[發明專利]一種氦氣純化裝置和氦氣純化方法

在審

• 申請號: 201910961829.0
• 申請日: 2019-10-11
• 公開（公告）號: CN111288748A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 楊波;王光義;胡旭東;俞少行;唐毅;鐘文安;王亞;曹國斌;張繼;許琪琪;井建鑫;劉召金
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63810部隊
• 主分類號: F25J3/08
• 分類號: F25J3/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 張琳麗

本發明公開了一種氦氣純化裝置和氦氣純化方法，包括低溫去氧系統、低溫去氮系統和雜質吸附分離系統；低溫去氧系統包括液氮噴淋腔體、低溫噴淋裝置、低純氦氣儲罐和液氮低溫儲罐，低純氦氣儲罐中的氦氣進入液氮噴淋腔體中并氣化，液氮低溫儲罐中的低溫液氮經低溫噴淋裝置噴淋進液氮噴淋腔體內對低純氦氣進行低溫除氧處理；低溫去氮系統包括第一換熱器、氦氣緩沖罐、低溫氫氣儲罐和液氫低溫儲罐，低純氦氣中的氮氣在低溫的環境下液化與氦氣分離；雜質吸附分離系統包括高純氦氣儲罐和氦氣純化柱，氦氣純化柱用于除去氦氣中的其他雜質；本發明利用火箭發射后剩余的液氫、液氮等低溫介質解決純化氦氣的問題并實現資源的利用最大化。

技術領域

本發明涉及純化氣體技術領域，特別是涉及一種氦氣純化裝置和氦氣純化方法。

背景技術

氦氣是我國國防軍工和高科技產業發展不可或缺的稀有戰略物質之一，我國氦氣資源相當貧乏，因此，氦氣回收利用，將回收后的氦氣經提純后再利用，具有重要的意義。

高純氦氣(純度99.9999％，V/V)在航天發射場低溫火箭發射過程中發揮極其重要作用，主要用于液氫等低溫管路加注前的氣體置換，衛星推進劑和氧化劑貯箱的氣體置換，以及作為火箭推進劑的增壓氣體等，在整個發射過程中的不同階段要使用大量高純氦氣。為充分利用氦資源，用于低溫火箭發射特別是用于氣體置換氦氣大部分在使用后得到回收，但回收的氦氣摻雜了大量的氮氣、氧氣以及空氣中的其他雜質氣體，需要提純后才能再次使用。且航天發射場低溫火箭要大量使用液氫、液氮(輔助推進劑)等低溫推進劑燃料，為確保低溫推進劑的充分保障，一般按照2倍的實際使用量準備低溫推進劑，火箭發射成功后，剩余低溫推進劑一般做無害化處理，例如液氫一般通過氫燃池燒掉，這樣勢必造成液氫等低溫推進劑的大量浪費。因此如何實現資源利用最大化，利用火箭發射后剩余的液氫、液氮等低溫介質(氫氣沸點-252.8℃熔點-259℃氧氣沸點-183.1℃熔點-218.4℃氮氣沸點-195.6℃熔點-209.8)，實現純化回收氦氣的目的，具有重大的現實意義。

發明內容

本發明的目的是提供一種純化航天發射場回收的氦氣裝置與方法，以解決上述現有技術存在的問題，利用火箭發射后剩余的液氫、液氮等低溫介質解決純化氦氣的問題并實現資源的利用最大化。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

本發明提供一種氦氣純化裝置，包括低溫去氧系統、低溫去氮系統和雜質吸附分離系統；

所述低溫去氧系統包括液氮噴淋腔體、低溫噴淋裝置、低純氦氣儲罐和液氮低溫儲罐，所述液氮低溫儲罐用于儲存低溫液氮，所述低純氦氣儲罐與所述液氮噴淋腔體腔壁通過管路連接并與所述液氮噴淋腔體內部連通，所述低溫噴淋裝置設置于所述液氮噴淋腔體頂端，所述液氮低溫儲罐與所述低溫噴淋裝置通過管路連接；

所述低溫去氮系統包括第一換熱器、氦氣緩沖罐、低溫氫氣儲罐和液氫低溫儲罐，所述液氫低溫儲罐與所述第一換熱器的冷介質進口通過管路連接，所述第一換熱器的熱介質進口與所述液氮噴淋腔體上部通過管路連接，所述第一換熱器的冷介質出口和所述低溫氫氣儲罐通過管路連接，所述氦氣緩沖罐的進口與所述第一換熱器的熱介質出口管路連接；

所述雜質吸附分離系統包括高純氦氣儲罐和氦氣純化柱，所述氦氣純化柱的一端和所述氦氣緩沖罐的出口通過管路連接，所述高純氦氣儲罐和所述氦氣純化柱的另一端通過管路連接，所述氦氣純化柱用于除去氦氣中的雜質氣體。

優選的，所述低溫去氧系統還包括第二換熱器和第一氦氣壓縮泵，所述液氮噴淋腔體和所述低純氦氣儲罐之間的管路上還設置有所述第二換熱器，所述低純氦氣儲罐與所述第二換熱器的熱介質進口管路連接，所述液氮噴淋腔體腔壁與所述第二換熱器的熱介質出口管路連接，所述第一氦氣壓縮泵設置于所述第二換熱器的熱介質進口和所述低純氦氣儲罐之間的管路上。