[发明专利]全精馏制备纯氪和纯氙的方法

说明书

技术领域

本发明涉及全精馏制备纯氪和纯氙的方法，尤其是涉及一种从贫氪氙浓缩物中 提取制备纯氪和纯氙的简单方法。

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 称一氪塔)。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。

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。

这些化学法清除甲烷的缺点是：(1)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。(2)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60～63％。(3)设备 和阀门多，操作不方便，且不能连续运行。

中国专利99806566.8是一种从液态氧一塔料中提取氙和可能同时提取氪的方 法，其中，碳氢化合物可以被大部分的除去，然而现代工业由于大气污染等因素的 影响，液态氧中聚集的氟化物的数量已经非常可观，这些氟化物会成百倍的聚集在 最终产品中。2006年最新发布的国家标准中规定，氟化物在高纯氙中的摩尔比例 不可超过0.1×10^-6。该已知方法的缺点在于，得到的产品纯度不高，并且不能去 除原料中的氟化物。

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产品纯度高、 方法简单、控制精确、应用范围广的制备纯氪和纯氙的简单方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：全精馏制备纯氪和纯氙的方法， 其特征在于，该方法是在-190℃～-130℃的低温条件下，在贫氪氙液中填充惰性气 体，将助燃气氧气予以稀释，使甲烷在氧气中的含量不大于0.5％，通过五级精馏 塔经过逐级精馏，利用碳氢化合物、氟化物、氪和氙各自的沸点不同，依次分离贫 氪氙液中所含杂质，得到纯氪和纯氙产品。

所述的方法具体包括以下步骤：

(1)将贫氪氙液经液体泵增压后以液体形式送入第一级精馏塔中，在该第一 级精馏塔中引入惰性气体，利用它们具有不同的相对挥发度，分离氧气，氪氙液全 部从塔釜引出；

(2)将第一级精馏塔塔釜引出的氪氙液送入第二级精馏塔中，进行精馏分离， 低沸点的氮、氧、甲烷从塔顶排出，氪氙液浓缩至99％以上，以液体形式从塔釜 引出；

(3)将第二级精馏塔塔釜引出的液体送入第三级精馏塔中，进行精馏分离， 塔釜得到含氙液体，其中氙的摩尔含量不低于99％，塔顶得到纯氪产品，其中氪 的摩尔含量不低于99.999％；

(4)将第三级精馏塔塔釜得到的含氙液体送入第四级精馏塔中，进行精馏分 离，塔顶得到摩尔含量不低于99.5％的含氙流体；

(5)将第四级精馏塔塔顶得到的含氙流体送入第五级精馏塔中，进行精馏分 离，塔釜得到摩尔含量不低于99.999％的纯氙产品。

所述的第一级精馏塔、第二级精馏塔、第三级精馏塔、第四级精馏塔和第五级 精馏塔的顶部均设有冷凝蒸发器，底部均设有再沸器。