CN217247869U - 一种低温纯化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种低温纯化装置，涉及气体纯化技术领域。一种低温纯化装置，包括罐体、第一进气管、第一出气管、设于罐体的纯化罐以及给罐体加热的加热系统；纯化罐设有吸附剂；纯化罐的进气口连通第一进气管，纯化罐的出气口连通第一出气管。采用本实用新型，该低温纯化装置纯化时间长，再生时间短，效率更高，且更加安全。

Description

一种低温纯化装置

技术领域

本实用新型涉及气体纯化技术领域，具体而言，涉及一种低温纯化装置。

背景技术

随着国防工业和半导体、微电子等高科技产业向更高性能、更高集成度发展的要求，对很多在生产过程中使用气体纯度要求越来越高，例如氢气和氦气。氦气是我国国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略物质之一，我国氦气资源相当贫乏，因此，氦气回收利用，将回收后的氦气经提纯后再利用，具有重要的意义。氢气的纯度对生产出大规模、超大规模集成电路、多晶硅太阳能电池、性能优异的光导纤维等产品缺陷的影响越来越大。所以对氢气的纯度提出的越来越高的要求，现在使用的氢气纯度已经由4N、5N，上升到6N及以上。各种纯化方法不同，也有着各自的优缺点，真正能够达到6N以上，适用工业生产的方法当属超低温吸附制取超纯气体的方法。现有技术对生产设备有着较高的要求，纯化时间较长，效率较低，且设备内气压变化大容易发生事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低温纯化装置，相比传统低温纯化装置，纯化时间长，再生时间短，效率更高，且更加安全。

本实用新型的实施例是这样实现的：

本申请实施例提供一种低温纯化装置，包括罐体、第一进气管、第一出气管、设于罐体的纯化罐以及给罐体加热的加热系统；纯化罐设有吸附剂；纯化罐的进气口连通第一进气管，纯化罐的出气口连通第一出气管。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述第一进气管与纯化罐之间设有气液分离罐，气液分离罐设有冷凝液排放管和第二进气管；气液分离罐与纯化罐与之间通过第二进气管连通，冷凝液排放管连通气液分离罐下方。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体设有换热器，换热器包括第一换热管以及第二换热管；第一换热管一端连通第一进气管，第一换热管另一端连通气液分离罐；第二换热管一端连通第一出气管，第二换热管另一端连通纯化罐。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述加热系统包括鼓风机、加热器以及通风管；通风管的出风口设于罐体内部，通风管与鼓风机连通，加热器设于通风管与鼓风机之间。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述通风管包括第一通风管以及第二通风管；第一通风管的出风口设于第二通风管的出风口上方。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体设有液氮加注管、第二出气管以及液氮排放管，液氮加注管、第二出气管以及液氮排放管均部分设于罐体内。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体设有压力表。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体设有爆破片。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述进气管还设有调压阀以及第一过滤器，调压阀以及第一过滤器均设于罐体外部。

进一步的，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体设有液位计。

相对于现有技术，本实用新型的实施例至少具有如下优点或有益效果：

本申请实施例提供一种低温纯化装置，包括罐体、第一进气管、第一出气管、设于罐体的纯化罐、给罐体加热的加热系统纯化罐设有吸附剂；纯化罐的进气口连通第一进气管，纯化罐的出气口连通第一出气管。

在使用时,先向罐体内加入液氮，使罐体内部大部分被液氮占据，罐体内部的温度到达-196℃后，停止加入液氮，将罐体密封，再向第一进气管输入带有杂质的氢气或氦气等气体，使气体进入罐体后被降温，其中的杂质气体被液化或者固化，被降温后的气体穿过第一进气管后到达纯化罐，使被纯化过后的气体被纯化罐中的吸附剂二次提纯，使气体进一步被提纯，被二次提纯后的气体通过第一出气管离开罐体后被收集起来。

在需要再生时，使罐体开口不再密封，将液氮排出罐体，启动加热系统使加热系统向罐体内通入正常温度的气体，使罐体的温度上升至室温，此时调整加热系统模式，向罐体通入高温气体，使罐体内部残留的液体被烘干。

该低温纯化装置纯化时间长，再生时间短，效率更高，且更加安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的低温纯化装置的局部剖视图；

