采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置制造方法
【專利摘要】一種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，屬于化工氣體純化【技術(shù)領(lǐng)域】。這種裝置的盤管式三流換熱器采用盤管式結(jié)構(gòu)并設(shè)置在盤管罩內(nèi)，在套管與芯管之間設(shè)有夾層空腔，盤管上端的夾層空腔連接原料入口管，芯管連接產(chǎn)品出口管，盤管下端的夾層空腔經(jīng)連接管和預(yù)冷盤管連接低溫吸附器的下端進(jìn)口，芯管連接低溫吸附器的上端出口，盤管罩上端連接放空管，一個(gè)液氮進(jìn)出口管從真空絕熱杜瓦瓶的頂部插到真空絕熱杜瓦瓶的底部。整個(gè)裝置都放在一個(gè)保溫性能極好的絕熱杜瓦瓶?jī)?nèi)，進(jìn)出裝置的氣體都接近常溫，能耗非常小，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，一般體積不超過(guò)半立方米，還可以根據(jù)工況，選擇任何壓力操作，氣體進(jìn)入后出來(lái)就是超純氫氣，操作簡(jiǎn)單。
【專利說(shuō)明】采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，屬于化工氣體純化【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國(guó)防工業(yè)和半導(dǎo)體、微電子等高科技產(chǎn)業(yè)向更高性能、更高集成度發(fā)展的要求,對(duì)很多在生產(chǎn)過(guò)程中使用氣體純度要求越來(lái)越高。氫氣的純度對(duì)生產(chǎn)出大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路、多晶硅太陽(yáng)能電池、性能優(yōu)異的光導(dǎo)纖維等產(chǎn)品缺陷的影響越來(lái)越大。所以對(duì)氫氣的純度提出地越來(lái)越高的要求，現(xiàn)在使用的氫氣純度已經(jīng)由4N、5N，上升到6N及以上。氫氣的純化方法也比較多:有變壓吸附、變溫吸附、吸氣劑吸放、催化轉(zhuǎn)化、重金屬化合還原、膜過(guò)濾等。各種純化方法不同，也有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，真正能夠達(dá)到6N以上，適用工業(yè)生產(chǎn)的方法當(dāng)屬超低溫吸附制取超純氫方法。這種方法是把氫氣冷卻到液氮溫度(_196°C )，使用專用吸附劑除掉氫氣中的所殘存雜質(zhì)，使其達(dá)到純化目的，使用這種方法生產(chǎn)出來(lái)的氫氣可以達(dá)到6N以上。由于這種方法是在超低溫的條件下進(jìn)行，所以對(duì)生產(chǎn)設(shè)備有著較高的要求，設(shè)備不好會(huì)造成能源浪費(fèi)，產(chǎn)品成本提高，設(shè)備和管道結(jié)霜流水等，也使生產(chǎn)環(huán)境變壞。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供一種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，該裝置應(yīng)把原料氣的預(yù)冷、氮?dú)獾恼舭l(fā)、低溫吸附、產(chǎn)品氣的冷量回收和吸附器的再生都集中在一起，生產(chǎn)滿足產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的超純氫氣。
