CN215218470U - 一种用于测定膜分离氦效率的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于测定膜分离氦效率的装置，包括供气系统、真空系统、分离系统和检测系统，所述供气系统包括气源、质量流量控制器和第一压力表，所述分离系统包括分离腔体和膜固定、密封装置，所述分离腔体通过管路与质量流量控制器连接，所述真空系统包括真空泵和第二压力表，所述真空泵设于分离腔体底部，所述第二压力表与分离腔体连接；所述检测系统包括色谱检测装置和第三压力表。本实用新型设备简单、易操作，可实时、准确测定膜材料的分离氦效率。

Description

一种用于测定膜分离氦效率的装置

技术领域

本实用新型属于膜材料分离效率检测领域，具体涉及一种用于测定膜分离氦效率的装置。

背景技术

氦气具有惰性、扩散快、制冷温度低、水中溶解度低等特点，是国民经济、科研、国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物质之一。我国氦气资源匮乏，基本依赖进口，并且天然气中氦含量很低，提取难度大、成本高。因此，研究开发先进的天然气提取氦气技术对于提高氦气产量、保障国家用氦安全和促进我国天然气提氦工业的发展具有重要意义。

由于氦气在空气中的含量极低，因此国内外都将从天然气中提取氦气作为主要的工业生产方法。目前，天然气提氦的方法主要有吸附法、吸收法、扩散法、膜渗透法、低温冷凝法。其中，膜分离具有现场操作简易、节约能源等优点，对氦气/甲烷具有较高的选择性和透量。随着膜材料的发展，膜渗透法提氦展现出越来越好的应用前景。各种气体对膜具有一定的渗透性能，且各种气体的渗透性能各不相同，因而可以利用渗透法将天然气中的氦气提取出来。但在工业上对膜的尺寸、化学和机械性能要求较高，以保持长期的使用性能。与深冷提氦技术相比，如果膜的寿命大于两年则成本相当于深冷，并且认为，如膜分离能将氦气提浓10倍，回收率大于50％，则具有显著的经济效益。此外，如能精准、快速评价膜分离效率可大大缩短膜开发周期，进而降低运行成本。

因此，寻求一种简单、高效的评价膜材料用于天然气提氦的装置具有重要的理论和实际意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种用于测定膜分离氦效率的装置，能够快速准确的评价膜材料的性能，且该装置操作过程简单、效率高。

为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案：一种用于测定膜分离氦效率的装置，包括供气系统、真空系统、分离系统和检测系统，所述供气系统包括气源、质量流量控制器和第一压力表，所述气源通过管路和质量流量控制器连接；所述分离系统包括分离腔体和膜固定、密封装置，所述分离腔体上部分为圆柱形，下部分为漏斗形，在上部分的底部设有膜固定、密封装置，所述分离腔体通过管路与质量流量控制器连接，两者连接的管路上设有第一压力表；所述真空系统包括真空泵和第二压力表，所述真空泵设于分离腔体下部分的底部，所述第二压力表设于分离腔体下部分；所述检测系统包括色谱检测装置和第三压力表，所述色谱检测装置与分离腔体的上部分通过管路连接，两者连接的管路与分离腔体下部分连接的管路上设有第三压力表。

采用本实用新型上部分为圆柱形、下部分为漏斗形的分离腔体，在上部分可实施不同的压力操作，通过监测上腔体内气体的组成变化来评价膜材料的分离氦气性能。本实用新型上述结构的分离腔体有助于减小下部分的气阻，进而促进混合气体中的氦气组份透过膜材料。此外，此分离腔体与真空泵的结合可在负压条件下检测膜性能的分离氦气性能。真空泵用于使分离腔体和连接管路保持真空状态，进而排除其他气体干扰，第二压力表用于检测气路及分离腔体的压力变化。基于此，可实现对膜材料分离氦气性能的实时、准确评价。

本实用新型优选的实施方案中，所述气源为天然气和氦气的混合气体，所述膜固定、密封装置为支撑板，通过支撑板固定膜材料，有助于提高膜材料在分离气体中的稳固性，为测定膜分离氦效率奠定良好的基础。

本实用新型优选的实施方案中，所述质量流量控制器与分离腔体连接的管路上还设有第一截止阀，对其所在的管路中的气体起着切断和节流的重要作用。

本实用新型优选的实施方案中，所述色谱检测装置为气相色谱装置，用于检测分离腔体中氦气的含量变化。气相色谱装置依据混合气体各组分在流动相和固定相中亲和性不同进行分离，是一种分析速度快、分离效率高的分离分析方法。

本实用新型优选的实施方案中，所述分离腔体和色谱检测装置连接的管路上设有压力调节阀和第二截止阀，两者配合使用可以使在进口压力不断变化的情况下，保持进入色谱检测装置内的压力值在一定范围内，有助于提高检测结果的稳定性和准确性。

本实用新型优选的实施方案中，所述分离腔体的下部分还设有第三截止阀，第三压力表所在的管路上设有第四截止阀，各截止阀和调节阀的共同作用使进入色谱检测装置的气体流速控制在一定范围内。

