CN110302631A - 一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置及其工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于气体纯化领域，公开了一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的装置及其纯化工艺。该装置包括原料气入口阀门仪表组，辅助气体入口阀门仪表组，换热器，加热器，高温吸附器A，冷却器，高温吸附器B，主气路流通阀，临时气路流通阀，产品气出口阀门仪表组，分析气路阀门，吹扫气路阀门；当高温吸附器A达到使用寿命后，切换至吸附器B进行工作。该工艺可不停气在线更换不可再生的吸附剂，连续生产产品。

Description

一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置及其 工艺

技术领域

本发明属于气体纯化领域，本发明具体涉及一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置及其工艺。

背景技术

为脱除氩气、氦气和氢气中的杂质甲烷和氮气(其他杂质可一并脱除)，需要使用一种高温使用的吸附剂(一般称为“吸气剂”或“getter”)，此种吸附剂虽然可以达到比较好的纯化效果，但根据其吸附原理：即该吸附剂主要作用成分为多元金属合金，其在一定温度下形成活性表面，气体杂质与活性表面接触后，会被捕获并进入金属合金的晶格中，以达到分离的作用；该类型的吸附剂是无法进行再生并循坏利用的，达到饱和后，即失效且无法继续使用。

在更换过程中，该类型的纯化器需要停机，无法持续提供合格的产品气体。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置及其工艺，该装置简单易行，该工艺可在线更换吸附柱，可持续提供合格的产品气体。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

提供一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，包括原料气入口阀门仪表组，辅助气体入口阀门仪表组，换热器，加热器，吸附器A，冷却器，吸附器B，主气路流通阀，临时气路流通阀，产品气出口阀门仪表组，分析气路阀门，吹扫气路阀门；所述的原料气入口阀门仪表组包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的辅助气体入口阀门仪表组包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的产品气出口阀门仪表组包括出口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；

所述的换热器(冷质出口)与加热器连接，加热器与吸附器A的进口连接，吸附器A的出口与换热器热质入口相连)、换热器(热质出口)与冷却器依次顺序连接，换热器(冷质入口)前置主气路流通阀a，冷却器后置主气路流通阀b；临时气路上设有临时气路流通阀a、临时气路流通阀b、临时气路流通阀c，吸附器B设在由临时气路流通阀组成的临时气路所在的管路上，临时气路流通阀b设置在吸附器B前，临时气路流通阀c设置在吸附器B后，临时气路和主气路末端均与产品气出口阀门仪表组、分析气路阀门连接，主气路末端连接有吹扫气路阀门。

所述换热器、加热器、冷却器为吸气换热器、吸气加热器、吸气冷却器。

所述的换热器用于高温气体热量回收和预冷却。

所述的加热器用于低温气体升温至吸附剂工作温度，该加热器可以外置，或者内置到吸附器A中。

所述的吸附器A用于装填高温吸附剂，并将原料气中的杂质脱除，是需要更换的主体。

所述的冷却器用于高温气体的冷却，为水冷却或者风冷却。

所述的吸附器B，内装高效吸附剂填料，可脱除原料气中的杂质。内部设有气流分配器。并装有脱氧吸附剂。气流分配器设置在脱氧吸附器入口处。所述的脱氧吸附剂可选用适用于所有气体纯化用的填料。

进一步的，所述的吸附器A为高温吸附器；所述的吸附器B为脱氧吸附器。

所述高温吸附器外部分别各设置5个以上温度测量仪表。高温吸附器右侧2个温度测量仪表的用于测量和控制高温吸附器内吸附剂的温度；高温吸附器左侧外吸气加热器的1个温度测量仪表用于测量和控制外吸气加热器的加热温度和高温吸附器外壁温度；吸气加热器上的用于测量吸气加热器的温度；吸气加热器和高温吸附器之间的用于测量经吸气加热器加热后气体温度。通过套管设置安装温度测量仪表。

