一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统.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CN112902555A(43)申请公布日2021.06.04(21)申请号202110115838.5(22)申请日2021.01.28(71)申请人武汉钢铁集团气体有限责任公司地址430000湖北省武汉市青山区白玉山(武钢20号门)(72)发明人杨洁陈独强齐利兵高波袁涛南静(74)专利代理机构北京众达德权知识产权代理有限公司11570代理人刘天虹(51)Int.Cl.F25J3/08(2006.01)F25B41/40(2021.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统(57)摘要本发明公开了一种氦气低温纯化方法及装置、以及氦制冷循环系统，该方法包括纯化前准备；预冷步骤；纯化步骤。该装置包括管道系统、预冷换热器、低温换热器、纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组；管道系统中设置有纯化管路和真空管路，纯化管路和真空管路的入口管段上均设置有入口截止阀，纯化管路和真空管路的出口汇集于管道系统的出口管路上，出口管路上设置有出口截止阀；预冷换热器、低温换热器和纯化器依次连通安装于纯化管路上并且均封装于杜瓦罐中；真空泵与真空管路的入口连通；氦气瓶组与纯化管路的入口连通。本发明提供的氦气低温纯化方法及装置，可以生产纯度为6N的高纯度氦气，满足氦制冷循环系统等高纯度要求的应用场合。CN112902555ACN112902555A权利要求书1/2页1.一种氦气低温纯化方法，其特征在于，通过管道系统、以及依次连通安装于所述管道系统中的预冷换热器、低温换热器和纯化器进行氦气低温纯化，所述低温换热器和所述纯化器浸没于液氮中；所述氦气低温纯化方法包括如下步骤：(1)纯化前准备：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均关闭，保持所述管道系统内部管路畅通，向所述管道系统内部通入氦原料气，进行杂质吹扫以及空气置换；对所述管道系统进行抽真空，直至所述管道系统内达到设定真空度；再次向所述管道系统内部通入所述氦原料气，保证所述管道系统内部为正压环境；(2)预冷步骤：将所述管道系统中的入口阀门和出口阀门均打开，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷，然后进入所述低温换热器得到进一步冷却；(3)纯化步骤：被冷却的所述氦原料气进入所述纯化器中，通过所述纯化器内部的吸附剂吸附所述氦原料气中的杂质，检测所述管道系统的出口处的氦气纯度，当检测的氦气纯度达到设定纯度时，输出纯化后的氦气。2.如权利要求1所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述步骤(1)中，所述氦原料气为纯度2N～5N的氦气；所述步骤(3)中，所述设定纯度为6N。3.如权利要求2所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述步骤(2)中，所述氦原料气经过所述预冷换热器预冷后，所述氦原料气与液氮的温差不超过20K；所述氦原料气经过所述低温换热器冷却后，所述氦原料气与液氮的温差不超过3K；所述步骤(3)中，将所述纯化器的出口氦气再次通入所述预冷换热器，然后由所述管道系统输出。4.如权利要求1‑3中任一项所述的氦气低温纯化方法，其特征在于：所述氦气低温纯化方法还包括(4)纯化器再生；当所述纯化器吸附饱和时，采用干燥的热氦气向所述纯化器内部吹除，使得所述吸附剂活化再生。5.一种用于实施权利要求1‑4中任一项所述氦气低温纯化方法的氦气低温纯化装置，其特征在于：包括所述管道系统、所述预冷换热器、所述低温换热器、所述纯化器、杜瓦罐、真空泵和氦气瓶组；其中：所述管道系统中设置有纯化管路和真空管路，所述纯化管路和所述真空管路的入口管段上均设置有入口截止阀，所述纯化管路和所述真空管路的出口汇集于所述管道系统的出口管路上，所述出口管路上设置有出口截止阀；所述预冷换热器、所述低温换热器和所述纯化器依次连通安装于所述纯化管路上，并且所述预冷换热器、所述低温换热器和所述纯化器均封装于所述杜瓦罐中，所述低温换热器和所述纯化器均浸泡在所述杜瓦罐内部的液氮中，所述预冷换热器设置于液氮上方；所述真空泵与所述真空管路的入口连通；所述氦气瓶组与所述纯化管路的入口连通。6.如权利要求5所述的氦气低温纯化装置，其特征在于：所述杜瓦罐的出气口以及所述纯化管路的入口管段和出口管段均与所述预冷换热器连通。7.如权利要求5所述的氦气低温纯化装置，其特征在于：所述出口管路上位于所述出口截止阀的出口侧的管段上设置有出口纯度测量点和出口压力测量点；所述纯化管路上设置有减压阀、入口纯度测量点和入口压力测量点，所述减压阀、所述入口纯度测量点和所述入口压力测量点均位于所述氦气瓶组与所述预冷换热器之间。8.如权利要求5所述的氦气低温纯化装置，其特征在于：所述纯化器内部的吸附剂由分子筛与椰壳活性炭按照1：1～1：2的质量比混合而成；所述分子筛为5A分子筛和/或1