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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爐和分子篩吸附器。
有一液氧儲罐經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,經過換熱后置管道與所述含鈀觸媒及內帶電加熱的催化反應爐相連通,隨后經過反應吸附管道與所述可交替工作的、內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過輸出管道再次與所述的主冷卻器相連通,且在經過所述主冷卻器的相應換熱流道后,通過返流管道與所述次級濃縮塔內的再沸器相連,該再沸器經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氫化合物和氧化亞氮也積聚在液氧中,在濃縮氪、氙的同時,碳氫化合物與氧化亞氮等有害雜質也會被濃縮,當其含量過高時,會呈現過飽和狀態而析出,并與液氧形成爆炸物,限制了氪氣、氙氣的進一步濃縮。
清除貧氪氙混和物中的有害雜質,是氪、氙生產工藝中的重要環節。 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氣體是有困難的,必須在氪、氙濃縮過程中采用化學反應法不斷地清除甲烷,同時采取吸附法清除化學反應過程中產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空分設備的氪氙凈化設備上曾做過工業性試驗,催化劑以活性氧化鋁為載體,表面披覆018%的鈀合金,反應溫度為500e,催化劑的容積速率為1500h-1,工作狀態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和熱分解反應進行清除。當氧化亞氮通過活性銅的熾熱表面時,與銅化學反應生成氧化銅。由于氧化反應的過程不可逆,當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,轉化率可達99%。
從貧氪氙液罐中出來的貧氪氙液氧,經貧氪氙液泵加壓,然后經水浴式加熱器復熱到常溫。貧氪氙氣通過電加熱器預熱到400e后進入催化反應爐,在爐內觸媒的作用下,貧氪氙中甲烷等碳氫化合物與氧進行化學反應,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爐中通過觸媒的作用,分解生成氧氣和氮氣。出催化反應爐的貧氪氙氣體經過換熱器降溫,然后進入分子篩吸附器清除水分和二氧化碳。 現有的貧氪氙凈化裝置與傳統工藝相比,結構大為簡化[8],減少了催化反應爐、堿液塔和分子篩吸附器的數量,整個系統只用1個預加熱器、1個催化反應爐、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氪、氙過程中無法清除的雜質,而且具有較高的凈化效率。
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