DE19526226C2 - Device for the production of pure xenon - Google Patents

Device for the production of pure xenon

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Description

Bei der Gewinnung von Xenon aus Luftzerlegungsanlagen werden immer höhere Reinheitsanforderungen an das Endprodukt gestellt. Demgegenüber befinden sich in der Ansaugluft immer mehr Verunreinigungen wie z. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ und/oder R115, die sich vorwiegend in Roh-Xenon ansammeln und schwierig zu entfernen sind. Die Erfindung betrifft die Reinst-Xenon-Gewinnung aus einem Roh-Xenon-Strom, der überwiegend Xenon und beispielsweise einige Zehntel-Prozent Krypton sowie Spuren von Verunreinigungen, beispielsweise der oben erwähnten Art, enthält.The extraction of xenon from air separation plants keeps getting higher Purity requirements are placed on the end product. In contrast, are in the Intake air more and more impurities such. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ and / or R115, the accumulate primarily in raw xenon and are difficult to remove. The invention relates to the purest xenon production from a raw xenon stream, which is predominantly xenon and for example a few tenths of a percent of krypton and traces of contaminants, for example of the type mentioned above.

Bisher ist es üblich, zu diesem Zweck eine diskontinuierliche Destillation (Batch-Destillation) einzusetzen. Zur Kühlung des Kopfes der Destilliersäule wird festes Kohlendioxid in einer Trägerflüssigkeit eingesetzt. Die Temperatur des schmelzenden Kohlendioxids reicht für die Kondensation der Kopffraktion der Säule nicht mehr aus, wenn sich dort die flüchtigen Bestandteile auf eine relativ hohe Konzentration angereichert haben. Damit ist das bekannte Verfahren für hohe Xenon-Ausbeuten nicht geeignet. Um einen befriedigenden Wärmeübergang zwischen dem kondensierenden Kopfgas und den Trägerflüssigkeits- Kohlendioxid-Gemisch zu erreichen, muß außerdem die Flüssigkeit in Bewegung gehalten werden (beispielsweise durch Umrühren). Dabei stellen sich Schwankungen in der Wärmeübertragungsleistung und damit schwankende Rücklaufmengen und Drücke in der Säule ein. Eine aus DE 42 02 468 C2 bekannte Kopfkühlung einer Xenonsäule mittels eines Stickstoffkreislaufs ist schwierig zu regeln.So far, it has been common to use batch distillation for this purpose. to use. Solid carbon dioxide is used to cool the head of the distillation column Carrier liquid used. The temperature of the melting carbon dioxide is sufficient for that Condensation of the top fraction of the column no longer occurs when the volatile Have enriched ingredients to a relatively high concentration. So that's the familiar Process not suitable for high xenon yields. To a satisfactory one Heat transfer between the condensing head gas and the carrier liquid To reach the carbon dioxide mixture, the liquid must also be kept in motion (e.g. by stirring). There are fluctuations in the Heat transfer performance and therefore fluctuating return quantities and pressures in the Pillar one. A head cooling of a xenon column known from DE 42 02 468 C2 of a nitrogen cycle is difficult to regulate.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Reinst-Xenon-Gewinnung anzugeben, bei dem Rücklaufschwankungen in der Destilliersäule weitgehend vermieden werden.The invention has for its object a device for the purest xenon production specify, largely avoided at the return fluctuations in the distillation column will.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the features of patent claim 1.

In der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann ein siedendes Kältemittel anstelle eines schmelzenden verwendet werden. Dadurch ist ein guter und gleichmäßiger Wärmeübergang am Kopfkondensator der Destilliersäule gesichert.In the device according to the invention, a boiling refrigerant can be used instead of one melting can be used. This ensures good and even heat transfer secured to the top condenser of the distillation column.

