CN115364659A - 一种氪氙气体净化系统、方法、装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氪氙气体净化系统、方法、装置及电子设备，包括：第一净化子系统以及第二净化子系统，第一净化子系统包括依次连通的二级氪氙富集塔、氪氙膜压机以及氪氙充瓶架，氪氙充瓶架上安装有多个氪氙气瓶，氪氙气瓶接收从二级氪氙富集塔输出的氪氙气体，第二净化子系统包括第一阀门、减压阀以及第一测压计；第一阀门的第一端与氪氙充瓶架中各氪氙气瓶的入口连通，第一阀门的第二端与减压阀的第一端连通，减压阀的第二端与第二净化子系统中的催化反应炉的输入端连通，第一测压计设置在减压阀与催化反应炉之间的管路上，用于监测减压阀出口的氪氙气体的压力值。该系统能有效地保证得到的氪氙气体处于合格状态，得到较高纯度的氪氙气体。
Description
技术领域
本发明涉及气体纯化技术领域，尤其涉及一种氪氙气体净化系统、方法、装置及电子设备。
背景技术
氪气能够用于电子工业、电光源工业以及气体激光器和等离子流中，氙气能够应用于半导体、电光源、航天、暗物质研究和电子芯片制造业，氪氙气体可以在液氧中提纯出来，从液氧中获取高纯氪氙气体的装置在氪氙气体制备领域得到了广泛使用。主要过程包括：大气中的氪和氙随着空气进入空气分离装置，经过气体分离浓缩至液氧当中。含有氪氙组分的液氧在贫氪氙塔进一步浓缩积聚，贫氪氙塔底部的富含贫氪氙成分的液氧输送入至贫氪氙储液罐中，富含贫氪氙组分的液氧被粗氪氙泵压缩至临界压力(54bar)以上，进入除甲烷系统。
然而上述中的现有技术方案中仍存在以下缺陷：无法有效地保证氪氙气体中的甲烷含量在合格值以下，从而导致提取的氪氙纯度较低，实用性较低。
发明内容
本申请实施例通过提供了一种氪氙气体净化系统、方法、装置及电子设备，该系统能够有效地保证得到的氪氙气体甲烷含量满足要求，以得到较高纯度的氪氙气体，提高氪氙气体的实用性。
第一方面，本发明通过本发明的一实施例提供如下技术方案：
一种氪氙气体净化系统，包括：第一净化子系统以及第二净化子系统，所述第一净化子系统包括依次连通的二级氪氙富集塔、氪氙膜压机以及氪氙充瓶架，所述氪氙充瓶架上安装有多个氪氙气瓶，所述氪氙气瓶接收从所述二级氪氙富集塔输出的氪氙气体，所述第二净化子系统包括第一阀门、减压阀以及第一测压计；所述第一阀门的第一端与所述氪氙充瓶架中各氪氙气瓶的入口连通，所述第一阀门的第二端与所述减压阀的第一端连通，所述减压阀的第二端与所述第二净化子系统中的催化反应炉的输入端连通，所述第一测压计设置在所述减压阀与所述催化反应炉之间的管路上，用于监测所述减压阀出口的氪氙气体的压力值。
优选地，所述第二净化子系统还包括：第二阀门，所述第二阀门连通在所述减压阀与所述催化反应炉之间的管路上，用于调节流向所述催化反应炉的氪氙气体的流量。
优选地，所述第二净化子系统还包括：检测装置和控制器，所述检测装置用于检测所述多个氪氙气瓶中的甲烷含量；所述控制器分别与所述检测装置以及所述第一阀门通讯连接，所述控制器用于获取所述甲烷含量，并基于所述甲烷含量控制所述第一阀门的开启。
优选地，所述控制器与所述减压阀通讯连接，用于基于所述甲烷含量控制所述减压阀的开启。
优选地，所述第一净化子系统还包括：第二测压计，所述第二测压计设置在所述催化反应炉的输入端，所述控制器分别与所述减压阀、所述第一测压计以及所述第二测压计连接，用于根据所述第一测压计采集到的压力与所述第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节所述减压阀的开度。
第二方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
一种氪氙气体净化方法，应用于前述第一方面中任一项所述的氪氙气体净化系统中，所述方法包括：检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得所述各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
优选地，在调节减压阀的开度之后，还包括：开启第二阀门，使得氪氙气体按照预设流量流向所述催化反应炉。
优选地，所述调节减压阀的开度，包括：根据第一测压计采集到的压力与第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节减压阀的开度。
