CN108671747A - 一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法，包括的步骤依次为：导入、碱洗和水洗、干燥和除氯、加压除氯、加热、催化、吸干和除碳、深冷提纯、低温净化；本发明还公开了一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，该系统包括，真空泵、碱洗装置、水洗装置、干燥器和除氯器、压缩装置、加压除氯器、换热器、催化器、吸附筒、深冷提纯装置、低温净化装置、产品储罐。本发明由于采用以上多级除氯步骤，将废气中氯气含量脱除到1PPm以下，同时设置回流泵使全部废气都能够参与提纯过程，避免含氦废气放空，具有结构简单合理、环保节能的优势。

Description

一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法和 系统

技术领域

本发明涉及稀有气体回收提纯技术领域，特别是涉及一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法和系统。

背景技术

氦气，英文名为Helium，符号为He，无色无味，不可燃气体，空气中的含量约为百万分之5.2。化学性质不活泼，通常状态下不与其它元素或化合物结合。由于此种特性，氦气在光纤制造过程中应用非常广泛，尤其是在生产光纤的前置原材料光纤预制棒的生产过程中氦气被作为光纤预制棒在光纤预制棒烧结炉中加热烧结的保护气体，防止光纤预制棒氧化，发挥导热特性节省能耗而起到决定性作用，因而被大量使用。虽然氦气在空气中广泛存在，但是因为含量极低，因此工业用氦气的生产工艺复杂、生产成本居高不下，同时在现有的光纤预制棒生产工艺中，这部分作为保护气体使用的氦气在光纤预制棒烧结炉废气出口处连同氯气、其他氯化物作为废气经过化学处理后直接排向室外，造成极大资源浪费，随着人们节能环保意识的日益增长，对一种光纤预制棒烧结炉废气的回收系统的需求越来越迫切。目前现有技术中，虽然一些氦气回收系统能够回收废气中的氦气，但是回收过程中要么对氯气的化学处理会产生新的污染，要么在吸附筒加热还原时，吸附筒容腔中的残余废气再次与所吸附的杂质气体混合被并排放室外，造成留存在吸附筒容腔中的这部分废气中的氦气不能进入吸附工序，进而不能被提纯，达不到回收目的。

现有技术中并没有一种环保节能，整个作业过程中不放空废气，使全部废气都能够参与提纯过程的回收提纯方法和系统。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提供一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法和系统，能够彻底清除废气中的氯气，并且进行无污染处理，同时能够在吸附再生过程中把吸附装置中的废气重新导入回收系统，达到整个系统没有放空含氦废气，大大提高了回收设备的生产效率和含氦废气的回收率。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：包含以下步骤：

a)通过集气装置连接光纤预制棒烧结炉排气口和氦气专用真空泵，负压收集光纤预制棒烧结炉排出的废气；

b)收集到的废气先后经过碱洗和水洗装置，进行碱洗和水洗除氯处理，脱除废气中的氯气和卤化物；

C)碱洗和水洗后的废气经过吸干精除氯装置，脱除b步骤中带进的水份并在碱金属的作用下进行低压除氯处理，脱除残余氯气和卤化物；

d)对除湿除氯完成后的废气进行加压，加压到规定压力后的废气进入除卤器，进行加压除氯处理，脱除残余氯气和卤化物；

e)除氯后的废气进行加热，加热到规定温度后的废气进入催化器进行催化处理；

f)经催化后的废气通过换热器进行冷却后，进入吸附筒脱除水份和二氧化碳；

g)脱水除碳处理后的废气，进入深冷提纯装置通过液氮作为降温剂，在换热器组中进行低温冷凝提纯，脱除废气中含有的氧、氮、氩气体；

h)脱除氧、氮、氩气体后的废气进入低温净化装置进行净化处理，最终获得高纯度的氦气。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括f步骤和h步骤均包括对废气进行吸附处理，以及对吸附处理用到的装置进行电加热还原再生处理。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括对吸附处理用到的装置进行还原再生处理之前均需排空吸附处理用到的装置内部残余废气并将残余废气输送回d步骤。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括步骤b中，碱洗装置通过计量泵根据废气碱洗后碱液的ph值自动配比碱洗前的碱液浓度。