Die Vorrichtung umfaßt vorzugsweise einen zweiten Kondensator-Verdampfer, dessen Verflüssigungsseite einerseits über eine Gasleitung und andererseits über die Flüssigkeitsleitung mit der Verdampfungsseite des ersten Kondensator-Verdampfers verbunden ist. Insbesondere dann, wenn in dem zweiten Kondensator-Verdampfer einerseits ein brennbares und andererseits ein sauerstoffhaltiges Kältemittel verwendet werden (insbesondere Ethylen auf der Verflüssigungs- und Sauerstoff auf der Verdampfungsseite) ist es günstig, wenn im zweiten Kondensator-Verdampfer Verdampfungs- und Verflüssigungsseite durch ein einziges Werkstück voneinander getrennt sind. Dadurch kann vermieden werden, daß sich die beiden Kältemittel durch undichte Verbindungsnähte (beispielsweise Schweißnähte) zwischen verschiedenen Werkstücken zu einem explosiven Gemisch austauschen. Dies wird am besten dadurch realisiert, daß Verdampfungs- und Verflüssigungsseite jeweils von einem eigenen Behälter umschlossen werden, der aus einer Hülle und aus dem einzigen Werkstück besteht, wobei die Hüllen der beiden Behälter untereinander nicht verbunden sind; damit besteht also keinerlei abzudichtende Verbindung zwischen Verflüssigungs- und Verdampfungsseite des zweiten Kondensator-Verdampfers.The device preferably comprises a second condenser-evaporator, the Liquefaction side on the one hand via a gas line and on the other hand via the Liquid line with the evaporation side of the first condenser-evaporator connected is. Especially when on the one hand in the second condenser-evaporator a flammable and, on the other hand, an oxygen-containing refrigerant can be used  (especially ethylene on the liquefaction side and oxygen on the evaporation side) it is favorable if evaporation and evaporation in the second condenser Liquefaction side are separated from each other by a single workpiece. This can be avoided that the two refrigerants through leaky seams (e.g. welds) between different workpieces to form an explosive Exchange mixture. This is best realized by evaporating and Liquefaction side are each enclosed by a separate container, which consists of a Shell and consists of the single workpiece, the shells of the two containers are not connected to each other; there is therefore no connection to be sealed between the liquefaction and evaporation sides of the second condenser-evaporator.

Es ist günstig, wenn die Verdampfungsseite des ersten Kondensator-Verdampfers in Strömungsverbindung mit einem Gasspeicher steht und insbesondere die Verflüssigungsseite des zweiten Kondensator-Verdampfers so ausgebildet ist, daß bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Menge der in dem aus Verdampfungsseite des ersten Kondensator-Ver­ dampfers, Verflüssigungsseite des zweiten Kondensator-Verdampfers, Gasleitung und Flüssigkeitsleitung gebildeten Primärkreislauf vorhandenen Flüssigkeit die Wärmeübertragungsleistung stark reduziert wird. Hierdurch ist es möglich, durch einen bestimmten Anfangsdruck im Primärkreislauf und durch eine Regelung der Temperatur im Verdampfungsraum des zweiten Kondensator-Verdampfers das gesamte Verfahren zu steuern.It is advantageous if the evaporation side of the first condenser evaporator is in There is a flow connection to a gas storage unit and in particular the liquefaction side of the second condenser-evaporator is designed so that when a determined value of the amount of in the evaporation side of the first condenser Ver steamer, condensing side of the second condenser-evaporator, gas line and Liquid line formed the primary circuit existing liquid Heat transfer performance is greatly reduced. This makes it possible to use a certain initial pressure in the primary circuit and by regulating the temperature in the Evaporation space of the second condenser-evaporator the entire process Taxes.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann bei einem Verfahren zur Gewinnung von Reinst-Xenon eingesetzt werden.The device according to the invention can be used in a method for obtaining Ultrapure xenon can be used.

Insbesondere im Zusammenhang mit Luftzerlegungsanlagen ist es günstig, wenn ein Fluid, das ein oder mehrere Luftgase enthält als zweites Kältemittel, das im zweiten Kondensator-Ver­ dampfer verdampft wird, eingesetzt wird. Vorzugsweise wird verdampfender Sauerstoff oder Stickstoff verwendet.Especially in connection with air separation plants, it is advantageous if a fluid, which contains one or more air gases as the second refrigerant, the second condenser Ver evaporator is evaporated, is used. Evaporating oxygen is preferred or nitrogen is used.