所述脱氧吸附器外部分别各设置3个以上温度测量仪表。通过套管设置安装温度测量仪表。

所述的主气路流通阀，在吸附器A工作时的气路开启阀门。

所述的临时气路流通阀，在吸附器B工作时的气路开启阀门。

所述的分析气路阀门用于产品气分析。

进一步，本装置内的所使用的高温吸附器和脱氧吸附器表面均进行抛光处理，其处理后的表面粗糙度<10um；优选其处理后表面粗糙度<1um的高温吸附器和脱氧吸附器。

进一步的，所述的高温吸附器、脱氧吸附器内部还设有过滤装置，采用三重过滤，即高温吸附器、脱氧吸附器入口粗过滤，高温吸附器、脱氧吸附器出口二级过滤和高温吸附器、脱氧吸附器出口精密过滤。其中，二级过滤，精度采用180um；出口精密过滤精度采用1um，且过滤面与填料填充高度的方面平行设置。

进一步的，本发明纯化装置中采用的管道和管件的洁净等级为EP级：表面粗糙度<1um。管道和管件连接处的活接头均采用VCR连接方式。进一步的，本发明纯化装置中原料气入口至高温吸附器、脱氧吸附器入口之间的阀门采用隔膜阀或波纹管阀，洁净等级为EP级。

进一步的，所述脱氧吸附器由上封头部分、直筒段和下封头部分构成,该纯化装置包括以下部件：一级过滤器，加料筒，定位器a，气流分配器，气流分配器支撑柱，上封头a，直筒段，二级过滤器a，二级过滤器支撑部a，三级过滤器a，三级过滤器a固定板，下封头a，进气管a，出气管a，固定柱，热偶套管A和热偶套管B；其中，上封头a、直筒段和下封头a按照由上至下的顺序连接构成密封中空的容器主体并固定在固定柱上；上封头部分：上封头a顶部中心位置开口，在上封头a开口外端设有内径与开口尺寸相同的空心圆柱体状、一端去底的加料筒，加料筒去底端连接在上封头a顶端开口处，加料筒的内设置圆柱状的一级过滤器，一级过滤器侧壁设有均匀开孔，加料筒的顶端的外侧开孔连接有与其内径相等进气管a，加料筒与一级过滤器之间设有定位器a，气流分配器支撑柱一端连接在上封头a内壁，另一端连接中心中空的气流分配器；直筒段部分：直筒段靠近上封头a位置设置一个热偶套管A，中部靠下位置设置一个热偶套管B，热偶套管B的下方设置二级过滤器a，二级过滤器a为板状结构，二级过滤器a下方与二级过滤器支撑部a相接触，直筒段底部设有三级过滤器a固定板，三级过滤器a固定板开有圆形的开口，开口处固定与其直径相同的中空的圆柱状三级过滤器a，三级过滤器a的另一个底面靠近二级过滤器支撑部a，三级过滤器a的底面和侧壁有均匀开孔；下封头部分：下封头a的底部开口连有与其直径相同的出气管a。

进一步的，所述高温吸附器包括：进气管b、上封头b、一级过滤器、加料口、热偶套管a、筒体、热偶套管b、二级过滤器b、二级过滤器支撑部b、三级过滤器b、三级过滤器固定板、下封头b、底座、出气管b、加热器套管、测温器套管、扰流板、气体流通孔、换热体和定位器；其中上封头b、筒体和下封头b顺次连接构成类圆柱体状主体，进气管b设置在主体上部，加热器套管纵向设置于主体内部，加热器套管内装管式加热器a，相邻设置测温器套管，加热器套管下方设置一级过滤器，一级过滤器下面设有加料口和热偶套管a，热偶套管a下方设有热偶套管b，热偶套管b下方设有二级过滤器b，二级过滤器b下方与二级过滤器支撑部b相接触，二级过滤器b支撑部下方设有三级过滤器b，三级过滤器b固定在三级过滤器固定板上，下封头b中心位置设有出气管b，主体下部通过底座固定。

所述的一级过滤器和二级过滤器均为表面设有通孔的板状过滤器，三级过滤器为表面有通孔的圆柱状过滤器。一级过滤器的孔径大于二级过滤器的孔径，二级过滤器的孔径大于三级过滤器的孔径。一级过滤器的孔径范围为380μm～180μm，二级过滤器的孔径范围为180μm～150μm，三级过滤器的孔径范围为150μm～1um。

所述的一级过滤器和二级过滤器之间装有吸附剂。

本发明提供的装置纯化工艺如下：

低温原料气由原料气入口阀门仪表组进入工作流程，根据工况不同，可以选择性通入辅助气体，此时临时气路流通阀处于关闭状态，原料气通过主气路流通阀阀门进入换热器与高温气体进行热交换预热，进入加热器，升温至吸附剂工作温度，进入吸附器A，在此将杂质吸附脱除，再回到换热器，与冷的气体进行热交换预冷却后，进入冷却器将高温气体降至常温，经过主气路流通阀阀门和产品气出口阀门仪表组流出纯化后气体。