图2为图1中A处的放大图。

图标：1-罐体，2-纯化罐，3-气液分离罐，4-换热器，401-第一换热管，402-第二换热管，5-保温层，6-压力表，7-压力传感器，8-安全阀， 9-爆破片，10-第一过滤器，11-第二过滤器，12-冷凝液排放管，13-第一进气管，14-第二进气管，15-第一出气管，16-第二出气管，17-鼓风机， 18-加热器，19-第一通风管，20-第二通风管，21-第三通风管，22-液位计，23-调压阀，24-液氮加注管，25-液氮排放管，26-气源，27-第一温度感应器，28-第二温度感应器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例1

请参照图1，本申请实施例提供一种低温纯化装置，包括罐体1、第一进气管13、第一出气管15、设于罐体1的纯化罐2以及给罐体1加热的加热系统；纯化罐2设有吸附剂；纯化罐2的进气口连通第一进气管13，纯化罐2的出气口连通第一出气管15。

在使用时,先向罐体1内加入液氮，使罐体1内部大部分被液氮占据，罐体1内部的温度到达-196℃后，停止加入液氮，将罐体1密封，再向第一进气管13输入带有杂质的氢气或氦气等气体，使气体进入罐体1后被降温，其中的杂质气体被液化或者固化，实现气体的初步净化，被初步净化后的气体穿过第一进气管13后到达纯化罐2，使被净化过后的气体中的杂质被纯化罐2中的吸附剂吸附，使气体进一步被提纯，被提纯后的气体通过第一出气管15离开罐体1后被收集起来。

当纯化罐2中的吸附剂吸附一段时间后，吸附能力有所下降，将液氮排出罐体1，启动加热系统使加热系统向罐体1内通入正常温度的气体，加快液氮排出罐体1并且使罐体1的温度上升至室温，此时调整加热系统模式，向罐体1通入高温气体，使纯化罐2内吸附剂上的被固化或液化的气体杂质被气化，使吸附剂恢复吸附能力，使其能反复使用。

本实施例的低温纯化装置纯化时间长，再生时间短，效率更高，且更加安全。

可选的，本实施例的罐体1可采用双层高真空不锈钢，结实、耐用、抗腐蚀，并且低温效果良好，制冷剂消耗量小，减少了降温过程的成本。

可选的，本实施例的罐体1设有盖体，盖体与罐体1均设有相适配的安装孔，可以采用双头缩紧螺栓和螺母固定，实现可拆卸链接，通过可拆卸连接便于更换或者维修罐体1内部的设备。

可选的，本实施例第一出气管15可采用EP级316不锈钢管路，保障气体的最小泄漏和组分稳定。当纯化腐蚀性气体时，本实施例的第一进气管13和第一出气管15均采用SilcoTek^®管路，保障对管路的腐蚀最小。吸附剂采用比表面积较大的碳分子多孔小球(TDX)和分子筛，在低温下可保证被纯化气体达到6N-5N级别。

可选的，本实施例可以采用DCS控制系统，可以自动添加制冷剂和再生，实现无人值守。

实施例2

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述第一进气管13与纯化罐2之间设有气液分离罐3，气液分离罐3设有冷凝液排放管12和第二进气管14；气液分离罐3与纯化罐2与之间通过第二进气管14连通，冷凝液排放管12连通气液分离罐3下方。

本实施例通过设置气液分离罐3可以先将气体中易液化的杂质先液化收集起来，通过设置于气液分离罐3下方的冷凝液排放管12，将被液化的气体杂质排放，减少了进入纯化罐2的气体杂质，提升了纯化罐2的纯化效率。

详细的，本实施例的第一进气管13伸入气液分离罐3内部，冷凝液排放管12连通气液分离罐3的下方，第二进气管14连通气液分离罐3的上方，便于使通入的气体中的被液化或者固化的气体杂质更好的分离，通过源源不断的通入气体，增加气液分离罐3内的压力，将被液化的气体杂质通过压力更容易的被挤压出去，更好的将气液分离罐3内的被液化后的气体杂质通过冷凝液排放管12排出气液分离罐3。

可选的，本实施例中冷凝液排放管12可设有可调节的水泵，可以更好的将气液分离罐3中的被液化后的气体杂质排出气液分离罐3。

实施例3

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体1设有换热器4，换热器4包括第一换热管401以及第二换热管402；第一换热管401一端连通第一进气管13，第一换热管401另一端连通气液分离罐3；第二换热管 402一端连通第一出气管15，第二换热管402另一端连通纯化罐2。