[0004]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，它包括真空絕熱杜瓦瓶和超低溫吸附器，它還包括盤管式三流換熱器，所述超低溫吸附器和盤管式三流換熱器設(shè)置在真空絕熱杜瓦瓶中，盤管式三流換熱器位于超低溫吸附器的上部；所述盤管式三流換熱器采用盤管式結(jié)構(gòu)并設(shè)置在盤管罩內(nèi)，盤管的芯管外設(shè)有套管，在套管與芯管之間設(shè)有夾層空腔，盤管上端的夾層空腔連接原料入口管，芯管連接產(chǎn)品出口管，盤管下端的夾層空腔經(jīng)連接管和預(yù)冷盤管連接低溫吸附器的下端進(jìn)口，芯管連接低溫吸附器的上端出口，所述盤管罩上端連接放空管，下端采用開放式結(jié)構(gòu)，一個(gè)液氮進(jìn)出口管從真空絕熱杜瓦瓶的頂部插到真空絕熱杜瓦瓶的底部。
[0005]所述超低溫吸附器的外部設(shè)有吸附再生用電加熱器。
[0006]所述超低溫吸附器和預(yù)冷盤管浸泡在液氮中。
[0007]所述超低溫吸附器中填充活性炭。
[0008]采用上述的技術(shù)方案，盤管式三流換熱器采用多層排列，放在裝置內(nèi)的上部，用于原料氣預(yù)冷和排空氮 氣、純化后產(chǎn)品氣的冷量回收。超低溫吸附器放在裝置內(nèi)的下部，浸在液氮中，內(nèi)裝改性活性炭吸附劑，用來(lái)去除氣體中的雜質(zhì)。吸附再生用電加熱器安放在超低溫吸附器上，用于再生時(shí)加熱改性活性炭吸附劑。真空絕熱杜瓦瓶是整套裝置的外容器，所有設(shè)備都裝在其中，起保冷絕熱作用減少能量損耗。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:這種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置的超低溫吸附器和盤管式三流換熱器設(shè)置在真空絕熱杜瓦瓶中，盤管式三流換熱器采用盤管式結(jié)構(gòu)并設(shè)置在盤管罩內(nèi)，在套管與芯管之間設(shè)有夾層空腔，盤管上端的夾層空腔連接原料入口管，芯管連接產(chǎn)品出口管，盤管下端的夾層空腔經(jīng)連接管和預(yù)冷盤管連接低溫吸附器的下端進(jìn)口，芯管連接低溫吸附器的上端出口，盤管罩上端連接放空管，一個(gè)液氮進(jìn)出口管從真空絕熱杜瓦瓶的頂部插到真空絕熱杜瓦瓶的底部。整個(gè)裝置都放在一個(gè)保溫性能極好的絕熱杜瓦瓶?jī)?nèi)，進(jìn)出裝置的氣體都接近常溫，能耗非常小，而且結(jié)構(gòu)緊湊，體積小巧，一般體積不超過(guò)半立方米，還可以根據(jù)工況，選擇任何壓力操作，氣體進(jìn)入后出來(lái)就是超純氫氣，操作簡(jiǎn)單。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1為一體式低溫吸附生產(chǎn)超純氫裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0011]圖2為圖1中的A放大圖。
[0012]圖中:1、真空絕熱杜瓦瓶，2、液氮，3、吸附再生用電加熱器，4、超低溫吸附器，5、盤管式三流換熱器，5a、芯管，5b、套管，6、連接管，6a、預(yù)冷盤管，7、盤管罩，a、原料入口管，b、產(chǎn)品出口管，C、液氮進(jìn)出口管，d、放空管。
【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1、2示出了一體式低溫吸附生產(chǎn)超純氫裝置的結(jié)構(gòu)圖。圖中，采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置包括真空絕熱杜瓦瓶1、超低溫吸附器4和盤管式三流換熱器5，超低溫吸附器4和盤管式三流換熱器5設(shè)置在真空絕熱杜瓦瓶I中，盤管式三流換熱器5位于超低溫吸附器4的上部。盤管式三流換熱器5采用盤管式結(jié)構(gòu)并設(shè)置在盤管罩7內(nèi)，盤管的芯管5a外設(shè)有套管5b，在套管5b與芯管5a之間設(shè)有夾層空腔，盤管上端的夾層空腔連接原料入口管a，芯管5a連接產(chǎn)品出口管b，盤管下端的夾層空腔經(jīng)連接管6和預(yù)冷盤管6a連接低溫吸附器4的下端進(jìn)口，芯管5a連接低溫吸附器4的上端出口。超低溫吸附器4的外部設(shè)有吸附再生用電加熱器3。盤管罩7上端連接放空管d，下端采用開放結(jié)構(gòu)，一個(gè)液氮進(jìn)出口管c從真空絕熱杜瓦瓶I的頂部插到真空絕熱杜瓦瓶I的底部。超低溫吸附器4和預(yù)冷盤管6a浸泡在液氮2中。
