一种超高纯氙、氪纯化系统及纯化方法技术方案

本发明专利技术属于高纯气体纯化领域，尤其是涉及一种超高纯氙、氪纯化系统及纯化方法。采用纯化系统包括原料气钢瓶，原料气钢瓶中存储有原料气，原料气钢瓶连接加热室，加热室外设有保温层，保温层外设有加热层，加热室连接催化室底部，催化室内有催化剂，催化室连接吸附室，吸附室内设有隔板，将吸附室隔成迷宫状通道，吸附室内设有吸附剂，吸附室连接吸气室，吸气室内设有金属吸气室，吸气室内设有隔板，将吸气室隔成迷宫状通道，吸气室连接分析仪，各部件之间通过带有阀门的气流管路连接，本发明专利技术结合催化氧化、化学反应、物理吸附三种原理，深度纯化原料气体，除去氙、氪气体中的C5以上烃类组分及氟化物，达到超高纯级别，满足电推进用氙、氪的技术要求。

A Purification System and Method for Ultra Pure Xenon and Krypton

The invention belongs to the field of high purity gas purification, in particular to an ultra-high purity xenon and krypton purification system and a purification method. The purification system consists of raw gas cylinders, which store raw gas. The raw gas cylinders are connected to the heating chamber. The heating chamber is equipped with an insulating layer outside the heating chamber. The heating chamber is connected with the bottom of the catalytic chamber. The catalytic chamber is equipped with catalysts and the catalytic chamber is connected with the adsorption chamber. The adsorption chamber is equipped with a baffle. The adsorption chamber is separated into labyrinth channels and the adsorption chamber is equipped with adsorption chamber. The sorption chamber is connected with the suction chamber, the metal suction chamber is arranged in the suction chamber, the baffle is arranged in the suction chamber, the suction chamber is separated into labyrinth channels, and the suction chamber is connected with the analyzer. The components are connected through the air flow pipeline with valves. The method combines three principles of catalytic oxidation, chemical reaction and physical adsorption to purify the raw gas in depth and remove C5 from xenon and krypton gases. Upper hydrocarbon components and fluorides reach ultra-high purity level, meeting the technical requirements of xenon and krypton for electric propulsion.