当吸附器A达到使用寿命后，切换至吸附器B进行工作。具体如下：

开启临时气路流通阀阀门，关闭主气路流通阀阀门。此时，原料气经过临时气路流通阀进入吸附器B，进行纯化，并通过产品气出口阀门仪表组流出纯化工艺。同时，更换吸附器A。更换完成后，可通过阀门主气路流通阀a、主气路流通阀b、吹扫气路阀门进行吹扫，同时检测指标，合格后，开启主气路流通阀阀门，关闭临时气路流通阀阀门，切换回吸附器A进行工作。

通过上述流程工艺的操作，即可达到不停气在线更换不可再生的吸附剂，以达到连续生产产品的目的。

关闭主气路流通阀c，临时气路流通阀a，开启主气路流通阀a，临时气路流通阀b，临时气路流通阀c，使吸附器A和吸附器B形成串联通路，让两个吸附柱同时投入使用，使其处理能力增加1倍以上。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.可不停气在线更换不可再生的吸附剂，连续生产产品。根据其工艺特点，具有抗波动能力大的功能，即当处于原料气处理量或杂质量大幅度增加的情况下，通过纯化装置的阀门的开关，可以将两个吸附柱同时投入使用，使产品气的指标保持稳定。使吸附器A和吸附器B形成串联通路，让两个吸附柱同时投入使用，使其处理能力增加1倍以上，再加上单台吸附器本身的设计余量，能够使装置整体处理能力达到设计能力的2-3倍。

2.本纯化装置的高温吸附器和脱氧吸附器内设置入口过滤器、出口过滤器、气流分配器和脱氧吸附剂，可根据具体工况深度脱除原料其中的微量杂质氧、水、二氧化碳、一氧化碳、氢气、氮气和甲烷等杂质或其中某种或多种杂质，并可以起到过滤固体杂质的效果。

3.本发明提供的工艺，原料气体流通区别于老工艺，即从装有吸附剂的脱氧吸附器、高温吸附器上部进入，在高温吸附器、脱氧吸附器中由上向下经过吸附剂，原料气中的杂质在被经过的吸附剂吸附脱除，再从高温吸附器、脱氧吸附器下部离开，可以有效提高气流分配均匀程度，增加气体中杂质与吸附剂接触的几率，提高停留时间，改善纯化效果。另一个改进之处是加热器和填料床层分离。以前纯化装置和工艺中，加热器内置于脱氧吸附器内部，与填料接触，加热器和填料床层混装，这样的结构往往会使填料产生装填不实，致使产生沟流现象；加热不均，致使填料活化不彻底；即加热器与填料之间会产生较填料间较大的缝隙，由于流体会选择阻力低的方向流动，所以气体会更多的由填料与加热器之间的缝隙通过，而不从填料间通过—会使脱氧吸附器内很大部分的填料不会被利用，而减少填料的利用率，降低产品气的品质，以上缺点对填料的利用率和气体的纯化效果产生极不利的影响。本发明的技术方案将加热器外置于脱氧吸附器外部，与填料无接触，加热器与填料床层分离，使填料装填密致，使气流流动加均匀；加热更加均匀，使填料活化更加彻底；以上的改进对填料利用率提高很大，对气体的纯化效果的提升也很明显。

4.目前的纯化装置所使用的高温吸附器、脱氧吸附器，是采用普通的内表面(内部的，填料接触的表面)未经打磨或抛光处理的不锈钢无缝钢管或不锈钢板制作而成，根据发明人以往的使用和实践经验，在使用一定时间后，杂质含量会提高，经试验，排除填料性能下降因素，确认是高温吸附器、脱氧吸附器内部粗糙表面附着了气体杂质，经长时间累计，并达到一定程度后，向外释放，影响产品气指标。因高超纯度气体单项杂质含量非常低(通常小于1ppb或0.1ppb)，从内壁释放的杂质往往使气体的指标无法达到纯度设计指标的要求。

