[发明专利]一种用活性炭分离氪和氙的方法和装置

说明书

技术领域

本发明属于吸附分离氪和氙的方法和装置，具体涉及活性炭吸附分离氪和氙的方法和装置。利用氪、氙在活性炭上的动态吸附系数的差异和吸附条件的不同进行吸附，利用氪、氙在活性炭上的脱附温度不同进行分离；实现氪、氙的富集和分离，为环境监测提供技术支持。

背景技术

空气中氪、氙浓度较低，直接从空气中分离出氪和氙比较困难，现有技术是空气样品经过分子筛除去水和二氧化碳后，低温精馏把氪/氙与空气中其他主要成分分开，实现氪/氙的浓缩。德国林德股份公司阿尔弗雷德·万纳等人发明号为CN1929455《通过空气的低温分离获取氪和/或氙的方法》的专利，是将压缩及被净化的空气，导入可分离的精馏系统中，经高压塔、低压塔、蒸发器等装置提取氪-氙气体的浓缩物。这种方法采用低温精馏系统得到氪-氙的浓缩物，利用氪、氙沸点的不同实现氪-氙的分离。此方法能耗大、成本高、系统复杂，仅适合于大型工厂的生产。

中国人民解放军63653部队冯淑娟等人发明号为201010196384.0《一种碳分子筛用于氡和氙的分离方法》的专利，利用碳分子筛富集浓度为20-200ppm的氙标准气体和活度为40×10⁴-80×10⁴Bq/m³的氡气体，经过13X分子筛去除水份后进入碳分子筛吸附床吸附，加热解吸后再次流经13X分子筛吸附床，将氙、氡分别吸附在串联的碳分子筛吸附床上，实现氙、氡的分离。该方法仅能对氙和氡的标准气体进行分离；分离装置使用了五级吸附床、两种吸附材料，增加了装置的复杂性和操作难度；碳分子筛在使用前的活化处理需要时间长、操作条件复杂；此方法使用的吸附材料为碳分子筛，不能实现氪和氙的吸附与分离。

本发明利用活性炭对氪、氙气体进行吸附、分离，采用了活性炭一种吸附材料，利用氪、氙在活性炭上的脱附温度不同进行分离，通过控制活性炭吸附柱的温度让氪脱附而氙保留在吸附柱内，实现氪、氙的富集和分离。该方法与装置既可用于核反应堆、核电站等场所的氪、氙的吸附与分离，也可为环境监测、化工生产及生态保护提供新的技术手段及措施。

发明内容

本发明提出一种活性炭吸附分离氪、氙气体的方法和装置，该方法和装置利用氪、氙气体在活性炭上的脱附温度不同进行分离，从而实现氪、氙气体的富集和分离。基于此方法的分离装置，设计合理，简单易操作。

本发明的解决方案：

一种用活性炭分离氪和氙的方法，包括以下步骤

1】将活性炭吸附柱冷却至-80℃，时间稳定5min后开始通入氪、氙混合气进行吸附；

2】吸附结束后对吸附柱加热，用载气吹扫残留的气体，将柱温升至30℃，稳定5min后用隔膜泵将氪收集至钢瓶中；

3】氪收集结束后，对吸附柱继续升温，并用载气吹扫，升到到50℃后停止吹扫，升高到200℃稳定5min，用隔膜泵将氙收集至钢瓶中。

上述步骤还包括在吸附前对吸附柱内装填的活性炭进行活化的步骤，其中活化温度为200℃，压力小于1kPa。

一种用活性炭分离氪和氙的装置，包括原料气体瓶、载气瓶、活性炭吸附柱、真空泵、隔膜增压泵、样品收集瓶、气体浓度检测仪、连接管道和阀门，其特殊之处是：所述原料气体瓶和载气瓶通过阀门与所述活性炭吸附柱的进气端相连，所述活性炭吸附柱的出气端通过隔膜增压泵与样品收集瓶相连，所述真空泵通过阀门连接在活性炭吸附柱的进气端和出气端，所述活性炭吸附柱的出气端连接有气体浓度检测仪，所述的活性炭吸附柱周围设置有吸附柱加热装置、冷却装置和温度控制器。

上述活性炭为14～25目椰壳活性炭。

上述载气瓶的载气为氮气或氦气。

本发明的技术特点：

1、本发明利用氪、氙在活性炭上的脱附温度的差异，利用恒温水浴控制加热温度，准确控制活性炭的脱附温度，实现氪、氙的分离。

2、本发明利用脱附温度的不同进行分离，减少了其它的除杂装置，降低了装置的复杂性。

3、本发明仅使用活性炭一种吸附剂，并且对活性炭的再生温度为200℃，不使用过高的再生温度，降低了方法的复杂性和实现难度。

附图说明

图1是氪、氙的动态吸附分离装置的结构示意图；

图2是氪脱附曲线图；

图3是氙脱附曲线图；

图4是50℃时吹扫尾气中氪、氙含量变化图；