本发明还提供一种一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，依次包括：

在保障光纤预制棒烧结炉正常生产的情况下收集光纤预制棒烧结炉排放废气的集气装置；

产生负压的真空泵；

对废气进行碱洗和水洗除氯的碱洗装置和水洗装置；

对碱洗和水洗后的废气进行吸干的干燥器和除氯的低压除氯器；

对废气进行加压的压缩装置，压缩装置包括收集储罐、压缩机、和压力储罐；

用于废气与碱金属发生反应的加压除氯器；

对加热后的废气进行催化使其中的一氧化碳、烃类、氢气与氧气发生氧化还原反应的催化器；

用于将废气进行低温干燥和吸附处理的吸附筒；

进行低温冷凝的深冷提纯装置；

用于对经过低温冷凝的废气再次进行低温干燥和吸附处理的低温净化装置；

用于储存低温净化装置输出的高纯氦气的氦气储罐

本发明一个较佳实施例中，进一步包括碱洗装置有多级。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括对加压除氯后气体进行催化前预热和对催化后废气进行降温的换热器。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括吸附筒设有两台以上并联连接，内部设有用于实现废气连续回收作业的加热器，吸附筒还设有再生气入口、废气反流通道。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括低温净化装置设有两台以上并联连接的净化器，净化器内部设有用于实现废气连续回收作业的加热器，低温净化装置还设有回流真空泵、再生气入口和废气反流通道。

本发明一个较佳实施例中，进一步包括碱洗装置内部设有自动调整输入碱液浓度的计量泵。

本发明解决了背景技术中存在的缺陷，使全部废气都能够参与提纯过程，能够从生产光纤预制棒的光纤预制棒烧结炉中排放的废气中回收和提纯氦气，最终得到高纯度的再生氦气，作为新氦气源再次导入光纤预制棒烧结炉参与光纤预制棒的生产作业，周而复始，循环往复，达到环保节能的效果，同时由于采用多级除氯步骤，分别是碱洗水洗除氯、低压除氯和加压除氯，将废气中氯气含量脱除到1PPm以下，相比工厂原有除氯系统通过混入大量空气稀释废气中的氯气浓度，然后通过碱洗除氯达到达标排放相比，具有环保节能的优势，碱洗装置内部设有自动调整输入碱液浓度的计量泵，实现自动配液，既保证碱溶液浓度不会过稀，氯气中和不彻底，进而对工厂废液处理增加负荷，又避免溶液溶度过浓造成结晶引起管路堵塞问题，使得本发明更环保节能，具有很好的推广意义。本发明由于采用上述技术方案，工艺简单、成本较低、环保高效且填补了从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的技术空白，具有很好的经济效益和推广前景

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的工艺流程图。

图中：真空泵1、碱洗塔2、碱洗塔3、水洗塔30、再生气入口4、吸干器5、除氯器6、收集储罐7、压缩机8、压力储罐9、除氯器10、催化器11、换热器12、吸附筒13、回流泵15、换热器组16、废气反流通道17、净化器22、回流泵24、产品储罐25。

具体实施方式

现在结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1和图2所示：

从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法包括以下步骤：

导入

通过集气装置，包括专用接口装置连接光纤预制棒烧结炉排气口和本系统的氦气专用真空泵1，负压收集光纤预制棒烧结炉排出的废气；

碱洗和水洗

收集到的废气经过除氯碱洗装置，本实施例中为碱洗塔2和3，脱除废气中含有的大部分氯气，然后再导入水洗装置，本实施例为水洗塔30进一步清洗并溶解废气中的氯气和氯化物；进行第一次除氯处理；处理后废气中含氯气和氯化物的量大幅降低，在此步骤中，碱洗系统通过计量泵(在碱洗塔内部未标出)自动配液，既保证碱溶液浓度不会过稀，导致与氯气和氯化物和碱液中和不彻底，进而对工厂废液处理增加负荷，又避免碱溶液浓度过高造成结晶，引起管路堵塞。碱洗后溶液通过在线PH检测自动排放至工厂原有碱洗塔，不增加废液处理量。还要说明的是本步骤中碱洗塔可以串联设置多级，虽然串联级数越多，处理综合效果越好，但边际效益会越来越低，兼顾经济性因素，本实施例优选设置两个碱洗塔2和3。