Die chemische Zusammensetzung des ersten Kältemittels sollte so gewählt werden, daß einerseits seine Siedetemperatur niedrig genug ist, um das Kopfgas der Säule auch bei hohen Konzentrationen von flüchtigen Bestandteilen zu kondensieren, und andererseits gewährleistet ist, daß die Temperatur am Kopf der Säule nicht unter den Schmelzpunkt von Xenon sinkt. The chemical composition of the first refrigerant should be chosen so that on the one hand its boiling temperature is low enough to also contribute to the top gas of the column to condense high concentrations of volatiles, and on the other hand it is ensured that the temperature at the top of the column does not fall below the melting point of Xenon is sinking.  

Diese Bedingungen werden erfüllt, wenn Ethylen als erstes Kältemittel eingesetzt wird. Mit "Ethylen" ist hier ein überwiegend Ethylen enthaltendes Gemisch insbesondere technisch reines Ethylen (mit beispielsweise etwa 1 vol-% Verunreinigungen) gemeint. Die Siedetemperatur von Ethylen beträgt bei einem Druck von 2,0 bar 182 K. Bei einer Temperaturdifferenz von 8 K am Kopfkondensator kann damit reines Xenon unter einem Druck von 3,5 bar (entsprechend 190 K) kondensiert werden. Steigt die Konzentration von Verunreinigungen am Kopf der Destilliersäule an, so kann dies durch eine Druckabsenkung auf der Verdampfungsseite des Kopfkondensators ausgeglichen werden.These conditions are met when ethylene is used as the first refrigerant. With "Ethylene" here is a mixture containing predominantly ethylene, especially technically pure ethylene (with, for example, about 1% by volume of impurities) is meant. The Boiling temperature of ethylene at a pressure of 2.0 bar is 182 K. At one Temperature difference of 8 K at the top capacitor can thus be pure xenon under one Pressure of 3.5 bar (corresponding to 190 K) can be condensed. The concentration of Contamination at the top of the distillation column can be done by lowering the pressure on the evaporation side of the top condenser.

Sind beispielsweise im Roh-Xenon Verunreinigungen von 5000 vppm Krypton enthalten, die mit dem Restgas am Kopf der Säule abgezogen werden sollen, und möchte man dabei nur etwa 0,5% Xenon verlieren, muß sich das Kopfgas aus 50% Krypton und 50% Xenon zusammensetzen. Anstelle einer alleinigen Erhöhung des Kolonnendruckes (16,9 bar wären erforderlich) kann beim erfindungsgemäßen Verfahren der Ethylen-Verdampfungsdruck auf 1,0 bar entsprechend einer Verdampfungstemperatur von 169 K, gesenkt werden. Damit würde sich bei einer Temperaturdifferenz von 8 K eine Kondensationstemperatur des 50%igen Krypton-Xenon-Gemischs von 177 K und damit ein Kolonnendruck von 11 bar einstellen.For example, the raw xenon contains impurities of 5000 vppm krypton, which should be withdrawn with the residual gas at the top of the column, and you only want to If you lose about 0.5% xenon, the top gas must consist of 50% krypton and 50% xenon put together. Instead of simply increasing the column pressure (16.9 bar required) in the process according to the invention, the ethylene evaporation pressure 1.0 bar corresponding to an evaporation temperature of 169 K. In order to at a temperature difference of 8 K, a condensation temperature of 50% krypton-xenon mixture of 177 K and thus a column pressure of 11 bar to adjust.