为解决此问题，本发明采用的高温吸附器、脱氧吸附器内表面均进行了抛光处理，处理后的表面粗糙度<10um，在更高纯度产品方案中粗糙度甚至达到<1um。改进后，得到极大改善，在长时间运行后，产品气中的杂质指标与初始产品指标基本无下降现象。即使高超纯度气体的生产，指标也长时间稳定于设计指标之内(单项杂质小于1ppb或0.1ppb)。

5.现有技术方案中高温吸附器、脱氧吸附器内部仅设置进口和出口两个过滤器，过滤精度最大100目(180um)，过滤精度相对较差，会有大的固体杂质进入产品气。但如果高温吸附器、脱氧吸附器出口过滤器采用精度更高的过滤器，因高温吸附器、脱氧吸附器出口过滤器为平面设计，与填料填充高度方向垂直，长时间运行后，填料粉化后的粉末(长时间气体冲刷，摩擦使填料粉化是所有填料的正常现象)降落到高温吸附器、脱氧吸附器出口过滤器，有很大几率堵塞出口过滤器的很小的孔隙，导致整体压力将过高。影响产品气的品质。

本发明技术方案中的高温吸附器、脱氧吸附器中的过滤装置，采用三重过滤，即高温吸附器、脱氧吸附器入口粗过滤，高温吸附器、脱氧吸附器出口二级过滤和高温吸附器、脱氧吸附器出口精密过滤。即在高温吸附器、脱氧吸附器入口设置过滤器与现有的技术方案无差别，主要过滤原料气从气源处带来的固体杂质。但在高温吸附器、脱氧吸附器出口先设置二级过滤，精度采用100目(180um)，用以过滤较大的填料颗粒，同时因为孔隙较大，颗粒不会堵塞。在二级过滤后设置高温吸附器、脱氧吸附器出口精密过滤，精度采用1um，且过滤面与填料填充高度的方面平行，即使有固体颗粒落下，也不会落在或附着与过滤面，可以时气体顺畅的通过。采用本发明的技术方案，既保证了高温吸附器、脱氧吸附器出口的过滤精度，也保证了通过高温吸附器、脱氧吸附器气体的压力降保持在很小的范围(设计指标范围内，<0.02MPa)。

6.现有技术方案的高温吸附器、脱氧吸附器中没有设置气流分配器，气体在进入高温吸附器、脱氧吸附器后，有可能因内部元件尺寸和结构的误差，出现气流在高温吸附器、脱氧吸附器内部通过不均匀的现象，这样会使填料的利用率、填料的利用率，使产气量下降，有一定几率出现死体积下降，会使产品气品质下降。本发明的技术方案中，在高温吸附器、脱氧吸附器入口处设置气流分配器，气体进入高温吸附器、脱氧吸附器后，在气流分配器的作用下，进行重新分配，使气体在高温吸附器、脱氧吸附器内的填料的各个位置的流量均匀，以提高填料的利用率，进而提高产量和产品气品质。

7.现有技术方案中采用的管道和管件的洁净等级BA级(表面粗糙度<10um),工艺管件内表面越粗糙，高温吸附器、脱氧吸附器越累计附着杂质成分，在高超纯度气体纯化中，会对气体指标产生不利影响。本发明技术方案中采用的管道和管件的洁净等级为EP级(表面粗糙度<1um,且表面有电化学涂层)，使内表面附着和累计杂质组分量大大减少，并且电化学涂层有很好的耐腐蚀作用。

现有技术方案中的活接头采用卡套方式连接，卡套的连接方式虽然有操作简单，不需要焊接操作，但连接处存在较大的死体积，死体积中容易累计杂质组分，对产品气纯度产生不利影响。本发明技术方案中的活接头均采用VCR连接方式，虽然采用VCR连接方式需要有额外的焊接工作，但VCR接头连接处几乎无死体积，对产品气的不利影响很小。

8.现有技术方案中采用对于原料气入口至高温吸附器、脱氧吸附器入口之间的阀门采用填料阀(如球阀、旋塞阀、针阀等)，此类阀门虽然价格相对便宜，但其内部结构存在死体积，容易累计杂质组分，且其泄漏率相对较高(一般为10-7mbar.l/sec)，易于通过死体积释放和外部浓度差渗漏，增加原料气中的杂质组分，增大填料的负担，对产品气的指标产生不利影响。本发明技术方案中采用对于原料气入口至高温吸附器、脱氧吸附器和入口之间的阀门采用隔膜阀，此类阀门虽然价格相对较高，但其内部结构几乎不存在死体积，不容易累计杂质组分，且其泄漏率相对较低(一般为<10-9mbar.l/sec，甚至可以达到<10-12mbar.l/sec)，可以很好地保证原料气原有指标的稳定。出口阀门采用的隔膜阀或波纹管阀的洁净等级提高至EP级，能够很好的保证产品气指标的稳定性。

