本发明属于氦气提纯，具体涉及一种氦气分离提纯系统及方法。
背景技术：
1、氦气因为独特的物理特性在医疗、航空航天、核工业、超导实验和光电产品等若干领域被广泛应用。现代工业对氦气的需求量日渐提高，现有氦气主要从空气或天然气中提取。氦气在空气中的含量为5ppm，远低于在天然气中的含量。
2、现有从天然气中提取氦气的工艺主要有膜分离法、变压吸附法(psa)和深冷法，现有的提纯技术适应性差，纯度低、能耗大和成本高的缺点。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种氦气分离提纯系统及方法，以解决现有氦气提纯工艺纯度低，成本高的技术问题。
2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案予以实现：
3、第一方面，一种氦气分离提纯系统，包括空气压缩机和粗氦气罐，所述空气压缩机和粗氦气罐输出口与若干反应支路相连，所述反应支路经过脱水装置与多级膜分离装置相连，所述多级膜分离装置通过过滤器与若干并联的变压吸附支路相连，所述若干变压吸附支路入口都与解析气缓冲罐相连，所述若干变压吸附支路出口都与顺放罐和氦气缓冲罐相连。
4、本发明的进一步改进在于：所述若干反应支路共有三条，所述空气压缩机分别与第一加热器、第二加热器和第三加热器的进气口相连，所述第一加热器出口与第一反应器入口相连，所述第一反应器出口经过第一水冷器与第一分离器相连，所述第一分离器污水口与第二污水排放口相连，所述第一分离器的产物出口与第二加热器的入口相连；
5、所述第二反应器出口经过第二水冷器与第二分离器相连，所述第二分离器污水口与第二污水排放口相连，所述第二分离器产物出口与第三加热器入口相连；
6、所述第三加热器的出口与第三反应器入口相连，所述第三反应器的出口经过第三水冷器与第三分离器相连，所述第三分离器污水口与第二污水排放口相连，所述第三分离器的产物出口与脱水装置相连。
7、本发明的进一步改进在于：所述第一分离器、第二分离器和第三分离器内分别设有液位控制装置，所述液位控制装置用于控制第一分离器、第二分离器和第三分离器内的液位。
8、本发明的进一步改进在于：所述多级膜分离装置包括一级膜分离装置和二级膜分离装置，所述一级膜分离装置的渗余气与第一氮气压缩机进气口相连，所述第一氮气压缩机出气口与外输氮气罐相连，所述一级膜分离装置的渗透气与一级渗透气压缩机相连，所述一级渗透气压缩机出口与二级膜分离装置相连；
9、所述二级膜分离装置的渗余气与一级膜分离装置连接，所述二级膜分离装置的渗透气与二级渗透气压缩机相连，所述二级渗透气压缩机的出口与过滤器相连。
10、本发明的进一步改进在于：所述若干变压吸附支路，共有五条，还包括解析气缓冲罐，所述过滤器与第一变压吸附塔之间设有第一氦气截断阀，所述过滤器与第二变压吸附塔之间设有第二氦气截断阀，所述过滤器与第三变压吸附塔之间设有第三氦气截断阀，所述过滤器与第四变压吸附塔之间设有第四氦气截断阀，所述过滤器与第五变压吸附塔之间设有第五氦气截断阀，所述解析气缓冲罐进气口分别与第一变压吸附塔、第二变压吸附塔、第三变压吸附塔、第四变压吸附塔和第五变压吸附塔的入口相连，所述第一变压吸附塔与管线a之间设有第十一截断阀，所述第二变压吸附塔与管线a之间设有第十二截断阀，所述第三变压吸附塔与管线a之间设有第十三截断阀，所述第四变压吸附塔与管线a之间设有第十四截断阀，所述第五变压吸附塔与管线a之间设有第十五截断阀；
11、所述第一变压吸附塔与管线b之间设有第十六截断阀，所述第二变压吸附塔与管线b之间设有第十七截断阀，所述第三变压吸附塔与管线b之间设有第十八截断阀，所述第四变压吸附塔与管线b之间设有第十九截断阀，所述第五变压吸附塔与管线b之间设有第二十截断阀；
12、所述第一变压吸附塔与管线c之间设有第二一截断阀，所述第二变压吸附塔与管线c之间设有第二二截断阀，所述第三变压吸附塔与管线c之间设有第二三截断阀，所述第四变压吸附塔与管线c之间设有第二四截断阀，所述第五变压吸附塔与管线c之间设有第二五截断阀；