干燥和除氯

碱洗和水洗后的废气经过吸干器5，脱除上一步骤中带进废气中的水分，然后进入除氯器6，在碱金属的作用下进行第二次除氯处理，进一步脱除残余氯气和氯化物；

加压除氯

除湿除氯完成后的废气进入收集储罐7，然后在压缩机8的作用下，增压后进入压力储罐9，加压到规定压力后的废气进入除氯器10，在碱金属作用下进行第三次除氯处理，脱除氯气和氯化物；本系统采用三次除氯处理，将废气中氯气和氯化物含量脱除到1PPm以下。与现有技术通过混入大量空气，稀释废气中的氯气浓度，然后通过碱洗除氯达到排放标准的做法相比，本发明是真正的将氯气和氯化物反应掉了，实现氯气零排放。整个系统采用中压，既降低了设备的整体能耗，又保证了设备的安全性。

加热

除卤后的废气经过换热器12与经过催化器器11催化的高温废气进行换热，达到一定的预热温度，这样可减少催化器11内部加热器的加热负荷，从而减少电能消耗，并且能够使废气达到催化器11发生催化反应规定温度。

催化

加热至规定温度的废气经过催化器11进行催化处理。经过催化后，废气中的氢气与氧气发生氧化还原反应，生成水，一氧化碳与氧发生还原反应生成二氧化碳。

吸干、除碳

经催化器催化后的废气通过换热器进行冷却，冷却到规定温度的废气进入吸附筒13，吸附水份和二氧化碳。通过换热器的目的是用来把催化器的高温出气与低温进气做热交换，达到环保节能的目的。设置多个吸附筒13并联，本实施例优选2个，和现有技术相比，本发明通过回流泵15，将吸附筒13切换时残留在吸附筒13容腔中的废气抽出，经过管路重新导入入收集储罐7中，然后再通过导入吸附筒13再生气，对吸附筒13加热解析出此前吸附的杂质，譬如水和二氧化碳，使吸附筒13吸附功能得到恢复，即做到了吸附筒还原重复使用，持续工作。此处的再生气是下一步骤中液氮升温气化后的本来要直接排放到大气中的氮气，用该再生气替代吸附筒13容腔中残存的氦浓度提高后的含氦废气，做到了吸附筒13功能再生过程中含氦废气无损运行。

深冷提纯

脱水处理后的废氦气，进入换热器组，通过液氮作为降温剂，在换热器16组中进行深冷冷凝提纯，利用杂质气体高沸点的特性，将废料气中的氩、氧、氮冷凝分离出来，提高废气中的氦气浓度，此为现有技术，不再赘述。

低温净化

浓度提高后的含氦废气进入净化器22进行低温净化处理，通过净化器22进一步把残余的杂质气体吸附出来，最终获得国标5N级的高纯度的氦气输入产品储罐回供光纤预制棒烧结炉中光纤预制棒的生产。和现有技术相比，本发明采用通过回流泵24，净化器22在由工作状态向功能复原状态切换时，将残留在净化器22容腔中的废气抽出，并导入收集储罐7中，然后再向净化器22容腔中通入再生气，以上工作完成后，再对净化器22进行加热解析，使净化器22吸附功能得到恢复，即做到了净化器22还原重复使用，持续工作。此处的在生气同样采用前一步骤中液氮升温气化后的本来要直接排放到大气中的氮气，做到了整个低温净化的高浓度含氦废气无损运行。

一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，依次包括：

在保障光纤预制棒烧结炉正常生产的情况下收集光纤预制棒烧结炉排放含氦废气的集气装置；

产生负压的真空泵1；

对含氦废气进行碱洗和水洗除氯的碱洗塔2和3和水洗塔30；

对碱洗和水洗后废气进行吸干的干燥器5和除氯的低压除氯器6；

对废气进行加压的压缩装置，压缩装置包括收集储罐7、压缩机8、和压力储罐9；

用于含氦废气与碱金属发生反应的加压除氯器10；

对加压除氯后气体进行催化前预热和对催化后废气进行降温的换热器12；

对废气进行催化使其中的一氧化碳、烃类、氢气与氧气发生氧化还原反应的催化器11；

用于将废气进行低温干燥和吸附处理的吸附筒13；

进行低温冷凝的深冷提纯装置，包括；换热器组16；

用于对经过低温冷凝的废气再次进行低温干燥和吸附处理的低温净化装置，包括净化器22；

用于储存低温净化装置输出的高纯氦气的产品储罐25

吸附筒设有两台以上并联连接，内部设有加热器，可实现废气连续回收作业，吸附筒还设有回流泵15、再生气入口4、废气反流通道17，废气反流通道17用于在吸附筒13再生前，由回流泵15将吸附筒13内部残余废气导入收集储罐7，再生气入口4用于在废气排空后导入再生气，完成吸附筒13加热再生。