附图说明

图1是本发明提供装置的整体构造图。

图2为吸附器B的结构图。

图3为气流分配器的俯视图。

图4为三级过滤器a及固定板俯视图。

图5为实施例1的高温吸附器的结构图。

图6为实施例1换热体的水平剖视图。

图7为实施例1三级过滤器b的水平剖视图。

图8为实施例2的高温吸附器的结构图。

图9为实施例2加热器a的水平剖视图。

图10为实施例2三级过滤器b的水平剖视图。

图中1.原料气入口阀门仪表组，2.辅助气体入口阀门仪表组，3.换热器，4.加热器，5.吸附器A，6.冷却器，7.吸附器B，8.主气路流通阀a，9.主气路流通阀b，10.主气路流通阀c，11.临时气路流通阀a，12.临时气路流通阀b，13.临时气路流通阀c，14.产品气出口阀门仪表组，15.分析气路阀门，16.吹扫气路阀门，17.原料气进气口，18.辅助气体进气口，19.产品气出口，20.分析气出口，21.吹扫气出口，5-1.进气管b，5-2.上封头b，5-3.一级过滤器b，5-4.加料口，5-5.热偶套管A，5-6.筒体，5-7.热偶套管B，5-8.二级过滤器b，5-9.二级过滤器支撑部b，5-10.三级过滤器b，5-11.三级过滤器固定板，5-12.下封头b，5-13.底座，5-14.出气管b，5-15.加热器套管，5-16.测温器套管，5-17.扰流板，5-18.气体流通孔，5-19.换热体，5-20.定位器b，7-1.一级过滤器a，7-2.加料筒，7-3.定位器a，7-4.气流分配器，7-5.气流分配器支撑柱，7-6.上封头a，7-7.直筒段，7-8.二级过滤器a，7-9.二级过滤器支撑部b，7-10.三级过滤器a，7-11.固定板，7-12.下封头a，7-13.进气管a，7-14.出气管a，7-15.固定柱，7-16.热偶套管a，7-17.热偶套管b。

具体实施方式

下面通过具体实施例详述本发明，但不限制本发明的保护范围。如无特殊说明，本发明所采用的实验方法均为常规方法，所用实验器材、材料、试剂等均可从商业途径获得。实施例中所述的吸附器A为高温吸附器；所述的吸附器B为脱氧吸附器。

实施例1

一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化的装置，包括原料气入口阀门仪表组1，辅助气体入口阀门仪表组2，换热器3，加热器4，吸附器A 5，冷却器6，吸附器B 7，主气路流通阀，临时气路流通阀，产品气出口阀门仪表组14，分析气路阀门15，吹扫气路阀门16；所述的原料气入口阀门仪表组1包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的辅助气体入口阀门仪表组2包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的产品气出口阀门仪表组14包括出口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；

所述的换热器3与加热器4连接，加热器4与吸附器A 5的进口连接，吸附器A 5的出口与换热器3、冷却器6依次顺序连接，换热器3前置主气路流通阀a 8，冷却器6后置主气路流通阀b 9；临时气路上设有临时气路流通阀a 11、临时气路流通阀b 12、临时气路流通阀c13，吸附器B 7设在由临时气路流通阀组成的临时气路所在的管路上，临时气路流通阀b 12设置在吸附器B 7前，临时气路流通阀c 13设置在吸附器B 7后，临时气路和主气路末端均与产品气出口阀门仪表组14、分析气路阀门15连接，主气路末端连接有吹扫气路阀门16；