13、所述第一变压吸附塔与管线d之间设有第二六截断阀，所述第二变压吸附塔与管线d之间设有第二七截断阀，所述第三变压吸附塔与管线d之间设有第二八截断阀，所述第四变压吸附塔与管线d之间设有第二九截断阀，所述第五变压吸附塔与管线d之间设有第三十截断阀。
14、本发明的进一步改进在于：所述解析气缓冲罐进气口与第一变压吸附塔入口之间设有第六氦气截断阀，所述解析气缓冲罐进气口与第二变压吸附塔入口之间设有第七氦气截断阀，所述解析气缓冲罐进气口与第三变压吸附塔入口之间设有第八氦气截断阀，所述解析气缓冲罐进气口与第四变压吸附塔入口之间设有第九氦气截断阀，所述解析气缓冲罐进气口分别与第五变压吸附塔入口之间设有第十氦气截断阀，所述解析气缓冲罐通过并联的第一压力调节阀和第一截断阀与第一污水污水排放口相连，所述解析气缓冲罐依次经过第二压力调节阀和截止阀与一级渗透气压缩机进气口相连。
15、本发明的进一步改进在于：所述管线b通过调节阀组与顺放罐相连，所述管线b通过第五压力调节阀与顺放罐相连，所述顺放罐通过并联的第三截断阀和第六压力调节阀与第一污水污水排放口相连；
16、所述管线c通过第三一截断阀与第三压力调节阀相连，所述管线d与第三压力调节阀相连，所述第三压力调节阀与氦气缓冲罐相连，所述氦气缓冲罐分别输出不合格氦气和高纯氦气；所述氦气缓冲罐通过并联的第二截断阀和第四压力调节阀与第一污水污水排放口相连。
17、本发明的进一步改进在于：所述粗氦气罐中的粗氦气压力2mpa～3mpa，温度33℃～43℃，氢气含量1％(mol)～8％(mol)，氮气含量60％(mol)～80％(mol)，氦气含量10％(mol)～30％(mol)。
18、本发明的进一步改进在于：所述第一反应器、第二反应器和第三反应器中的压力均为2mpa～3mpa，温度均小于等于180℃。
19、第二方面，一种氦气分离提纯方法，包括以下步骤：
20、将粗氦气罐中提供的粗氦气和空气压缩机中提供的压缩空气混合后进入若干反应支路，从若干反应支路出来的液体后进入脱水装置脱水；
21、经脱水后的气体进入多级膜分离装置增压后经过滤器进入若干变压吸附支路；
22、吸附过程中经过变压吸附支路得到高纯氦气外输；
23、吸附完成后变压吸附支路进入降压过程，沿着吸附方向顺放气进入顺放罐，经调节阀组调压后用作冲洗过程的反吹气，进行清洁。
24、与现有技术相比，本发明至少包括以下有益效果：
25、1、本发明通过将多级催化氧化脱氢、多级膜分离提浓和变压吸附提纯相结合，可在常温条件下将天然气提氦装置来浓度10％以上粗氦气提纯至99.999％，满足国内工业用氦需求，氦气纯度高。
26、2、本发明通过简化粗氦提纯工艺流程，缓和操作条件，降低提氦设备投资和运行成本；
27、3、本发明采用的反应器为多级反应脱氢，压力低，脱氢效率高，有效避免高含量氢气反应放热飞温，适应范围广。
1.一种氦气分离提纯系统，其特征在于，包括空气压缩机(1)和粗氦气罐(2)，所述空气压缩机(1)和粗氦气罐(2)输出口与若干反应支路相连，所述反应支路经过脱水装置(27)与多级膜分离装置相连，所述多级膜分离装置通过过滤器(51)与若干并联的变压吸附支路相连，所述若干变压吸附支路入口都与解析气缓冲罐(63)相连，所述若干变压吸附支路出口都与顺放罐(52)和氦气缓冲罐(95)相连。
2.根据权利要求1所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述若干反应支路共有三条，所述空气压缩机(1)分别与第一加热器(10)、第二加热器(15)和第三加热器(20)的进气口相连，所述第一加热器(10)出口与第一反应器(11)入口相连，所述第一反应器(11)出口经过第一水冷器(25)与第一分离器(29)相连，所述第一分离器(29)污水口与第二污水排放口(38)相连，所述第一分离器(29)的产物出口与第二加热器(15)的入口相连；