Beim Einsatz von Ethylen als erstes und Sauerstoff oder Stickstoff als zweites Kältemittel ist zu beachten, daß Ethylen bei einer Temperatur von 103,4 K fest wird, daß also die Siedetemperatur der zur Verflüssigung des Ethylens eingesetzten Flüssigkeit nicht niedriger als 104 K sein darf. Dies entspricht flüssigem Sauerstoff von 3,5 bar oder flüssigem Stickstoff von 10,2 bar. Bei einer Betriebsweise mit Ethylen unter 2 bar und flüssigem Sauerstoff unter 3,5 bar bzw. flüssigem Stickstoff unter 10,2 bar ergibt sich am zweiten Kondensator-Ver­ dampfer zur Rückverflüssigung des Ethylens eine Temperaturdifferenz von 78 K. Aus dieser großen Temperaturdifferenz resultiert eine relativ kleine Heizfläche. Auch nach Berücksichtigung des Leidenfrost-Effekts führt dies zur Konstruktion einer kompakten, sich selbst regelnden Einrichtung.When using ethylene as the first and oxygen or nitrogen as the second refrigerant it should be noted that ethylene solidifies at a temperature of 103.4 K, ie The boiling point of the liquid used to liquefy the ethylene is not lower than 104 K. This corresponds to liquid oxygen of 3.5 bar or liquid nitrogen of 10.2 bar. When operating with ethylene under 2 bar and liquid oxygen under 3.5 bar or liquid nitrogen below 10.2 bar results on the second condenser Ver steamer to re-liquefy the ethylene a temperature difference of 78 K. Aus this large temperature difference results in a relatively small heating surface. Even after Taking into account the Leidenfrost effect, this leads to the construction of a compact, self self-regulating facility.

Die Erfindung sowie weitere Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.The invention and further details of the invention are described below with reference to an in the drawing illustrated embodiment explained in more detail.

Eine Roh-Xenon-Zuführungsleitung 2 dient zur Einleitung von Roh-Xenon, das einige Zehntel-Prozent Krypton sowie Spuren von Verunreinigungen wie z. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ und/oder R115 enthält, in eine Destilliersäule 1, von der in der Zeichnung nur ein Ausschnitt gezeigt ist. Am Sumpf der Säule 1 kann über eine Produktleitung 3 flüssiges Reinst-Xenon kontinuierlich oder diskontinuierlich abgeführt werden. Eine elektrisch betriebene Heizung dient zur Zufuhr von Wärme in den Säulensumpf. (Alternativ sind auch andere Arten der Beheizung möglich, beispielsweise durch Verbrennung von Gas.) Der obere Abschnitt der Destilliersäule 1 ist mit dem Verflüssigungsraum 51 eines ersten Kondensator-Verdampfers 50 verbunden, der als Kopfkondensator betrieben wird. Der Verflüssigungsraum 51 weist im wesentlichen Zylinderform auf und ist von dem im wesentlichen zylinderringförmigen Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 umgeben.A raw xenon feed line 2 is used to introduce raw xenon, which contains a few tenths of a percent of krypton and traces of contaminants such as e.g. B. C₂F₆, N₂O, SF₆, CF₄ and / or R115 contains, in a distillation column 1 , of which only a section is shown in the drawing. At the bottom of column 1 , liquid ultrapure xenon can be removed continuously or discontinuously via a product line 3 . An electrically operated heater serves to supply heat to the column sump. (Alternatively, other types of heating are also possible, for example by burning gas.) The upper section of the distillation column 1 is connected to the liquefaction chamber 51 of a first condenser-evaporator 50 , which is operated as a top condenser. The liquefaction space 51 has an essentially cylindrical shape and is surrounded by the essentially cylindrical evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 .

Am oberen Ende des Verflüssigungsraumes 51 ist eine Restgasleitung angeschlossen. Das Ventil 7 in der Restgasleitung 5 dient auch zur Einstellung des Drucks im Verflüssigungsraum 51 und damit in der Destilliersäule 1. Es kann zu diesem Zweck über eine Druckmeß- und -regeleinrichtung 6 (PIC: pressure indication and control) angesteuert werden. Zusätzlich oder alternativ zu einer Flüssigkeitsstandregelung im Sumpf der Säule kann dieselbe Regeleinrichtung 6 kann auch zur Einstellung der Heizleistung verwendet werden, wie es durch die entsprechende gestrichelte Verbindung in der Zeichnung dargestellt ist.A residual gas line is connected to the upper end of the liquefaction space 51 . The valve 7 in the residual gas line 5 also serves to adjust the pressure in the liquefaction space 51 and thus in the distillation column 1 . For this purpose, it can be controlled via a pressure measuring and regulating device 6 (PIC: pressure indication and control). In addition or as an alternative to a liquid level control in the bottom of the column, the same control device 6 can also be used to adjust the heating power, as is shown by the corresponding dashed connection in the drawing.

