СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СВЕРХЧИСТОГО СЖАТОГО ГЕЛИЯ В БАЛЛОНАХ
METHOD FOR PRODUCTION OF ULTRAPURE COMPRESSED HELIUM IN CYLINDERS

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу получения сверхчистого сжатого гелия в баллонах, основанного на очистке гелия в процессе его ожижения, частичного его отбора после очистки, подогрева и закачки компрессором в баллоны.
Аналогом заявленного изобретения является «Способ получения гелия». Для выделения гелия из гелийсодержащей, из гелий-, азот- и метансодержащей фракции, гелийсодержащую фракцию по меньшей мере частично конденсируют и разделяют на обогащенную гелием газовую фракцию и обедненную гелием жидкую фракцию. Затем обогащенную гелием газовую фракцию конденсируют до тех пор, пока концентрация гелия в результирующей газовой фракции не составит по меньшей мере 90%, предпочтительно по меньшей мере 95%, а в частности по меньшей мере 98%. Далее обедненную гелием жидкую фракцию расширяют, испаряют до тех пор, пока по меньшей мере 70%, предпочтительно по меньшей мере 85% содержащегося в ней гелия не окажется в газообразном состоянии, и разделяют на богатую гелием газовую фракцию и бедную гелием жидкую фракцию. После чего богатую гелием газовую фракцию подогревают и добавляют в гелийсодержащую фракцию. Изобретение позволяет увеличить выход гелия до 99,8% при экономии энергии сжатия, снизить затраты на выделение азота перед заключительным сжижением гелия (патент на изобретение РФ №2486131, дата публикации: 27.06.2013).
Другим близким техническим решением является патент на изобретение, «Способ производства чистого гелия». Создание способа производства чистого гелия чистотой 99,99 моль% или более из неочищенного гелия с чистотой 40-90 моль% с меньшими энергетическими затратами, упрощенной системой и экономичностью.
Решение
По данному способу, гелий чистотой 99.99 моль% производится из неочищенного гелия, чистотой 40-90 моль% путем пропускания через модуль разделительной мембраны, которая состоит из плотно объединенных стекловолоконных мембран, без использования устройства адсорбции при переменном давлении, а используя более простое устройство (патент JP 2003342009 (А) - 2003-12-03).
Недостатками указанных аналога и прототипа является то, что в результате технологического процесса не получается газообразный гелий чистотой 99,995% и выше до 99,99999%, а создание специальных систем очистки гелия до концентрации 99,9999% - 99,99999% существенно усложняет технологический процесс.
Технический результат заявленного изобретения заключается в устранении вышеуказанных недостатков: в получении очищенного от примесей гелия с концентрацией выше 99,99% и упрощении технологического процесса при его получении.
2
2
Достигаемый технический результат заявленного изобретения заключается в способе получения сверхчистого сжатого гелия в баллонах различного объема и давления, с концентрацией от 99,995 до 99,99999%, заключающийся в использовании ожижителя гелия с его основными составными частями: компрессором, блоком очистки гелия от масла, влаги, газообразных примесей, блоком теплообменников, детандерами, неоновым адсорбером. При этом часть очищенного газообразного гелия после блока очистки или неонового адсорбера, в которых гелий очищается от примесей воздуха и неона, в зависимости от требуемой чистоты, при давлении технологического процесса ожижения гелия 15-25 кгс/см, отбирается, подогревается до температуры 15°C-20°C и подается на всасывание мембранного компрессора, где сжимается до рабочего давления баллонов 150-400 кгс/см и закачивается в баллоны, при этом расходные характеристики мембранного компрессора должны быть согласованы с характеристиками ожижителя гелия.
Сущность изобретения поясняется схемой:
Фиг. 1 - подробная схема заявленного способа.
Способ получения сверхчистого сжатого гелия в баллонах различного объема и давления, с концентрацией от 99,995 до 99,99999%, который заключается в использовании ожижителя гелия с его основными составными частями: компрессором [1], блоком очистки гелия от масла, влаги, газообразных примесей [2], блоком теплообменников [3], детандером [4], неоновым адсорбером [5], трубопроводом слива жидкого гелия (6).
При этом часть очищенного газообразного гелия после блока очистки [2] или неонового адсорбера [5], в которых газообразный гелий очищается от масла, влаги, газообразных примесей и неона, в зависимости от требуемой чистоты, при давлении технологического процесса ожижения гелия, отбирается по линии [7] или [8], подогревается в нагревателе [9] до комнатной температуры и подается на всасывание мембранного компрессора [10], где затем сжимается до необходимого давления и закачивается в баллоны [11]. При этом расходные характеристики мембранного компрессора должны быть согласованы с характеристиками ожижителя гелия.
Отбираемый гелий после блока очистки соответствует чистоте 99,995%-99,999%, а отбираемый гелий после неонового адсорбера соответствует чистоте 99,9999%-99,99999%.
2
Для получения сжатого газообразного гелия в баллонах с концентрацией 99,995%-99,999 газообразный гелий с концентрацией 99,99% поступает на всасывание в компрессор [1], где сжимается до давления 15-25 кгс/см. Далее гелий поступает в блок очистки [2], где охлаждается и очищается от влаги, масла, газообразных примесей (кислород, аргон, азот, углекислота, водород). Очищенный гелий с концентрацией 99,995%-99,999 направляется по линии [7] в нагреватель [9], далее в компрессор [10] и закачиваться в баллоны [11].
2
Для получения газообразного сжатого гелия в баллонах с концентрацией 99,9999% - 99,99999% сжатый до давления 15-25 кгс/см в компрессоре [1], очищенный до 99,995% - 99,999% и охлажденный до температуры жидкого азота (77К) в блоке очистки [2] гелий поступает в блок теплообменников [3], где разделяется на две части. Одна часть - детандерный поток (примерно 70%) расширяется в детандере [4], совершая работу и охлаждаясь при этом. Вторая часть - дроссельный поток (примерно 30%) охлаждается обратным потоком, очищается от неона в неоновом адсорбере [5] и дросселируется в сборник жидкого гелия, частично сжижаясь. Часть гелия или весь гелий после неонового адсорбера с чистотой 99,9999% - 99,99999% по линии [8] направляется на нагреватель [9], далее в компрессор [10], где сжимается и закачивается в баллоны [11].
Таким образом, незначительное изменение технологической схемы ожижителя гелия с добавлением мембранного компрессора и нагревателя позволяет производить наряду с жидким гелием и гелий газообразный сверхчистый, что в свою очередь достигает поставленный технический результат заявленного изобретения: в получении очищенного от примесей гелия выше 99,99% и упрощении технологического процесса при его получении.
Анализ совокупности всех существенных признаков предложенного изобретения доказывает, что исключение хотя бы одного из них приводит к невозможности полного обеспечения достигаемого технического результата.
Анализ уровня техники показывает, что неизвестен такой способ, которому присущи признаки, идентичные всем существенным признакам данного технического решения, что свидетельствует о его неизвестности и, следовательно, новизне.
Вышеперечисленное доказывает также соответствие заявленного способа критериям изобретательского уровня.
При осуществлении изобретения действительно реализуется наличие предложенного объекта, что свидетельствует о промышленной применимости.