氪气、氙气制备与应用.pdfVIP

中国-r气体行业发展高峰论坛论文集 氪气、氙气的制备与应用 马大方 (武钢集团氧气有限责任公司。武汉市青山区白玉山。430083) 一、氪气、氙气的性质 1．氪气的性质 氪气是无色、无味、无嗅的气体，化学符号为kr，分子量为83．80，十分不活泼，不能燃烧，也 1．14ml。氪气可由大气、合成氨尾气或核反应堆裂变气中提取，但一般多由大气中提取。 2．氙气的性质 氙气是无色、无味、无嗅的气体，化学符号为xe，分子量为131．30，十分不活泼，不能燃烧， 也不助燃。密度高为5．89kg／m3，是天然稀有气体中分子量最大、密度最高的一个。能吸收x射 线，具有极高的发光强度，是稀有气体中发光强度最大的气体。标准沸点165．02K 含量最少的一种，每lm3空气中仅含0．086ml，因提取困难，价格昂贵，与氪气一起被称为“黄金 气体”。氙气可由大气、合成氨尾气或核反应堆裂变气中提取，但一般多由大气中提取。 二、氪气、氙气的制备 1．氪氙稀有提取困难 氪气、氙气堪称高级、尖端、精细的高科技含量气体，一般均以大气为原料提取。但是，氪气 称之为“稀有气体”、“黄金气体”，价格昂贵。正因为“稀有”，故提取困难，只有大型、特大型空气 分离设备才能提取。 2．多种方法提纯精制 氪气、氙气的制备方法有多种，常用的主要有精馏法、吸附法、催化反应法等。 (1)精馏法 其原理是利用组分沸点之差异，通过多次的部份冷凝和部份蒸发的过程，在精馏塔内使组 分分离。比如在氪氙的粗制系统，利用氪、氙、氧沸点之差异，在贫氪塔内精馏，将氧气与氪氙分 离，在塔底获取贫氪氙混合物。又如氪氙精制系统净化杂质也可用到精馏法。此法精馏塔的设 计是关键。 (2)吸附法 其原理是利用吸附剂(如分子筛、涪眭碳等)具有选择吸附的特点，将组份分离或提纯。如 氪氙制备中，精制提纯、净化杂质都可用到此法。其关键是吸附剂的选择。采用大型色谱柱制 备氪气、氙气，也是属于吸附法的范畴。 120 技术市场篇 (3)催化反应法 其原理是利用催化剂使组份中杂质发生化学反应，再将生成物去除达到净化提纯目的，这 种方法往往与吸附法联用。如氪氙精制系统，甲烷等碳氢化合物危险有害杂质的去除，就是用 专用催化剂使其在氧氛围中燃烧，生成的二氧化碳、水份再用专用吸附剂吸收净化。其关键是 催化剂的选择应用。 需要说明的是，上述方法在氪气、氙气制备过程中不是单一应用，而是根据需要联合、多次 地运用，才能得到高纯的产品。 3．工艺复杂设备高精 氪气、氙气提取工艺复杂，技术难度大，生产操作程序要求极为严格。要经受高压低温考 验，要使用特殊设备与材料，安全、防爆、防漏至关重要。氪气、氙气制备一般分为两个阶段：第 一阶段俗称粗制系统，大型、特大型空分低温精馏提取贫氪一氙混合物，在空分冷箱内完成。大 气要经过压缩、冷却、吸附、膨胀制冷、精馏、净化、换热等多道工序。第二阶段俗称精制系统，将 贫氪一氙混合物精制到高纯产品，要经过加压、催化、吸附、换热、精馏、净化等多道工序。 武钢2005年投产的60000m3／h制氧机，系全提取空分装置，由德国林德公司引进，氪气、氙 气制备流程请见图1，其工艺流程具有一定代表性。 4．安全要害检验关键 由于碳氢化合物的沸点与氪气、氙气接近(如甲烷沸点仅比氪气沸点低约8℃)，氪气、氙气 制备中，随着氪气、氙气的浓缩，碳氢化合物也将跟着一起浓缩，在大浓度的氧氛围下，这将存在 燃爆的危险性。因此氪气、氙气制备中，采取可靠手段不断清除甲烷等碳氢化合物非常重要，这 是安全生产的要害。 含量)或ppb(10。9体积含量)级，必须采购应用高、精、尖的进口仪器仪表，如脉冲放电气相色谱 议、氢火焰气相色谱议、光电检测仪、质谱仪、红外分析仪、热导气相色谱仪等。这些仪器价格昂 贵，投资巨大，但没有这些检测仪器，生产高纯气体是一句空话。除了产品分析外，在生产过程 中，由于工艺控制和安全需要，也要用到许多特殊的在线和离线仪表。因此，检验是氪气、氙气 制备的关键。 三、氪气、氙气的应用 1．氪气的应用 (1)氪气在电光源上的重要应用 氪气可充填高级电子管、实验室用的连