[0014]該裝置使用時(shí)，原料氫氣從裝置上面的原料氣入口管a進(jìn)入本裝置，經(jīng)過(guò)盤管式三流換熱器5的盤管夾層空腔，與蒸發(fā)的低溫氮?dú)夂托竟?a中的產(chǎn)品氣進(jìn)行換熱預(yù)冷，再通過(guò)連接管6和預(yù)冷盤管6a冷卻到液氮溫度(_196°C )，然后進(jìn)入裝有改性活性炭吸附劑的超低溫吸附器4中脫除雜質(zhì)，純化后的超純氫氣進(jìn)入裝置上部的盤管三流換熱器5的芯管5a進(jìn)行冷量回收，最后從裝置上面的產(chǎn)品氣出口管b出來(lái)，送使用點(diǎn)使用或直接充裝鋼瓶。液氮?jiǎng)t是從裝置上部的液氮進(jìn)出口管c進(jìn)到裝置中，換熱蒸發(fā)出來(lái)的低溫氮?dú)鈴谋P管式三流換熱器5的盤管間隙中穿過(guò)并換熱，最后從裝置上部的放空管d排出。
[0015]本裝置可以根據(jù)需要，設(shè)計(jì)在不同的壓力下操作，常溫的原料氫氣進(jìn)入裝置，經(jīng)過(guò)這樣的一個(gè)過(guò)程，出裝置后是稍 低于原料氣溫度(一般低5~10°C)的超純氫氣產(chǎn)品。吸附劑吸附飽和后，再用電加熱器加熱再生，間歇操作。[0016]從上可見，本發(fā)明把超低溫吸附生產(chǎn)超純氫的幾個(gè)操作單元組裝放在一個(gè)絕熱容器中，使其結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，冷損少，操作簡(jiǎn)單。
【權(quán)利要求】
1.一種采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，它包括真空絕熱杜瓦瓶(I)和超低溫吸附器(4)，其特征是:它還包括盤管式三流換熱器(5)，所述超低溫吸附器(4)和盤管式三流換熱器(5 )設(shè)置在真空絕熱杜瓦瓶(I)中，盤管式三流換熱器(5 )位于超低溫吸附器(4 )的上部；所述盤管式三流換熱器(5)采用盤管式結(jié)構(gòu)并設(shè)置在盤管罩(7)內(nèi)，盤管的芯管(5a)外設(shè)有套管(5b)，在套管(5b)與芯管(5a)之間設(shè)有夾層空腔，盤管上端的夾層空腔連接原料入口管(a)，芯管(5a)連接產(chǎn)品出口管(b)，盤管下端的夾層空腔經(jīng)連接管(6)和預(yù)冷盤管(6a)連接低溫吸附器(4)的下端進(jìn)口，芯管(5a)連接低溫吸附器(4)的上端出口，所述盤管罩(7)上端連接放空管(d)，下端采用開放結(jié)構(gòu)，一個(gè)液氮進(jìn)出口管(c)從真空絕熱杜瓦瓶(I)的頂部插到真空絕熱杜瓦瓶(I)的底部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，其特征是:所述超低溫吸附器(4)的外部設(shè)有吸附再生用電加熱器(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，其特征是:所述超低溫吸附器(4 )和預(yù)冷盤管(6a)浸泡在液氮(2 )中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采用一體式低溫吸附法生產(chǎn)超純氫裝置，其特征是:所述超低溫吸附器(4)中填充活性炭?！?br> 【文檔編號(hào)】C01B3/56GK103848398SQ201410083980
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月10日
【發(fā)明者】董濤, 李麗, 石金英, 任少科, 辛姿姝, 姜濤, 范正林 申請(qǐng)人:中昊光明化工研究設(shè)計(jì)院有限公司