CN209027188U - 一种氦净化冷量回收利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种氦净化冷量回收利用系统，包括催化系统、除氩冷箱、低温变压吸附装置以及低温液体贮槽，所述除氩冷箱内设置有具有三个分隔的板翅式换热器和精馏塔，所述板翅式换热器的流体回路依次分别为第一流体回路、第二流体回路和第三流体回路，还包括低温绝热容器；本实用新型将冷量级别高的污液氮的液相进入低温变压吸附装置作为其高要求的冷源，减少冷却变压吸附装置的液氮使用量；冷量级别次之的污液氮气相与原料氦气换热，减少了精馏塔内液氮使用量；将冷量利用后的冷量级别低的氮气与循环水换热，极好的降低了循环水水温，提高了设备运行效率。

Description

一种氦净化冷量回收利用系统

技术领域

本实用新型涉及尾气回收技术领域，尤其涉及一种氦净化冷量回收利用系统。

背景技术

氦气为无色无味，不可燃气体，空气中的含量约为百万分之5.2。化学性质完全不活泼，通常状态下不与其它元素或化合物结合。

氦气被广泛应用于诸如军工、科研、石化、制冷、医疗、半导体、管道检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接、光电子产品生产等领域中。其主要用途有：利用氦－268.9℃的低沸点，液氦可以用于超低温冷却；在悬浮列车等领域中广受关注的超导体应用中，氦气是不可或缺的；此外，由于化学性质不活泼和轻于空气等特征，氦气常用于飞船或广告气球中的充入气体，这一用途也是众所周知的；在海洋开发领域的呼吸用混合气体中，以及医疗领域的核磁共振成像设备的超导电磁体冷却的用途中，氦气都得到广泛的应用；氦气也可用作高真空装置、原子核反应堆、宇宙飞船等的检漏剂及镁、锆、铝、钛等金属焊接的保护气；在火箭、宇宙飞船上用作输送液氢、液氧等液体推进剂的加压气体；还用作原子反应堆的清洗剂、气体色谱分析分析的载气、气球充气、电弧焊用保护气、潜水用混合气和气体温度计的填充气；另外由于氦气渗透性好、不可燃的特点，它还应用于真空检漏行业，如氦质谱检漏仪等。

氦气理论上可以从空气中分离抽取，但因其含量过于稀薄，工业上从含氦量约为0.5％的天然气中分离、精制得到氦气。但是由于从天然气中分离、精制得到氦气的工艺复杂、成本较高，因此难以被广泛应用。另一方面，氦气在使得应用领域中最终都随着工业废气一起排出，造成了大量的资源浪费，不符合人们日益增长的节能环保需求。但是目前，虽然有一些氦气回收系统能够回收氦气，但是回收后氦气的纯度无法保证。回收后的氦气还需要进行纯化才能再次使用，而氦气的纯化也非常麻烦，成本较高。

申请号为CN201410404048.9的中国专利文件公开提供一种氦气回收提纯方法，其包括的步骤依次为：过滤；化学吸附；配气；加热；催化；冷却；一次净化；冷却；精馏；二次净化。还公开了一种氦气回收提纯装置，该装置包括：过滤器；化学吸附装置；组分分析装置；加气罐；加热器；催化系统；冷却器；第一净化系统；粗氦冷却器；精馏塔；第二净化系统；以及氦气储罐。采用本发明的氦气回收提纯方法和装置，能够用于回收含有氦气的工业废气，将氦气的纯度提高，也可以深入提纯得到纯氦、高纯氦和超纯氦产品。

该氦气净化回收提纯设备在设计时考虑到回收的尾气中含有较多的氢气，采用加氧催化的方法除氢，为此工艺设计了大量的冷量来冷却加氧催化除氢时放出的热量。实际运行中发现富氦尾气中氢气含量很少，因此反应放出的热量也就非常有限，原设计的大量的冷量无处利用而白白浪费。

另一方面，氦净化工艺中采用低温变压吸附方式进行脱氮处理，在低温变压吸附装置的吸附阶段使用大量液氮作为其冷源让吸附剂保持-196℃一下的低温状态，增强其吸附能力；吸附一段时间后吸附剂吸附饱和，就暂时失去了吸附能力，这时需要对吸附剂进行加热升温到100℃以上，这样首先就要将低温变压吸附装置内的低温的液氮排空，然后再加热，这部分液氮又要放空，冷量也被白白浪费。

