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。这种装置的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。
1.一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(1)和超低温吸附器(4),其特征是:它还包括盘管式三流换热器(5),所述超低温吸附器(4)和盘管式三流换热器(5)设置在真空绝热杜瓦瓶(1)中,盘管式三流换热器(5)位于超低温吸附器(4)的上部;所述盘管式三流换热器(5)采用盘管式结构并设置在盘管罩(7)内,盘管的芯管(5a)外设有套管(5b),在套管(5b)与芯管(5a)之间设有夹层空腔,盘管上端的夹层空腔连接原料入口管(a),芯管(5a)连接产品出口管(b),盘管下端的夹层空腔经连接管(6)和预冷盘管(6a)连接低温吸附器(4)的下端进口,芯管(5a)连接低温吸附器(4)的上端出口,所述盘管罩(7)上端连接放空管(d),下端采用开放结构,一个液氮进出口管(c)从真空绝热杜瓦瓶(1)的顶部插到真空绝热杜瓦瓶(1)的底部。
2.根据权利要求1所述的采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置,其特征是:所述超低温吸附器(4)的外部设有吸附再生用电加热器(3)。
3.根据权利要求1所述的采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置,其特征是:所述超低温吸附器(4)和预冷盘管(6a)浸泡在液氮(2)中。
4.根据权利要求1所述的采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置,其特征是:所述超低温吸附器(4)中填充活性炭。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。xa0这种方法是把氢气冷却到液氮温度(-196°C),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
图1、2示出了一体式低温吸附生产超纯氢装置的结构图。图中,采用一体式低温吸附法生产超纯氢装置包括真空绝热杜瓦瓶1、超低温吸附器4和盘管式三流换热器5,超低温吸附器4和盘管式三流换热器5设置在真空绝热杜瓦瓶1中,盘管式三流换热器5位于超低温吸附器4的上部。盘管式三流换热器5采用盘管式结构并设置在盘管罩7内,盘管的芯管5a外设有套管5b,在套管5b与芯管5a之间设有夹层空腔,盘管上端的夹层空腔连接原料入口管a,芯管5a连接产品出口管b,盘管下端的夹层空腔经连接管6和预冷盘管6a连接低温吸附器4的下端进口,芯管5a连接低温吸附器4的上端出口。超低温吸附器4的外部设有吸附再生用电加热器3。盘管罩7上端连接放空管d,下端采用开放结构,一个液氮进出口管c从真空绝热杜瓦瓶1的顶部插到真空绝热杜瓦瓶1的底部。超低温吸附器4和预冷盘管6a浸泡在液氮2中。该装置使用时,原料氢气从装置上面的原料气入口管a进入本装置,经过盘管式三流换热器5的盘管夹层空腔,与蒸发的低温氮气和芯管5a中的产品气进行换热预冷,再通过连接管6和预冷盘管6a冷却到液氮温度(-196°C),然后进入装有改性活性炭吸附剂的超低温吸附器4中脱除杂质,纯化后的超纯氢气进入装置上部的盘管三流换热器5的芯管5a进行冷量回收,最后从装置上面的产品气出口管b出来,送使用点使用或直接充装钢瓶。液氮则是从装置上部的液氮进出口管c进到装置中,换热蒸发出来的低温氮气从盘管式三流换热器5的盘管间隙中穿过并换热,最后从装置上部的放空管d排出。本装置可以根据需要,设计在不同的压力下操作,常温的原料氢气进入装置,经过这样的一个过程,出装置后是稍低于原料气温度(一般低5~10°C)的超纯氢气产品。吸附剂吸附饱和后,再用电加热器加热再生,间歇操作。从上可见,本发明把超低温吸附生产超纯氢的几个操作单元组装放在一个绝热容器中,使其结构紧凑,占地面积小,冷损少,操作简单。