第三方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
一种氪氙气体净化装置，包括：
检测模块，用于检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；
调节模块，用于若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得所述各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
第四方面，本发明通过本发明的一实施例，提供如下技术方案：
一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现前述第二方面中任一项所述方法的步骤。
本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
本发明实施例提供的氪氙气体净化系统，该系统新增了包含第一阀门、减压阀以及第一测压计的第二净化子系统，通过将氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的入口经过第一阀门、减压阀以及第一测压计与第二净化子系统中的催化反应炉的输入端连接，使得各氪氙气瓶中的不合格的氪氙气体可经过第二净化子系统回收到第一净化子系统中，通过催化反应炉对不合格的氪氙气体重新进行净化，再经过后续流程到达二级氪氙富集塔、氪氙膜压机，并回到氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶中。本申请能够将氪氙气瓶中的不合格氪氙气体重新回收到催化反应炉，然后在催化反应炉中将甲烷除去，提取到合格的氪氙气体，且通过减压阀可以调节流向催化反应炉中的氪氙气体的压力，实现在不改变原有结构的基础上，通过新增结构较为简单的第二净化子系统，有效地保证得到的氪氙气体甲烷含量满足要求，使得氪氙气体的实用性更高，该系统可满足氪氙气体提取工艺装置的连续生产运行、提高氪氙产品产量及能够重复回收不合格氪氙原料气，避免氪氙原料产品浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的氪氙气体净化系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的氪氙气体净化方法的流程图；
图3为本发明实施例提供的氪氙气体净化装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
附图标记：
1-氪氙原料液储罐；2-粗氪氙泵；3-阻火器；4-回热器；5-预加热器；6-催化反应炉；7-吸附器；8-换热器；9-二级氪氙富集塔；10-氪氙膜压机；11-氪氙充瓶架；12-第一阀门；13-减压阀；14-第二阀门；15-第一测压计；16-第二测压计；100-第一净化子系统；200-第二净化子系统；
具体实施方式
本申请实施例通过提供了一种氪氙气体净化系统、方法、装置及电子设备，该系统能够有效地确保得到的氪氙气体甲烷含量满足要求，以得到较高纯度的氪氙气体，提高了氪氙气体的实用性。
本申请实施例的技术方案总体思路如下：
一种氪氙气体净化系统，包括：第一净化子系统以及第二净化子系统，所述第一净化子系统包括依次连通的二级氪氙富集塔、氪氙膜压机以及氪氙充瓶架，所述氪氙充瓶架上安装有多个氪氙气瓶，所述氪氙气瓶接收从所述二级氪氙富集塔输出的氪氙气体，所述第二净化子系统包括第一阀门、减压阀以及第一测压计；所述第一阀门的第一端与所述氪氙充瓶架中各氪氙气瓶的入口连通，所述第一阀门的第二端与所述减压阀的第一端连通，所述减压阀的第二端与所述第二净化子系统中的催化反应炉的输入端连通，所述第一测压计设置在所述减压阀与所述催化反应炉之间的管路上，用于监测所述减压阀出口的氪氙气体的压力值。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
第一方面，本发明实施例提供的一种氪氙气体净化系统，具体来讲，如图1所示，所述系统包括：第一净化子系统100以及第二净化子系统200，第一净化子系统100包括依次连通的二级氪氙富集塔9、氪氙膜压机10以及氪氙充瓶架11，氪氙充瓶架11上安装有多个氪氙气瓶，氪氙气瓶接收从二级氪氙富集塔9输出的氪氙气体。
