[发明专利]一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺

说明书

一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，属于气体分离回收领域。该工艺从生产多元化氦气产品和氦气高收率的角度出发，将膜分离技术和吸附技术耦合联用，实现技术优势互补高收率生产不同浓度的氦气产品。首先低浓度的含氦气体经升压和预处理后进入二级+二段膜分离单元，经膜分离单元逐级浓缩生产中等浓度的氦气产品，其中一部分中等浓度的氦气进入到吸附单元进一步提浓生产A级以上氦气产品。膜分离单元富氦尾气多级循环利用以保证较高的氦气回收率，膜分离单元的富氮尾气与吸附单元解析气混合作为驱油气或排空。本发明提供的工艺具有设备占地小和运行能耗低等优点，可同步生产满足家用电器制冷等领域需要的90vol％氦气浓度富氦产品和用于化学化工、半导体等行业的A级氦产品，同时氦气的回收率超过99％。

技术领域

本发明属于气体分离回收领域，涉及一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺。

具体涉及膜耦合法提纯氦气分离回收工艺。

背景技术

氦气是国防军工和高科技产业发展不可或缺的稀有战略性物资之一，广泛应用于科研、航天航空、制冷、医疗、光纤、检漏、超导实验、金属制造、深海潜水、高精度焊接生产等领域。因此，在保护有限氦气资源的同时，研究开发先进的提氦技术对于提高氦气生产的经济性、保障国家用氦安全具有重要意义。

在各领域实际应用中，对氦气产品的纯度要求为85vol％～99.999vol％，现阶段传统的氦气分离提纯回收工艺主要有深冷法、变压吸附法、膜分离法。三种工艺均能够得到高浓度的高纯氦气，但存在着氦气产品单一、回收率低、设备投资高、运行能耗高等问题。因此，在氦气生产过程中急需开发一种各类技术优势互补的优化耦合工艺，进而实现较低成本高收率地生产多元化氦气产品。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺。该工艺首先利用膜分离工艺对含氦原料气进行初步浓缩，浓缩后的含氦气体一部分直接用于家用电器制冷、低温超导等领域作为产品使用，一部分进入到吸附单元进行氦气精制生产A 级以上氦气，以解决传统单一工艺产品单一问题；同时通过膜分离单元二级+二段的优化设计，实现多级含氦气体循环利用，解决传统工艺氦气回收率低的问题。通过两种工艺耦合优化，实现膜技术和吸附技术优势互补，进而降低氦气的生产成本。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺，基于氦气提纯分离回收耦合系统实现，氦气提纯分离回收耦合系统包括：压缩机单元、预处理单元、膜分离单元和吸附单元PSA。所述压缩机单元包括第一压缩机K-1、第二压缩机K-2；所述预处理单元包括第一预处理单元 PR-1、第二预处理单元PR-2；所述膜分离单元为中空纤维膜组件、平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件，包括第一膜分离单元M-1、第二膜分离单元M-2、第三膜分离单元M-3，具体工艺如下：

首先，含氦原料气f-1与循环气f-10混合后经第一压缩机K-1升压后，进入第一预处理单元PR-1，经第一预处理单元PR-1去除液雾及粉尘，并将温度调节至40～100℃后的含氦气体f-2进入到第一膜分离单元M-1；

其次，根据不同气体在膜中渗透速率不同，含氦气体f-2经第一膜分离单元M-1分成两股物流：初步浓缩的富氦渗透气f-3和渗余气f-4；所述初步浓缩的富氦渗透气f-3(优先透过膜分离单元的气体)经第二压缩机K-2升压后，进入第二预处理单元PR-2，经第二预处理单元PR-2去除液雾及粉尘，并将温度调节至40～100℃后，进入到第二膜分离单元M-2；所述第一膜分离单元M-1的渗余气f-4进入到第三膜分离单元M-3入口；

再次，根据不同气体在膜中渗透速率不同，第二膜分离单元M-2将流股f-5分成两股物流：渗余气f-6和再次浓缩的富氦渗透气f-7；再次浓缩的富氦渗透气f-7一部分作为中等氦气浓度产品气去外界，一部分进入到吸附单元PSA进一步提浓生产A级以上氦气，第二膜分离单元M-2的渗余气f-6和第一膜分离单元M-1渗余气f-4混合后进入第三膜分离单元M-3；