[實用新型]一種氫氦混合氣體分離與回收裝置

有效

• 申請號: 201420651870.0
• 申請日: 2014-11-05
• 公開（公告）號: CN204185239U
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: 任興碧;李毅;古梅;侯京偉
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院核物理與化學研究所
• 主分類號: C01B3/50
• 分類號: C01B3/50;C01B23/00;B01D53/86
• 代理公司: 中國工程物理研究院專利中心 51210
• 代理人: 翟長明;韓志英

技術領域

本實用新型涉及一種氫氦混合氣體分離與回收裝置。

背景技術

隨著人類的發展，能源短缺已日趨嚴重，為了彌補能源的不足，核能開發已經成為全人類迫在眉睫的任務。無論是傳統的重水堆重水升級、還是聚變堆中氘氚燃料循環過程，都涉及到氫同位素的分離與回收。在這些過程中，氫同位素通常與載帶氣體混合在一起，而通常用到的載帶氣體為氦等惰性氣體。

近幾十年來，科技工作者在氫同位素回收技術、氫同位素與惰性氣體的分離技術方面開展了大量的工作，尤其在低溫冷井、低溫吸附、催化氧化法、膜分離、低溫冷凝、變壓吸附及金屬床氧化吸附等處理技術方面進行了大量的理論和實驗研究工作。低溫冷阱主要用來處理以Q₂O的形式存在的氫同位素，比如含少量水的氫同位素混合氣的預處理。低溫吸附法由于其對氫同位素的處理量較大，回收率高、受雜質氣體影響小及容易再生等優點，經常被用來做大流量單質氫同位素的凈化與回收，但解吸出的氫同位素純度不高。催化氧化法使用的是化學方法除氫，去除氫同位素徹底，處理量大，因此常被用來做含極少氫同位素的尾氣處理、手套箱除氚及環境除氫或去氚，但處理氫同位素濃度高的氣體不合適，而且產物是以Q₂O形式存在的氫同位素，如果含氚，則毒性會比氣態的Q₂大幾個數量級。膜分離由于其分離步驟簡單，可以用來分離氫與其它雜質氣體，是回收氫同位素的有效手段，但膜分離對氫分壓有一定的要求，氫分壓低于一定水平，其回收率下降明顯，而且通過膜分離很難獲得高純的惰性氣體。低溫冷凝吸附法具有自動化程度高，能得到高純度的氫氣，操作簡便等優點，但由于液氫的出現使得安全性降低，另外不同濃度的原料氣進氣點很難掌握。金屬吸附床對氫的吸收容量比低溫吸附法的容量大，但由于同位素效應明顯，對氚的吸附較小；另外吸附床需要在較高的溫度下才能放出被吸附的氫同位素。同位素交換法吸附氚量較大，但為了放氚必須進行第二次同位素交換。變壓吸附法處理后氫的純度高，但處理量較小。

綜上所述，使用單一技術進行氫的處理總存在或多或少的缺點或不足，到目前為止，沒有看到一種使用單一技術的裝置能夠將氫-惰性氣體混合氣處理后同時獲得高純惰性氣體、高純氫。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種氫氦混合氣體分離與回收裝置。

本實用新型的氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特點是：所述裝置中的高濃度氫氦混合氣體與膜分離器連接，膜分離器分別與低溫吸附床、氫氣儲罐連接；中等濃度氫氦混合氣體與低溫吸附床連接，低溫吸附床分別與膜分離器、催化氧化床、氦氣儲罐連接；低濃度氫氦混合氣體與催化氧化床連接，催化氧化床分別與氦氣儲罐和水儲罐連接。

所述膜分離器采用金屬合金膜。

所述低溫吸附床采用5A分子篩。

所述催化氧化床采用氧化銅或氧化銀。

高濃度氫氦混合氣體中的氫氣體積百分比濃度大于90%；中等濃度氫氦混合氣體中的氫氣體積百分比濃度為0.1%~90%；低濃度氫氦混合氣體中的氫氣體積百分比濃度低于0.1%。

本實用新型公開了一種氫氦混合氣體分離與回收裝置，該裝置主要由膜分離器、低溫吸附床和催化氧化床組合而成。本實用新型綜合了幾種氫同位素回收裝置的優點，經合理級聯，形成了一種新的組合裝置，可以實現任意氫同位素濃度的氫-氦混合氣的分離，獲得氫同位素的高效回收，并獲得純度大于99%的氫同位素氣體和純度大于99.999%的氦氣。

附圖說明

圖1為本實用新型的氫氦混合氣體分離與回收裝置的結構框圖。

具體實施方式

下面將參照附圖描述本實用新型的實施方式。

圖1為本實用新型的氫氦混合氣體分離與回收裝置的結構框圖。從圖1可以看出，本實用新型的氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特點是：所述裝置中的高濃度氫氦混合氣體1與膜分離器4連接，膜分離器4分別與低溫吸附床5、氫氣儲罐7連接；中等濃度氫氦混合氣體2與低溫吸附床5連接，低溫吸附床5分別與膜分離器4、催化氧化床6、氦氣儲罐8連接；低濃度氫氦混合氣體3與催化氧化床6連接，催化氧化床6分別與氦氣儲罐8和水儲罐9連接。

所述膜分離器4采用金屬合金膜。

所述低溫吸附床5采用5A分子篩。

所述催化氧化床6采用氧化銅或氧化銀。

實施例1????高濃氫氦混合氣的分離與回收