CN119911885A - 一种用于提取氦气的系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开一种用于提取氦气的系统，包括预处理模块，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；膜分离模块，用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；至少一组吸附模块；吸附模块包括并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱；第一吸附柱和第二吸附柱被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。本申请提供的系统，通过使用预处理模块、膜分离模块和吸附模块对从外界接收的待处理混合气体进行分离、吸附等，最终生成高纯度氦气，全程无相变，能耗低、效率高，不会引入其他气体杂质，生成的氦气纯度可达5N以上，安全可靠。

Description

一种用于提取氦气的系统

技术领域

本申请涉及气体提纯技术领域，更具体地，本申请涉及一种用于提取氦气的系统。

背景技术

氦气是一种常温下无色无味的稀有气体，其化学性质稳定，具有沸点极低、分子尺寸极小、水中溶解度极小、电离能极高以及高比热、高导热性等特点，广泛用于高科技产品制造、航空航天、国防军工和医疗等领域。然而氦气在地球上十分稀缺，分布广泛但极不均匀，我国是非常贫氦的国家，氦资源分布分散且品位低，天然气中含氦量较低，95％以上的氦需要进口，对外依存度极高，探索面向低浓度的低成本提氦技术至关重要。

现有的提氦技术主要包括深冷法、吸附分离、膜分离和集成提氦四种。深冷法是最主流方法，但在氦含量较低时存在能耗大、经济性较差的问题。此外由于氢气分子尺寸与氦气相近，膜分离和物理吸附的方法往往难以除去该杂质，目前采用较多的方法是采用催化脱氢装置，但会引入氧气杂质，氧气的存在还有可能在后续的处理中引发爆炸的安全问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于提取氦气的系统，以解决上述技术问题中的至少一个。

为了达到上述目的中至少一个，本申请采用下述技术方案：

本申请提供一种用于提取氦气的系统，包括多个处理模块；

多个处理模块包括

预处理模块，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；

膜分离模块，用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；

至少一组吸附模块；

所述吸附模块包括

并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱；

所述第一吸附柱和第二吸附柱被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。

可选地，所述吸附模块具有串联设置的两组，分别为第一吸附模块和第二吸附模块；

所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述膜分离模块连通，用以交替接收所述膜分离模块输出的混合气体，生成氢氦混合气体；

所述第二吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述第一吸附模块连通，用以交替接收所述氢氦混合气体，并吸附所述氢氦混合气体中的氢气，生成高纯度氦气。

可选地，所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱均为MOFs吸附柱；

所述第二吸附模块中的所述第一吸附柱和第二吸附柱均为储氢合金吸附柱。

可选地，所述吸附模块还包括：分别与所述第一吸附柱的一端和第二吸附柱的一端连通的第一充气管路和第二充气管路，所述第一充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱，所述第二充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱；

分别与所述第一吸附柱的另一端和第二吸附柱的另一端连通的第一出气管路和第二出气管路；

当所述第一充气管路将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱时，所述第一吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路输出至外界；

当所述第二充气管路将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱时，所述第二吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第二出气管路输出至外界。

可选地，所述第一吸附柱两端分别设置有第一开关，所述第二吸附柱两端分别设置有第二开关；

所述第一充气管路包括第一出口，所述第一出口位于两个中的一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

所述第二充气管路包括第二出口，所述第二出口位于两个中的一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通；

所述第一出气管路包括第一进口，所述第一进口位于两个中的另一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

所述第二出气管路包括第二进口，所述第二进口位于两个中的另一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通。

可选地，所述第一充气管路和第一出气管路上分别设置有第三开关，所述第二充气管路和第二出气管路上分别设置有第四开关；

当所述第一吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于打开状态，所述第二开关和第三开关处于闭合状态；

当所述第二吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于闭合状态，所述第二开关和第三开关处于打开状态。

