CN218901372U - 一种氙气提纯装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于氙气提纯技术领域，具体涉及一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶，粗氙气气瓶连接催化柱，且粗氙气气瓶与催化柱之间的管路上安装有阀门组件，催化柱内置在管式炉炉腔中且连接换热器，换热器连接分子筛柱，分子筛柱连接的吸附器内置在保温罐内部，保温罐进出水口分别连接超低温机组和缓冲罐，超低温机组连接水泵，水泵连接缓冲罐罐底阀，吸附器连接的液化瓶放置在降温池中，催化柱内填装有多金属催化剂，分子筛柱和吸附器内填装有分子筛吸附剂。本实用新型的有益效果为：换热器可降低进入吸附器前的催化柱的尾气温度，减小超低温机组的功耗，缓冲罐内预冷缓存的大量冷媒可降低尾气进入吸附器内后的温度波动，分子筛柱可吸附水汽。

Description

一种氙气提纯装置

技术领域

本实用新型属于氙气提纯技术领域，具体涉及一种氙气提纯装置。

背景技术

氙气中的杂质可分为：1、活性杂质，它们易于进行化学反应，其中，有甲烷、二氧化碳、一氧化二氮氮气、氧气、一氧化碳和氢气等。惰性杂质，即惰性气体氪。根据氙气中的杂质的种类，可制定氙气的纯化方案和技术路线。包括活性杂质的催化纯化——惰性杂质氪的吸附纯化——提纯后氙气的收集。

活性杂质的催化纯化一般采用催化燃烧法，在数百摄氏度的高温环境中使粗氙气中的活性杂质与高活性多金属催化剂反应，生成固体化合物或复合物，且无二次气体杂质生成；惰性杂质氪的吸附纯化在低温环境中使用分子筛进行吸附，如M-2型吸附剂在-100—-40℃之间时，对氪气基本不吸附,只吸附氙气。

上述工艺中，金属催化剂不能较好的吸附粗氙气中含有的水汽，水汽虽然能在随后的吸附纯化阶段被分子筛吸附，但是由于分子筛柱温度较低，容易导致水汽凝华影响分子筛的性能；另外，超低温机组需要直接对数百摄氏度的催化柱尾气进行降温，造成超低温机组功耗的提高、降温速率的低下和工艺温度的波动。

实用新型内容

针对以上问题，本实用新型的目的在于：提供一种氙气提纯装置，解决现有粗氙气提纯装置不能较好的吸附水汽，以及催化处理后高温尾气影响氪的吸附纯化的问题。

为实现以上目的，本实用新型采用的技术方案：一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶，所述粗氙气气瓶的出气口连接催化柱的一端，且所述粗氙气气瓶连接催化柱的管路上安装有阀门组件，所述催化柱内置在管式炉的炉腔中，所述催化柱的另一端通过管道连接换热器的进气口，所述换热器的出气口通过管道连接分子筛柱的一端，所述分子筛柱的另一端通过管道连接吸附器的一端，所述吸附器内置在保温罐的内部，所述保温罐的进出水口通过管道分别连接超低温机组的出水口和缓冲罐的罐顶，所述超低温机组的进水口连接水泵的出水口，所述水泵的进水口连接缓冲罐的罐底阀，所述吸附器的另一端通过管道连接液化瓶的瓶口，所述吸附器由降温段与吸附段组成，所述液化瓶放置在降温池中，所述催化柱内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱和吸附器内填装有分子筛吸附剂。

本实用新型的有益效果为：换热器可降低进入吸附器前的催化柱的尾气温度，减小超低温机组的功耗，缓冲罐内预冷缓存的大量冷媒可降低尾气进入吸附器内后的温度波动，分子筛柱可吸附水汽。

