[發明專利]一種超純氫氣生產系統及工藝

在審

• 申請號: 201810338584.1
• 申請日: 2018-04-16
• 公開（公告）號: CN108264021A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 劉金偉;張會軍;白婷
• 申請（專利權）人: 蘭州弘昌特種氣體有限公司
• 主分類號: C01B3/56
• 分類號: C01B3/56;C01B3/50
• 代理公司: 甘肅省知識產權事務中心 62100
• 代理人: 陶濤

本發明公開了一種超純氫氣生產系統及工藝，屬于氣體純化技術領域。本發明系統在高壓以及液氮的低溫環境下，采用循環吸附工藝生產超純氫氣，通過安裝檢測器，當氫氣純度檢測合格后再進行充裝作業，若不合格則進入吸附循環，保證了成品氫氣質量，節約了人力電力，減少了冷媒的浪費，具有安全高效的特點。該系統中設有吸附劑純化系統，可通過加熱對吸附劑進行在線活化，安全有效，能耗低；且只要有普通氣體的生產場所就可以實現超純氫氣的安全生產，充裝過程中隨時都可停機，且停電等突發狀況都不影響超純氫氣的質量，適用性強。

技術領域

本發明屬于氣體純化技術領域，具體是一種超純氫氣生產系統，及利用該系統生產超純氫氣的工藝。

背景技術

目前，國內超純氫氣都來源于進口，國內能生產6N氫氣的廠家不多，而氫氣作為清潔能源，以后的發展不言而喻，特別是作為電子清潔用氣的高超純氫氣，其發展更是不可估量。高壓低溫氫氣純化在氫液化生產中的應用（王少臣，蘭州物理研究所）提供了一種采用高壓低溫方式純化氫氣的方法，其采用硅膠冷卻床進行氫氣中雜質的吸附去除，但該方法的吸附方式屬于化學吸附，容易產生其它雜質，從而影響氫氣的最終純度；且該純化系統結構復雜，純化過程中需要多個換熱器配合作用，能耗較高，成本高昂。

發明內容

本發明的目的是針對上述已有技術存在的問題，提供一種結構簡單，成本低廉，成品超純氫氣質量高的超純氫氣生產系統。

本發明的另一目的是，提供一種利用上述系統生產超純氫氣的工藝。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：一種超純氫氣生產系統，包括原料氫氣儲罐和純化器，原料氫氣儲罐經由原料氫氣雙向截止閥與隔膜壓縮機進口連接，原料氫氣儲罐與原料氫氣雙向截止閥之間的管道上連接真空泵；純化器包括內膽和外部夾層，其中，內膽上設有原料氫氣進口和超純氫氣出口，內膽內部分層充裝吸附劑，內膽中部設有吸附劑活化管道，該吸附劑活化管道內充裝有導熱油，且通過加熱探頭與溫度控制器相連接，溫度控制器分別通過液氮低位探頭和液氮高位探頭與純化器的外部夾層相連通；外部夾層包括液氮入口和液氮出口，液氮入口與液氮儲罐相連通；隔膜壓縮機出口與原料氫氣進口相連通，超純氫氣出口通過超純氫氣管道連接充裝面板，該充裝面板第一支路經由第一截止閥連接檢測器，第二支路經由第二截止閥連接成品氫氣鋼瓶，第三支路經由第三截止閥通過氫氣循環管道與原料氫氣雙向截止閥后的原料氫氣管道相連通。原料氫氣進入純化器內膽后，由于吸附劑溫度都在-190℃以下，壓力8-10MPa，大部分氣體會被冷凝成固態，或者游離態的液態，而被吸附劑吸附，只有氫氣不會被液化，經分層吸附以后，從超純氫氣出口離開，進入充裝面板。

其中，吸附劑采用不銹鋼金屬網分層充裝，該不銹鋼金屬網網格大小為0.5×0.5-0.8×0.8mm。

本發明利用上述系統生產超純氫氣的工藝，具體包括以下步驟：

步驟一，打開液氮儲罐，液氮從液氮入口進入純化器的外部夾層，當溫度控制器顯示液氮高位探頭和液氮低位探頭的溫度均低于-160℃時關閉液氮儲罐；

步驟二，啟動真空泵，對生產系統管道抽真空。

步驟三，保持第一截止閥、第二截止閥和第三截止閥均處于關閉狀態，打開原料氫氣雙向截止閥，原料氫氣在隔膜壓縮機的作用下從原料氫氣儲罐進入純化器的內膽，在吸附劑的作用下吸附純化后，從超純氫氣出口排出，通過超純氫氣管道進入充裝面板；15-30min后，關閉原料氫氣雙向截止閥，打開第三截止閥，使管路中氣體進入吸附循環，10-15min后，關閉第三截止閥，打開第一截止閥，管路氣體進入檢測器，若氣體純度達到生產要求，則關閉第一截止閥，打開第二截止閥，使超純氫氣充裝進成品氫氣鋼瓶；若氣體純度未達到生產要求，則關閉第一截止閥，打開第三截止閥，使氣體通過氫氣循環管道再次進入吸附循環，使管道壓力保持在8-10MPa；直至檢測器檢測到氣體純度符合要求后進行充裝；

步驟四，重復步驟三，直至超純氫氣充滿成品氫氣鋼瓶；