Der Verdampfungsraum 52 ist in seinem oberen Bereich mit einer Gasleitung und in seinem unteren Bereich mit einer Flüssigkeitsleitung 9 verbunden und kommuniziert über beide mit dem Verflüssigungsraum 61 eines zweiten Kondensator-Verdampfers 60. Die Gasleitung 8 ist an einer Stelle mit dem Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 verbunden, die geodätisch höher als die Stelle der Verbindung der Gasleitung 8 mit dem Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 liegt. Letztere ist vorzugsweise am oberen Ende des Verflüssigungsraums 61 des zweiten Kondensator-Verdampfers angeordnet. The evaporation chamber 52 is connected to a gas line in its upper region and to a liquid line 9 in its lower region and communicates via both with the liquefaction chamber 61 of a second condenser-evaporator 60 . The gas line 8 is connected to the evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 at a point which is geodetically higher than the point of connection of the gas line 8 to the liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator 60 . The latter is preferably arranged at the upper end of the liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator.

Der Verdampfungsraum 62 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 weist je eine Leitung zur Zufuhr von Flüssigkeit (63) und zur Entnahme von Dampf (64) auf. Über die Flüssigzufuhr wird der Füllstand im Verdampfungsraum 62 geregelt (Flüssigkeitsstandregler 65, LIC: liquid indication and control), über die Gasentnahme der Druck (Druckregler 66). Ein Sicherheitsablaß 72 dient zur gelegentlichen Entnahme von Flüssigkeit am unteren Ende des Verdampfungsraums 62. Der Verdampfungsraum 62 ist von einem Behälter umschlossen, der durch eine Hülle 67 und eine Wärmeübertragungsplatte 68 gebildet wird. Der Behälter des Verflüssigungsraums 61 wird durch eine weitere Hülle 69 und ebenfalls durch die Wärmeübertragungsplatte 68 gebildet. Die Wärmeübertragungsplatte 68 ist aus einem einzigen Werkstück hergestellt. Die beiden Hüllen 67, 69 sind jeweils durch eine ringförmige Schweißnaht 70, 71 mit der Wärmeübertragungsplatte, aber nicht untereinander verbunden.The evaporation chamber 62 of the second condenser-evaporator 60 each has a line for the supply of liquid ( 63 ) and for the removal of steam ( 64 ). The level in the evaporation chamber 62 is regulated via the liquid supply (liquid level regulator 65 , LIC: liquid indication and control), and the pressure is removed via the gas extraction (pressure regulator 66 ). A safety drain 72 is used for occasional liquid removal at the lower end of the evaporation space 62 . The evaporation space 62 is enclosed by a container which is formed by a casing 67 and a heat transfer plate 68 . The container of the liquefaction space 61 is formed by a further shell 69 and also by the heat transfer plate 68 . The heat transfer plate 68 is made from a single workpiece. The two sleeves 67 , 69 are each connected to the heat transfer plate by an annular weld seam 70 , 71 , but not to one another.

Die Destilliersäule 1 und die beiden Kondensator-Verdampfer 50, 60 sind innerhalb einer Cold box angeordnet, die zur thermischen Isolierung dient.The distillation column 1 and the two condenser evaporators 50 , 60 are arranged within a cold box, which is used for thermal insulation.

Die Gasleitung 8 ist über eine Ausgleichsleitung 10 mit einem Gasspeicher 11 verbunden, der ein relativ großes Füllvolumen aufweist, das beispielsweise etwa das Hundertfache des Rauminhalts des Primärkreislaufs (Verdampfungsraum 52 des ersten Kondensator-Verdampfers 50, Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator-Ver­ dampfers 60, Gasleitung 8 und Flüssigkeitsleitung 9) beträgt. Der Druck im Gasspeicher kann durch Zufuhr von zusätzlichen Mengen des im Primärkreislauf zirkulierenden ersten Kältemittels über die Leitung 12 eingestellt werden.The gas line 8 is connected via a compensating line 10 to a gas storage 11 , which has a relatively large filling volume, for example approximately 100 times the volume of the primary circuit (evaporation space 52 of the first condenser-evaporator 50 , liquefaction space 61 of the second condenser-evaporator 60 , Gas line 8 and liquid line 9 ) is. The pressure in the gas storage can be adjusted by supplying additional quantities of the first refrigerant circulating in the primary circuit via line 12 .