该二级氪氙富集塔9的塔顶配有冷凝器，通过来自空分装置中的液氮冷却产生精馏工况回流液所需的冷量，在塔底部配有全浸式电加热器，使二级氪氙富集塔9底部加热产生上升蒸汽，通过精馏原理产生合格的粗氪氙产品。液态合格的粗氪氙产品从二级氪氙富集塔9底部抽出，经空浴式汽化器汽化成气体后送入氪氙膜压机10，对氪氙气体进行等温加压，通过等温压缩充入氪氙充瓶架11上的各氪氙气瓶中。
第二净化子系统200包括第一阀门12、减压阀13以及第一测压计15，第一阀门12的第一端与氪氙充瓶架11中各氪氙气瓶的入口连通，第一阀门12的第二端与减压阀13的第一端连通，减压阀13的第二端与第二净化子系统200中的催化反应炉6的输入端连通，第一测压计15设置在减压阀13与催化反应炉6之间的管路上，用于监测减压阀13出口的氪氙气体的压力值。
在正常运行情况下，第一阀门12处于关闭状态，通过检测氪氙气瓶中氪氙气体的甲烷含量是否合格，若不合格，则开启第一阀门12，氪氙气瓶中的氪氙气体流向第二净化子系统200，并调节减压阀13的开度，使得当前处于较高压力下的氪氙气体在减压阀13的作用下，维持在较合适的压力水平，氪氙气体经过减压阀13流向催化反应炉6，以进行二次净化。
在具体地实施例中，第一净化子系还包括：氪氙原料液储罐1、粗氪氙泵2、阻火器3、回热器4、预加热器5、催化反应炉6、吸附器7以及换热器8；氪氙原料液储罐1依次与粗氪氙泵2、阻火器3、回热器4、预加热器5以及催化反应炉6，催化反应炉6的输出端与回热器4的另一输入端连通，回热器4的另一输出端依次与吸附器7、换热器8以及二级氪氙富集塔9连通。
具体地，氪氙原料储液罐中富含贫氪氙组分的液氧被粗氪氙泵2压缩至临界压力以上，液氧通过空浴式汽化器进行汽化，再通过回热器4和预加热器5的进一步加热后，送入催化反应炉6。在催化反应炉6中通过氧及催化剂的高温催化反应除去气体中的碳氢化合物(主要成份为甲烷)，经催化反应会生成水和二氧化碳，再经冷却至大气温度后，通过一组可切换使用的分子筛吸附器7吸附水和二氧化碳。这股气体经过换热器8与来自二级氪氙富集塔9冷凝器的冷气体进行热交换后被送入氪氙冷箱中的二级氪氙富集塔9。
具体地，为了使得回收到催化反应炉6的氪氙气体的温度满足反应要求，减压阀13的第二端需经过阻火器3、回热器4以及预加热器5与催化反应炉6的输入端连通，即减压阀13的第二端与阻火器3的输入端连通。
进一步地，第二净化子系统200还可以包括第二阀门14，第二阀门14连通在减压阀13与催化反应炉6之间的管路上，用于调节流向催化反应炉6的氪氙气体的流量，使得氪氙气体按照预设流量流向催化反应炉，确保回收净化过程的稳定可靠。另外，增加第二阀门14也可以作为备用阀门，以避免第一阀门12出现异常时，影响氪氙气体的回收净化。具体而言，第二阀门14可以为流量调节阀。
进一步地，所述第二净化子系统200还可以包括：检测装置(图中未示出)和控制器(图中未示出)，检测装置用于检测多个氪氙气瓶中的甲烷含量；控制器分别与检测装置以及第一阀门12通讯连接，控制器用于获取甲烷含量，并基于甲烷含量控制第一阀门12的开启。
具体地，检测装置可以为现有的用于检测甲烷含量的装置，控制器可以为上位机、计算机等设备。检测装置可以检测氪氙气瓶中的甲烷含量，或者是，可以检测氪氙膜压机10输出端的氪氙气体的甲烷含量，控制器获取甲烷含量，将甲烷含量与预设标准值进行比较，若甲烷含量大于预设标准值，则控制第一阀门12开启。其中预设标准值的大小可以根据实际需要进行设计，本申请不作限定。
可选地，当第一阀门12开启后，控制器可以在阀门开启的预设时间段后控制第一阀门12关闭。其中预设时间段可以根据实际需要进行设计，本申请不作限定。
进一步地，控制器还可以与减压阀13通讯连接，用于基于甲烷含量控制减压阀13的开启。具体地，减压阀13可选用自动减压阀，自动减压阀预设有固定的开度值，在控制器判断出甲烷含量大于预设标准值时，控制减压阀13的开启，并处于固定的开度值下。
进一步地，第一净化子系统100还可以包括：第二测压计16，第二测压计16设置在催化反应炉6的输入端，控制器分别与减压阀13、第一测压计15以及第二测压计16连接，用于根据第一测压计15采集到的压力与第二测压计16采集到压力之间的压力差值，调节减压阀13的开度。