【技术实现步骤摘要】
一种超高纯氙、氪纯化系统及纯化方法
本专利技术属于高纯气体纯化领域，尤其是涉及一种超高纯氙、氪纯化系统及纯化方法。
技术介绍
电推进作为空间电推进技术中的一种，广泛应用于空间推进，如航天器姿态控制、位置保持、轨道机动和星际飞行等。电推进系统使用的推进剂一般为氙气、氪气等惰性气体，气体的纯度是保证电推进的推力、比冲、效率及寿命的技术关键。氙、氪中的杂质水、氧含量超标容易造成电推进系统的阴极氧化，导致其寿命受损；碳化物、氟化物等有害杂质易沉积覆盖于发射体表面，将直接影响电推进的推力、比冲和效率。氙气和氪气中的杂质主要有氮、氧、氢、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、六氟乙烷、四氟化碳等。目前在净化氙气和氪气的方法中，主要有采用活性炭分离、逐级富集纯化，以及浓缩、换热汽化、反应后净化吸附的方式。对于超高纯氙、氪气中的低含量杂质气体的纯化去除方面，则没有成熟的工艺报道。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种超高纯氙、氪纯化系统及纯化方法。本专利技术完整的技术方案包括：一种超高纯氙、氪纯化系统，该系统包括原料气钢瓶，加热室，催化室，吸附室，吸气室，分析仪，上述各部件依次通过带阀门的气流管路连接；其中，加热室外设有保温层，保温层外设有加热层；催化室内有催化剂，吸附室内设有吸附剂，吸气室内设有金属吸气剂。优选的，加热室外的加热层中设置有电阻加热丝；优选的，加热室连接催化室底部；优选的，吸附室内设有隔板，将吸附室隔成迷宫状通道；优选的，吸气室内设有隔板，将整个吸气室隔成迷宫状通道。根据上述系统，专利技术人专利技术了一种超高纯氙、氪纯化方法，具体包括如下步骤：开启阀门，原料气从原料气钢瓶进入加热室，开启加热层中的电阻加热丝开始加热，将加热室温度加热至380～420℃，随后经管道从底部进入催化室，控制进入的原料气体压力为0.1-0.4MPa，吹动催化室内的催化剂，使其呈沸腾状，起到类似流化床的催化反应效果，使气体中的氢气、一氧化碳、甲烷和非甲烷类碳氢化合物在有微量氧存在的情况下，高温下通过与催化剂的剧烈接触下快速成为二氧化碳和水；随后开启阀门，使经催化氧化的气体进入吸附室，气体在吸附室沿着迷宫式通道流动，经过分子筛吸附剂，将气体中的二氧化碳、水进行选择性吸附；经催化氧化的气体进入吸气室，吸气室内放置有金属吸气剂，气体在吸气室沿着隔板隔成的迷宫式通道流动，经过金属吸气剂，将气体中的四氟化碳、六氟化碳等氟化物以及剩余的微量氧、氢气、一氧化碳、甲烷或非甲烷类碳氢化合物吸附去除，经过吸气后的气体最后进入分析仪进行纯度分析，得到超高纯气体。其中，催化室中的催化剂为Pd75Pt25合金，粒径为10-30nm。原料气体流量为2-4m3/min。分子筛吸附剂是一种具有立方晶格的硅酸盐化合物，常见的有A型、X型、Y型等多种型号，本专利技术主要采用4A型或5A型分子筛吸附剂，粒径为0.3-0.5cm，孔径为10-30nm；吸气室内的金属吸气剂为NiZrTi合金，粒径为0.1-0.2cm。本专利技术相对于现有技术的优点在于：本专利技术结合催化氧化、化学反应、物理吸附三种原理，深度纯化原料气体，除去氙、氪气体中的氢气、一氧化碳、二氧化碳、氮、氧、水、烃类组分及氟化物，达到超高纯级别，满足电推进用氙、氪的技术要求。在催化时可以采用类似流化床式工作方式，使纯化效率大大提高。吸附室和吸气室采用迷宫式结构，使气体在其中流经路径延长，提高了吸附和吸气效果。附图说明图1为本专利技术公开的超高纯氙、氪纯化系统结构示意图。图中：1-原料气钢瓶，2-加热室，3-保温层，4-加热层，5-催化室，6-催化剂，7-吸附室，8-隔板，9-吸附剂，10-吸气室，11-金属吸气剂，12-隔板，13-分析仪，14-气流管路，15-阀门。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。如图1所示，本专利技术公开的一种超高纯氙、氪纯化系统，包括样品气钢瓶1，原料气钢瓶中存储有原料气，原料气钢瓶连接加热室2，加热室外设有保温层3，保温层外设有加热层4，加热室连接催化室5底部，催化室内有催化剂，催化室5连接吸附室7，吸附室7内设有隔板8，将吸附室7隔成迷宫状通道，吸附室7内设有吸附剂9，吸附室连接吸气室10，吸气室内设有金属吸气剂11，吸气室内设有隔板12，将吸气室10隔成迷宫状通道，吸气室10连接分析仪13，各部件之间通过带有阀门15的气流管路14连接。本专利技术公开的超高纯氙、氪纯化方法，具体包括如下步骤：开启阀15，原料气从原料气钢瓶进入加热室，开启加热层中的电阻加热丝开始加热，加热层和加热室之间设有保温材料，将加热室温度加热至(380～420)℃，随后经管道从底部进入催化室，控制进入的原料气体压力为0.25MPa，吹动催化室内的催化剂，使其呈沸腾状，起到类似流化床的催化反应效果，使气体中的氢气、一氧化碳、甲烷和非甲烷类碳氢化合物在有微量氧存在的情况下，高温下通过与催化剂的剧烈接触下快速成为二氧化碳和水，可以适当增加催化室内的氧含量，使气体中的碳氢类物质能够反应完全，具体增加的氧含量可以通过对催化前原料气中的碳氢含量进行检测。所用的催化剂为Pd75Pt25合金，粒径为10-30nm。原料气体流量为2-4m3/min，经过实验验证，采用380～420℃高温下的气体鼓入的方式，在30-60s内即可以使原料气中的微量氧在催化剂作用下与碳氢元素进行结合，生成水和二氧化碳，而如果温度在160-200℃左右时，催化效果显著降低，往往需要5-10min，由于整个纯化过程为流水化作业，因此本专利技术采用了高温下的催化反应，使纯化效率大大提高。随后开启阀门，使经催化氧化的气体进入吸附室，吸附室内设有隔板，将整个吸附室隔成迷宫式结构，隔板之间放置有分子筛吸附剂，粒径为0.3-0.5cm，孔径为10-30nm，气体在吸附室能沿着隔板隔成的迷宫式通道流动，经过分子筛吸附剂，将气体中的二氧化碳、水进行选择性吸附。使经催化氧化的气体进入吸气室，吸气室内设有隔板，将整个吸气室隔成迷宫式结构，隔板之间放置有金属吸气剂，金属吸气剂为NiZrTi合金，粒径为0.1-0.2cm，气体在吸气室沿着隔板隔成的迷宫式通道流动，经过金属吸气剂，将气体中的四氟化碳、六氟化碳等氟化物的吸附去除。经过吸气后的气体最后进入分析仪进行纯度分析，检测合格，得到超高纯气体。以上所述，仅是本专利技术的较佳实施例，并非对本专利技术作任何限制，凡是根据本专利技术技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本专利技术技术方案的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，该系统包括原料气钢瓶(1)，加热室(2)，催化室(5)，吸附室(7)，吸气室(10)，分析仪(13)，上述各部件依次通过带阀门(15)的气流管路(14)连接；其中，加热室(2)外设有保温层(3)，保温层(3)外设有加热层(4)；催化室(5)内有催化剂(6)，吸附室(7)内设有吸附剂(9)，吸气室(10)内设有金属吸气剂(11)。

【技术特征摘要】
1.一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，该系统包括原料气钢瓶(1)，加热室(2)，催化室(5)，吸附室(7)，吸气室(10)，分析仪(13)，上述各部件依次通过带阀门(15)的气流管路(14)连接；其中，加热室(2)外设有保温层(3)，保温层(3)外设有加热层(4)；催化室(5)内有催化剂(6)，吸附室(7)内设有吸附剂(9)，吸气室(10)内设有金属吸气剂(11)。2.根据权利要求1所述的一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，加热室(2)外的加热层(4)中设置有电阻加热丝。3.一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，加热室(2)连接催化室(5)底部。4.一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，吸附室(7)内设有隔板(8)，将吸附室(7)隔成迷宫状通道。5.一种超高纯氙、氪纯化系统，其特征在于，吸气室(10)内设有隔板(12)，将整个吸气室(10)隔成迷宫状通道。6.一种利用权利要求1所述系统的超高纯氙、氪纯化方法，其特征在于，具体包括如下步骤：开启阀门，原料气从原料气钢瓶进入加热室，开启加热层中的电阻加热丝开始加热，将加热室温度加热至380～420℃，随后经管道从底部进入催化室，控制进入...

【专利技术属性】
技术研发人员：荀其宁，张文申，许峰，邓卫华，赵晓刚，侯倩倩，刘霞，毛如增，任万杰，王鹏，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37