RU2275233C2 - Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities - Google Patents
Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities Download PDFInfo
- Publication number
- RU2275233C2 RU2275233C2 RU2004122990/15A RU2004122990A RU2275233C2 RU 2275233 C2 RU2275233 C2 RU 2275233C2 RU 2004122990/15 A RU2004122990/15 A RU 2004122990/15A RU 2004122990 A RU2004122990 A RU 2004122990A RU 2275233 C2 RU2275233 C2 RU 2275233C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- isotopes
- xenon
- freezer
- impurities
- gaseous impurities
- Prior art date
Links
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 57
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon atom Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 57
- 239000012535 impurity Substances 0.000 title claims abstract description 45
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000000746 purification Methods 0.000 title abstract description 19
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 claims description 18
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 claims description 10
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 7
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 6
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract description 12
- 238000007710 freezing Methods 0.000 abstract description 9
- 230000008014 freezing Effects 0.000 abstract description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 8
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 abstract description 7
- 230000005658 nuclear physics Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 abstract 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 29
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 12
- 239000000047 product Substances 0.000 description 11
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 7
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 7
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N O-Xylene Chemical compound CC1=CC=CC=C1C CTQNGGLPUBDAKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000000155 isotopic effect Effects 0.000 description 3
- 239000008096 xylene Substances 0.000 description 3
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N alpha-acetylene Natural products C#C HSFWRNGVRCDJHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 125000002534 ethynyl group Chemical group [H]C#C* 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 238000005372 isotope separation Methods 0.000 description 2
- 229910052743 krypton Inorganic materials 0.000 description 2
- DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N krypton atom Chemical compound [Kr] DNNSSWSSYDEUBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 2
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 2
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 2
- DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N Butyl acetate Natural products CCCCOC(C)=O DKPFZGUDAPQIHT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NLOAOXIUYAGBGO-UHFFFAOYSA-N C.[O] Chemical compound C.[O] NLOAOXIUYAGBGO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004566 IR spectroscopy Methods 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N activated carbon Substances [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- XHWUYHQNLYFFDO-UHFFFAOYSA-N butyl acetate;toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1.CCCCOC(C)=O XHWUYHQNLYFFDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000011089 carbon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000004587 chromatography analysis Methods 0.000 description 1
- 239000013065 commercial product Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 1
- VXMCLIAYTFGAMT-UHFFFAOYSA-N ethanol;propan-1-ol;propan-2-one Chemical compound CCO.CCCO.CC(C)=O VXMCLIAYTFGAMT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N hexanoic acid Chemical compound CCCCCC(O)=O FUZZWVXGSFPDMH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000003736 xenon Chemical class 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-BKFZFHPZSA-N xenon-136 Chemical compound [136Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-BKFZFHPZSA-N 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Centrifugal Separators (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии разделения стабильных изотопов, в частности к очистке изотопов ксенона, полученных на каскаде центрифуг с заданным изотопным составом и используемых в ядерной физике для определения массы нейтрино. Кроме того, изобретение может быть применено в химической, металлургической промышленностях, в медицине, светотехнике и т.п.The invention relates to a technology for the separation of stable isotopes, in particular to the purification of xenon isotopes obtained on a cascade of centrifuges with a given isotopic composition and used in nuclear physics to determine the neutrino mass. In addition, the invention can be applied in the chemical, metallurgical industries, in medicine, lighting, etc.
Известен способ очистки изотопов химических элементов от воздушных примесей, проникающих в каскад через вакуумные неплотности в соединениях из атмосферы помещения, который осуществляется конденсацией газовой смеси в вымораживателе (емкости) [фиг.1] конденсационно-испарительной установки путем удаления из нее примесей вакуумированием при заданной температуре охлаждения (см. Дж.Кац и Е.Рабинович. Химия урана. Москва: Иностранная литература, 1954, стр.327; В.Ю.Баранов. Изотопы. Москва: Атомная наука и техника, 2000, стр.145).A known method of cleaning isotopes of chemical elements from air impurities penetrating the cascade through vacuum leaks in compounds from the atmosphere of the room, which is carried out by condensation of the gas mixture in the freezer (capacity) [1] of the condensation-evaporation unit by removing impurities from it by vacuum at a given temperature cooling (see J. Katz and E. Rabinovich. Uranium Chemistry. Moscow: Foreign Literature, 1954, p. 327; V. Yu. Baranov. Isotopes. Moscow: Atomic Science and Technology, 2000, p. 145).
К недостаткам известного способа очистки газов от примесей в конденсационно-испарительной установке относится невозможность удаления примесей, которые имеют более высокие температуры кипения насыщенных паров, чем разделяемые изотопы.The disadvantages of the known method of purification of gases from impurities in a condensation-evaporation plant include the impossibility of removing impurities that have higher boiling points of saturated vapors than shared isotopes.
