一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置及方法

技术领域

本发明涉及氦气提取技术领域，特别是涉及一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置及方法。

背景技术

氦气常温下是一种极轻的无色、无臭、无味的单原子气体，是所有气体中最难液化的，是不能在标准大气压下固化的物质。氦气用途广，可作为火箭液体燃料的压送剂和增压剂，冶炼及焊接时的保护气体，液体氦可获得接近绝对温度(-273℃)的低温，用于制造超导设备等。

工业用氦尾气中的氦纯度一般可以达到30％～70％不等，近些年，随着国际市场对氦资源的控制，国内工业行业对产品成本的控制，富氦尾气的回收纯化工艺呼之欲出。

太阳能光热发电是指利用大规模阵列抛物或碟形镜面收集太阳热能，通过换热装置提供蒸汽，结合传统汽轮发电机的工艺，从而达到发电的目的。线性菲涅尔光热发电系统工作原理类似槽式光热发电，只是采用菲涅尔结构的聚光镜来替代抛面镜。这使得它的成本相对来说低廉，建设和维护成本低。目前，将菲涅尔光热发电与含氦尾气提纯联合使用的工艺未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置及方法，将光热发电与含氦尾气提纯联合，菲涅尔式光热发电建设和维护成本低，产生的电用于含氦尾气中氦气的提纯。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置，包括发电单元和提纯单元，所述发电单元的集热管与所述提纯单元的混合气储罐通过第一空压机连通，所述集热管两端分别与高温储罐和低温储罐连通，所述高温储罐与通过蒸汽发生器与所述低温储罐连通，所述蒸汽发生器通过蒸汽轮机和冷凝器连通，所述提纯单元的真空泵经压缩机至第一过滤器，所述第一过滤器通过催化罐与吸附罐连通，所述吸附罐通过储罐与第二压缩机连通，所述第二压缩机连通的深冷塔分别与氦气储罐和混合气储罐连通。

优选的，所述吸附罐分为吸附罐一和吸附罐二，所述吸附罐一和所述吸附罐二内均由下至上依次放置有干燥剂和碳纳米管。

优选的，所述混合气和所述混合气储罐之间的管道与所述吸附罐连通，所述混合气储罐通过所述管道和截止阀与所述集热管连通。

优选的，所述集热管两端分别与进料管和出料管连通，所述出料管与所述高温储罐连通，所述进料管与所述低温储罐连通，所述第一空压机与所述集热管靠近所述出料管的一端连通。

优选的，所述进料管和所述出料管之间通过辅热设备连通。

一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的方法：S1、将低温储罐内的熔融盐输送至集热管加热，加热后的熔融盐经高温储罐至蒸汽发生器；

S2、将S1中蒸汽发生器产生的蒸汽输送至蒸汽轮机，带动发电机发电，将电输送至提纯单元，带动提纯单元工作；

S3、含氦尾气经真空泵抽取至压缩机压缩，压缩后的含氦尾气至第一过滤器过滤杂质；

S4、将S3中过滤后的含氦尾气输送至催化罐催化CO，再将催化后的含氦尾气输送至吸附罐吸附；

S5、将S4中吸附后的含氦尾气经第二压缩机压缩后输送至深冷塔分离，得到高纯氦气；

S6、将S5中得到的混合气经管道输送至出料管一侧，夜间使用第一空压机将集热管内的熔融盐吹入进料管内。

因此，本发明采用上述结构的一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置及方法，其有益效果为：

1、使用菲涅尔光热发电，建设和维护成本低，可持续为提纯单元供电；

2、提纯单元的混合气用于不加热时将集热管内的熔融盐吹走，对集热管进行保护，延长发电单元的使用寿命；

3、提纯单元得到高纯氦气，提高对含氦尾气的利用率，同时，减少对环境的危害。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置发电单元工艺流程图；

图2是本发明一种基于光热发电的深冷提取高纯氦气的装置提纯单元工艺流程图。

附图标记

1、集热管；2、混合气储罐；3、第一空压机；4、高温储罐；5、低温储罐；6、蒸汽发生器；7、蒸汽轮机；8、冷凝器；9、真空泵；10、压缩机；11、第一过滤器；12、催化罐；13、吸附罐一；14、吸附罐二；15、第二压缩机；16、深冷塔；17、氦气储罐；18、储罐；19、进料管；20、出料管；21、辅热设备；22、发电机。

具体实施方式

以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

实施例1

包括发电单元和提纯单元，发电单元的集热管1与提纯单元的混合气储罐2通过第一空压机3连通。集热管1两端分别与高温储罐4和低温储罐5连通，高温储罐4与通过蒸汽发生器6与低温储罐5连通，蒸汽发生器6通过蒸汽轮机7和冷凝器8连通。提纯单元的真空泵9经压缩机10至第一过滤器11，第一过滤器11通过催化罐12与吸附罐连通。吸附罐通过储罐18与第二压缩机15连通，第二压缩机15连通的深冷塔16分别与氦气储罐17和混合气储罐2连通。

发电单元发电供提纯单元工作，提纯单元提取含氦尾气中的氦气，剩余混合气用于发电单元集热管1中熔融盐的收集。第一过滤器11将含氦尾气中的小颗粒灰尘等杂质过滤收集，催化罐12将CO催化成CO

吸附罐分为吸附罐一13和吸附罐二14，吸附罐一13和吸附罐二14内均由下至上依次放置有干燥剂和碳纳米管。吸附罐一13和吸附罐二14并联使用，便于对催化后的含氦尾气进行快速高效的吸附处理。干燥剂将催化后含氦尾气中的水分吸附，碳纳米管用于对CO

混合气和混合气储罐2之间的管道与吸附罐连通，提高含氦尾气中氦气的提取率。混合气储罐2通过管道和截止阀与集热管1连通，截止阀用于控制混合气的使用。

集热管1两端分别与进料管19和出料管20连通，出料管20与高温储罐4连通，进料管19与低温储罐5连通，第一空压机3与集热管1靠近出料管20的一端连通。第一空压机3用于将混合气加压后吹入集热管1，夜间或者不加热时将集热管1内的熔融盐吹入进料管19内，避免熔融盐在集热管1内凝固。

进料管19和出料管20之间通过辅热设备21连通，辅热设备21夜间可开启，用于发电机22夜间发电。

实施例2

S1、将低温储罐内的熔融盐输送至集热管加热，加热后的熔融盐经高温储罐至蒸汽发生器。

S2、将S1中蒸汽发生器产生的蒸汽输送至蒸汽轮机，带动发电机发电，将电输送至提纯单元，带动提纯单元工作。

S3、含氦尾气经真空泵抽取至压缩机压缩，压缩后的含氦尾气至第一过滤器过滤杂质。

S4、将S3中过滤后的含氦尾气输送至催化罐催化CO，再将催化后的含氦尾气输送至吸附罐吸附。

S5、将S4中吸附后的含氦尾气经第二压缩机压缩后输送至深冷塔分离，得到高纯氦气。

S6、将S5中得到的混合气经管道输送至出料管一侧，夜间使用第一空压机将集热管内的熔融盐吹入进料管内。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。