专利名称：氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及热扩散法分离稳定性同位素22Ne生产工艺的补充工艺，尤其涉及氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺。
背景技术：
在现有技术中，尚未发现有专门针对杂质过高的产品气的回收及净化的报道。
在热扩散法分离稳定性同位素22Ne生产中，因采用分子筛低温净化杂质，导致最终分子筛中仍残留大量产品气，从而浪费了大量产品；同时由于系统难免有少量空气泄露，导致产品中O2、N2、CO2等杂质偏高；此外，该分离工艺中也存在包装失败、产品杂质过高或丰度不合格等意外事故。为了保证产品纯度为99.99％，一般采用分子筛低温净化，但同时造成了20％的产品损失。
发明内容
本发明的目的就是提供一种工艺简单、操作方便、节能的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤(1)分子筛吸附产品气的回收将吸附了产品气的分子筛出口与净化瓶的进口连接，缓慢移走分子筛吸附段液氮，分子筛冷阱逐渐升温，吸附气体缓慢解吸，并引入净化瓶，控制压力恒定(一个大气压)，则进入净化瓶的气体体积与排出水的体积相等，该净化瓶内的液体水起液封和计量作用，当回收气体达到吸附总体积的90～95％时关闭净化瓶进出口阀，分子筛中剩余气体排空；
(2)回收气体的净化回收至净化瓶内的分子筛解吸产品气含杂质较高，纯度为70～98％摩尔，杂质主要为O2、N2、CO2，采用含有海绵Ti及Cu屑的净化柱通过化学方法净化解吸产品气，反应式为
净化柱内气体采用热虹吸原理，冷的气体不断经过垂直放置的净化柱向上扩散，净化瓶内气体对流至净化柱底部，实现循环净化，当净化瓶内的回收气体达到净化要求后停止加热，将该气体转入包装系统包装；所述的净化柱为垂直设置，其中央充填海绵Ti，两端为Cu屑，所述的热虹吸采用的热源为与净化柱相应的垂直设置的电炉，该电炉中央温度为700～1000℃，两端为400～700℃。
所述的净化后的回收气体即为含有微量O2、N2、CO2、Ar的氖同位素产品，其纯度最高达99.9％摩尔，该产品可再用分子筛低温吸附达到更高纯度，其更高纯度≥99.99％摩尔。
所述的净化后的回收气体中CO2超过0.1％摩尔时，可将一定量NaOH加入净化瓶，配成0.1～0.5摩尔/升的溶液，以脱除CO2。
所述的分子筛吸附产品气的回收步骤中，可采用逐级升温，回收优先解吸的90～95％摩尔的吸附气。
所述的净化柱的Cu/Ti长度比为1/6～1/2。
所述的净化柱中的Cu屑可用Fe、Zn、Ni、Mg屑中的一种或几种取代。
所述的净化柱可选用一根或多根，该一根或多根净化柱可净化一瓶或同时净化数瓶回收气。
所述的工艺还适用于He、Ar、Kr、Xe稀有气体中含有O2、N2、H2、CO2杂质的净化。
所述的净化瓶内的液体水可以用难挥发性溶剂石蜡油代替。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果及优点1.本发明工艺简单、操作方便，净化时几乎不需人工操作，使用原料廉价、净化效率高，选择性高。
2.本发明弥补了现有22Ne同位素分离产品时分子筛净化导致的产品损失，可减少约20％的产品损耗。
3.本发明同样适用于含有O2、N2、H2、CO2杂质的其它气体的净化。
4.本发明采用热虹吸原理实现自然回流，无需任何动力消耗。
5.本发明工艺灵活，可采用一根净化柱同时净化数瓶气体，亦可采用数根净化柱净化。每根净化柱内充填的净化剂种类及量均可随具体情况而变化。净化剂Cu屑可用Fe、Zn、Ni、Mg屑等金属取代，可同时选用一种或多种净化剂。
图1为本发明的工艺流程图。
具体实施例方式
下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1如图1所示，一种22Ne分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，该工艺包括分子筛吸附产品气的回收、回收气体的净化等工艺步骤；所述的分子筛吸附产品气的回收步骤的流程图未示，所述的回收气体的净化步骤的设备包括净化瓶1、循环气进口2、取样口(同时也是分子筛吸附气进口和净化后产品气出口)3、注水口4、电炉5、Cu屑6、海绵Ti 7、循环气出口8、水(或碱液)9、排水口10、净化柱11；所述的净化柱11为垂直设置，其中央充填海绵Ti 7，两端为Cu屑6，所述的电炉5设置在该净化柱11的两边，净化柱11内气体采用热虹吸原理，冷的气体不断经过垂直放置的净化柱11向上扩散，净化瓶1内气体对流至净化柱11底部，实现循环净化，当净化瓶1内的回收气体达到净化要求后停止加热，将该气体转入包装系统包装。
在一次包装中，集气瓶中有8500ml22Ne丰度为47.5％的氖同位素产品，纯度为99％摩尔。经过分子筛低温净化后包装了8×800ml、纯度为99.99％摩尔的47.5％22Ne产品。分子筛吸附了2100ml。在回收分子筛吸附气时，分段解吸，回收2000ml至净化瓶后，剩余100ml排空。如此回收6次即可得到8000ml杂质超标的次产品(其中O21.21％摩尔，N23.56％摩尔，CO20.3％摩尔)。将净化柱的电炉打开，气体循环净化。净化柱长600mm、内径10mm，内充海绵Ti500mm，上、下各有Cu屑50mm。24h后取样分析，产品纯度高于99％摩尔(其中O20.10％摩尔，N20.31％摩尔，CO20.05％摩尔)。接入包装系统包装，经分子筛净化后得到8×800ml、纯度为99.99％摩尔的合格产品。与回收前相比，减少了17％摩尔的损失。
