一种膜分离氦气提纯设备的制作方法

1.本实用新型涉及一种膜分离氦气提纯设备，属于气体分离技术领域。


背景技术：

2.氦气是一种无色无味的惰性气体，被广泛应用于光纤制造、半导体生产、金属制造、焊接及检漏等诸多工业领域。氦气虽然用途广、使用量大，但来源却有限，是一种稀缺性战略资源。空气中氦含量约为5ppm，基本不具备提取价值，目前主要来源于天然气开采中的伴生气回收，同时，由于氦气储量有限且主要生产国家的出口控制日趋收紧，因此对于氦气这种稀缺资源，开展回收再利用极具意义。


技术实现要素：

3.针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种膜分离氦气提纯设备，可以将氦气最高提纯到99.99％。
4.为了实现上述目的，本实用新型采用的一种膜分离氦气提纯设备，包括气罐、压缩机、冷凝器、过滤器、膜分离组件、回流自控阀、氦气浓度检测仪、脱co2吸附塔和计量流量计；
5.所述气罐的入口连接原料计量流量计，气罐的出口接压缩机一的入口，压缩机一的出口接冷凝器的入口，冷凝器的出口接过滤器的入口，过滤器出口接一级膜分离组件，一级膜分离组件的渗透侧连接压缩机二和回流自控阀一，所述回流自控阀一与气罐连接，压缩机二的出口连接二级膜分离组件，所述二级膜分离组件的渗透侧分别与氦气浓度检测仪、回流自控阀二连接，所述氦气浓度检测仪与脱co2吸附塔连接，脱co2吸附塔与成品计量流量计连接，所述回流自控阀二与压缩机二的入口相连。
6.作为改进，所述气罐内安装有压力传感器。
7.作为改进，所述冷凝器为冷干机，或采用冷空气、制冷剂、冷循环水作为冷源，出冷凝器的气体露点达到≤0℃。
8.作为改进，所述过滤器的过滤精度为≤0.01μm。
9.作为改进，所述一级膜分离组件、二级膜分离组件分别由聚酰胺的中空纤维膜分离器组成。
10.作为改进，所述压缩机二与一级膜分离组件之间安装有压力传感器。
11.作为改进，所述一级膜分离组件的非渗透尾气侧、二级膜分离组件的非渗透尾气侧均安装有背压阀。
12.作为改进，所述一级膜分离组件和二级膜分离组件的分离压力均在0.5～5.0mpa之间，且二级膜分离组件的分离压力高于一级膜分离组件的分离压力。
13.作为改进，所述回流自控阀一、回流自控阀二采用比例电磁阀或带定位机构的气动阀，回流比在0.1～0.8之间。
14.与现有技术相比，本实用新型的膜分离氦气提纯设备，可以处理纯度为30～50％
的原料氦气，并产出纯度为99.9～99.99％的成品氦气，解决了膜分离提纯氦气纯度低的难题。
附图说明
15.图1为本实用新型的结构示意图；
16.图中：1、气罐，2、压缩机一，3、冷凝器，4、过滤器，5、一级膜分离组件，6、压缩机二，7、二级膜分离组件，8、回流自控阀一，9、回流自控阀二，10、氦气浓度检测仪，11、脱co2吸附塔，12、原料计量流量计，13、成品计量流量计。
具体实施方式
17.下述实施例是对于本

