[发明专利]采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置，属于化工气体纯化技术领域。

背景技术

随着国防工业和半导体、微电子等高科技产业向更高性能、更高集成度发展的要求，对很多在生产过程中使用气体纯度要求越来越高。氢气的纯度对生产出大规模、超大规模集成电路、多晶硅太阳能电池、性能优异的光导纤维等产品缺陷的影响越来越大。所以对氢气的纯度提出地越来越高的要求，现在使用的氢气纯度已经由4N、5N，上升到6N及以上。氢气的纯化方法也比较多：有变压吸附、变温吸附、吸气剂吸放、催化转化、重金属化合还原、膜过滤等。各种纯化方法不同，也有着各自的优缺点，真正能够达到6N以上，适用工业生产的方法当属超低温吸附制取超纯氢方法。 这种方法是把氢气冷却到液氮温度（-196℃），使用专用吸附剂除掉氢气中的所残存杂质，使其达到纯化目的，使用这种方法生产出来的氢气可以达到6N以上。由于这种方法是在超低温的条件下进行，所以对生产设备有着较高的要求，设备不好会造成能源浪费，产品成本提高，设备和管道结霜流水等，也使生产环境变坏。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置，该装置应把原料气的预冷、氮气的蒸发、低温吸附、产品气的冷量回收和吸附器的再生都集中在一起，生产满足产品标准的超纯氢气。

本发明采用的技术方案是：一种采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置，它包括真空绝热杜瓦瓶和超低温吸附器，它还包括盘管式三流换热器，所述超低温吸附器和盘管式三流换热器设置在真空绝热杜瓦瓶中，盘管式三流换热器位于超低温吸附器的上部；所述盘管式三流换热器采用盘管式结构并设置在盘管罩内，盘管的芯管外设有套管，在套管与芯管之间设有夹层空腔，盘管上端的夹层空腔连接原料入口管，芯管连接产品出口管，盘管下端的夹层空腔经连接管和预冷盘管连接低温吸附器的下端进口，芯管连接低温吸附器的上端出口，所述盘管罩上端连接放空管，下端采用开放式结构，一个液氮进出口管从真空绝热杜瓦瓶的顶部插到真空绝热杜瓦瓶的底部。

所述超低温吸附器的外部设有吸附再生用电加热器。

所述超低温吸附器和预冷盘管浸泡在液氮中。

所述超低温吸附器中填充活性炭。

采用上述的技术方案，盘管式三流换热器采用多层排列，放在装置内的上部，用于原料气预冷和排空氮气、纯化后产品气的冷量回收。超低温吸附器放在装置內的下部，浸在液氮中，内装改性活性炭吸附剂，用来去除气体中的杂质。吸附再生用电加热器安放在超低温吸附器上，用于再生时加热改性活性炭吸附剂。真空绝热杜瓦瓶是整套装置的外容器，所有设备都装在其中，起保冷绝热作用减少能量损耗。

本发明的有益效果是：这种采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置的超低温吸附器和盘管式三流换热器设置在真空绝热杜瓦瓶中，盘管式三流换热器采用盘管式结构并设置在盘管罩内，在套管与芯管之间设有夹层空腔，盘管上端的夹层空腔连接原料入口管，芯管连接产品出口管，盘管下端的夹层空腔经连接管和预冷盘管连接低温吸附器的下端进口，芯管连接低温吸附器的上端出口，盘管罩上端连接放空管，一个液氮进出口管从真空绝热杜瓦瓶的顶部插到真空绝热杜瓦瓶的底部。整个装置都放在一个保温性能极好的绝热杜瓦瓶内，进出装置的气体都接近常温，能耗非常小，而且结构紧凑，体积小巧，一般体积不超过半立方米，还可以根据工况，选择任何压力操作，气体进入后出来就是超纯氢气，操作简单。

附图说明

图1为一体式低温吸附生产超纯氢装置的结构图。

图2为图1中的A放大图。

图中：1、真空绝热杜瓦瓶，2、液氮，3、吸附再生用电加热器，4、超低温吸附器，5、盘管式三流换热器，5a、芯管，5b、套管，6、连接管，6a、预冷盘管，7、盘管罩，a、原料入口管，b、产品出口管，c、液氮进出口管，d、放空管。

具体实施方式