为了有效的降低尾气进入吸附器内后保温罐的升温速度；

作为上述技术方案的进一步改进：所述缓冲罐的内部容装有液位不高于缓冲罐罐深的三分之二的冷媒。

本改进的有益效果为：在保温罐、超低温机组、缓冲罐中循环制冷至预设温度的大量冷媒可缓冲存储在缓冲罐中，以在吸附纯化过程中有效的控制保温罐的内温。

为了保证缓冲罐的使用安全；

作为上述技术方案的进一步改进：所述缓冲罐的罐顶安装有泄压阀。

本改进的有益效果为：在超低温机组停机时，缓冲罐内的冷媒汽化后可通过泄压阀进行卸压。

为了提高吸附器内分子筛的吸附效果；

作为上述技术方案的进一步改进：所述吸附器整体呈U型管结构，所述吸附段的内部填充有分子筛，所述降温段和吸附段的端部分别通过管道连接分子筛柱和液化瓶。

本改进的有益效果为：氙气可首先通过降温段进行降温，随后再在螺旋状的吸附段内与分子筛接触进行吸附，合理设计的吸附器避免降温前的杂质与分子筛接触，进而保证分子筛的吸附效果。

为了提高吸附器内分子筛的吸附效果；

作为上述技术方案的进一步改进：所述吸附段为螺旋管结构。

本改进的有益效果为：吸附段可在有效的空间内延长氙气中杂质与分子筛的接触时间，进而提高吸附效果。

为了便捷的收集提纯后的氙气；

作为上述技术方案的进一步改进：所述降温池内倒装的液氮的液面不高于液化瓶的气嘴底端。

本改进的有益效果为：液氮可使提纯后的氙气液化收集在液化瓶内。

为了避免管路中残存的杂质影响氙气的纯度；

作为上述技术方案的进一步改进：所述吸附器至液化瓶的管路上安装有阀门，所述阀门连接有真空泵。

本改进的有益效果为：纯化工作前，可开启真空泵和阀门抽除管路和各个容器中的杂质。

该装置中未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中吸附器的结构示意图；

图中：1、粗氙气气瓶；2、阀门组件；4、管式炉；5、催化柱；6、换热器；7、分子筛柱；8、吸附器；81、降温段；82、吸附段；9、保温罐；10、超低温机组；11、水泵；12、缓冲罐；13、阀门；14、液化瓶；15、降温池；16、真空泵。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

实施例1：

如图1—2所示：一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。

本技术方案的工作原理为：纯化前，开启真空泵16和阀门13，抽出管路及各个容器内的杂质气体，随后关闭真空泵16和阀门13并开启超低温机组10和水泵11，使保温罐9、缓冲罐12内的冷媒循环降温至所需温度，向降温池15内倒入液氮；纯化开始后，开启阀门组件2和管式炉4，控制粗氙以恒定流速从粗氙气气瓶1中流出，并减至350～400kPa(绝对压力)，管式炉4对催化柱5进行加热，并通过热电偶反馈柱体温度；粗氙流入600～700℃的催化柱5中，粗氙中的活性杂质与填装在催化柱5内的高活性多金属催化剂反应生成固体化合物或复合物，如碳化物、氧化物、氢化物和氮化物，生成固体化合物，经一次反应就可除去所有活性杂质，含杂质氪和水汽的氙气在通过分子筛柱7时，水汽被分子筛柱7内填装的分子筛吸附，随后只含杂质氪的氙气进入温度为-80—-40℃的吸附器8内，在经过吸附段82时被填装在吸附段82内的吸附剂有选择地吸附氪，从而纯化了氙气，氙气进入经液氮降温的冷冻瓶中，液化收集。

实施例2：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述缓冲罐12的内部容装有液位不高于缓冲罐12罐深的三分之二的冷媒。

实施例3：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述缓冲罐12的罐顶安装有泄压阀。

实施例4：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述吸附器8整体呈U型管结构，所述吸附段82的内部填充有分子筛，所述降温段81和吸附段82的端部分别通过管道连接分子筛柱7和液化瓶14。

实施例5：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述吸附段82为螺旋管结构。

实施例6：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述降温池15内倒装的液氮的液面不高于液化瓶14的气嘴底端。