可选地，所述膜分离模块包括

与所述预处理模块连通的且用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体的至少一个一级膜分离器；

通过压缩机与所述一级膜分离器连通的且用以接收一级膜分离器输出的混合气体的二级膜分离器；

所述吸附模块与所述二级膜分离器连通，并接收二级膜分离器输出的混合气体。

可选地，所述二级膜分离器输出的尾气通过循环管路再次输入至所述一级膜分离器。

可选地，所述预处理模块与所述膜分离模块之间设置有预热器。

可选地，所述第一吸附柱、第二吸附柱的侧壁上分别设置有加热带。

本申请的有益效果如下：

针对目前现有技术中存在的问题，本申请提供一种用于提取氦气的系统，多个处理模块的设置可以依次将系统从外界接收的待处理混合气体进行提纯，最终生成高纯度氦气。具体的，通过预处理模块可以将从外界接收的待处理混合气体脱除酸性、脱硫、脱汞、除雾和干燥，并将生成的混合气体传输至膜分离模块，膜分离模块可以去除来自预处理模块输出的混合气体中的大部分气体杂质，例如其中的CO₂、CH₄和N₂，经过膜分离模块去除大部分气体杂质之后，膜分离模块输出的混合气体中氦气的体积分数可达85％～90％，再经过吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱吸附该混合气体中的其他气体杂质，最终形成高纯度氦气。第一吸附柱和第二吸附柱的交替使用，可以使吸附模块始终处于工作状态，工作效率高，不会出现只有一个吸附柱的时，当该吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态需要吸附模块停止工作对其进行清理的情况。在吸附模块使用过程中，当第一吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第二吸附柱进行吸附，第一吸附柱此时可以进行清理，当第二吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第一吸附柱进行吸附，第二吸附柱此时可以进行清理；本申请提供的系统，通过使用预处理模块、膜分离模块和吸附模块对从外界接收的待处理混合气体进行分离、吸附等，最终生成高纯度氦气，全程无相变，能耗低、效率高，不会引入其他气体杂质，生成的氦气纯度可达5N以上，安全可靠。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本申请的一个实施例中的用于提取氦气的系统的整体结构示意图。

具体实施方式

在下述的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或者多个实施方式的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施方式。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

还需要说明的是，在本申请的描述中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为解决现有技术中存在的问题，本申请的一个实施例提供一种用于提取氦气的系统，如图1所示，包括多个处理模块；多个处理模块包括预处理模块1，预处理模块1可以为过滤器，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；本申请中，待处理混合气体以天然气为例进行说明；膜分离模块，用以接收经过预处理模块1预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；还包括至少一组吸附模块；所述吸附模块包括并联设置的第一吸附柱51和第二吸附柱52；所述第一吸附柱51和第二吸附柱52被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。这里的上一个处理模块指的是与具有第一吸附柱51和第二吸附柱52的吸附模块相邻的处理模块，且该处理模块能将输出的混合气体传输至与其相邻的吸附模块中；例如，如果吸附模块具有两个，分别为第一吸附模块和第二吸附模块，膜分离模块输出的混合气体传输至第一吸附模块中，这里的膜分离模块就相当于第一吸附模块的上一个处理模块；第一吸附模块输出的混合气体传输至第二吸附模块中，这里的第一吸附模块就相当于第二吸附模块的上一个处理模块。

本申请的上述实施例中，多个处理模块的设置可以依次将系统从外界接收的待处理混合气体进行提纯，最终生成高纯度氦气。具体的，通过预处理模块1可以将从外界接收的待处理混合气体脱除酸性、脱硫、脱汞、除雾和干燥，并将生成的混合气体传输至膜分离模块，膜分离模块可以去除来自预处理模块1输出的混合气体中的大部分气体杂质，例如其中的CO₂、CH₄和N₂，经过膜分离模块去除大部分气体杂质之后，膜分离模块输出的混合气体中氦气的体积分数可达85％～90％，再经过吸附模块中的第一吸附柱51和第二吸附柱52吸附该混合气体中的其他气体杂质，最终形成高纯度氦气。第一吸附柱51和第二吸附柱52的交替使用，可以使吸附模块始终处于工作状态，工作效率高，不会出现只有一个吸附柱的时，当吸附柱吸附的气体杂质到达饱和状态需要吸附模块停止工作对其进行清理的情况。在吸附模块使用过程中，当第一吸附柱51吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第二吸附柱52进行吸附，第一吸附柱51此时可以进行清理，当第二吸附柱52吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第一吸附柱51进行吸附，第二吸附柱52此时可以进行清理；本申请提供的系统，通过使用预处理模块1、膜分离模块和吸附模块对从外界接收的待处理混合气体进行分离、吸附等，最终生成高纯度氦气，全程无相变，能耗低、效率高，不会引入其他气体杂质，生成的氦气纯度可达5N以上，安全可靠。