基于此，针对现有技术中的不足，由于在系统中冷量全由液氮提供，冷量的浪费也就是液氮的浪费，需要一种能充分利用以上两部分冷量的氦净化冷量回收利用系统被设计出来。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了克服现有技术的不足，得到一种能充分利用冷量的氦净化冷量回收利用系统被设计出来，减少系统液氮的消耗、降低整套系统的生产成本、实现两方面排放冷量的有效收集与利用。

本实用新型是通过以下技术方案实现：

一种氦净化冷量回收利用系统，包括催化系统、除氩冷箱、低温变压吸附装置以及低温液体贮槽，所述除氩冷箱内设置有具有三个分隔的板翅式换热器和精馏塔，所述板翅式换热器的流体回路依次分别为第一流体回路、第二流体回路和第三流体回路，还包括低温绝热容器；其中，

所述催化系统的入口连接原料尾氦管道，所述催化系统的出口连接第一流体回路的一端，所述第一流体回路的另一端连接至精馏塔的上部入口，所述精馏塔的上部入口的另一侧还通过贮槽管道连接有低温液体贮槽，所述精馏塔下部的一侧出口设置有排放管道，所述排放管道连接至低温绝热容器上部进液口的进液管道，所述低温绝热容器上部的气相出口连接至第二流体回路的一端，所述第二流体回路的另一端连接至循环水池冷却循环水管道，所述精馏塔下部的另一侧出口连接至低温变压吸附装置的上部入口，所述低温变压吸附装置侧边还设置有与贮槽管道连通的连通管道，所述连通管道上设置有阀门，所述低温变压吸附装置的下部出口上设置有第一出口管道和第二出口管道，所述第一出口管道上设置有第一出口阀，所述第二出口管道上设置有第二出口阀，所述低温变压吸附装置的下部出口与第一出口阀之间还设置有放空管道，所述放空管道上设置有放空阀，所述低温变压吸附装置的侧边还设置有连接第三流体回路的管道，所述第三流体回路的另一端连接至高纯氦气储罐。

进一步地，所述贮槽管道上依次设置有出液阀和往复式低温液体泵。

进一步地，所述排放管道设置有两个且管上分别设置有排放阀。

进一步地，所述低温绝热容器上部进液口处设置有进液阀，气相出口处设置有气相阀。

进一步地，所述低温绝热容器为低温储罐或杜瓦瓶。

进一步地，所述低温变压吸附装置的下部出口与第二出口阀之间还设置有液相管道，所述液相管道上设置有液相阀并连接至低温绝热容器的下部液相口。

进一步地，所述第一出口管道和第二出口管道还并联连通至进液管道。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型将冷量级别高的污液氮的液相进入低温变压吸附装置作为其高要求的冷源，减少冷却变压吸附装置的液氮使用量；冷量级别次之的污液氮气相与原料氦气换热，减少了精馏塔内液氮使用量；将冷量利用后的冷量级别低的氮气与循环水换热，极好的降低了循环水水温，提高了设备运行效率。

附图说明

图1是本实用新型的一个实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种氦净化冷量回收利用系统，包括催化系统1、除氩冷箱2、低温变压吸附装置3以及低温液体贮槽4，所述除氩冷箱2内设置有具有三个分隔的板翅式换热器5和精馏塔6，所述板翅式换热器5的流体回路依次分别为第一流体回路5-1、第二流体回路5-2和第三流体回路5-3，还包括低温绝热容器7；其中，

所述催化系统1的入口连接原料尾氦管道8，所述催化系统1的出口连接第一流体回路5-1的一端，所述第一流体回路5-1的另一端连接至精馏塔6的上部入口，所述精馏塔6的上部入口的另一侧还通过贮槽管道9连接有低温液体贮槽4，所述精馏塔6下部的一侧出口设置有排放管道10，所述排放管道10连接至低温绝热容器7上部进液口的进液管道7-1，所述低温绝热容器7上部的气相出口连接至第二流体回路5-2的一端，所述第二流体回路5-2的另一端连接至循环水池冷却循环水管道，所述精馏塔6下部的另一侧出口连接至低温变压吸附装置3的上部入口，所述低温变压吸附装置3侧边还设置有与贮槽管道9连通的连通管道11，所述连通管道11上设置有阀门，所述低温变压吸附装置3的下部出口上设置有第一出口管道12和第二出口管道13，所述第一出口管道12上设置有第一出口阀12-1，所述第二出口管道13上设置有第二出口阀13-1，所述低温变压吸附装置3的下部出口与第一出口阀12-1之间还设置有放空管道14，所述放空管道14上设置有放空阀14-1，所述低温变压吸附装置3的侧边还设置有连接第三流体回路5-3的管道，所述第三流体回路5-3的另一端连接至高纯氦气储罐。

