一种用于提取氦气的系统

本申请涉及气体提纯，更具体地，本申请涉及一种用于提取氦气的系统。

背景技术：

1、氦气是一种常温下无色无味的稀有气体，其化学性质稳定，具有沸点极低、分子尺寸极小、水中溶解度极小、电离能极高以及高比热、高导热性等特点，广泛用于高科技产品制造、航空航天、国防军工和医疗等领域。然而氦气在地球上十分稀缺，分布广泛但极不均匀，我国是非常贫氦的国家，氦资源分布分散且品位低，天然气中含氦量较低，95％以上的氦需要进口，对外依存度极高，探索面向低浓度的低成本提氦技术至关重要。

2、现有的提氦技术主要包括深冷法、吸附分离、膜分离和集成提氦四种。深冷法是最主流方法，但在氦含量较低时存在能耗大、经济性较差的问题。此外由于氢气分子尺寸与氦气相近，膜分离和物理吸附的方法往往难以除去该杂质，目前采用较多的方法是采用催化脱氢装置，但会引入氧气杂质，氧气的存在还有可能在后续的处理中引发爆炸的安全问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种用于提取氦气的系统，以解决上述技术问题中的至少一个。

2、为了达到上述目的中至少一个，本申请采用下述技术方案：

3、本申请提供一种用于提取氦气的系统，包括多个处理模块；

4、多个处理模块包括

5、预处理模块，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；

6、膜分离模块，用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；

7、至少一组吸附模块；

8、所述吸附模块包括

9、并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱；

10、所述第一吸附柱和第二吸附柱被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。

11、可选地，所述吸附模块具有串联设置的两组，分别为第一吸附模块和第二吸附模块；

12、所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述膜分离模块连通，用以交替接收所述膜分离模块输出的混合气体，生成氢氦混合气体；

13、所述第二吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述第一吸附模块连通，用以交替接收所述氢氦混合气体，并吸附所述氢氦混合气体中的氢气，生成高纯度氦气。

14、可选地，所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱均为mofs吸附柱；

15、所述第二吸附模块中的所述第一吸附柱和第二吸附柱均为储氢合金吸附柱。

16、可选地，所述吸附模块还包括：分别与所述第一吸附柱的一端和第二吸附柱的一端连通的第一充气管路和第二充气管路，所述第一充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱，所述第二充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱；

17、分别与所述第一吸附柱的另一端和第二吸附柱的另一端连通的第一出气管路和第二出气管路；

18、当所述第一充气管路将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱时，所述第一吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路输出至外界；

19、当所述第二充气管路将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱时，所述第二吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第二出气管路输出至外界。

20、可选地，所述第一吸附柱两端分别设置有第一开关，所述第二吸附柱两端分别设置有第二开关；

21、所述第一充气管路包括第一出口，所述第一出口位于两个中的一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

22、所述第二充气管路包括第二出口，所述第二出口位于两个中的一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通；

23、所述第一出气管路包括第一进口，所述第一进口位于两个中的另一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

24、所述第二出气管路包括第二进口，所述第二进口位于两个中的另一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通。

25、可选地，所述第一充气管路和第一出气管路上分别设置有第三开关，所述第二充气管路和第二出气管路上分别设置有第四开关；

26、当所述第一吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于打开状态，所述第二开关和第三开关处于闭合状态；

27、当所述第二吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于闭合状态，所述第二开关和第三开关处于打开状态。

28、可选地，所述膜分离模块包括

29、与所述预处理模块连通的且用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体的至少一个一级膜分离器；

30、通过压缩机与所述一级膜分离器连通的且用以接收一级膜分离器输出的混合气体的二级膜分离器；

31、所述吸附模块与所述二级膜分离器连通，并接收二级膜分离器输出的混合气体。

32、可选地，所述二级膜分离器输出的尾气通过循环管路再次输入至所述一级膜分离器。

33、可选地，所述预处理模块与所述膜分离模块之间设置有预热器。

34、可选地，所述第一吸附柱、第二吸附柱的侧壁上分别设置有加热带。

35、本申请的有益效果如下：

36、针对目前现有技术中存在的问题，本申请提供一种用于提取氦气的系统，多个处理模块的设置可以依次将系统从外界接收的待处理混合气体进行提纯，最终生成高纯度氦气。具体的，通过预处理模块可以将从外界接收的待处理混合气体脱除酸性、脱硫、脱汞、除雾和干燥，并将生成的混合气体传输至膜分离模块，膜分离模块可以去除来自预处理模块输出的混合气体中的大部分气体杂质，例如其中的co2、ch4和n2，经过膜分离模块去除大部分气体杂质之后，膜分离模块输出的混合气体中氦气的体积分数可达85％～90％，再经过吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱吸附该混合气体中的其他气体杂质，最终形成高纯度氦气。第一吸附柱和第二吸附柱的交替使用，可以使吸附模块始终处于工作状态，工作效率高，不会出现只有一个吸附柱的时，当该吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态需要吸附模块停止工作对其进行清理的情况。在吸附模块使用过程中，当第一吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第二吸附柱进行吸附，第一吸附柱此时可以进行清理，当第二吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第一吸附柱进行吸附，第二吸附柱此时可以进行清理；本申请提供的系统，通过使用预处理模块、膜分离模块和吸附模块对从外界接收的待处理混合气体进行分离、吸附等，最终生成高纯度氦气，全程无相变，能耗低、效率高，不会引入其他气体杂质，生成的氦气纯度可达5n以上，安全可靠。

技术特征：

1.一种用于提取氦气的系统，其特征在于，包括多个处理模块；

2.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述吸附模块具有串联设置的两组，分别为第一吸附模块和第二吸附模块；

3.根据权利要求2所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱均为mofs吸附柱；

4.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述吸附模块还包括：分别与所述第一吸附柱的一端和第二吸附柱的一端连通的第一充气管路和第二充气管路，所述第一充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱，所述第二充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱；

5.根据权利要求4所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附柱两端分别设置有第一开关，所述第二吸附柱两端分别设置有第二开关；

6.根据权利要求5所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一充气管路和第一出气管路上分别设置有第三开关，所述第二充气管路和第二出气管路上分别设置有第四开关；

7.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述膜分离模块包括

8.根据权利要求7所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述二级膜分离器输出的尾气通过循环管路再次输入至所述一级膜分离器。

9.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述预处理模块与所述膜分离模块之间设置有预热器。

10.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附柱、第二吸附柱的侧壁上分别设置有加热带。

技术总结本申请实施例公开一种用于提取氦气的系统，包括预处理模块，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；膜分离模块，用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；至少一组吸附模块；吸附模块包括并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱；第一吸附柱和第二吸附柱被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。本申请提供的系统，通过使用预处理模块、膜分离模块和吸附模块对从外界接收的待处理混合气体进行分离、吸附等，最终生成高纯度氦气，全程无相变，能耗低、效率高，不会引入其他气体杂质，生成的氦气纯度可达5N以上，安全可靠。技术研发人员：徐洪波,崔守成,彭楠受保护的技术使用者：中国科学院理化技术研究所技术研发日：20231030技术公布日：2024/5/27