获取超纯氢气的方法和装置

技术领域

本发明涉及气体提纯技术领域，具体涉及一种提纯工业氢得到超纯氢气的方法和装置。

背景技术

超纯氢气广泛用于电子信息、半导体、LED、多晶硅光伏发电等领域。现常用的获取超纯氢气（6N）的方法有：（1）钯管扩散法；（2）变压吸附法；（3）超低温吸附法。钯管扩散法和变压吸附法要求前端氢气的压力高，且不易获得稳定大流量的超纯氢气；超低温吸附法运行压力低，虽易获取稳定大流量的超纯氢气，但吸附剂对杂质气体是选择性的吸附，难以完全去除杂质获得超纯氢气。

发明内容

本发明的目的是提供一种运行要求较低、提纯效果好、能够稳定获取大流量超纯氢气的方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种获取超纯氢气的方法，用于对工业氢进行提纯而得到超纯氢气，所述获取超纯氢气的方法为：滤除所述工业氢中的颗粒杂质而得到一级中间气体，常温吸附脱除所述一级中间气体中的二氧化碳和水而得到二级中间气体，液氮洗涤脱除所述二级中间气体中的一氧化碳和氩气而得到三级中间气体，低温吸附所述三级中间气体中的氮气和氧气而得到超纯氢气。

优选的，冷却所述一级中间气体后再进行常温吸附。

优选的，冷却所述二级中间气体后再进行液氮洗涤；复热所述超纯氢气，将复热后的所述超纯氢气作为产品送出；将液氮洗涤产生的污液氮复热后用作常温吸附和低温吸附的再生气。

优选的，复热后的所述污氮气再经加热后用作常温吸附和低温吸附的再生气。

优选的，利用液氮为所述低温吸附提供所需冷量。

本发明还提供一种运行要求较低、提纯效果好、能够稳定获取大流量超纯氢气的装置，其技术方案是：

一种获取超纯氢气的装置，用于对工业氢进行提纯而得到超纯氢气，所述获取超纯氢气的装置包括：

用于滤除所述工业氢中的颗粒杂质而得到一级中间气体的过滤器；

用于常温吸附脱除所述一级中间气体中的二氧化碳和水而得到二级中间气体的常温吸附系统；

用于液氮洗涤脱除所述二级中间气体中的一氧化碳和氩气而得到三级中间气体的液氮洗涤塔；

用于低温吸附所述三级中间气体中的氮气和氧气而得到超纯氢气的低温吸附系统。

优选的，所述获取超纯氢气的装置还包括用于冷却所述一级中间气体的冷却器。

优选的，所述获取超纯氢气的装置还包括用于冷却所述二级中间气体、复热所述超纯氢气、复热由所述液氮洗涤塔产生的污液氮使其成为接入所述常温吸附系统和所述低温吸附系统用作再生气的污氮气的换热器。

优选的，所述获取超纯氢气的装置还包括：

用于加热复热后的所述污氮气并将加热后的所述污氮气接入所述常温吸附系统作为再生气的第一加热器；

用于加热复热后的所述污氮气并将加热后的所述污氮气接入所述低温吸附系统作为再生气的第二加热器。

优选的，所述低温吸附系统接入为其提供所需冷量的液氮。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明工艺简单、成本较低、环保高效，其运行要求较低、提纯效果好，能够稳定获取大流量超纯氢气。

附图说明

附图1为本发明的获取超纯氢气的方法流程图。

附图2为本发明的获取超纯氢气的装置示意图。

以上附图中：1、过滤器；2、冷却器；3、常温吸附筒；4、第一电加热器；5、换热器；6、液氮洗涤塔；7、低温吸附筒；8、第二电加热器。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图1所示，一种用于对工业氢进行提纯而得到超纯氢气的获取超纯氢气的方法，其流程步骤依次为：过滤、冷却、常温吸附、冷却、液氮洗涤、低温吸附。具体流程如下：

首先，对作为原料的工业氢（粗氢）进行过滤，以滤除工业氢中的颗粒杂质（包括油、粉尘等），得到一级中间气体。冷却去除了颗粒杂质所得到的一级中间气体，然后常温吸附而脱除一级中间气体中的二氧化碳和水，得到二级中间气体。冷却二级中间气体后，液氮洗涤脱除二级中间气体中的一氧化碳和氩气，得到三级中间气体。最后低温吸附三级中间气体中的氮气和氧气而得到超纯氢气，复热该超纯氢气，将复热后的超纯氢气作为产品送出。