所述高温吸附器为类圆柱体状，包括：上封头b 5-2和下封头b 5-12分别设于顶部和底部，进气管b 5-1设置于上封头b 5-2中心位置，上封头b 5-2下方设有换热体5-19，换热体5-19上部侧面设有数个气体流通孔5-18，换热体5-19的直径小于上封头b 5-2，换热体5-19内部纵向设有数根棒状加热器套管5-15，内部装有加热器a，比加热器套管5-15更靠近中心位置设置测温器套管5-16，测温器套管5-16内装测温仪表，换热体5-19外部底端设有定位器5-20，换热体5-19下面设置一级过滤器5-3，一级过滤器5-3下面设有加料口5-4，靠近加料口5-4设有与地面平行的热偶套管a 5-5，热偶套管a 5-5下方设有与地面平行的热偶套管b 5-7，热偶套管b 5-7下方设有二级过滤器b 5-8，二级过滤器b 5-8下方与二级过滤器支撑部b 5-9相接触，二级过滤器支撑部b 5-9下方设有三级过滤器b 5-10，三级过滤器b 5-10固定在三级过滤器固定板5-11上，下封头b 5-12中心位置设有出气管b 5-14，整个装置通过底座5-13固定在地面。

装置纯化工艺如下：

低温原料气由原料气入口阀门仪表组1进入工作流程，此时临时气路流通阀处于关闭状态，原料气通过主气路流通阀8阀门进入换热器3与高温气体进行热交换预热，进入加热器4，升温至吸附剂工作温度，进入吸附器A 5，在此将杂质吸附脱除，再回到换热器3，与冷的气体进行热交换预冷却后，进入冷却器6将高温气体降至常温，经过主气路流通阀阀门和产品气出口阀门仪表组14流出纯化后气体。

当吸附器A 5达到使用寿命后，切换至吸附器B 7进行工作。具体如下：

开启临时气路流通阀阀门，关闭主气路流通阀阀门；原料气经过临时气路流通阀a(11)进入吸附器B(7)，进行纯化，并通过产品气出口阀门仪表组(14)流出纯化工艺，同时，更换吸附器A(5)，更换完成后，可通过阀门主气路流通阀a(8)、主气路流通阀b(9)、吹扫气路阀门(16)进行吹扫，检测指标，合格后，开启主气路流通阀阀门，关闭临时气路流通阀阀门，切换回吸附器A(5)进行工作；

两个吸附柱同时投入使用时，具体如下：

关闭主气路流通阀c 10，临时气路流通阀a 11，开启主气路流通阀，临时气路流通阀b 12，临时气路流通阀c 13，使吸附器A 5和吸附器B 7形成串联通路，使两个吸附柱同时投入使用，使其处理能力增加1倍以上。

实施例2

一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化的装置，包括原料气入口阀门仪表组1，辅助气体入口阀门仪表组2，换热器3，加热器4，吸附器A 5，冷却器6，吸附器B 7，主气路流通阀，临时气路流通阀，产品气出口阀门仪表组14，分析气路阀门15，吹扫气路阀门16；所述的原料气入口阀门仪表组1包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的辅助气体入口阀门仪表组2包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的产品气出口阀门仪表组14包括出口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；

所述的换热器3与加热器4连接，加热器4与吸附器A 5的进口连接，吸附器A 5的出口与换热器3、冷却器6依次顺序连接，换热器3前置主气路流通阀a 8，冷却器6后置主气路流通阀b 9；临时气路上设有临时气路流通阀a 11、临时气路流通阀b 12、临时气路流通阀c13，吸附器B 7设在由临时气路流通阀组成的临时气路所在的管路上，临时气路流通阀b 12设置在吸附器B 7前，临时气路流通阀c 13设置在吸附器B 7后，临时气路和主气路末端均与产品气出口阀门仪表组14、分析气路阀门15连接，主气路末端连接有吹扫气路阀门16；

所述高温吸附器为类圆柱体状，包括：上封头b 5-2和下封头b 5-12分别设于顶部和底部，进气管b 5-1设置于顶部外侧，高温吸附器上部内部纵向设有加热器套管5-15，内部装有加热器a，比加热器套管5-15更靠近边缘对称设置测温器套管5-16，其中一个测温器套管5-16靠近进气管b 5-1，与加热器套管5-15垂直设有数个扰流板5-17，加热器套管5-15底端设有一级过滤器5-3，一级过滤器5-3下面设有加料口5-4，靠近加料口5-4设有与地面平行的热偶套管a 5-5，热偶套管a 5-5下方设有与地面平行的热偶套管b 5-7，热偶套管b5-7下方设有二级过滤器b 5-8，二级过滤器b 5-8下方与二级过滤器支撑部b 5-9相接触，二级过滤器支撑部b 5-9下方设有三级过滤器b 5-10，三级过滤器b 5-10固定在三级过滤器固定板5-11上，下封头b 5-12中心位置设有出气管b 5-14，整个装置通过底座5-13固定在地面。