在一具体实施例中，所述膜分离模块包括与所述预处理模块1连通的且用以接收经过预处理模块1预处理后的混合气体的至少一个一级膜分离器21；通过压缩机7与所述一级膜分离器21连通的且用以接收一级膜分离器21输出的混合气体的二级膜分离器22；所述吸附模块与所述二级膜分离器22连通，并接收二级膜分离器22输出的混合气体。一级膜分离器21和二级膜分离器22中的可以添加聚酰亚胺(PI)、聚苯并咪唑(PBI)、自具微孔聚合物(PIMs)和碳分子筛膜(CMS)等，可以多种材料组合。

预处理模块1对从外界接收的待处理混合气体脱除酸性、脱硫、脱汞、除雾和干燥后，将生成的混合气体传输至膜分离模块的一级膜分离器21，这里，一级膜分离器21具有多个时，多个一级膜分离器21依次串联设置，一级膜分离器21的数量优选为三个，根据实际情况进行设定；一级膜分离器21对接收的来自预处理模块1的混合气体进行分离，主要去除大部分气体杂质，该气体杂质的主要成分为CH₄、N₂、O₂以及其他各种烃类气体，等，去除之后，剩余混合气体的压强会大大降低，为了提高分离效果，在进入二级膜分离器22之前，需要通过压缩机7将从一级膜分离器21输出的混合气体进行压缩，压缩至与一级膜分离器21接收的混合气体的压强相近，一般压缩至1.8Mpa至2.2Mpa，压缩之后的混合气体再进入二级膜分离器22，二级膜分离器22对该混合气体进一步进行分离，再去除部分气体杂质，该气体杂质的主要成分为CO₂、同时也包括CH₄和N₂，此时二级膜分离器22输出的混合气体中氦气的体积分数可达到85％～90％，二级膜分离器22再将输出的混合气体传输至吸附模块中。

在实际应用中，一级膜分离器21和二级膜分离器22均会产生尾气，由于一级膜分离器21产生的尾气中氦气的含量极低，可以忽略不计，因此可以通过排气管92直接排出至收集装置中，所述二级膜分离器22输出的尾气通过循环管路91再次输入至所述一级膜分离器21的入口，对该尾气继续进行分离，提高了氦气的回收率。需要说明的是，二级膜分离器22输出的尾气压强如果与一级膜分离器21接收的混合气体的压强相近则不需要压缩机7进行压缩，如果压强小到进入一级膜分离器21后影响一级膜分离器21的分离效率，则需要使用压缩机压缩后在进入一级膜分离器21。

在一具体实施例中，所述预处理模块1与所述膜分离模块之间设置有预热器8，具体的，预处理模块1与所述一级膜分离器21之间设置有预热器8。为了提高进入一级膜分离器21中的混合气体的分离效果，该混合气体需要到达一定温度，通常为30～40℃；因此，当外界环境温度低于30℃时，开启预热器8，通过预热器8对预处理模块1输出的混合气体加热，再进入一级膜分离器21中。

在一具体实施例中，所述吸附模块具有串联设置的两组，分别为第一吸附模块3和第二吸附模块4；所述第一吸附模块3中的第一吸附柱51和第二吸附柱52分别与所述膜分离模块连通，用以交替接收所述膜分离模块输出的混合气体，即用以交替接收所述二级膜分离器22输出的混合气体，通过第一吸附模块3吸收该混合气体中剩余的气体杂质，生成氢氦混合气体；所述第二吸附模块4中的第一吸附柱51和第二吸附柱52分别与所述第一吸附模块3连通，用以交替接收所述氢氦混合气体，并吸附所述氢氦混合气体中的氢气，生成高纯度氦气。该实施例中，通过第一吸附模块3可以吸收体积分数为85％～90％的混合气体中剩余的气体杂质，生成氢氦混合气体，这里的气体杂质例如为O₂、CH₄、CO、CO₂、N₂；通过第二吸附模块4吸附氢氦混合气体中的氢气，最终形成高纯度氦气。

在一具体实施例中，所述吸附模块还包括：分别与所述第一吸附柱51的一端和第二吸附柱52的一端连通的第一充气管路53和第二充气管路54，所述第一充气管路53用以将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱51，所述第二充气管路54用以将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱52；分别与所述第一吸附柱51的另一端和第二吸附柱52的另一端连通的第一出气管路55和第二出气管路56；当所述第一充气管路53将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱51时，所述第一吸附柱51中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路55输出至外界；当所述第二充气管路54将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱52时，所述第二吸附柱52中吸收的气体杂质通过所述第二出气管路56输出至外界。第一充气管路53、第二充气管路54、第一出气管路55和第二出气管路56的设置，实现了第一吸附柱51和第二吸附柱52交替接收所述膜分离模块输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质。