Als erstes Kältemittel wird in dem Ausführungsbeispiel Ethylen einer Reinheit von etwa 99 vol-% eingesetzt. Im zweiten Kondensator-Verdampfer 60 wird Sauerstoff als zweites Kältemittel verdampft.In the exemplary embodiment, ethylene with a purity of approximately 99% by volume is used as the first refrigerant. In the second condenser-evaporator 60 , oxygen is evaporated as the second refrigerant.

Zum Verständnis der Funktionsweise der Vorrichtung zur Gewinnung von Reinst-Xenon wird im folgenden deren Betrieb einschließlich des Anfahrens aus dem warmen Zustand geschildert.To understand the operation of the device for the purest xenon extraction is in the following their operation including starting from the warm state is described.

Die Flüssigethylenmenge im Betrieb beziehungsweise die Gasmenge des Ethylens im warmen Zustand sind in dem Beispiel so ausgelegt, daß im warmen Zustand, das heißt bei Umgebungstemperatur, der Ethylendruck etwa 6,5 bar beträgt. Bei der Inbetriebnahme wird zunächst flüssiger Sauerstoff in den Verdampfungsraum 62 des zweiten Kondensator-Verdampfers 60 gefüllt; der Sauerstoff verdampft dabei stark. Der Druck im Verdampfungsraum 62 wird bei 3,5 bar konstant gehalten. Nachdem sich die Bauteile entsprechend abgekühlt haben, beginnt die Verflüssigung des zunächst gasförmigen Ethylens im Verflüssigungsraum 61 des zweiten Kondensator-Ver­ dampfers. Da das Volumen des verflüssigten Gases viel kleiner als das Volumen im gasförmigen Zustand ist, sinkt der Druck im Primärkreislauf, in der Ausgleichsleitung und im Gasspeicher langsam ab. Dies geschieht so lange, bis der Flüssigkeitsstand im Verflüssigungsraum 61 die Wärmeübertragungsplatte 68 erreicht hat. Dabei stellt sich ein Ethylendruck (Druck des Gases im Primärkreislauf) von 2 bar ein. Das flüssige Ethylen kommuniziert über die Flüssigkeitsleitung 9 mit der Heizfläche im ersten Kondensator-Verdampfer 50.The amount of liquid ethylene in operation or the amount of gas of ethylene in the warm state are designed in the example so that in the warm state, that is to say at ambient temperature, the ethylene pressure is approximately 6.5 bar. When starting up, liquid oxygen is first filled into the evaporation space 62 of the second condenser-evaporator 60 ; the oxygen evaporates strongly. The pressure in the evaporation chamber 62 is kept constant at 3.5 bar. After the components have cooled accordingly, the liquefaction of the initially gaseous ethylene begins in the liquefaction chamber 61 of the second condenser evaporator. Since the volume of the liquefied gas is much smaller than the volume in the gaseous state, the pressure in the primary circuit, in the compensating line and in the gas storage device slowly drops. This continues until the liquid level in the liquefaction space 61 has reached the heat transfer plate 68 . An ethylene pressure (pressure of the gas in the primary circuit) of 2 bar is established. The liquid ethylene communicates via the liquid line 9 with the heating surface in the first condenser-evaporator 50 .

