本发明涉及稀有气体同位素分离，尤其是涉及一种用于氦同位素分离的系统及方法。
背景技术：
1、3he是氚衰变的废物，自然界的3he天然丰度较低，从天然矿床中回收3he并不经济。到目前为止，生产3he的主要来源是核武器计划中氚的衰变。除此之外，重水堆覆盖气(3he的丰度约为0.01％～0.1％)、氚工厂、月壤等也有望成为潜在的3he生产来源。
2、不考虑3he生产来源，生产3he均包括氦气(由3he/4he组成)纯化和氦同位素分离两个阶段：氦气(3he/4he)纯化主要是去除氦气中n2、o2、co2、氢气o、3h等微量杂质，获取高纯度氦气(由3he/4he组成)；氦同位素分离是从高纯氦气(3he/4he)中分离3he，获取高丰度3he气体。目前氦气纯化技术较为成熟，氦同位素分离方法主要有热扩散法、低温精馏法、低温超漏法等。现有氦同位素分离方法，能耗较高、适用的原料气中3he丰度范围有限。
3、鉴于现有技术存在不足，有必要开发全新的氦同位素分离工艺，以实现氦同位素分离技术的多样化，拓宽生产3he的原料气来源途径，以保障市场3he的稳定供给。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明的目的是提供一种用于氦同位素分离的系统及方法。本发明的系统包括进样模块、载气及再循环模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；沿氦同位素分离管路，依次为进样模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；所述第一级分离模块的出口设置有第一丰度测量模块，所述第二级分离模块的出口设置有第二丰度测量模块；所述载气及再循环模块与进样模块和第二丰度测量模块相连接。本发明的系统利用第一级分离模块和第二级分离模块相协同；通过第一级分离模块实现对同位素3he、4he的初步分离(3he被初步富集)后，可显著降低第二级分离模块低温吸附-升温解吸操作次数，从而优化工艺的能量消耗。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
3、本发明的第一个目的是提供一种用于氦同位素分离的系统，包括进样模块、载气及再循环模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；
4、沿氦同位素分离管路，依次为进样模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；所述载气及再循环模块与进样模块和第二级分离模块相连接；
5、其中，所述进样模块用于将原料氦气引入第一级分离模块，原料氦气包括3he和4he；
6、所述载气及再循环模块用于将载气引入第一级分离模块，并将第二级分离模块中流出的气体重新引入第一级分离模块，载气选自4he或氢气中的一种；
7、所述第一级分离模块用于氦同位素的初步分离；
8、所述第二级分离模块用于氦同位素的深度分离，并将分离得到的3he引入产品气储罐。
9、在本发明的一个实施方式中，所述第一级分离模块的出口设置有第一丰度测量模块，所述第二级分离模块的出口设置有第二丰度测量模块。
10、在本发明的一个实施方式中，所述系统包括控制模块，所述控制模块与第一丰度测量模块和第二丰度测量模块相连接。
11、在本发明的一个实施方式中，所述第一丰度测量模块和第二丰度测量模块独立地选自热导检测器、氢火焰离子化检测器或气体质谱仪中的一种。
12、在本发明的一个实施方式中，所述进样模块包括原料进样管线，所述原料进样管线上设置有第一质量流量计；进样管线的出口与第一级分离模块相连接。
13、在本发明的一个实施方式中，所述第一级分离模块中含有两个以上串联或并联的气相色谱柱。
14、在本发明的一个实施方式中，气相色谱柱为置换色谱柱。
15、在本发明的一个实施方式中，所述第二级分离模块为低温吸附组件，
16、所述低温吸附组件选自低温吸附器、分子筛、冷却系统、气体纯化装置或气体分离装置中的一种。
17、在本发明的一个实施方式中，所述载气及再循环模块包括载气管线和再循环管线，
18、所述载气管线的出口与第一级分离模块相连接，所述再循环管线的进口与第二级分离模块的出口相连接，再循环管线的出口与载气管线相连接。
19、本发明的第二个目的是提供一种用于氦同位素分离的方法，包括以下步骤：
20、(s1)原料氦气经进样模块、载气经载气及再循环模块进入第一级分离模块；
21、(s2)第一级分离模块对原料气进行初步分离，得到无3he的第一气流段和含3he的第二气流段；
22、第一气流段直接排出，第二气流段进入第二级分离模块；
23、(s3)第二级分离模块对第二气流段进行深度分离，得到仅含3he的第三气流段和含4he和载气的第四气流段；
24、第三气流段进入产品气储罐，第四气流段进入载气及再循环模块。
25、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，初步分离置于气相色谱柱中进行，气相色谱柱的工作温度为200k～583k；
26、其中，气相色谱柱的填料为铁掺杂的氧化铝。
27、在本发明的一个实施方式中，步骤(s2)中，初步分离置于气相色谱柱中进行，气相色谱柱的工作温度为77k～220k；
28、其中，气相色谱柱的填料为分子筛。
29、在本发明的一个实施方式中，步骤(s3)中，深度分离过程置于气体纯化装置中进行；
30、气体纯化装置的低温吸附工作温度为2k～10k，用于吸附4he；
31、气体纯化装置的升温解吸工作温度为40k～100k，用于解吸4he。
32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
33、(1)本发明提供的系统中利用第一级分离模块和第二级分离模块相协同；通过第一级分离模块实现对同位素3he、4he的初步分离(3he被初步富集)后，可显著降低第二级分离模块低温吸附-升温解吸操作次数，从而优化工艺的能量消耗。
34、(2)本发明提供的系统能够实现同位素3he、4he的分离，以获取高丰度的同位素3he气体，具有结构简单、产品3he气体化学纯度及同位素丰度高、回收率高等特点，可拓宽当前生产3he的原料气来源途径，具有良好的经济效益。
1.一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，包括进样模块、载气及再循环模块、第一级分离模块、第二级分离模块和产品气储罐；
2.根据权利要求1所述的一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，所述第一级分离模块的出口设置有第一丰度测量模块(5)，所述第二级分离模块的出口设置有第二丰度测量模块(6)；
3.根据权利要求2所述的一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，所述第一丰度测量模块(5)和第二丰度测量模块(6)独立地选自热导检测器、氢火焰离子化检测器或气体质谱仪中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，所述进样模块包括原料进样管线(1)，进样管线(1)的出口与第一级分离模块相连接；
5.根据权利要求1所述的一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，所述第一级分离模块中含有两个以上串联或并联的气相色谱柱。
6.根据权利要求1所述的一种用于氦同位素分离的系统，其特征在于，所述第二级分离模块为低温吸附组件，
7.一种用于氦同位素分离的方法，其特征在于，使用权利要求1～6任一所述的系统，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的一种用于氦同位素分离的方法，其特征在于，步骤(s2)中，初步分离置于气相色谱柱中进行，气相色谱柱的工作温度为200k～583k；
9.根据权利要求7所述的一种用于氦同位素分离的方法，其特征在于，步骤(s2)中，初步分离置于气相色谱柱中进行，气相色谱柱的工作温度为77k～220k；
10.根据权利要求7所述的一种用于氦同位素分离的方法，其特征在于，步骤(s3)中，深度分离过程置于气体纯化装置中进行；