当第一吸附柱51吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第二吸附柱52进行吸附，此时通过第一充气管路53向第一吸附柱51内充入高纯度氦气，以将第一吸附柱51中吸附的气体杂质吹扫至第一出气管路55，通过第一出气管路55将气体杂质输出至外界，实现第一吸附柱51的清理。

当第二吸附柱52吸附的气体杂质到达饱和状态时，切换至第一吸附柱51进行吸附，此时通过第二充气管路54向第二吸附柱52内充入高纯度氦气，这样可以将第二吸附柱52中吸附的气体杂质吹扫至第二出气管路56，通过第二出气管路56将气体杂质输出至外界，实现第二吸附柱52的清理。

具体的，第一充气管路53远离第一吸附柱51的一端与第二充气管路54远离第二吸附柱52的一端可以连通，这样通过一个接收口就可以接收高纯度氦气；第一出气管路55远离第一吸附柱51的一端与第二出气管路56远离第二吸附柱52的一端可以连通，这样通过一个出气口就可以将第一吸附柱51或第二吸附柱52内吸收的气体杂质排出至外界。

这里，向第一吸附柱51或第二吸附柱52输送高纯度氦气的时间小于第一吸附柱51或第二吸附柱52吸附气体杂质的时间，以保证当切换至第一吸附柱51或第二吸附柱52时，第一吸附柱51或第二吸附柱52处于完全清理的状态；第一吸附柱51吸附气体杂质的时间以及通过高纯度氦气吹扫的时间根据实际情况进行设定。

在一具体实施例中，所述第一吸附柱51两端分别设置有第一开关61，所述第二吸附柱52两端分别设置有第二开关62；所述第一充气管路53包括第一出口，所述第一出口位于两个中的一个第一开关61和第一吸附柱51之间且与所述第一吸附柱51连通；所述第二充气管路54包括第二出口，所述第二出口位于两个中的一个第二开关62和第二吸附柱52之间且与所述第二吸附柱52连通；所述第一出气管路55包括第一进口，所述第一进口位于两个中的另一个第一开关61和第一吸附柱51之间且与所述第一吸附柱51连通；所述第二出气管路56包括第二进口，所述第二进口位于两个中的另一个第二开关62和第二吸附柱52之间且与所述第二吸附柱52连通。当第一吸附柱51处于吸附状态时，两个第一开关61打开，两个第二开关62关闭，第一充气管路53处于非充气状态，第二充气管路54处于充气状态，第一出气管路55处于非出气状态，第二出气管路56处于出气状态；即第一吸附柱51接收来自上一模块的混合气体，第二吸附柱52处于清理状态；当第二吸附柱52处于吸附状态时，两个第二开关62打开，两个第一开关61关闭，第二充气管路54处于非充气状态，第一充气管路53处于充气状态，第二出气管路56处于非出气状态，第一出气管路55处于出气状态；即第二吸附柱52接收来自上一模块的混合气体，第一吸附柱51处于清理状态；两个第一开关61和两个第二开关62的使用，可以实现第一吸附柱51和第二吸附柱52交替接收来自上一模块的混合气体，提高了对混合气体的分离效率。

在一具体实施例中，所述第一充气管路53和第一出气管路55上分别设置有第三开关63，所述第二充气管路54和第二出气管路56上分别设置有第四开关64；当所述第一吸附柱51处于吸附状态时，所述第一开关61和第四开关64处于打开状态，所述第二开关62和第三开关63处于闭合状态；当所述第二吸附柱52处于吸附状态时，所述第一开关61和第四开关64处于闭合状态，所述第二开关62和第三开关63处于打开状态。两个第三开关63的使用可以关闭或打开第一充气管路53的第一出口和第一出气管路55的第一进口，两个第四开关64的使用可以关闭或打开第二充气管路54的第二出口和第二出气管路56的第一进口，从而实现对第一吸附柱51和第二吸附柱52的交替清理。

在一具体示例中，所述第一吸附柱51、第二吸附柱52的侧壁上分别设置有加热带511，向第一吸附柱51或第二吸附柱52中充入高纯度氦气时，通过加热带511将第一吸附柱51或第二吸附柱52加热至100℃～150℃，这样高纯度氦气进入吸附柱内的温度也可达到100℃～150℃，从而提高对第一吸附柱51或第二吸附柱52的清理效率。加热带511的温度可以由程序控温仪控制。