具体地，第二测压计16安装在阻火器3的输入端，用于测量流向阻火器3的液氧的压力值，第一测压计15可以安装在减压阀13与第二阀门14之间的管路上，控制器用于接收第一测压计15采集到的第一压力值与第二测压计16采集到的第二压力值，将第一压力值减去第二压力值，得到压力差值，若压力差值大于预设最大允许误差，则调节减压阀13的开度，使得压力差值在预设最大允许误差内，例如：预设最大允许误差为0.07mpa。这样可以使得第二净化子系统200中的氪氙气体的压力与第一净化子系统100运行压力相近，确保系统的稳定可靠地运行。
在二级氪氙富集塔9底部生产出的氪氙产品不达标(甲烷含量超标)，致使氪氙产品经氪氙膜压机10充装后的氪氙产品不达标时，不达标的氪氙产品可经过氪氙充瓶架11的回收阀，通过减压阀13降压，回收至第一净化子系统中100。
由此，本申请中的二级氪氙富集塔9底部的氪氙产品经氪氙膜压机10等温加压至氪氙气瓶中，在氪氙气瓶中的氪氙气体不达标的情况下，打开第一阀门12，调节减压阀13开度，使得压力与氪氙气体净化系统运行压力相同，再缓慢打开第二阀门14，将不达标的氪氙气体引入至第一净化子系统100中进一步提纯，不达标的氪氙气体经催化反应炉6将甲烷除去，再次积聚到二级氪氙富集塔9内，最终提取到合格的氪氙产品。
若二次回收净化后的氪氙气体中甲烷含量仍大于预设标准值，则重复进行开启第一阀门、减压阀以及第二阀门，将不达标的氪氙气体引入至第一净化子系统100中进一步提纯的步骤，直至得到合格的氪氙气体。
需要说明的是，本申请不仅可以针对从二级氪氙富集塔9输出的氪氙气体进行回收净化，还可以针对从外部引入的氪氙气瓶中的氪氙气体进行回收净化，也就是，针对不达标的氪氙气瓶，将氪氙气瓶安装在氪氙充瓶架11上，然后打开第一阀门12，调节减压阀13，使得压力与第一净化子系统100运行压力相同，缓慢打开第二阀门14，将不达标的氪氙气体引入至第一净化子系统100中进一步提纯，使得不达标的氪氙气体经催化反应炉6将甲烷除去，再次积聚到二级氪氙富集塔9内，提取到合格的氪氙气体，同时提高了氪氙气体产量。
本申请提供的氪氙气体净化系统，使用操作简单，方便于多种条件下的生产运行方式，能够确保氪氙气体提取工艺的连续生产运行、提高氪氙产品产量及能够重复回收不合格氪氙原料气，更好地满足氪氙产品的需求。不仅能够将不达标的氪氙产品进行回收净化，也可通过外购不达标的氪氙产品进行回收净化，更好地回收利用氪氙原料产品。
综上所述，本申请提供的氪氙气体净化系统，能够有效地确保得到的氪氙气体甲烷含量满足要求，得到较高纯度的氪氙气体，提高了氪氙气体的实用性。
第二方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种氪氙气体净化方法，应用于前述第一方面中任一项所述的氪氙气体净化系统中，所述方法包括以下步骤S101至步骤S102。
步骤S101，检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；
步骤S102，若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
作为一种可选地实施例，在调节减压阀的开度之后，还包括：开启第二阀门，使得氪氙气体按照预设流量流向催化反应炉。
作为一种可选地实施例，所述调节减压阀的开度，包括：根据第一测压计采集到的压力与第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节减压阀的开度。
本发明实施例所提供的一种氪氙气体净化方法，其实现原理及产生的技术效果和前述系统实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述系统实施例中相应内容。
第三方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种氪氙气体净化装置，如图3所示，包括：
检测模块401，用于检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；
调节模块402，用于若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
作为一种可选的实施例，所述装置还包括：阀门开启装置，用于开启第二阀门，使得氪氙气体按照预设流量流向催化反应炉。
作为一种可选的实施例，所述调节模块402具体用于：根据第一测压计采集到的压力与第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节减压阀的开度。
以上各模块可以是由软件代码实现，此时，上述的各模块可存储于控制设备的存储器内。以上各模块同样可以由硬件例如集成电路芯片实现。