上述获取超纯氢气的方法中，将液氮洗涤产生的污液氮复热成为污氮气后用作常温吸附和低温吸附的再生气，复热后的污氮气还可以再经加热后用作常温吸附和低温吸附的再生气。利用液氮为低温吸附提供所需冷量。

实施例二：如附图2所示，一种用于对工业氢进行提纯而得到超纯氢气的获取超纯氢气的装置，主要包括过滤器1、常温吸附系统、液氮洗涤塔6、低温吸附系统，还包括冷却器2、换热器5、第一加热器、第二加热器。其中第一加热器、第二加热器均为电加热器，即第一电加热器4、第二电加热器8。

过滤器1用于滤除工业氢中的颗粒杂质（包括油、粉尘等）而得到一级中间气体，其进气口接入工业氢（粗氢），其出气口输出一级中间气体。

冷却器2的进气口与过滤器1的出气口相连接，冷却器2用于冷却一级中间气体，冷却后的一级中间气体由冷却器2的出气口输出。

常温吸附系统的进气口与冷却器2的出气口相连接，常温吸附系统采用分子筛吸附，用于常温吸附脱除一级中间气体中的二氧化碳和水，得到二级中间气体，二级中间气体由常温吸附系统的出气口输出。常温吸附系统包括两个交替进行吸附、再生的常温吸附筒3，常温吸附筒3的进气口、出气口分别为常温吸附系统的进气口、出气口。

液氮洗涤塔6用于液氮洗涤脱除二级中间气体中的一氧化碳和氩气，得到三级中间气体。常温吸附系统的出气口经换热器5后接入液氮洗涤塔6下部的进气口，液氮洗涤塔6还具有位于其上部的进液口、位于其顶部的出气口、位于其底部的出气口。液氮洗涤塔6的进液口输入液氮，在液氮洗涤塔6内进行液氮洗涤后，液氮成为污氮气并由底部的出气口输出，而二级中间气体则脱除了一氧化碳和氩气成为三级中间气体，并由顶部的出气口输出。

低温吸附系统的进气口与液氮洗涤塔6顶部的出气口相连接，低温吸附系统用于低温吸附三级中间气体中的氮气和氧气，得到超纯氢气（6N），并由低温吸附系统的出气口输出。低温吸附系统还接入为其提供所需冷量的液氮。低温吸附系统包括两个交替进行吸附、再生的低温吸附筒7，低温吸附筒7的进气口、出气口分别为低温吸附系统的进气口、出气口。低温吸附系统的出气口还连接至换热器5。

液氮洗涤塔6底部的出气口经换热器5后分为两路，分别连接至常温吸附系统的进气口和低温吸附系统的进气口，从而将污氮气复热后送至常温吸附系统、低温吸附系统中用作再生气。

第一电加热器4设置在换热器5和常温吸附系统的进气口之间，用于加热复热后的污氮气并将加热后的污氮气接入常温吸附系统作为再生气。第二电加热器8设置在换热器5和低温吸附系统的进气口之间，用于加热复热后的污氮气并将加热后的污氮气接入低温吸附系统作为再生气。常温吸附系统、低温吸附系统再生后产生的污氮气可以放空。

由此可知，上述方案中的换热器5用于冷却二级中间气体、复热超纯氢气、复热由液氮洗涤塔6产生的污液氮使其成为接入常温吸附系统和低温吸附系统用作再生气的污氮气。

利用上述装置，工业氢先经过过滤器1去除颗粒杂质，再经过冷却器2冷却后，进入常温吸附系统脱除二氧化碳和水等杂质，然后经换热器5冷却后进入液氮洗涤塔6，除去一氧化碳、氩气等杂质，最后进入低温吸附系统进行吸附，吸附后得到超纯氢气（6N）经换热器5复热后作为产品送出。

上述获取超纯氢气的方法和装置，能够用于生产大流量的、≥6N的超纯氢气，相比现有技术，具有工艺简单、成本较低、环保高效的特点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。