[發明專利]一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法

有效

• 申請號: 202010796684.6
• 申請日: 2020-08-10
• 公開（公告）號: CN111964354B
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 段羅斌;胡咸軍;陳杰;莊坤融;張超
• 申請（專利權）人: 中船重工鵬力（南京）超低溫技術有限公司
• 主分類號: F25J3/06
• 分類號: F25J3/06
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 李德濺

1.一種去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：該方法步驟為：

A、經前端工序預處理濃縮后的除氫原料氣增壓至20～30bar后，進入低溫冷箱（15），經過帶壓液氮將其冷卻降溫至90～95K，隨后進行氣液分離，得到含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣和液相粗甲烷；

B、將步驟A所得的含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣經過常壓液氮，將其冷卻降溫至77～80K，隨后進行氣液分離，得到含少量氮氣的氣相粗氦氣和液相粗氮；

C、將步驟B所得的含少量氮氣的氣相粗氦氣進行低溫吸附，通過低溫吸附少量氮氣，從而獲得高純氦氣。

2.根據權利要求1所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟A中的除氫原料氣經原料氣壓縮機（1）增壓至20～30bar，進入低溫冷箱（15）中，經過一級換熱器（2）預冷降溫之后進入二級換熱器（4），所述二級換熱器（4）放置在定壓液氮罐（3）中，定壓液氮罐（3）出口處的原料氣狀態是溫度為90～95K的氣液混合物，90～95K的氣液混合物在甲烷氣液分離器（6）中被分離成含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣和液相粗甲烷兩個部分。

3.根據權利要求2所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述的定壓液氮罐（3）旁側設有加熱器（5）且定壓液氮罐（3）排放的氮氣經一級換熱器（2）復溫后通過帶有調節閥（14）的定壓液氮罐氮氣排放管線（16）排放；所述的加熱器（5）和調節閥（14）能夠對定壓液氮罐（3）內的液氮實現精確控壓、控溫。

4.根據權利要求1所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟A中所得的液相粗甲烷經過一級換熱器（2）復溫后通過雜質氣氣體排放管線17進行安全排放。

5.根據權利要求1所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟B中的含少量甲烷和氮氣的氣相粗氦氣先經三級換熱器（7）降溫處理為84～87K的氣液混合物，此時少量甲烷被固化， 粗氦氣中的氮氣部分液化且固化甲烷溶解在液氮中；然后送入放置在常壓液氮罐（8）中的四級換熱器（9），常壓液氮罐（8）出口處的粗氦氣狀態是溫度為77～80K的氣液混合物，此時粗氦氣中的部分氮氣已被液化；77～80K的氣液混合物在氮氣液分離器（10）中被分離成含少量氮氣的氣相粗氦氣和液相粗氮兩個部分。

6.根據權利要求1或5所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟中B的液相粗氮經過三級換熱器（7）和一級換熱器（2）復溫后通過雜質氣氣體排放管線（17）進行安全排放。

7.根據權利要求6所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述常壓液氮罐（8）的排氣管道依次通過三級換熱器（7）和一級換熱器（2）后與雜質氣氣體排放管線（17）連通。

8.根據權利要求1所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟C中的含少量氮氣的氣相粗氦氣經過吸附器吸附去除少量氮氣，獲得高純氦氣；高純氦氣經三級換熱器（7）和一級換熱器（2）復溫后，送至氦氣充裝壓縮機（13）的入口進行鋼瓶充裝。

9.根據權利要求8所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述的吸附器包括分別浸泡在液氮杜瓦中且并聯設置的第一氮吸附器（11）和第二氮吸附器（12），第一氮吸附器（11）和第二氮吸附器（12）皆通過吸附器吸附氣回收管線（18）與除氫原料氣的輸入管相連接。

10.根據權利要求1所述的去除甲烷和氮氣分離提純氦氣的方法，其特征在于：所述步驟A中的低溫冷箱（15）為高真空絕熱不銹鋼容器且真空度小于1×10^-4Pa。