(19)国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210440794.8
(22)申请日 2022.04.26
(71)申请人 北京中科富海低温科技有限公司
地址 100086 北京市海淀区知春路63号51
号楼14层1407水平面
(72)发明人 王爱林 徐鹏 魏振森 徐向辉
王青青 沈宪洋 侯天杰
(74)专利代理机构 北京格允知识产权代理有限
公司 11609
专利代理师 周娇娇
(51)Int.Cl.
C01B 23/00(2006.01)
F25J 3/02(2006.01)
(54)发明名称
一种合成氨驰放气提氦系统及其方法
(57)摘要
本发明提供了一种合成氨驰放气提氦系统
KU波可调电衰减器
除合成氨驰放气中的水汽、氨和二氧化碳；预处
理单元，与脱除单元连接，用于去除脱除单元流
与预处理单元连接，用于脱除预处理单元流出的
气体中的剩余氮气和剩余氩气，以得到氢氦混合
气；第一脱氢单元，与吸附单元连接，用于脱除吸
附单元流出的氢氦混合气中的部分氢气；第二脱
氢单元，与第一脱氢单元连接，用于脱除第一脱
氢单元流出的粗氦气中的剩余氢气，以得到高纯
氦气。本申请提供的提氦系统可以从合成氨驰放
气中提取得到高纯氦气，从而避免氦能源的浪
费。权利要求书2页 说明书10页 附图1页CN 114538394 A 2022.05.27
C N 114538394
A
1.一种合成氨驰放气提氦系统，其特征在于，包括：
脱除单元（1），用于脱除合成氨驰放气中的水汽、氨和二氧化碳；
预处理单元（2），与所述脱除单元（1）连接，用于脱除所述脱除单元（1）流出的气体中的部分氮气和部分氩气；
吸附单元（3），与所述预处理单元（2）连接，用于脱除所述预处理单元（2）流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气，以得到氢氦混合气；
第一脱氢单元（4），与所述吸附单元（3）连接，用于脱除所述吸附单元（3）流出的氢氦混合气中的部分氢气；
第二脱氢单元（5），与所述第一脱氢单元（4）连接，用于脱除所述第一脱氢单元（4）流出的粗氦气中的剩余氢气，以得到高纯氦气；
所述第二脱氢单元（5）包括至少两个可切换使用的氢气吸附器，在第一氢气吸附器（51）进行吸附时，第二氢气吸附器（52）进行再生。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，还包括第一换热器（6），所述第一换热器（6）与所述脱除单元（1）的入口连接，所述第一换热器（6）用于将所述脱除单元（1）入口的合成氨驰放气降温至第一预设温度，以辅助所述脱除单元（1）脱除二氧化碳。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述预处理单元（2）包括依次连接的第二换热器（21）和第一气液分离器（22），所述第二换热器（21）与所述脱除单元（1）的出口连接，用于将所述脱除单元（1）流出的气体降温至第二预设温度，以使部分氮气和部分氩气凝结为液态；
所述第一气液分离器（22）用于对由所述第二换热器（21）流出的气体进行气液分离，得到第一液相部分和第一气相部分，所述第一液相部分为氮氩冷凝液，所述第一气相部分为含有氮气、氩气、氢气和氦气的混合气；所述第一气相部分经所述第二换热器（21）复温后流入所述吸附单元（3）；
所述第二换热器（21）的冷量来自低温制冷剂、由所述第一气液分离器（22）流出的所述第一液相部分和所述第一气相部分。
第一中文4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述吸附单元（3）中的吸附剂为碳分子筛，
所述碳分子筛的孔径为0.31
~0.35纳米。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一脱氢单元（4）包括依次连接的第三换热器（41）、第一吸附器（42）、第四换热器（43）、第五换热器（44）和第二气液分离器（45）；所述第三换热器（41）与所述吸附单元（3）的出口连接，用于将所述吸附单元（3）流出的气体降温至第三预设温度，以辅助所述第一吸附器（42）脱除从所述第三换热器（41）流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气；所述第四换热器（43）和所述第五换热器（44）共同用于将从所述第一吸附器（42）流出的气体降温至第四预设温度，以使气体中的部分氢气凝结为液氢；