本实施例通过设置换热器4，第一换热管401一端连通第一进气管13，使第一换热管401通入未被液氮降温的常温气体，第二换热管402一端连通第一出气管15，使第二换热管402通入被纯化后的低温气体，换热器4 内的第一换热管401以及第二换热管402相互抵接，使第一进气管13中的常温气体和纯化之后的低温气体进行热交换，使第一进气管13中的常温气体被降温，起到一个预降温的作用，提升了对第一进气管13中的常温气体降温的效率，减少制冷剂的消耗，起到了降低成本的作用。通过将换热器4 设于气液分离罐3上方，可以使液化点较高的气体杂质先被液化，直接进入气液分离罐3，提升使用效率。

详细的，本实施例的罐体1设有一个保温层5将换热器4包裹，避免换热器4受到罐体1内部温度的影响，同时增强了罐体1内部保温的作用。

可选的，本实施例的换热器4可设为沉浸式换热器4。

实施例4

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述加热系统包括鼓风机 17、加热器18以及通风管；通风管的出风口设于罐体1内部，通风管与鼓风机17连通，加热器18设于通风管与鼓风机17之间。

在完成纯化过程后，先仅开启鼓风机17，将常温气体通过通风管通入罐体1，实现给罐体1复温的作用，并将残留的液氮逐渐气化，排出罐体1；当罐体1内部的温度到达一定的温度时，比如0℃时，再启动加热器18，给气体加热，使鼓风机17通过通风管给罐体1通入热风，使纯化罐2被持续加热，将其中的杂质气体被气化并被排出，可选的，本实施例的加热器 18设有开关，通过对加热器18的开关的调节，可以根据罐体1内部温度调节通入风量的温度，减少了电量的浪费。

实施例5

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述通风管包括第一通风管19以及第二通风管20；第一通风管19的出风口设于第二通风管20的出风口上方。

本实施例的通过设置两个通风管，第一通风管19设于罐体1内部远离罐底的一侧，在使用时，第一通风管19高出液氮液面，先通过第一通风管 19给罐体1内部输送常温气体，可以提升罐体1内部的压力，便于将液氮排出罐体1；第二通风管20正对纯化罐2，在液氮被排出罐体1内部之后，可以通过第二通风管20将热风直接输送给纯化罐2用以加温，将纯化罐2 中的被液化或者固化的气体杂质被气化并被排出，以此提升使用效率。

可选的，本实施例的鼓风机17连通第三通风管21，第一通风管19、第二通风管20以及第三通风管21通过三通阀连通，三通阀控制第三通风管21连通第一通风管19或者第二通风管20。

可选的，本实施例的罐体1设有第一温度感应器27，第三通风管21与加热器18之间设有第二温度感应器28，通过第一温度感应器27感应罐体 1内部的温度便于DCS控制系统对加热器18的调节，当罐体1内部的温度达到预设温度时，启动加热器18，给第三通风管21内的气体加热，并被鼓风机17通入罐体1内部，同时三通阀受到DCS控制系统根据第一温度感应器27的反馈调节；通过设置第二温度感应器28，可以反馈调节进入罐体1 的通风的温度，防止温度增长速度过快，增加对纯化罐2的损耗，实现设备的自动化控制。

实施例6

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，所述罐体1设有液氮加注管24、第二出气管16以及液氮排放管25，液氮加注管24、第二出气管16 以及液氮排放管25均部分设于罐体1内。

本实施例通过使用液氮加注管24以及液氮排放管25加入或者排出液氮，避免将盖体打开来加入或者排出液氮，提升了使用效率，减少了更换时冻伤用户的风险。在加入液氮时，将第二出气管16以及液氮排放管25 关闭，打开液氮加注管24，使液氮进入罐体1。在将液氮排放时，将液氮加注管24关闭，打开第二出气管16以及液氮排放管25，液氮通过液氮排放管25被排出罐体1，液氮气化后的氮气通过第二出气管16被排出罐体1。

可选的，本实施例的液氮加注管24、第二出气管16以及液氮排放均设有由DCS控制系统控制的阀门，整个液氮的加入或者排除过程均受DCS控制系统调节，实现设备的自动化控制。

实施例7

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体1设有压力表6。

本实施例通过在罐体1设置压力表6，可以实时观察罐体1内的压力情况。

可选的，本实施例罐体1可设置压力传感器7、安全阀8以及与之配套的DCS控制系统，当设备在使用时，罐体1内部的压力不在预设范围时，压力传感器7将电信号传递到DCS控制系统，DCS控制系统将反馈信号传递到报警装置以及安全阀8，报警装置发出声音提示，安全阀8打开，可以通过安全阀8将其中的气体或者液体泄出罐体1，提供了多重保护设计，保证设备的安全运行。