实施例2如图1所示，一种22Ne分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，该工艺包括分子筛吸附产品气的回收、回收气体的净化等工艺步骤；所述的分子筛吸附产品气的回收步骤的流程图未示，所述的回收气体的净化步骤的设备与实施例1相同。
有9000ml99％22Ne纯度为95％的氖同位素气体，在装有400mm海绵Ti，上、下各有Cu屑100mm、内径10mm的净化柱上净化。24h后，纯度达98％，48h为99％。可得8600ml99％22Ne，将该气体转入包装系统，得到8×800ml、纯度为99.99％的99％22Ne同位素产品。
实施例3如图1所示，一种22Ne分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，该工艺包括分子筛吸附产品气的回收、回收气体的净化等工艺步骤；所述的分子筛吸附产品气的回收步骤的流程图未示，所述的回收气体的净化步骤的设备与实施例1相同。
因塔级联泄露，导致集气瓶中9000ml初产品杂质过高，纯度为90％。为达到纯度要求，将该初产品转入净化瓶；与另一瓶杂质过高(纯度95％)的次产品并联用同一根净化柱净化。柱长800mm、内径15mm，装有500mm海绵Ti，上、下各有Cu屑100mm。打开净化柱电源，24h后纯度为96％，72h后即可达99％。转入包装系统，调整好丰度后直接包装，得到合格产品。
实施例4如图1所示，一种22Ne分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，该工艺包括分子筛吸附产品气的回收、回收气体的净化等工艺步骤；所述的分子筛吸附产品气的回收步骤的流程图未示，所述的回收气体的净化步骤的净化柱由两根串联，两台电炉分别加热，其余与实施例1相同。
有10升纯度为95％的氦气，其中含O22.0％、N22.1％、H20.5％、CO20.4％，在两根净化柱上净化，净化柱长100mm，内径10mm。净化瓶内溶液为0.1MNaOH。第一根内充填Cu/Zn，电炉温度400℃；第二根充填海绵Ti，电炉温度800℃。净化24h后氦气纯度达到99.45％，其中含O20.1％、N20.2％、H20.05％、CO20.1％。
权利要求
1.氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，该工艺包括以下步骤(1)分子筛吸附产品气的回收将吸附了产品气的分子筛出口与净化瓶的进口连接，缓慢移走分子筛吸附段液氮，分子筛冷阱逐渐升温，吸附气体缓慢解吸，并引入净化瓶，控制压力恒定，则进入净化瓶的气体体积与排出水的体积相等，当回收气体达到吸附总体积的90～95％时关闭净化瓶进出口阀，分子筛中剩余气体排空；(2)回收气体的净化回收至净化瓶内的分子筛解吸产品气含杂质较高，纯度为70～98％摩尔，杂质主要为O2、N2、CO2，采用含有海绵Ti及Cu屑的净化柱通过化学方法净化解吸产品气，反应式为净化柱内气体采用热虹吸原理，冷的气体不断经过垂直放置的净化柱向上扩散，净化瓶内气体对流至净化柱底部，实现循环净化，当净化瓶内的回收气体达到净化要求后停止加热，将该气体转入包装系统包装；所述的净化柱为垂直设置，其中央充填海绵Ti，两端为Cu屑，所述的热虹吸采用的热源为与净化柱相应的垂直设置的电炉，该电炉中央温度为700～1000℃，两端为400～700℃。
2.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化后的回收气体即为含有微量O2、N2、CO2、Ar的氖同位素产品，该产品可再用分子筛低温吸附达到更高纯度。
3.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化后的回收气体中CO2超过0.1％摩尔时，可将一定量NaOH加入净化瓶，配成0.1～0.5摩尔/升的溶液，以脱除CO2。
4.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的分子筛吸附产品气的回收步骤中，可采用逐级升温，回收优先解吸的90～95％摩尔的吸附气。
5.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化柱的Cu/Ti长度比为1/6～1/2。
6.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化柱中的Cu屑可用Fe、Zn、Ni、Mg屑中的一种或几种取代。
7.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化柱可选用一根或多根，该一根或多根净化柱可净化一瓶或同时净化数瓶回收气。
8.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的工艺还适用于He、Ar、Kr、Xe稀有气体中含有O2、N2、H2、CO2杂质的净化。
9.根据权利要求1所述的氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，其特征在于，所述的净化瓶内的液体水可以用难挥发性溶剂石蜡油代替。
全文摘要
本发明涉及氖同位素分离中分子筛吸附产品气的回收利用工艺，在该工艺中分子筛吸附气采用分段解吸回收90～ 95％，回收气净化采用化学方法，由金属Cu屑和海绵Ti脱除O
文档编号B01D59/16GK1565711SQ03129588
公开日2005年1月19日 申请日期2003年6月30日 优先权日2003年6月30日
发明者李虎林, 陈仙送, 李良君, 杜晓宁 申请人:上海化工研究院