[發(fā)明專利]一種產(chǎn)品多元化的氦氣高收率分離提純耦合工藝

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010587840.8
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111715028B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發(fā)明（設計）人: 賀高紅;郭明鋼;代巖;阮雪華;米盼盼;楊曉航
• 申請（專利權）人: 大連理工大學;大連理工大學盤錦產(chǎn)業(yè)技術研究院
• 主分類號: B01D53/047
• 分類號: B01D53/047;B01D53/22;C01B23/00
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權代理有限公司 11833
• 代理人: 尹均利

一種產(chǎn)品多元化的氦氣高收率分離提純耦合工藝，屬于氣體分離回收領域。該工藝從生產(chǎn)多元化氦氣產(chǎn)品和氦氣高收率的角度出發(fā)，將膜分離技術和吸附技術耦合聯(lián)用，實現(xiàn)技術優(yōu)勢互補高收率生產(chǎn)不同濃度的氦氣產(chǎn)品。首先低濃度的含氦氣體經(jīng)升壓和預處理后進入二級+二段膜分離單元，經(jīng)膜分離單元逐級濃縮生產(chǎn)中等濃度的氦氣產(chǎn)品，其中一部分中等濃度的氦氣進入到吸附單元進一步提濃生產(chǎn)A級以上氦氣產(chǎn)品。膜分離單元富氦尾氣多級循環(huán)利用以保證較高的氦氣回收率，膜分離單元的富氮尾氣與吸附單元解析氣混合作為驅油氣或排空。本發(fā)明提供的工藝具有設備占地小和運行能耗低等優(yōu)點，可同步生產(chǎn)滿足家用電器制冷等領域需要的90vol％氦氣濃度富氦產(chǎn)品和用于化學化工、半導體等行業(yè)的A級氦產(chǎn)品，同時氦氣的回收率超過99％。

技術領域

本發(fā)明屬于氣體分離回收領域，涉及一種產(chǎn)品多元化的氦氣高收率分離提純耦合工藝。

具體涉及膜耦合法提純氦氣分離回收工藝。

背景技術

氦氣是國防軍工和高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展不可或缺的稀有戰(zhàn)略性物資之一，廣泛應用于科研、航天航空、制冷、醫(yī)療、光纖、檢漏、超導實驗、金屬制造、深海潛水、高精度焊接生產(chǎn)等領域。因此，在保護有限氦氣資源的同時，研究開發(fā)先進的提氦技術對于提高氦氣生產(chǎn)的經(jīng)濟性、保障國家用氦安全具有重要意義。

在各領域實際應用中，對氦氣產(chǎn)品的純度要求為85vol％～99.999vol％，現(xiàn)階段傳統(tǒng)的氦氣分離提純回收工藝主要有深冷法、變壓吸附法、膜分離法。三種工藝均能夠得到高濃度的高純氦氣，但存在著氦氣產(chǎn)品單一、回收率低、設備投資高、運行能耗高等問題。因此，在氦氣生產(chǎn)過程中急需開發(fā)一種各類技術優(yōu)勢互補的優(yōu)化耦合工藝，進而實現(xiàn)較低成本高收率地生產(chǎn)多元化氦氣產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種產(chǎn)品多元化的氦氣高收率分離提純耦合工藝。該工藝首先利用膜分離工藝對含氦原料氣進行初步濃縮，濃縮后的含氦氣體一部分直接用于家用電器制冷、低溫超導等領域作為產(chǎn)品使用，一部分進入到吸附單元進行氦氣精制生產(chǎn)A 級以上氦氣，以解決傳統(tǒng)單一工藝產(chǎn)品單一問題；同時通過膜分離單元二級+二段的優(yōu)化設計，實現(xiàn)多級含氦氣體循環(huán)利用，解決傳統(tǒng)工藝氦氣回收率低的問題。通過兩種工藝耦合優(yōu)化，實現(xiàn)膜技術和吸附技術優(yōu)勢互補，進而降低氦氣的生產(chǎn)成本。

為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案為：

一種產(chǎn)品多元化的氦氣高收率分離提純耦合工藝，基于氦氣提純分離回收耦合系統(tǒng)實現(xiàn)，氦氣提純分離回收耦合系統(tǒng)包括：壓縮機單元、預處理單元、膜分離單元和吸附單元PSA。所述壓縮機單元包括第一壓縮機K-1、第二壓縮機K-2；所述預處理單元包括第一預處理單元 PR-1、第二預處理單元PR-2；所述膜分離單元為中空纖維膜組件、平板膜組件、管式膜組件或卷式膜組件，包括第一膜分離單元M-1、第二膜分離單元M-2、第三膜分離單元M-3，具體工藝如下：

首先，含氦原料氣f-1與循環(huán)氣f-10混合后經(jīng)第一壓縮機K-1升壓后，進入第一預處理單元PR-1，經(jīng)第一預處理單元PR-1去除液霧及粉塵，并將溫度調節(jié)至40～100℃后的含氦氣體f-2進入到第一膜分離單元M-1；

其次，根據(jù)不同氣體在膜中滲透速率不同，含氦氣體f-2經(jīng)第一膜分離單元M-1分成兩股物流：初步濃縮的富氦滲透氣f-3和滲余氣f-4；所述初步濃縮的富氦滲透氣f-3(優(yōu)先透過膜分離單元的氣體)經(jīng)第二壓縮機K-2升壓后，進入第二預處理單元PR-2，經(jīng)第二預處理單元PR-2去除液霧及粉塵，并將溫度調節(jié)至40～100℃后，進入到第二膜分離單元M-2；所述第一膜分離單元M-1的滲余氣f-4進入到第三膜分離單元M-3入口；

再次，根據(jù)不同氣體在膜中滲透速率不同，第二膜分離單元M-2將流股f-5分成兩股物流：滲余氣f-6和再次濃縮的富氦滲透氣f-7；再次濃縮的富氦滲透氣f-7一部分作為中等氦氣濃度產(chǎn)品氣去外界，一部分進入到吸附單元PSA進一步提濃生產(chǎn)A級以上氦氣，第二膜分離單元M-2的滲余氣f-6和第一膜分離單元M-1滲余氣f-4混合后進入第三膜分離單元M-3；