具体实施时，所述贮槽管道9上依次设置有出液阀9-1和往复式低温液体泵9-2。

具体实施时，所述排放管道10设置有两个且管上分别设置有排放阀。

具体实施时，所述低温绝热容器7上部进液口处设置有进液阀7-2，气相出口处设置有气相阀7-3。

具体实施时，所述低温绝热容器7为低温储罐或杜瓦瓶。

具体实施时，所述低温变压吸附装置3的下部出口与第二出口阀13-1之间还设置有液相管道15，所述液相管道15上设置有液相阀7-4并连接至低温绝热容器7的下部液相口。

具体实施时，所述第一出口管道12和第二出口管道13还并联连通至进液管道7-1。

本实用新型的工作原理为：

将精馏塔排放的低温氮气以及原设计去往催化系统1，冷却催化后高温气体的液氮，加上低温变压吸附装置3排放的液氮全部通过低温绝热容器7(低温储罐或杜瓦)收集暂时储存。

排放的污液氮在低温绝热容器7中提高压力后气相部分返回板翅式换热器5中与进入精馏塔6的原料氦气换热，原料氦气被冷却，液氮温度升高变成气态氮气(但温度仍很低，在-120℃左右)，这样就可以减少低温液氮储罐进入精馏塔6的液氮量，减少液氮消耗；该股低温氮气出精馏塔6后温度仍旧较低，引入循环水池与循环水回水进行换热，一方面污氮气温度比水低从而换热降低循环水温度，另一方面由于污氮气中不含水很干燥，这使得循环水部分汽化，汽化需要吸热，从而进一步加快循环水降温的速度，低温氮气被循环水回水加热变成常温气态氮气后自然排放。

储存在低温绝热容器7中的污液氮液相部分，在低温变压吸附冷却阶段，通过低温变压吸附装置3排放管道返流进入低温变压吸附装置3作为冷源对其进行冷却，通过低温绝热容器7的液相阀7-4以及第二出口阀13-1进入，利用冷量后通过新增的放空阀放空。

本实用新型通过将冷量级别高的污液氮的液相进入低温变压吸附装置3作为其高要求的冷源，减少冷却低温变压吸附装置3的液氮使用量；冷量级别次之的污液氮气相与原料氦气换热，减少了精馏塔6内液氮使用量；将冷量利用后的冷量级别低的氮气与循环水换热，极好的降低了循环水水温，提高了设备运行效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：包括催化系统、除氩冷箱、低温变压吸附装置以及低温液体贮槽，所述除氩冷箱内设置有具有三个分隔的板翅式换热器和精馏塔，所述板翅式换热器的流体回路依次分别为第一流体回路、第二流体回路和第三流体回路，还包括低温绝热容器；其中，

所述催化系统的入口连接原料尾氦管道，所述催化系统的出口连接第一流体回路的一端，所述第一流体回路的另一端连接至精馏塔的上部入口，所述精馏塔的上部入口的另一侧还通过贮槽管道连接有低温液体贮槽，所述精馏塔下部的一侧出口设置有排放管道，所述排放管道连接至低温绝热容器上部进液口的进液管道，所述低温绝热容器上部的气相出口连接至第二流体回路的一端，所述第二流体回路的另一端连接至循环水池冷却循环水管道，所述精馏塔下部的另一侧出口连接至低温变压吸附装置的上部入口，所述低温变压吸附装置侧边还设置有与贮槽管道连通的连通管道，所述连通管道上设置有阀门，所述低温变压吸附装置的下部出口上设置有第一出口管道和第二出口管道，所述第一出口管道上设置有第一出口阀，所述第二出口管道上设置有第二出口阀，所述低温变压吸附装置的下部出口与第一出口阀之间还设置有放空管道，所述放空管道上设置有放空阀，所述低温变压吸附装置的侧边还设置有连接第三流体回路的管道，所述第三流体回路的另一端连接至高纯氦气储罐。

2.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述贮槽管道上依次设置有出液阀和往复式低温液体泵。

3.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述排放管道设置有两个且管上分别设置有排放阀。

4.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述低温绝热容器上部进液口处设置有进液阀，气相出口处设置有气相阀。

5.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述低温绝热容器为低温储罐或杜瓦瓶。

6.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述低温变压吸附装置的下部出口与第二出口阀之间还设置有液相管道，所述液相管道上设置有液相阀并连接至低温绝热容器的下部液相口。

7.根据权利要求1所述的一种氦净化冷量回收利用系统，其特征在于：所述第一出口管道和第二出口管道还并联连通至进液管道。