一种超高纯氙、氪纯化系统技术方案

本实用新型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。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，吸附室内设有第一隔板，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，吸气室内设有第二隔板，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，本实用新型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。

An ultra high purity purification system of xenon and krypton

【技术实现步骤摘要】
一种超高纯氙、氪纯化系统
本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。
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，本技术提供了一种超高纯氙、氪纯化系统。本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，吸附室内设有第一隔板，将吸附室隔成迷宫状通道；优选的，吸气室内设有第二隔板，将整个吸气室隔成迷宫状通道。>上述系统使用方法，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，气体在吸气室沿着第二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。本技术相对于现有技术的优点在于：本技术结合催化氧化、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-第一隔板，9-吸附剂，10-吸气室，11-金属吸气剂，12-第二隔板，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技术做进一步说明。如图1所示，本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内设有第一隔板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，吸气室内设有第二隔板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，吸附室内设有第一隔板，将整个吸附室隔成迷宫式结构，第一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第一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，吸气室内设有第二隔板，将整个吸气室隔成迷宫式结构，第二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，气体在吸气室沿着第二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，仅是本技术的较佳实施例，并非对本技术作任何限制，凡是根据本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；/n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)。/n

【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...

【专利技术属性】
技术研发人员：荀其宁，张文申，许峰，侯倩倩，林帅，胡国星，张符，宋磊，张雨，冀克俭，
申请(专利权)人：山东非金属材料研究所，
类型：新型
国别省市：山东;37