技术摘要：
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  全部
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。
技术实现要素：
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 3 CN 111715028 A 说　明　书 2/3 页 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； 最后，混合后的流股f-9经第三膜分离单元M-3分为两股物流：渗透气f-10和渗余 气f-11；所述渗透气f-10返回到第一压缩机K-1入口循环利用，渗余气f-11与吸附单元解析 气f-8混合排出界区。 进一步，所述的中空纤维膜组件、平板膜组件、管式膜组件或卷式膜组件为有机 膜、无机膜或有机-无机杂化膜。 进一步，所述膜材料为聚酰亚胺等玻璃态聚合物、聚二甲基硅氧烷等橡胶态聚合 物或分子筛等无机制膜材料。 进一步，所述的预处理单元为分液器、换热器、精密过滤器和除雾器等。 本发明的有益效果：本发明提供了一种产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工 艺，利用膜分离单元和吸附单元对含氦气体进行逐级提浓，实现膜分离工艺和吸附工艺优 势互补，使其在各自工艺适宜的条件下操作，进而降低氦气生产成本。与此同时，二次提浓 后的第二膜分离单元M-2的渗透气可作为家用电器制冷、低温超导等领域所需氦气产品，同 时将部分第二膜分离单元M-2的渗透气再经吸附单元进行精制生产A级以上氦气产品，从而 实现氦气产品多元化满足各应用领域对不同浓度氦气产品的需求。在耦合工艺优化过程中 通过对第二膜分离单元M-2和第一膜分离单元M-1的贫氦渗余气进一步通过第三膜分离单 元M-3提浓，并实现第三膜分离单元M-3的渗透气循环利用，极大程度提高了氦气的回收率。 以含氦4.95vol％的低浓度含氦尾气为例，采用本发明提供的氦气回收工艺，可使第二膜分 离单元M-2渗透侧的氦气产品浓度达到85vol％以上，吸附精制单元的富氦气产品纯度达到 A级以上，氦回收率达到99％以上。 附图说明 图1是产品多元化的氦气高收率分离提纯耦合工艺的原则流程。 图中：K-1第一压缩机，K-2第二压缩机，PR-1第一预处理单元，PR-2第二预处理单 元，M-1第一膜分离单元，M-2第二膜分离单元，M-3第三膜分离单元，PSA吸附单元。