本发明实施例所提供的一种氪氙气体净化装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
第四方面，基于同一发明构思，本实施例提供了一种电子设备500，如图4所示，包括：存储器501、处理器502及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序503，所述处理器501执行所述程序时实现前述第二方面所述氪氙气体净化方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的模块。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令模块的制造品，该指令模块实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种氪氙气体净化系统，其特征在于，包括：第一净化子系统以及第二净化子系统，所述第一净化子系统包括依次连通的二级氪氙富集塔、氪氙膜压机以及氪氙充瓶架，所述氪氙充瓶架上安装有多个氪氙气瓶，所述氪氙气瓶接收从所述二级氪氙富集塔输出的氪氙气体，所述第二净化子系统包括第一阀门、减压阀以及第一测压计；
所述第一阀门的第一端与所述氪氙充瓶架中各氪氙气瓶的入口连通，所述第一阀门的第二端与所述减压阀的第一端连通，所述减压阀的第二端与所述第二净化子系统中的催化反应炉的输入端连通，所述第一测压计设置在所述减压阀与所述催化反应炉之间的管路上，用于监测所述减压阀出口的氪氙气体的压力值。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二净化子系统还包括：第二阀门，所述第二阀门连通在所述减压阀与所述催化反应炉之间的管路上，用于调节流向所述催化反应炉的氪氙气体的流量。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二净化子系统还包括：检测装置和控制器，所述检测装置用于检测所述多个氪氙气瓶中的甲烷含量；
所述控制器分别与所述检测装置以及所述第一阀门通讯连接，所述控制器用于获取所述甲烷含量，并基于所述甲烷含量控制所述第一阀门的开启。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述控制器与所述减压阀通讯连接，用于基于所述甲烷含量控制所述减压阀的开启。
5.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述第一净化子系统还包括：第二测压计，所述第二测压计设置在所述催化反应炉的输入端，所述控制器分别与所述减压阀、所述第一测压计以及所述第二测压计连接，用于根据所述第一测压计采集到的压力与所述第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节所述减压阀的开度。
6.一种氪氙气体净化方法，其特征在于，应用于如权利要求1-5中任一项所述的氪氙气体净化系统中，所述方法包括：
检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；
若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得所述各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在调节减压阀的开度之后，还包括：
开启第二阀门，使得氪氙气体按照预设流量流向所述催化反应炉。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述调节减压阀的开度，包括：
根据第一测压计采集到的压力与第二测压计采集到压力之间的压力差值，调节减压阀的开度。
9.一种氪氙气体净化装置，其特征在于，包括：
检测模块，用于检测氪氙充瓶架上的各氪氙气瓶的甲烷含量是否合格；
调节模块，用于若否，则开启第一阀门，并调节减压阀的开度，使得所述各氪氙气瓶中氪氙气体流向催化反应炉。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权利要求6-8中任一项所述方法的步骤。
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