实施例8

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体1设有爆破片9。

本实施例通过在罐体1设置爆破片9，使爆破片9在罐体1内外两侧压力差达到预设定值时，爆破片9即刻破裂或脱落，并泄放流体介质。

实施例9

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述第一进气管13还设有调压阀23以及第一过滤器10，调压阀23以及第一过滤器10均设于罐体 1外部。

本实施例在第一进气管13设置调压阀23可以调节液氮进入罐体1的速率和总量，通过设置第一过滤器10可以先对还未通入罐体1的气体进行一次过滤，过滤掉气体中的固体杂质。

可选的，本实施例的纯化罐2与第一出气管15之间可以设有第二过滤器11，使气体在通过纯化罐2之后，再被第二过滤器11二次过滤，将气体中未被纯化罐2吸收的较大颗粒的杂质，提升了纯化的效率。

可选的，本实施例的第一过滤器10以及第二过滤器11均可设为内部填充活性炭的装置。

实施例10

请参照图1，在本实用新型的一些实施例中，上述罐体1设有液位计 22。

本实施例通过设置液位计22可以实时监控罐体1内的液氮的液位高度，可以更好的根据液位高度来调节进入罐体1内部的液体的量，可选的，本实施例可设置与液位计22配套的DCS控制系统，根据液位计22的反馈自动调节加入罐体1内部的液氮，可以液位消耗自动补液，实现设备自动化。

综上，本实用新型的实施例提供一种低温纯化装置，其特征在于：包括罐体1、第一进气管13、第一出气管15、设于罐体1的纯化罐2、给罐体1加热的加热系统纯化罐2设有吸附剂；纯化罐2的进气口连通第一进气管13，纯化罐2的出气口连通第一出气管15。

在使用时,先向罐体1内加入液氮，使罐体1内部大部分被液氮占据，罐体1内部的温度到达-196℃后，停止加入液氮，将罐体1密封，再向第一进气管13输入带有杂质的氢气或氦气等气体，使气体进入罐体1后被降温，其中的杂质气体被液化或者固化，被降温后的气体穿过第一进气管13 后到达纯化罐2，使被纯化过后的气体被纯化罐2中的吸附剂二次提纯，使气体进一步被提纯，被二次提纯后的气体通过第一出气管15离开罐体1后被收集起来。

在需要再生时，使罐体1开口不再密封，将液氮排出罐体1，启动加热系统使加热系统向罐体1内通入正常温度的气体，使罐体1的温度上升至室温，此时调整加热系统模式，向罐体1通入高温气体，使罐体1内部残留的液体被烘干。该低温纯化装置纯化时间长，再生时间短，效率更高，且更加安全。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温纯化装置，其特征在于：包括罐体、第一进气管、第一出气管、设于所述罐体的纯化罐以及给所述罐体加热的加热系统；所述纯化罐设有吸附剂；所述纯化罐的进气口连通所述第一进气管，所述纯化罐的出气口连通所述第一出气管。

2.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述第一进气管与所述纯化罐之间设有气液分离罐，所述气液分离罐设有冷凝液排放管和第二进气管；所述气液分离罐与所述纯化罐与之间通过所述第二进气管连通，所述冷凝液排放管连通所述气液分离罐下方。

3.根据权利要求2所述的低温纯化装置，其特征在于：所述罐体设有换热器，所述换热器包括第一换热管以及第二换热管；所述第一换热管一端连通所述第一进气管，所述第一换热管另一端连通所述气液分离罐；所述第二换热管一端连通所述第一出气管，所述第二换热管另一端连通所述纯化罐。

4.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述加热系统包括鼓风机、加热器以及通风管；所述通风管的出风口设于所述罐体内部，所述通风管与所述鼓风机连通，所述加热器设于所述通风管与所述鼓风机之间。

5.根据权利要求4所述的低温纯化装置，其特征在于：所述通风管包括第一通风管以及第二通风管；所述第一通风管的出风口设于所述第二通风管的出风口上方。

6.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述罐体设有液氮加注管、第二出气管以及液氮排放管，所述液氮加注管、所述第二出气管以及所述液氮排放管均部分设于所述罐体内。

7.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述罐体设有压力表。

8.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述罐体设有爆破片。

9.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述第一进气管还设有调压阀以及第一过滤器，所述调压阀以及所述第一过滤器均设于所述罐体外部。

10.根据权利要求1所述的低温纯化装置，其特征在于：所述罐体设有液位计。

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