁与所述第二换热器的热介质出口管路连接，所述第一氦气压缩泵设置于所述第二换热器的热介质进口和所述低纯氦气储罐之间的管路上。