一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111715028A(43)申请公布日2020.09.29(21)申请号202010587840.8(22)申请日2020.06.24(71)申请人大连理工大学地址116024辽宁省大连市甘井子区凌工路2号申请人大连理工大学盘锦产业技术研究院(72)发明人贺高红郭明钢代岩阮雪华米盼盼杨晓航(74)专利代理机构大连理工大学专利中心21200代理人李晓亮潘迅(51)Int.Cl.B01D53/047(2006.01)B01D53/22(2006.01)C01B23/00(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图1页(54)发明名称一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺(57)摘要一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，属于气体分离回收领域。该工艺从生产多元化氦气产品和氦气高收率的角度出发，将膜分离技术和吸附技术耦合联用，实现技术优势互补高收率生产不同浓度的氦气产品。首先低浓度的含氦气体经升压和预处理后进入二级+二段膜分离单元，经膜分离单元逐级浓缩生产中等浓度的氦气产品，其中一部分中等浓度的氦气进入到吸附单元进一步提浓生产A级以上氦气产品。膜分离单元富氦尾气多级循环利用以保证较高的氦气回收率，膜分离单元的富氮尾气与吸附单元解析气混合作为驱油气或排空。本发明提供的工艺具有设备占地小和运行能耗低等优点，可同步生产满足家用电器制冷等领域需要的90vol％氦气浓度富氦产品和用于化学化工、半导体等行业的A级氦产品，同时氦气的回收率超过99％。CN111715028ACN111715028A权利要求书1/1页1.一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，其特征在于，所述分离提纯耦合工艺基于氦气提纯分离回收耦合系统实现，耦合系统包括：压缩机单元、预处理单元、膜分离单元和吸附单元PSA；所述压缩机单元包括第一压缩机K-1、第二压缩机K-2；所述预处理单元包括第一预处理单元PR-1、第二预处理单元PR-2；所述膜分离单元包括第一膜分离单元M-1、第二膜分离单元M-2、第三膜分离单元M-3，具体工艺过程如下：首先，含氦原料气f-1与循环气f-10混合后经第一压缩机K-1升压后，进入第一预处理单元PR-1，经第一预处理单元PR-1去除液雾及粉尘，并将温度调节至40～100℃后的含氦气体f-2进入到第一膜分离单元M-1；其次，根据不同气体在膜中渗透速率不同，含氦气体f-2经第一膜分离单元M-1分成两股物流：初步浓缩的富氦渗透气f-3和渗余气f-4；所述初步浓缩的富氦渗透气f-3经第二压缩机K-2升压后，进入第二预处理单元PR-2，经第二预处理单元PR-2去除液雾及粉尘，并将温度调节至40～100℃后，进入到第二膜分离单元M-2，其中，富氦渗透气f-3为优先透过膜分离单元的气体；所述渗余气f-4进入到第三膜分离单元M-3入口；再次，第二膜分离单元M-2将流股f-5分成两股物流：渗余气f-6和再次浓缩的富氦渗透气f-7；再次浓缩的富氦渗透气f-7一部分作为中等氦气浓度产品气去外界，一部分进入到吸附单元PSA进一步提浓生产A级以上氦气，第二膜分离单元M-2的渗余气f-6和第一膜分离单元渗余气f-4混合后进入第三膜分离单元M-3；最后，混合后的流股f-9经第三膜分离单元M-3分为两股物流：渗透气f-10和渗余气f-11；所述渗透气f-10返回到第一压缩机K-1入口循环利用，渗余气f-11与吸附单元解析气f-8混合排出界区。2.根据权利要求1所述的一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，其特征在于，所述的膜分离单元为中空纤维膜组件、平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件。3.根据权利要求2所述的一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，其特征在于，所述的中空纤维膜组件、平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件为有机膜、无机膜或有机-无机杂化膜。4.根据权利要求1或2或3所述的一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，其特征在于，所述的预处理单元为分液器、换热器、精密过滤器和除雾器。2CN111715028A说明书1/3页一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺技术领域[0001]本发明属于气体分离回收领域，涉及一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺[0002]，具体涉及膜耦合法提纯氦气分离回收工艺。背景技术[0003]氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一，广泛应用于科研、航天航空、制冷、医疗、光纤、检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接生产等领域。因此，在保护有限氦气资源的同时，研究开发先进的提氦技术对于提高氦气生产的经济性、保障国家用氦安全具有重要意义。[0004]在各领域实际应用中，对氦气产品的纯度要求为85vol％～99.999vol％