[发明专利]一种从浓氪氙液中精制纯氪和纯氙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高纯度氪和氙的制备方法，尤其是涉及一种从浓氪氙液中精制纯氪和纯氙的方法。

背景技术

大气中的氪和氙含量分别约为1.138×10^-6和0.0857×10^-6，微量氪和氙随空气进入空气分离装置的低温精馏塔后，高沸点组分氪、氙、碳氢化合物(主要是甲烷)以及氟化物均积聚在低压塔的液氧内，将低压塔的液氧送入一个氪附加精馏塔(俗称贫氪塔)。可获得氪氙含量为0.2～0.3％Kr+Xe的贫氪氙浓缩物，其中甲烷含量约为0.3～0.4％。氧气中甲烷含量过高(一般不超过0.5％CH₄)是极其危险的，只有预先脱除掉贫氪氙浓缩物中的甲烷后，才有可能继续提高液氧中的氪氙浓度，在已知的方法中，首先将贫氪氙浓缩物加压到临界压力5.5MPa并使其汽化，再减压到1.0MPa后进入甲烷纯化装置。甲烷纯化装置是通过钯催化剂，在480～500℃的温度下，氧与甲烷进行化学反应后甲烷被脱除(残余甲烷含量可低于1×10^-6)，然后用分子筛吸附脱除化学反应生成物-二氧化碳和水。随着氪氙逐级浓缩，甲烷含量又随之提高，因此这种化学反应脱除甲烷也要多次进行。

现有技术中清除贫氪氙液中甲烷，通过换热、加热至高温(500℃)在钯触媒的作用下，催化甲烷燃烧生成二氧化碳和水，然后设置分子筛纯化器来吸附这些反应产物，此技术能耗较大(低温-170℃加热至500℃，再降温换热至-160℃)，经过分子筛纯化器时气体损失达2％，将直接影响到纯氪和/或纯氙的提取率。

贫氪氙浓缩物中的微量氟化物，属高沸点组分。在氪氙分离过程中，将积聚在纯氪和纯氙内。在已知的方法中，是分别通过活性锆铝吸气剂，在700℃温度下，脱除掉杂质气体氟化物。

制取纯氪和纯氙的已知技术有以下缺点：

(1)上述方法受空分装置规模限制，四万方以下空分难以实现连续精馏氪氙产品；

(2)要消耗大量的电能和贵重金属(钯合金)制成催化剂，活性锆铝吸气剂是属消耗物资，需定期更换；

(3)采用化学反应法脱除甲烷的装置运行不安全且要损失掉一部分氪和氙，同时由于工艺路线长，设备多，泄露损失也随之增加。因此氪和氙的回收率较低，一般不超过90％，而低流量的浓缩氪氙损失更大；

(4)设备和阀门多，操作不方便，且不能连续运行。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种氪氙回收率高、操作简单、应用广泛的从浓氪氙液中精制纯氪和纯氙的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种从浓氪氙液中精制纯氪和纯氙的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)将原料通过液体泵增压后以液体形式进入第一级精馏塔中部，低温的低沸点惰性气体引入精馏塔中，高沸点的氪氙浓缩物从塔釜引出进入第二级精馏塔中，低沸点的氮、氧、甲烷等从塔顶引出，塔釜得到摩尔浓度不低于99.9％的氪氙浓缩液；

(2)将步骤(1)塔釜得到的氪氙浓缩液送入第二级精馏塔中，进行精馏分离，塔顶得到氪浓缩物，塔底得到氙浓缩物；

(3)将步骤(2)塔顶得到的氪浓缩物送入第三级精馏塔中，进行精馏分离，塔顶得到摩尔含量不低于99.999％的纯氪产品；

(4)将步骤(2)塔釜得到的含氙浓缩物送入第四级精馏塔中，进行精馏分离，在塔顶得到摩尔含量不低于99.99％的含氙流体；

(5)将步骤(4)塔顶得到的含氙流体送入第五级精馏塔中，进行精馏分离，在塔顶得到摩尔含量不低于99.999％的纯氙产品。

所述的步骤(1)中的原料为脱除大部分氧气的氪氙浓缩物。

所述的步骤(1)中的惰性气体包括氮气或氮氩混合气。

所述的步骤(1)中第一级精馏塔采用液氮作为冷源，将液氮送至第一级精馏塔顶部的冷凝蒸发器中，采用液氮沸腾，使塔内上升蒸汽冷凝成回流液，控制塔内温度为-190～-110℃进行精馏。

所述的第二级、第三级、第四级及第五级精馏塔塔顶冷凝蒸发器的冷源采用低温净化后压缩空气或常温净化后压缩空气混合调节的方式，避免冷源温度过低造成氪氙凝固。

所述的精馏塔塔顶的冷凝蒸发器排出的氮气或净化压缩空气混汇合后均返回主换热器，进行冷量回收利用。

所述的精馏塔及精馏塔间的低温管线及阀门都包在充有绝热材料的冷箱内。

所述的绝热材料包括超细玻璃棉或膨胀珍珠岩。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：