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從液氧中提取惰性氣體氪氙的裝置,它主要包括有:一初級濃縮塔、一次級濃縮塔、一氪氙分離塔以及催化反應(yīng)爐和分子篩吸附器。
有一液氧儲罐經(jīng)過原料液氧管道與所述初級濃縮塔在底部上方位置相連通,初級濃縮塔的底部經(jīng)過液氧管道與所述的主換熱器相連通,通過上述主換熱器的換熱流道后,經(jīng)過換熱后置管道與所述含鈀觸媒及內(nèi)帶電加熱的催化反應(yīng)爐相連通,隨后經(jīng)過反應(yīng)吸附管道與所述可交替工作的、內(nèi)部填充分子篩的分子篩吸附器相連通。
所述分子篩吸附器經(jīng)過輸出管道再次與所述的主冷卻器相連通,且在經(jīng)過所述主冷卻器的相應(yīng)換熱流道后,通過返流管道與所述次級濃縮塔內(nèi)的再沸器相連,該再沸器經(jīng)過再沸管道與所述次級濃縮塔在底部上方位置相連通。
所述次級濃縮塔的塔釜經(jīng)濃縮管道與所述氪氣、氙氣分離塔相連;它具有降低裝置成本,生產(chǎn)操作簡單,安全性高等特點。
在貧氪氙的提取過程中,空氣中其他高沸點組分如甲烷等碳?xì)浠衔锖脱趸瘉喌卜e聚在液氧中,在濃縮氪、氙的同時,碳?xì)浠衔锱c氧化亞氮等有害雜質(zhì)也會被濃縮,當(dāng)其含量過高時,會呈現(xiàn)過飽和狀態(tài)而析出,并與液氧形成爆炸物,限制了氪氣、氙氣的進(jìn)一步濃縮。
清除貧氪氙混和物中的有害雜質(zhì),是氪、氙生產(chǎn)工藝中的重要環(huán)節(jié)。 氪和氙以及含有的少量甲烷、氧化亞氮等有害氣體均屬高沸點組分,且能溶解于液氧中。
在采用低溫精餾法從液氧中多次濃縮提取純氪和純氙的同時,要有效清除少量甲烷等有害雜質(zhì)氣體是有困難的,必須在氪、氙濃縮過程中采用化學(xué)反應(yīng)法不斷地清除甲烷,同時采取吸附法清除化學(xué)反應(yīng)過程中產(chǎn)生的二氧化碳和水分。 少量甲烷的清除比較困難,可靠的方法是運用催化劑在高溫下使甲烷氧化。
杭氧于1975年在武鋼10000m3/h空分設(shè)備的氪氙凈化設(shè)備上曾做過工業(yè)性試驗,催化劑以活性氧化鋁為載體,表面披覆018%的鈀合金,反應(yīng)溫度為500e,催化劑的容積速率為1500h-1,工作狀態(tài)下氣流通過床層的線速度為0118~012m/s,接觸時間為5~6秒,燃燒后的殘余甲烷含量低于1@10-6。
氧化亞氮可通過氧化反應(yīng)和熱分解反應(yīng)進(jìn)行清除。當(dāng)氧化亞氮通過活性銅的熾熱表面時,與銅化學(xué)反應(yīng)生成氧化銅。由于氧化反應(yīng)的過程不可逆,當(dāng)活性銅使用一定周期后,脫除氧化亞氮的能力逐漸下降,必須定期使氧化銅還原。氧化亞氮被加熱到300e時開始分解,500e時分解明顯,900e時完全分解成氮和氧。
在催化劑的作用下,當(dāng)氧化亞氮含量為50@10-6時,完全分解溫度可降至400e。因此,甲烷燃燒爐在燃燒甲烷的同時也能使氧化亞氮完全分解,轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%。
從貧氪氙液罐中出來的貧氪氙液氧,經(jīng)貧氪氙液泵加壓,然后經(jīng)水浴式加熱器復(fù)熱到常溫。貧氪氙氣通過電加熱器預(yù)熱到400e后進(jìn)入催化反應(yīng)爐,在爐內(nèi)觸媒的作用下,貧氪氙中甲烷等碳?xì)浠衔锱c氧進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),燃燒生成水和二氧化碳。
貧氪氙中的氧化亞氮也能在催化反應(yīng)爐中通過觸媒的作用,分解生成氧氣和氮氣。出催化反應(yīng)爐的貧氪氙氣體經(jīng)過換熱器降溫,然后進(jìn)入分子篩吸附器清除水分和二氧化碳。 現(xiàn)有的貧氪氙凈化裝置與傳統(tǒng)工藝相比,結(jié)構(gòu)大為簡化[8],減少了催化反應(yīng)爐、堿液塔和分子篩吸附器的數(shù)量,整個系統(tǒng)只用1個預(yù)加熱器、1個催化反應(yīng)爐、1個換熱器和2個分子篩吸附器就清除了用精餾方法生產(chǎn)氪、氙過程中無法清除的雜質(zhì),而且具有較高的凈化效率。
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