技术实现要素：
的进一步说明以作为对本实用新型技术内容的阐释，但本实用新型的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本实用新型实质精神的简单变化或替换均应属于本实用新型所要求的保护范围。
18.如图1所示，一种膜分离氦气提纯设备，包括气罐1、压缩机、冷凝器3、过滤器4、膜分离组件、回流自控阀、氦气浓度检测仪10、脱co2吸附塔11和计量流量计；
19.所述气罐1的入口连接原料计量流量计12，气罐1的出口接压缩机一2的入口，压缩机一2的出口接冷凝器3的入口，冷凝器3的出口接过滤器4的入口，所述过滤器4的出口接一级膜分离组件5，一级膜分离组件5的渗透侧连接压缩机二6和回流自控阀一8，所述回流自控阀一8与气罐1连接，压缩机二6的出口连接二级膜分离组件7，所述二级膜分离组件7的渗透侧分别与氦气浓度检测仪10、回流自控阀二9连接，所述氦气浓度检测仪10与脱co2吸附塔11连接，脱co2吸附塔11与成品计量流量计13连接，所述回流自控阀二9与压缩机二6的入口相连。所述原料计量流量计12、成品计量流量计13分别用于计量原料氦气流量和成品氦气流量，并依据流量计数计算氦气提纯的收率。
20.作为实施例的改进，所述气罐1内安装有精密的压力传感器。
21.作为实施例的改进，所述的冷凝器3可以使用冷空气、制冷剂、冷循环水等冷源，或者使用冷干机或者其他类似的设备代替，要求出冷凝器3的气体露点达到≤0℃。所述过滤器4的过滤精度要求≤0.01μm。
22.作为实施例的改进，所述一级膜分离组件5、二级膜分离组件7分别由聚酰胺的中空纤维膜分离器组成，可根据处理原料氦气的量选择不同的膜面积和膜分离器数量，多个膜分离器采用并联方式安装；所述一级膜分离组件5的非渗透尾气侧安装有背压阀，以维持一级膜分离组件5中压力稳定。
23.作为实施例的改进，所述压缩机二6与一级膜分离组件5之间安装有精密的压力传感器，以控制压缩机二6的抽气量和精确控制回流自控阀一8；所述回流自控阀一8的下游压力(气罐1内压力)略低于一级膜分离组件5的渗透气压。
24.作为实施例的改进，所述压缩机二6采用变频电机，以更为精确的控制一级膜分离组件5的渗透侧压力。
25.作为实施例的改进，所述二级膜分离组件7的非渗透尾气侧安装有背压阀，以维持分离压力稳定；所述二级膜分离组件7的尾气返回一级膜分离组件5的入口进行氦气的二次
回收；所述二级膜分离组件7的渗透气一部分去氦气浓度检测仪10，一部分经回流自控阀二9返回压缩机二6的入口。
26.作为实施例的改进，所述一级膜分离组件5和二级膜分离组件7的分离压力均在0.5～5.0mpa之间，且二级膜分离组件7的分离压力高于一级膜分离组件5的分离压力，便于回流自控阀二9的上游压力高于连接压缩机二端的压力。
27.作为实施例的改进，所述回流自控阀一8、回流自控阀二9可以采用比例电磁阀或带定位机构的气动阀，回流比在0.1～0.8之间。回流比指通过回流自控阀一8和回流自控阀二9回流的气体量与经一级膜分离组件5和二级膜分离组件7的渗透气量之比，通常回流比越大氦气纯度越高，但是提纯收率越低(提纯收率指成品计量流量计13与原料计量流量计12所含有效氦气的数值之比)。
28.另外，由于原料氦气中含有空气，空气中的co2等在膜分离组件中渗透较快，因此co2会通过回流方式在渗透气侧富集。所述氦气浓度检测仪10出口连接脱co2吸附塔11，通过装填沸石分子筛等填料脱除co2。
29.本实用新型的膜分离氦气提纯设备的内部管路上安装有多个单向阀、压力传感器、流量计、温度传感器等元器件，实时监测并记录各部分参数数值，这些参数数值可以通过gps模块实现远程传送。
30.实施例1
31.一种膜分离氦气提纯设备的提纯方法，原料氦气经原料计量流量计12进入气罐1，经压缩机一2增压后在冷凝器3和过滤器4中脱除粉尘、水分等，再经过一级膜分离组件5进行一次分离，一级膜分离组件5的非渗透气放空、渗透气经压缩机二6增压送入二级膜分离组件7，二级膜分离组件7的非渗透尾气返回一级膜分离组件5的入口，其渗透气经过氦气浓度检测仪10、脱co2吸附塔11后，输出成品氦气；一级膜分离组件5的一路氦气通过回流自控阀一8返回到气罐1，二级膜分离组件7有一路氦气通过回流自控阀二9返回到压缩机二6，以控制一级膜分离组件5和二级膜分离组件7的渗透氦气纯度。
32.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。