Nach der Einspeisung von Roh-Xenon in die Destilliersäule 1 (vorzugsweise über Zweigleitung 2a am Kopf der Säule), wird dieses im Verflüssigungsraum 51 des ersten Kondensator-Verdampfers 50 verflüssigt, läuft durch die Säule nach unten und sammelt sich in deren Sumpf. Wenn sich genügend Flüssigkeit im Sumpf angesammelt hat, wird dieser mit konstanter Leistung beheizt und die Einspeisung wird von Leitung 2a auf Leitung 2b umgestellt, die an einer Zwischenstelle in die Destilliersäule 1 mündet. In der Säule stellt sich zunächst ein Druck ein, der so hoch ist, daß die Summe aus der eingefahrenen Roh-Xenon-Menge und der im Sumpf verdampften Xenonmenge im ersten Kondensator-Verdampfer 50 kondensiert wird. Nach einiger Zeit, wenn sich am Kopf der Säule die Spurenverunreinigungen angesammelt haben, beginnt der Druck in der Kolonne zu steigen, damit auch die leichter siedenden Bestandteile verflüssigt werden können. Bei einem vorher anhand der Verunreinigungsmenge im Xenon und der gewünschten Ausbeute an Reinst-Xenon bestimmten Solldruck werden diese Verunreinigungen mit einem Feinstregelventil 7 als Restgas abgeregelt.After raw xenon has been fed into the distillation column 1 (preferably via branch line 2 a at the top of the column), this is liquefied in the liquefaction space 51 of the first condenser-evaporator 50 , runs down the column and collects in its sump. When enough liquid has accumulated in the sump, it is heated with constant power and the feed is switched from a line 2 to line 2 b, which ends at an intermediate point in the distillation column. 1 A pressure is initially set in the column which is so high that the sum of the amount of crude xenon drawn in and the amount of xenon evaporated in the sump is condensed in the first condenser-evaporator 50 . After some time, when the trace impurities have accumulated at the top of the column, the pressure in the column begins to rise so that the lower-boiling constituents can also be liquefied. At a target pressure previously determined on the basis of the amount of impurities in the xenon and the desired yield of ultrapure xenon, these impurities are regulated as residual gas with a fine control valve 7 .

Sind die Verunreinigungen im Roh-Xenon groß, beispielsweise bis zu 1 vol-% Krypton, und man möchte eine hohe Anreicherung der Verunreinigungskomponenten im Restgas erreichen, um möglichst wenig Xenon mit dem Restgas zu verlieren, kann der Ethylendruck durch Abblasen aus dem Primärkreislauf oder aus dem Gasspeicher auf beispielsweise 1,0 bar abgesenkt werden. Damit wird die Temperaturdifferenz am ersten Kondensator-Verdampfer 50 zunächst vergrößert. Mit der Zeit sammelt sich bei ansteigendem Druck mehr und mehr reines Xenon im Sumpf der Säule an, das kontinuierlich oder von Zeit zu Zeit über Leitung 3 als Produkt abgelassen wird.If the impurities in the raw xenon are large, for example up to 1 vol% krypton, and you want to achieve a high concentration of the impurity components in the residual gas in order to lose as little xenon as possible with the residual gas, the ethylene pressure can be released by blowing off the primary circuit or out the gas storage system can be reduced to, for example, 1.0 bar. The temperature difference at the first condenser-evaporator 50 is thus initially increased. Over time, with increasing pressure, more and more pure xenon accumulates in the bottom of the column, which is discharged as a product continuously or from time to time via line 3 .