所述第二气液分离器（45）用于对由所述第五换热器（44）流出的气体进行气液分离，得到第二液相部分和第二气相部分，所述第二液相部分为氢冷凝液，所述第二气相部分为含有氢气的粗氦气；所述第二气相部分流入所述第二脱氢单元（5）。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括制冷机（7），用于对供冷介质进行降温，以给所述第五换热器（44）、所述第一氢气吸附器（51）和所述第二氢气吸附器（52）提供
冷量。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第五换热器（44）的冷量来自所述制冷机（7）和从所述第二脱氢单元（5）流出的高纯氦气；
所述第四换热器（43）的冷量来自所述第五换热器（44）流出的高纯氦气和由所述第二气液分离器（45）流出的所述第二液相部分；
所述第三换热器（41）的冷量来自低温制冷剂、所述第五换热器（44）流出的高纯氦气和所述第四换热器（43）流出的第二液相部分。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一氢气吸附器（51）的入口和出口分别设置有第一阀门（511）和第二阀门（512），所述第二氢气吸附器（52）的入口和出口分别设置有第三阀门（521）和第四阀门（522）；
通过控制所述第一阀门（511）、所述第二阀门（512）、所述第三阀门（521）和所述第四阀门（522）的启闭，使所述第一氢气吸附器（51）和所述第二氢气吸附器（52）在吸附和再生之间进行切换。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第二脱氢单元（5）还包括两条再生气管路（55）、两条泄放管路（56）和真空泵（57）；
两条所述再生气管路（55）上均设置有再生阀门（551），两条所述再生气管路（55）分别与所述第一氢气吸附器（51）和所述第二氢气吸附器（52）连接，通过控制所述再生阀门（551）的启闭，向所述第一氢气吸附器（51）或所述第二氢气吸附器（52）提供再生气；
两条所述泄放管路（56）上均设置有泄放阀门（561），两条所述泄放管路（56）分别与所述第一氢气吸附器（51）和所述第二阀门（512）之间的管路以及所述第二氢气吸附器（52）和所述第四阀门（522）之间的管路连接，两条所述泄放管路（56）均与所述真空泵（57）连接；通过所述泄放管路（56）和所述真空泵（57），对所述第一氢气吸附器（51）或所述第二氢气吸附器（52）进行气体泄放。
10.一种合成氨驰放气提氦方法，其特征在于，应用于权利要求1‑9中任一项所述的合成氨驰放气提氦系统，所述方法包括：
利用所述脱除单元（1）脱除所述驰放气中的水汽、氨及二氧化碳；
利用所述预处理单元（2）脱除所述脱除单元（1）流出的气体中的部分氮气和氩气；
利用所述吸附单元（3）脱除所述预处理单元（2）流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气，以得到氢氦混合气；
利用所述第一脱氢单元（4）脱除所述吸附单元（3）流出的氢氦混合气中的部分氢气；
利用所述第二脱氢单元（5）脱除所述第一脱氢单元（4）流出的粗氦气中的剩余氢气，以得到高纯氦气；
所述第二脱氢单元（5）包括至少两个可切换使用的氢气吸附器，在第一氢气吸附器（51）进行吸附时，第二氢气吸附器（52）进行再生。
一种合成氨驰放气提氦系统及其方法
技术领域
[0001]本发明实施例涉及气体分离技术领域，特别涉及一种合成氨驰放气提氦系统及其方法。
背景技术
[0002]目前，合成氨驰放气进行部分气体提纯后，剩余的含氦尾气则直接排入大气或燃烧，而不会将氦气提纯后再利用或者提取出的氦气纯度较差，应用价值不高，从而造成氦能源的浪费。
[0003]因此，目前亟待需要一种合成氨驰放气提氦系统及其方法来解决上述技术问题。
发明内容
[0004]本发明实施例提供了一种合成氨驰放气提氦系统及其方法，能够从合成氨驰放气中提取高纯氦气。
[0005]第一方面，本发明实施例提供了一种合成氨驰放气提氦系统，包括：
脱除单元，用于脱除合成氨驰放气中的水汽、氨和二氧化碳；
预处理单元，与所述脱除单元连接，用于脱除所述脱除单元流出的气体中的部分氮气和部分氩气；
