[发明专利]一种常温提取超高纯度气体的方法及生产装置

权利要求书

1.一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：该方法利用三台形式上并联的吸附塔组成一个分离单元，分离单元的顶部和底部分别设有一个缓冲罐，底部缓冲罐与三台吸附塔的塔底之间连有一台压缩机，进料位置在吸附塔底部，气体通过在形式上并联的吸附塔塔顶和塔底之间的多次回流，实现原料气中不同组分的分离，最后超高纯度的难吸附气体排出到分离单元顶部的“轻组分”缓冲罐，通过连接管路上的控制阀实现“轻组分”流股在三台吸附塔内的回流操作；杂质气体排出到分离单元底部的“重组分”缓冲罐，并通过与其相连的压缩机和连接管路上的控制阀实现“重组分”流股在三台吸附塔内的回流操作。

2.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：进入分离单元原料气中目标气体的浓度不低于70％(体积比)，优选不低于90％，最优选不低于99％。

3.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：整个分离单元的吸附、吹扫、回流操作都是在常温下完成的，分离单元操作压力在0.3～3.0MPag之间，塔底回流压力与操作压力相等。

4.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：根据分离操作的需要，氦气提取分离的操作采用一个或多个分离单元，多个分离单元间根据需要采用串联或并联操作，串联操作即上一个分离单元的塔顶产品出口与下一个单元的原料进口相连，其产品气作为下一个分离单元的原料气，下一个分离单元的塔底杂质出口与上一个单元的原料进口相连，其杂质气与上一个分离单元的原料气混合进入上一个分离单元；并联操作即分离单元的塔顶产品出口和塔顶产品出口相连，塔底杂质出口和塔底杂质出口相连相连。

5.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：根据杂质组分的不同，在所述吸附塔内需装入包括但不限于活性氧化铝、硅胶、活性碳和分子筛吸附剂中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：该方法不仅适用于超高纯度气体的提取，通过对“轻、重组分”回流比的调节，还适用于目标产品体积分数低于99.9999％的高纯、普通纯度气体提取分离。

7.根据权利要求1所述的一种常温提取超高纯度气体的方法，其特征在于：一个分离单元完整的操作步骤如下：

(1)吸附塔Ⅰ进料(F1)，依次打开控制阀7、1、6、14和12，其余阀门保持关闭；原料气通过控制阀7进入吸附塔Ⅰ内，吸附剂选择性的吸附杂质组分，未被吸附的组分从吸附塔Ⅰ顶部经控制阀1进入“轻组分”缓冲罐，部分作为产品外输，部分经控制阀6对吸附塔Ⅲ进行轻组分回流吹扫(R3)，当杂质组分的传质区前沿到达床层出口预留段时，关掉该吸附塔Ⅰ的进料阀7，吸附塔Ⅰ停止吸附；吹扫气经控制阀14至“重组分”缓冲罐，部分作为杂质输出，部分经控制阀12回流至吸附塔Ⅱ(H2)；

(2)吸附塔Ⅱ进料(F2)，依次打开控制阀10、3、2、8和15，其余阀门保持关闭；原料气通过控制阀10进入吸附塔Ⅱ内，吸附剂选择性的吸附杂质组分，未被吸附的组分从吸附塔Ⅱ顶部经控制阀3进入“轻组分”缓冲罐，部分作为产品外输，部分经控制阀2对吸附塔Ⅰ进行轻组分回流吹扫(R1)，当杂质组分的传质区前沿到达床层出口预留段时，关掉该吸附塔Ⅱ的进料阀10，吸附塔Ⅱ停止吸附；吹扫气经控制阀8至“重组分”缓冲罐，部分作为杂质输出，部分经控制阀15回流至吸附塔Ⅲ(H3)；

(3)吸附塔Ⅲ进料(F3)，依次打开控制阀13、5、4、11和9，其余阀门保持关闭；原料气通过控制阀13进入吸附塔Ⅲ内，吸附剂选择性的吸附杂质组分，未被吸附的组分从吸附塔Ⅲ顶部经控制阀5进入“轻组分”缓冲罐，部分作为产品外输，部分经控制阀4对吸附塔Ⅱ进行轻组分回流吹扫(R2)，当杂质组分的传质区前沿到达床层出口预留段时，关掉吸附塔Ⅲ的进料阀13，吸附塔Ⅲ停止吸附；吹扫气经控制阀11至“重组分”缓冲罐，部分作为杂质输出，部分经控制阀9回流至吸附塔Ⅰ(H1)；

以上三个步骤构成一个完整的循环周期。

8.权利要求1所述的常温提取超高纯度气体的方法采用的生产装置，其特征在于：该装置由三个形式上并联的吸附塔组成，其具体组成方式如下：

在分离单元的顶部：吸附塔Ⅰ塔顶去“轻组分”缓冲罐的管路由控制阀1控制，吸附塔Ⅱ塔顶去“轻组分”缓冲罐的管路由控制阀3控制，吸附塔Ⅲ塔顶去“轻组分”缓冲罐的管路由控制阀5控制；回吸附塔Ⅰ塔顶的管路由控制阀2控制，回吸附塔Ⅱ塔顶的管路由控制阀4控制，回吸附塔Ⅲ塔顶的管路由控制阀6控制；

在分离单元的底部：吸附塔Ⅰ塔底去“重组分”缓冲罐的管路由控制阀8控制，吸附塔Ⅱ塔底去“重组分”缓冲罐的管路由控制阀11控制，吸附塔Ⅲ塔底去“重组分”缓冲罐的管路由控制阀14控制；“重组分”缓冲罐与压缩机连接，杂质气体通过压缩机返回分离单元，压缩机返回吸附塔Ⅰ塔底的管路由控制阀9控制，回吸附塔Ⅱ塔底的管路由控制阀12控制，回吸附塔Ⅲ塔底的管路由控制阀15控制；

原料通过各吸附塔底部进入各塔：原料通过控制阀7进入吸附塔Ⅰ，原料通过控制阀10进入吸附塔Ⅱ，原料通过控制阀13进入吸附塔Ⅲ。