低温净化装置设有两台以上并联连接的净化器22，净化器22内部设有加热器(未标识)，可实现废气连续回收作业，低温净化装置还设有回流真空泵24、再生气入口4和废气反流通道17，废气反流通道17用于在净化器22再生前，由回流泵24将净化器22内部残余废气导入收集储罐7，再生气入口4用于在废气排空后导入再生气，完成净化器22加热再生。

碱洗装置内部设有自动调整输入碱液浓度的计量泵(未标出)。

以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (10)

1.一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法，其特征在于包含以下步骤：

a)通过集气装置连接光纤预制棒烧结炉排气口和氦气专用真空泵，负压收集光纤预制棒烧结炉排出的废气；

b)收集到的废气先后经过碱洗和水洗装置，进行碱洗和水洗除氯处理，脱除废气中的氯气和卤化物；

C)碱洗和水洗后的废气经过吸干除氯装置，脱除b步骤中带进的水份并在碱金属的作用下进行低压除氯处理，脱除残余氯气和卤化物；

d)对除湿除氯完成后的废气进行加压，加压到规定压力后的废气进入加压除氯器，在碱金属作用下进行加压除氯处理，脱除残余气和卤化物；

e)除氯后的废气进行加热，加热到规定温度后的废气进入催化器进行催化处理；

f)经催化后的废气通过换热器进行冷却后，进入吸附筒脱除水份和二氧化碳；

g)脱水除碳处理后的废气，进入深冷提纯装置通过液氮作为降温剂，在换热器组中进行深冷冷凝提纯，脱除含氦废气中含有的氧、氮、氩气体；

h)脱除氧、氮、氩气体后的废气进入低温净化装置进行净化处理，最终获得高纯度的氦气。

2.根据权利要求1所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法，其特征在于：所述的f步骤和h步骤均包括对废气进行吸附处理，以及对所述吸附处理用到的装置进行电加热还原再生处理。

3.根据权利要求2所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法，其特征在于：对所述吸附处理用到的装置进行还原再生处理之前均需排空所述吸附处理用到的装置内部残余废气并将所述残余废气输送回d步骤。

4.根据权利要求1所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的方法，其特征在于：步骤b中，碱洗装置通过计量泵根据废气碱洗后碱液的ph 值自动配比碱洗前的碱液浓度。

5.一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于，依次包括：

在保障光纤预制棒烧结炉正常生产的情况下收集所述光纤预制棒烧结炉排放含氦废气的集气装置；

产生负压的真空泵；

对含氦废气进行碱洗和水洗除氯的碱洗装置和水洗装置；

对碱洗和水洗后废气进行吸干的干燥器和除氯的低压除氯器；

对废气进行加压的压缩装置，所述压缩装置包括收集储罐、压缩机、和压力储罐；

用于含氦废气与碱金属发生反应的加压除氯器；

对废气进行催化使其中的一氧化碳、烃类、氢气与氧气发生氧化还原反应的催化器；

用于将废气进行低温干燥和吸附处理的吸附筒；

进行低温冷凝的深冷提纯装置；

用于对经过低温冷凝的废气再次进行低温干燥和吸附处理的低温净化装置；

用于储存所述低温净化装置输出的高纯氦气的产品储罐。

6.根据权利要求5所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于，所述碱洗装置有多级。

7.根据权利要求6所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于，包括对加压除氯后气体进行催化前预热和对催化后废气进行降温的换热器。

8.根据权利要求7所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于：所述吸附筒设有两台以上并联连接，内部设有用于实现废 气连续回收作业的加热器，和回流泵、再生气入口、废气反流通道。

9.根据权利要求8所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于：所述低温净化装置设有两台以上并联连接的净化器，所述净化器内部设有用于实现废气连续回收作业的加热器，所述低温净化装置还设有回流真空泵、再生气入口和废气反流通道。

10.根据权利要求9所述的一种从光纤预制棒烧结炉排放废气里回收提纯氦气的系统，其特征在于：所述碱洗装置内部设有自动调整输入碱液浓度的计量泵。