Die beschriebene Vorrichtung kann bei kleinen Mengen an zu verarbeitendem Roh-Xenon auch vollständig diskontinuierlich betrieben werden (Batch-Betrieb). Dabei wird zunächst die zu verarbeitende Roh-Xenon-Menge einkondensiert und im Sumpf gesammelt. Danach wird wie oben beschrieben verfahren, es erfolgt lediglich keine kontinuierliche Zuspeisung an Roh-Xenon. Auch hier muß Restgas entnommen werden, um am Ende der Batch-Destillation ein reines Produkt im Sumpf abziehen zu können. Ein Teil dieses Restgases wird zunächst verworfen; die Hauptmenge des Restgases kann jedoch zur Wiederverwertung aufgefangen werden.The device described can be used with small quantities of Raw xenon can also be operated completely discontinuously (batch operation). Doing so the raw xenon quantity to be processed is first condensed and in the sump  collected. The procedure is then as described above, only none continuous supply of raw xenon. Residual gas must also be removed here to draw off a pure product in the sump at the end of batch distillation can. Part of this residual gas is initially discarded; the bulk of the Residual gas can, however, be collected for recycling.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Gewinnung von Reinst-Xenon aus einem Verunreinigungen enthaltenden Roh-Xenon-Strom mit einer Destilliersäule (1), die mit einer Roh-Xenon-Zu­ führungsleitung (2) und mit einem ersten Kondensator-Verdampfer (50) in Strömungsverbindung steht, dessen Verflüssigungsseite (51) mit dem oberen Bereich der Destilliersäule (1) und dessen Verdampfungsseite (52) mit einer Flüssigkeitsleitung (9) zur Zufuhr eines ersten Kältemittels verbunden ist.1. Device for the production of ultrapure xenon from a contaminated raw xenon stream with a distillation column ( 1 ) which is connected to a raw xenon feed line ( 2 ) and with a first condenser-evaporator ( 50 ) in flow connection , whose liquefaction side ( 51 ) is connected to the upper area of the distillation column ( 1 ) and whose evaporation side ( 52 ) is connected to a liquid line ( 9 ) for supplying a first refrigerant. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem zweiten Kondensator-Verdampfer (60), dessen Verflüssigungsseite (61) einerseits über eine Gasleitung (8) und andererseits über die Flüssigkeitsleitung (9) mit der Verdampfungsseite (52) des ersten Kondensator-Ver­ dampfers (50) verbunden ist, wobei im zweiten Kondensator-Verdampfer (60) Verdampfungs- und Verflüssigungsseite (62, 61) durch ein einziges Werkstück (68) voneinander getrennt sind.2. Device according to claim 1 with a second condenser-evaporator ( 60 ), the liquefaction side ( 61 ) on the one hand via a gas line ( 8 ) and on the other hand via the liquid line ( 9 ) with the evaporation side ( 52 ) of the first condenser-Ver evaporator ( 50 ) is connected, the evaporation and liquefaction side ( 62 , 61 ) in the second condenser-evaporator ( 60 ) being separated from one another by a single workpiece ( 68 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Verdampfungsseite (52) des ersten Kondensator-Verdampfers (50) in Strömungsverbindung (10) mit einem Gasspeicher (11) steht.3. Apparatus according to claim 2, wherein the evaporation side ( 52 ) of the first condenser-evaporator ( 50 ) is in flow connection ( 10 ) with a gas reservoir ( 11 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Verflüssigungsseite (61) des zweiten Kondensator-Verdampfers (60) so ausgebildet ist, daß bei Überschreiten eines bestimmten Wertes der Menge der in dem aus Verdampfungsseite (52) des ersten Kondensator-Verdampfers (50), Verflüssigungsseite (61) des zweiten Kondensator-Ver­ dampfers (60), Gasleitung (8) und Flüssigkeitsleitung (9) gebildeten Primärkreislauf vorhandenen Flüssigkeit die Wärmeübertragungsleistung stark reduziert wird.4. Apparatus according to claim 2 or 3, wherein the liquefaction side ( 61 ) of the second condenser-evaporator ( 60 ) is designed such that when a certain value of the amount in the evaporation side ( 52 ) of the first condenser-evaporator ( 50 ), liquefaction side ( 61 ) of the second condenser-evaporator ( 60 ), gas line ( 8 ) and liquid line ( 9 ) formed primary circuit existing liquid, the heat transfer capacity is greatly reduced. 5. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 bei einem Verfahren zur Gewinnung von Reinst-Xenon.5. Application of the device according to one of claims 1 to 4 in a method for Obtaining pure xenon. 6. Anwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der Sauerstoff oder Stickstoff (63) in die Verdampfungsseite (62) des zweiten Kondensator-Verdampfers (60) eingeleitet werden.6. Application of the device according to one of claims 2 to 4, in which oxygen or nitrogen ( 63 ) in the evaporation side ( 62 ) of the second condenser-evaporator ( 60 ) are introduced. 7. Anwendung nach Anspruch 5 oder 6, bei der Ethylen als erstes Kältemittel (9) eingesetzt wird.7. Application according to claim 5 or 6, in which ethylene is used as the first refrigerant ( 9 ).
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