在实际应用中，对于第一吸附模块3的使用流程为：以第一吸附柱51先工作，第二吸附柱52后工作为例进行说明。两个第一开关61开启，两个第二开关62、两个第三开关63和两个第四开关64均关闭，第一吸附模块3中的第一吸附柱51开始接收来自二级膜分离器22输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质，将生成的氢氦混合物输送至第二吸附模块4，第二吸附柱52此时处于非工作状态，包裹在第一吸附柱51和第二吸附柱52侧壁上的加热带511均不工作，当第一吸附柱51处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均关闭，两个第二开关62和两个第三开关63均开启，即第二吸附柱52开始接收来自二级膜分离器22输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质，将生成的氢氦混合物输送至第二吸附模块4，此时，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511不工作，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第一充气管路53向第一吸附柱51输送高纯度氦气，以使第一吸附柱51中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路55输出至外界，当第二吸附柱52处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均开启，两个第二开关62和两个第三开关63均关闭，即第一吸附柱51开始接收来自二级膜分离器22输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质，将生成的氢氦混合物输送至第二吸附模块4，此时，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511不工作，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第二充气管路54向第二吸附柱52输送高纯度氦气，以使第二吸附柱52中吸收的气体杂质通过所述第二出气管路56输出至外界；当第一吸附柱51吸附来自二级膜分离器22输出的混合气体中的杂质并处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均关闭，两个第二开关62和两个第三开关63均开启，即第二吸附柱52开始接收来自二级膜分离器22输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质，将生成的氢氦混合物输送至第二吸附模块4，此时，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511不工作，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第一充气管路53向第一吸附柱51输送高纯度氦气，以使第一吸附柱51中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路55输出至外界；以此类推，实现第一吸附柱51和第二吸附柱52交替接收来自二级膜分离器22输出的混合气体。

对于第二吸附模块4的使用流程为：以第一吸附柱51先工作，第二吸附柱52后工作为例进行说明。两个第一开关61开启，两个第二开关62、两个第三开关63和两个第四开关64均关闭，第二吸附模块4中的第一吸附柱51开始接收来自第一吸附模块3输出的混合气体，并吸附该混合气体中的气体杂质，将生成的高纯度氦气输送至收集器中，第二吸附柱52此时处于非工作状态，包裹在第一吸附柱51和第二吸附柱52侧壁上的加热带511均不工作，当第一吸附柱51处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均关闭，两个第二开关62和两个第三开关63均开启，即第二吸附柱52开始接收来自第一吸附模块3输出的氢氦混合气体，并吸附该氢氦混合气体中的氢气，将生成的高纯度氦气输送至收集器中，此时，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511不工作，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第一充气管路53向第一吸附柱51输送高纯度氦气，以使第一吸附柱51中吸收的氢气通过所述第一出气管路55输出至外界，当第二吸附柱52处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均开启，两个第二开关62和两个第三开关63均关闭，即第一吸附柱51开始接收来自第一吸附模块3输出的氢氦混合气体，并吸附该氢氦混合气体中的氢气，将生成的高纯度氦气输送至收集器中，此时，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511不工作，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第二充气管路54向第二吸附柱52输送高纯度氦气，以使第二吸附柱52中吸收的氢气通过所述第二出气管路56输出至外界；当第一吸附柱51吸附来自第一吸附模块3输出的氢氦混合气体中的氢气并处于饱和状态时，两个第一开关61和两个第四开关64均关闭，两个第二开关62和两个第三开关63均开启，即第二吸附柱52开始接收来自第一吸附模块3输出的氢氦混合气体，并吸附该氢氦混合气体中的气体杂质，将生成的高纯度氦气输送至收集器中，此时，包裹在第二吸附柱52侧壁上的加热带511不工作，包裹在第一吸附柱51侧壁上的加热带511加热至100～150℃，通过第一充气管路53向第一吸附柱51输送高纯度氦气，以使第一吸附柱51中吸收的氢气通过所述第一出气管路55输出至外界；以此类推，实现第一吸附柱51和第二吸附柱52交替接收来自第一吸附模块3输出的混合气体。

在一具体示例中，所述第一吸附模块3中的第一吸附柱51和第二吸附柱52均可以为MOFs吸附柱，该MOFs吸附柱种类多，功能性强，可具备极大的比表面积和高孔隙率，在常温下即可表现出较大的吸附量和较好的选择吸附性能，可增加开放金属位点提高其选择吸附性且可通过改变有机配体的长度调节孔径；例如，MOFs吸附柱内的吸附剂可添加Cu-BTC、ZIF-67、ZIF-8和UiO66等作为吸附物质，可根据实际情况向吸附剂中添加化学物质，以有效吸附混合气体中的CH₄和N₂，当然，根据实际情况也可以添加其他吸附物质，调节材料的孔径和不饱和金属位点，优化材料的吸附分离性能，以便提高对气体杂质的吸附。