3.根据权利要求2所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述第一分离器(29)、第二分离器(32)和第三分离器(35)内分别设有液位控制装置，所述液位控制装置用于控制第一分离器(29)、第二分离器(32)和第三分离器(35)内的液位。
4.根据权利要求1所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述多级膜分离装置包括一级膜分离装置(39)和二级膜分离装置(47)，所述一级膜分离装置(39)的渗余气与第一氮气压缩机(40)进气口相连，所述第一氮气压缩机(40)出气口与外输氮气罐(41)相连，所述一级膜分离装置(39)的渗透气与一级渗透气压缩机(44)相连，所述一级渗透气压缩机(44)出口与二级膜分离装置(47)相连；
5.根据权利要求1所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述若干变压吸附支路，共有五条，还包括解析气缓冲罐(63)，所述过滤器(51)分别与第一变压吸附塔(68)、第二变压吸附塔(69)、第三变压吸附塔(70、第四变压吸附塔(71)和第五变压吸附塔(72)的进气口相连，所述第一变压吸附塔(68)与管线a之间设有第十一截断阀(77)，所述第二变压吸附塔(69)与管线a之间设有第十二截断阀(76)，所述第三变压吸附塔(70)与管线a之间设有第十三截断阀(75)，所述第四变压吸附塔(71)与管线a之间设有第十四截断阀(74)，所述第五变压吸附塔(72)与管线a之间设有第十五截断阀(73)。
6.根据权利要求5所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述解析气缓冲罐(63)进气口与第一变压吸附塔(68)入口之间设有第六氦气截断阀(62)，所述解析气缓冲罐(63)进气口与第二变压吸附塔(69)入口之间设有第七氦气截断阀(60)，所述解析气缓冲罐(63)进气口与第三变压吸附塔(70)入口之间设有第八氦气截断阀(58)，所述解析气缓冲罐(63)进气口与第四变压吸附塔(71)入口之间设有第九氦气截断阀(56)，所述解析气缓冲罐(63)进气口分别与第五变压吸附塔(72)入口之间设有第十氦气截断阀(54)，所述解析气缓冲罐(63)通过并联的第一压力调节阀(64)和第一截断阀(65)与第一污水污水排放口(6)相连，所述解析气缓冲罐(63)依次经过第二压力调节阀(66)和截止阀(67)与一级渗透气压缩机(44)进气口相连。
7.根据权利要求5所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，还包括管线b和管线c，所述管线b通过调节阀组(99)与顺放罐(52)相连，所述管线b通过第五压力调节阀(98)与顺放罐(52)相连，所述顺放罐(52)通过并联的第三截断阀(100)和第六压力调节阀(101)与第一污水污水排放口(6)相连；
8.根据权利要求1所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述粗氦气罐(2)中的粗氦气压力2mpa～3mpa，温度33℃～43℃，氢气含量1％(mol)～8％(mol)，氮气含量60％(mol)～80％(mol)，氦气含量10％(mol)～30％(mol)。
9.根据权利要求2所述的一种氦气分离提纯系统，其特征在于，所述第一反应器(23)、第二反应器(24)和第三反应器(25)中的压力均为2mpa～3mpa，温度均小于等于180℃。
10.一种氦气分离提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：