实施例7：

如图1—2所示，作为上述实施例的进一步优化，一种氙气提纯装置，包括粗氙气气瓶1，所述粗氙气气瓶1的出气口连接催化柱5的一端，且所述粗氙气气瓶1连接催化柱5的管路上安装有阀门组件2，所述催化柱5内置在管式炉4的炉腔中，所述催化柱5的另一端通过管道连接换热器6的进气口，所述换热器6的出气口通过管道连接分子筛柱7的一端，所述分子筛柱7的另一端通过管道连接吸附器8的一端，所述吸附器8内置在保温罐9的内部，所述保温罐9的进出水口通过管道分别连接超低温机组10的出水口和缓冲罐12的罐顶，所述超低温机组10的进水口连接水泵11的出水口，所述水泵11的进水口连接缓冲罐12的罐底阀，所述吸附器8的另一端通过管道连接液化瓶14的瓶口，所述吸附器8由降温段81与吸附段82组成，所述液化瓶14放置在降温池15中，所述催化柱5内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱7和吸附器8内填装有分子筛吸附剂。所述吸附器8至液化瓶14的管路上安装有阀门13，所述阀门13连接有真空泵16。

本实用新型的工作原理及使用流程：纯化前，开启真空泵16和阀门13，抽出管路及各个容器内的杂质气体，随后关闭真空泵16和阀门13并开启超低温机组10和水泵11，使保温罐9、缓冲罐12内的冷媒循环降温至所需温度，向降温池15内倒入液氮；纯化开始后，开启阀门组件2和管式炉4，控制粗氙以恒定流速从粗氙气气瓶1中流出，并减至350～400kPa(绝对压力)，管式炉4对催化柱5进行加热，并通过热电偶反馈柱体温度；粗氙流入600～700℃的催化柱5中，粗氙中的活性杂质与填装在催化柱5内的高活性多金属催化剂反应生成固体化合物或复合物，如碳化物、氧化物、氢化物和氮化物，生成固体化合物，经一次反应就可除去所有活性杂质，含杂质氪和水汽的氙气在通过分子筛柱7时，水汽被分子筛柱7内填装的分子筛吸附，随后只含杂质氪的氙气进入温度为-80—-40℃的吸附器8内，在经过吸附段82时被填装在吸附段82内的吸附剂有选择地吸附氪，从而纯化了氙气，氙气进入经液氮降温的冷冻瓶中，液化收集。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种氙气提纯装置，其特征在于：包括粗氙气气瓶(1)，所述粗氙气气瓶(1)的出气口连接催化柱(5)的一端，且所述粗氙气气瓶(1)连接催化柱(5)的管路上安装有阀门组件(2)，所述催化柱(5)内置在管式炉(4)的炉腔中，所述催化柱(5)的另一端通过管道连接换热器(6)的进气口，所述换热器(6)的出气口通过管道连接分子筛柱(7)的一端，所述分子筛柱(7)的另一端通过管道连接吸附器(8)的一端，所述吸附器(8)内置在保温罐(9)的内部，所述保温罐(9)的进出水口通过管道分别连接超低温机组(10)的出水口和缓冲罐(12)的罐顶，所述超低温机组(10)的进水口连接水泵(11)的出水口，所述水泵(11)的进水口连接缓冲罐(12)的罐底阀，所述吸附器(8)的另一端通过管道连接液化瓶(14)的瓶口，所述吸附器(8)由降温段(81)与吸附段(82)组成，所述液化瓶(14)放置在降温池(15)中，所述催化柱(5)内填装有多金属催化剂，所述分子筛柱(7)和吸附器(8)内填装有分子筛吸附剂。

2.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述缓冲罐(12)的内部容装有液位不高于缓冲罐(12)罐深的三分之二的冷媒。

3.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述缓冲罐(12)的罐顶安装有泄压阀。

4.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述吸附器(8)整体呈U型管结构，所述吸附段(82)的内部填充有分子筛，所述降温段(81)和吸附段(82)的端部分别通过管道连接分子筛柱(7)和液化瓶(14)。

5.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述吸附段(82)为螺旋管结构。

6.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述降温池(15)内倒装的液氮的液面不高于液化瓶(14)的气嘴底端。

7.根据权利要求1所述的一种氙气提纯装置，其特征在于：所述吸附器(8)至液化瓶(14)的管路上安装有阀门(13)，所述阀门(13)连接有真空泵(16)。

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