所述第二吸附模块4中的所述第一吸附柱51和第二吸附柱52均为储氢合金吸附柱，可以对接收的氢氦混合气体中的氢气进行吸附，可避免使用催化脱氢装置而引入氧气杂质，大大提高了输出的氦气的纯度。储氢合金吸附柱中储氢合金可选择稀土系储氢合金。

在实际应用中，第一吸附柱51和第二吸附柱52均为不锈钢圆吸附柱，其两端均填充一定量的石英砂，中间填装颗粒状的吸附剂，吸附剂的用量根据混合气体的流量和吸附剂材料种类等因素确定，使用前吸附剂应先活化，以使吸附剂的吸附效率达到最高。在活化之后第一吸附柱51和第二吸附柱52开始进入正常工作状态。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种用于提取氦气的系统，其特征在于，包括多个处理模块；

多个处理模块包括

预处理模块，用以接收外界的待处理混合气体，并对该待处理混合气体进行预处理；

膜分离模块，用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体，并去除该混合气体中的部分气体杂质；

至少一组吸附模块；

所述吸附模块包括

并联设置的第一吸附柱和第二吸附柱；

所述第一吸附柱和第二吸附柱被配置为用以交替接收上一个处理模块输出的混合气体，并吸附接收的混合气体中剩余的气体杂质。

2.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述吸附模块具有串联设置的两组，分别为第一吸附模块和第二吸附模块；

所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述膜分离模块连通，用以交替接收所述膜分离模块输出的混合气体，生成氢氦混合气体；

所述第二吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱分别与所述第一吸附模块连通，用以交替接收所述氢氦混合气体，并吸附所述氢氦混合气体中的氢气，生成高纯度氦气。

3.根据权利要求2所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附模块中的第一吸附柱和第二吸附柱均为MOFs吸附柱；

所述第二吸附模块中的所述第一吸附柱和第二吸附柱均为储氢合金吸附柱。

4.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述吸附模块还包括：分别与所述第一吸附柱的一端和第二吸附柱的一端连通的第一充气管路和第二充气管路，所述第一充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱，所述第二充气管路用以将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱；

分别与所述第一吸附柱的另一端和第二吸附柱的另一端连通的第一出气管路和第二出气管路；

当所述第一充气管路将高纯度氦气输送至所述第一吸附柱时，所述第一吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第一出气管路输出至外界；

当所述第二充气管路将高纯度氦气输送至所述第二吸附柱时，所述第二吸附柱中吸收的气体杂质通过所述第二出气管路输出至外界。

5.根据权利要求4所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附柱两端分别设置有第一开关，所述第二吸附柱两端分别设置有第二开关；

所述第一充气管路包括第一出口，所述第一出口位于两个中的一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

所述第二充气管路包括第二出口，所述第二出口位于两个中的一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通；

所述第一出气管路包括第一进口，所述第一进口位于两个中的另一个第一开关和第一吸附柱之间且与所述第一吸附柱连通；

所述第二出气管路包括第二进口，所述第二进口位于两个中的另一个第二开关和第二吸附柱之间且与所述第二吸附柱连通。

6.根据权利要求5所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一充气管路和第一出气管路上分别设置有第三开关，所述第二充气管路和第二出气管路上分别设置有第四开关；

当所述第一吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于打开状态，所述第二开关和第三开关处于闭合状态；

当所述第二吸附柱处于吸附状态时，所述第一开关和第四开关处于闭合状态，所述第二开关和第三开关处于打开状态。

7.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述膜分离模块包括

与所述预处理模块连通的且用以接收经过预处理模块预处理后的混合气体的至少一个一级膜分离器；

通过压缩机与所述一级膜分离器连通的且用以接收一级膜分离器输出的混合气体的二级膜分离器；

所述吸附模块与所述二级膜分离器连通，并接收二级膜分离器输出的混合气体。

8.根据权利要求7所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述二级膜分离器输出的尾气通过循环管路再次输入至所述一级膜分离器。

9.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述预处理模块与所述膜分离模块之间设置有预热器。

10.根据权利要求1所述的用于提取氦气的系统，其特征在于，所述第一吸附柱、第二吸附柱的侧壁上分别设置有加热带。