本实用新型的一个或多个具体实施方式中至少取得了以下技术效果：

(1)采用上部分为圆柱形、下部分为漏斗形的分离腔体，有助于减小下部分的气阻，进而促进混合气体中的氦气组份透过膜材料，与真空泵的结合可在负压条件下检测膜材料分离氦气的性能，排除其他气体干扰，实现对膜材料分离氦气性能的实时、准确评价。

(2)在质量流量控制器和分离腔体连接的管路上设置第一截止阀，截止阀使分离腔体形成一个密封腔体，在该密封腔体内，完成对气体的富集，达到色谱检测装置的检测限或者更高的范围时，再将其渗透过膜材料的气体送至色谱检测装置进行分析检测，可有效避免由于气体浓度达不到检测装置的检测下限而造成的测试数据无法检出、波动大、重现性差等现象，提高检测准确率。

(3)设备简单、易操作，可在不同压力条件下评测膜材料的分离氦气性能。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本实用新型实施例中用于测定膜分离氦效率装置的结构图。

图中：1、气源，2、质量流量控制器，3、第一压力表，4、第一截止阀，5、分离腔体，6、膜分离材料，7、压力调节阀，8、第二截止阀，9、气相色谱装置，10、第三截止阀，11、第二压力表，12、第三压力表，13、透过气体，14、真空泵，15、第四截止阀。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本实用新型的目的是提供一种用于测定膜分离氦效率的装置，以解决现有评价膜材料分离氦的问题。

实施例1

如图1所示，一种用于测定膜分离氦效率的装置，包括供气系统、真空系统、分离系统和检测系统，所述供气系统包括气源1、质量流量控制器2和第一压力表3，所述气源1为天然气和氦气的混合气体，通过管路和质量流量控制器2连接；所述分离系统包括分离腔体5和支撑板，所述分离腔体5上部分为圆柱形，下部分为漏斗形，在上部分的底部设有支撑板，通过支撑板固定膜分离材料6，所述分离腔体5通过管路与质量流量控制器2连接，两者连接的管路上设有第一压力表3，所述质量流量控制器与分离腔体连接的管路上还设有第一截止阀；所述真空系统包括真空泵14和第二压力表11，所述真空泵14设于分离腔体5下部分的底部，所述第二压力表11设于分离腔体5下部分；所述检测系统包括气相色谱装置9和第三压力表12，所述色谱检测装置9与分离腔体5的上部分通过管路连接，两者连接的管路与分离腔体5下部分连接的管路上设有第三压力表12；所述分离腔体5和气相色谱装置9连接的管路上设有压力调节阀7和第二截止阀8，所述分离腔体5的下部分还设有第三截止阀10，第三压力表12所在的管路上设有第四截止阀15。

实施例2

采用上述装置测定膜分离氦效率的方法为：关闭第一截止阀4和第二截止阀8，打开第三截止阀10和第四截止阀15，调节压力调节阀7，打开真空泵14，使分离腔体5内成负压状态。进一步的，关闭第四截止阀15，打开第一截止阀4，打开气源开关，调节质量流量控制器2及压力调节阀7，使气源1中的气体充入分离腔体5，同时保持真空泵14处于开启状态。进一步的，调整压力调节阀7，提高气体分离室内的压力。进一步的，关闭第一截止阀4和第三截止阀10，打开第二截止阀8，调节压力调节阀7，使分离腔体5内的气体以20sccm/min的流速通入气相色谱装置9。依据气相色谱分析结果可知分离腔体5内各气体的比例，进而得出所用膜材料的分离效率。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，包括供气系统、真空系统、分离系统和检测系统，所述供气系统包括气源、质量流量控制器和第一压力表，所述气源通过管路和质量流量控制器连接；所述分离系统包括分离腔体和膜固定、密封装置，所述分离腔体内设有膜固定、密封装置，所述分离腔体通过管路与质量流量控制器连接，两者连接的管路上设有第一压力表；所述真空系统包括真空泵和第二压力表，所述真空泵设于分离腔体底部，所述第二压力表与分离腔体连接；所述检测系统包括色谱检测装置和第三压力表，所述色谱检测装置与分离腔体的上部分通过管路连接，两者连接的管路与分离腔体下部分连接的管路上设有第三压力表。

2.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述分离腔体上部分为圆柱形，下部分为漏斗形，在上部分的底部设有膜固定、密封装置。

3.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述第二压力表设于分离腔体的下部分。

4.根据权利要求2所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述膜固定、密封装置为支撑板。

5.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述质量流量控制器与分离腔体连接的管路上还设有第一截止阀。

6.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述色谱检测装置为气相色谱装置。

7.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述分离腔体和色谱检测装置连接的管路上设有压力调节阀和第二截止阀。

8.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述分离腔体的下部分还设有第三截止阀。

9.根据权利要求1所述的用于测定膜分离氦效率的装置，其特征在于，所述第三压力表所在的管路上设有第四截止阀。

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