吸附单元，与所述预处理单元连接，用于脱除所述预处理单元流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气，以得到氢氦混合气；
第一脱氢单元，与所述吸附单元连接，用于脱除所述吸附单元流出的氢氦混合气中的部分氢气；
第二脱氢单元，与所述第一脱氢单元连接，用于脱除所述第一脱氢单元流出的粗氦气中的剩余氢气，以得到高纯氦气；
所述第二脱氢单元包括至少两个可切换使用的氢气吸附器，在第一氢气吸附器进行吸附时，第二氢气吸附器进行再生。
[0006]在一种可能的设计中，还包括第一换热器，所述第一换热器与所述脱除单元的入口连接，所述第一换热器用于将所述脱除单元入口的合成氨驰放气降温至第一预设温度，以辅助所述脱除单元脱除二氧化碳。
[0007]在一种可能的设计中，所述预处理单元包括依次连接的第二换热器和第一气液分离器，所述第二换热器与所述脱除单元的出口连接，用于将所述脱除单元流出的气体降温至第二预设温度，以使部分氮气和部分氩气凝结为液态；
所述第一气液分离器用于对由所述第二换热器流出的气体进行气液分离，得到第一液相部分和第一气相部分，所述第一液相部分为氮氩冷凝液，所述第一气相部分为含有氮气、氩气、氢气和氦气的混合气；所述第一气相部分经所述第二换热器复温后流入所述吸附单元；
所述第二换热器的冷量来自低温制冷剂、由所述第一气液分离器流出的所述第一
液相部分和所述第一气相部分。
消防快速接头
[0008]在一种可能的设计中，所述吸附单元中的吸附剂为碳分子筛，所述碳分子筛的孔
径为0.31
~0.35纳米。
[0009]在一种可能的设计中，所述第一脱氢单元包括依次连接的第三换热器、第一吸附器、第四换热器、第五换热器和第二气液分离器；所述第三换热器与所述吸附单元的出口连接，用于将所述吸附单
元流出的气体降温至第三预设温度，以辅助所述第一吸附器脱除从所述第三换热器流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气，所述第四换热器和所述第五换热器共同用于将从所述第一吸附器流出的气体降温至第四预设温度，以使气体中的部分氢气凝结为液氢；
yig滤波器
所述第二气液分离器用于对由所述第五换热器流出的气体进行气液分离，得到第二液相部分和第二气相部分，所述第二液相部分为氢冷凝液，所述第二气相部分为含有氢气的粗氦气；所述第二气相部分流入所述第二脱氢单元。
[0010]在一种可能的设计中，还包括制冷机7，用于对供冷介质进行降温，以给所述第五换热器、所述第一氢气吸附器和所述第二氢气吸附器提供冷量。
[0011]在一种可能的设计中，所述第五换热器的冷量来自所述制冷机和从所述第二脱氢单元流出的高纯氦气；所述第四换热器的冷量来自所述第五换热器流出的高纯氦气和由所述第二气液分离器流出的所述第二液相部分；所述第三换热器的冷量来自低温制冷剂、所述第五换热器流出的高纯氦气和所述第四换热器流出的第二液相部分。
金融查询[0012]在一种可能的设计中，所述第一氢气吸附器的入口和出口分别设置有第一阀门和第二阀门，所述第二氢气吸附器的入口和出口分别设置有第三阀门和第四阀门；
通过控制所述第一阀门、所述第二阀门、所述第三阀门和所述第四阀门的启闭，使所述第一氢气吸附器和所述第二氢气吸附器在吸附和再生之间进行切换。
[0013]在一种可能的设计中，所述第二脱氢单元还包括两条再生气管路、两条泄放管路和真空泵；
两条所述再生气管路上均设置有再生阀门，两条所述再生气管路分别与所述第一氢气吸附器和所述第二氢气吸附器连接，通过控制所述再生阀门的启闭，向所述第一氢气吸附器或所述第二氢气吸附器提供再生气；
两条所述泄放管路上均设置有泄放阀门，两条所述泄放管路分别与所述第一氢气吸附器和所述第二阀门之间的管路以及所述第二氢气吸附器和所述第四阀门之间的管路连接，两条所述泄放管路均与所述真空泵连接，通过所述泄放管路和所述真空泵，对所述第一氢气吸附器或所述第二氢气吸附器进行气体泄放。
[0014]第二方面，本发明实施例还提供了一种合成氨驰放气提氦方法，包括：利用所述脱除单元脱除所述驰放气中的水汽、氨及二氧化碳；
利用所述预处理单元脱除所述脱除单元流出的气体中的部分氮气和氩气；
利用所述吸附单元脱除所述预处理单元流出的气体中的剩余氮气和剩余氩气，以得到含氢的粗氦气；
利用所述第一脱氢单元脱除所述吸附单元流出的氢氦混合气中的部分氢气；
利用所述第二脱氢单元脱除所述第一脱氢单元流出的粗氦气中的剩余氢气，以得到高纯氦气；
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