实验数据：

本发明提供的技术方案与现有技术的方案效果比较如下表所示：

表1-1本发明纯化装置与现有技术效果比较表

从上表看出，在高温吸附器、脱氧吸附器规格和填料使用数量一样的情况下，本发明技术方案的脱氧吸附器的处理气体量和产品气的指标都有大幅度的提高，尤其气体纯度提高了1个数量级。

虽然加热消耗的气体量较大，但产能的提高和产品品质的大幅提升所带来的经济价值更高(高纯度气体的单价会有数量级的提升)。

以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，包括原料气入口阀门仪表组(1)，辅助气体入口阀门仪表组(2)，换热器(3)，加热器(4)，吸附器A(5)，冷却器(6)，吸附器B(7)，主气路流通阀，临时气路流通阀，产品气出口阀门仪表组(14)，分析气路阀门(15)，吹扫气路阀门(16)；

所述的换热器(3)与加热器(4)连接，加热器(4)与吸附器A(5)的进口连接，吸附器A(5)的出口与换热器(3)、冷却器(6)依次顺序连接，换热器(3)前置主气路流通阀a(8)，冷却器(6)后置主气路流通阀b(9)；临时气路上设有临时气路流通阀a(11)、临时气路流通阀b(12)、临时气路流通阀c(13)，吸附器B(7)设在由临时气路流通阀组成的临时气路所在的管路上，临时气路流通阀b(12)设置在吸附器B(7)前，临时气路流通阀c(13)设置在吸附器B(7)后，临时气路和主气路末端均与产品气出口阀门仪表组(14)、分析气路阀门(15)连接，主气路末端连接有吹扫气路阀门(16)。

2.如权利要求1所述的一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，所述的冷却器(6)冷却为水冷却或风冷却。

3.如权利要求1所述的一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，所述的主气路流通阀，在吸附器A(5)工作时的气路开启阀门。

4.如权利要求1所述的一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，所述的临时气路流通阀，在吸附器B(7)工作时的气路开启阀门。

5.如权利要求1所述的一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，所述的原料气入口阀门仪表组(1)包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的辅助气体入口阀门仪表组(2)包括入口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接；所述的产品气出口阀门仪表组(14)包括出口所用的截止阀、调节阀、流量和压力仪表并依次顺序连接。

6.如权利要求1所述的一种可在线更换吸附柱的氩气、氦气和氢气的纯化装置，其特征是，所述的吸附器A(5)为高温吸附器；所述的吸附器B(7)为脱氧吸附器。

7.根据权利要求1所述的纯化装置的工艺，其特征是，具体工艺如下：

低温原料气由原料气入口阀门仪表组(1)进入工作流程，此时临时气路流通阀处于关闭状态，原料气通过主气路流通阀(8)阀门进入换热器(3)与高温气体进行热交换预热，进入加热器(4)，升温至吸附剂工作温度，进入吸附器A(5)，在此将杂质吸附脱除，再回到换热器(3)，与冷的气体进行热交换预冷却后，进入冷却器(6)将高温气体降至常温，经过主气路流通阀阀门和产品气出口阀门仪表组(14)流出纯化后气体；

当吸附器A(5)达到使用寿命后，切换至吸附器B(7)进行工作；具体如下：

开启临时气路流通阀阀门，关闭主气路流通阀阀门；原料气经过临时气路流通阀a(11)进入吸附器B(7)，进行纯化，并通过产品气出口阀门仪表组(14)流出纯化工艺，同时，更换吸附器A(5)，更换完成后，可通过阀门主气路流通阀a(8)、主气路流通阀b(9)、吹扫气路阀门(16)进行吹扫，同时检测指标，合格后，开启主气路流通阀阀门，关闭临时气路流通阀阀门，切换回吸附器A(5)进行工作；

两个吸附柱同时投入使用时，具体如下：

关闭主气路流通阀c(10)，临时气路流通阀a(11)，开启主气路流通阀a(8)，临时气路流通阀b(12)，临时气路流通阀c(13)，使吸附器A(5)和吸附器B(7)形成串联通路。