Так, в процессе разделения изотопов из-за гажения конструкционных материалов роторов газовых центрифуг во внутренних полостях каскада образуются дополнительно к воздушным еще и органические газовые примеси, состоящие из ацетона, ксилола, толуола, бутилацетата, пропанола, этанола, бутилового спирта, паров воды и др., которые конденсируются в вымораживателе совместно с разделяемыми изотопами. Вследствие этого они значительно загрязняют товарную продукцию, и поэтому требуется разработка нового способа очистки изотопов от этих примесей в процессе разделения.So, in the process of separation of isotopes due to the burning of structural materials of rotors of gas centrifuges in the internal cavities of the cascade, organic gas impurities are formed, in addition to air, consisting of acetone, xylene, toluene, butyl acetate, propanol, ethanol, butyl alcohol, water vapor, etc. . which condense in the freezer together with the shared isotopes. As a result, they significantly pollute commercial products, and therefore requires the development of a new method for cleaning isotopes of these impurities in the separation process.
В криогенной технике известен способ очистки ксенона, получаемого в установках разделения воздуха из газовой смеси, содержащей криптон, кислород, азот, метан, ацетилен, двуокись углерода, пары воды и др., путем выжигания углеводородов (ацетилена, метана) в нагревательных печах при температуре плюс 700°С и поглощения остальных примесей твердыми адсорбентами - активированным углем, цеолитами, губчатым титаном и др., с отбором очищенного ксенона в вымораживатель, охлаждаемый жидким азотом (см. В.Г.Фастовский и др. Инертные газы. Москва: Атомиздат, 1972, стр.150-161).A method for purifying xenon obtained in air separation plants from a gas mixture containing krypton, oxygen, nitrogen, methane, acetylene, carbon dioxide, water vapor, etc., by burning hydrocarbons (acetylene, methane) in heating furnaces at a temperature plus 700 ° С and absorption of other impurities by solid adsorbents - activated carbon, zeolites, sponge titanium, etc., with the selection of purified xenon in a freezer cooled with liquid nitrogen (see V.G. Fastovsky et al. Inert gases. Moscow: Atomizdat , 1972, pp. 150-161).
Недостатком известного способа является его большая трудоемкость, сложность и высокая стоимость технологического процесса очистки, т.к. для реализации этого способа очистки необходимо использование специальной установки, включающей в себя нагревательные печи, адсорберы, компрессоры, теплообменники и т.д.The disadvantage of this method is its high complexity, complexity and high cost of the cleaning process, because To implement this cleaning method, it is necessary to use a special installation, including heating furnaces, adsorbers, compressors, heat exchangers, etc.
Наиболее близким по глубине очистки от примесей является «Способ выделения ксенона и установка для его осуществления» по патенту России, №2134387, МПК6 F 25 J 3/08, опубл. 10.08.1999 г.Closest to the depth of purification from impurities is the "Method for the separation of xenon and installation for its implementation" according to the patent of Russia, No. 2134387, IPC 6 F 25
В данном способе очистку ксенона, полученного не на каскаде, а на установке разделения воздуха, осуществляют конденсацией газовой смеси (содержащей кислород и метан) в вымораживателе [фиг.2] с прерыванием подачи смеси и проведением вакуумирования рабочего объема при температуре минус 196°С до остаточного давления (3...4)×10-3 мм рт.ст. (удаляется кислород и метан), отбором ксенона после прекращения вакуумирования плавным нагревом вымораживателя до положительных температур плюс 27...27°С с отводом паров ксенона в термокомпрессор или в баллон накопления, предварительно охлажденный до температуры минус 196°С.In this method, the purification of xenon, obtained not at the cascade, but at the air separation unit, is carried out by condensation of the gas mixture (containing oxygen and methane) in the freezer [Fig. 2] with interruption of the mixture supply and the working volume evacuation at a temperature of minus 196 ° С to residual pressure (3 ... 4) × 10 -3 mm Hg (oxygen and methane are removed), by selection of xenon after the cessation of evacuation by smooth heating of the freezer to positive temperatures plus 27 ... 27 ° С with the removal of xenon vapor into a thermocompressor or into an accumulation cylinder, previously cooled to a temperature of minus 196 ° С.
Недостатком известного способа является его узконаправленность, т.к. удаляются только кислород и метан, при этом процесс очистки ведут при давлении выше атмосферного, чтобы исключить загрязнение ксенона воздушными примесями и парами воды, проникающими в коммуникации из атмосферы помещения.The disadvantage of this method is its narrow focus, because only oxygen and methane are removed, while the cleaning process is carried out at a pressure above atmospheric in order to exclude xenon pollution by air impurities and water vapor penetrating the communications from the room atmosphere.
Данный способ невозможно использовать в случае центрифужного метода разделения при получении особо чистых изотопов ксенона, т.к. из каскада газовых центрифуг под давлением ниже атмосферного в вымораживатель конденсационно-испарительной установки наряду с изотопами ксенона поступают еще и продукты гажения внутренних полостей каскада, у которых давление насыщенных паров ниже давления насыщенного пара ксенона, что обуславливает совместную их конденсацию в вымораживателе и в конечном результате к загрязнению готового продукта.This method cannot be used in the case of a centrifugal separation method when obtaining highly pure xenon isotopes, because Along with xenon isotopes, gas centrifuges from the cascade of gas centrifuges under atmospheric pressure enter the freezer of the condensation-evaporation plant, as well, the products of the internal cavity cavities, in which the saturated vapor pressure is lower than the pressure of the saturated xenon vapor, which causes their combined condensation in the freezer and, as a result, contamination of the finished product.
Следовательно, для окончательной очистки изотопов ксенона от примесей необходимо проведение дополнительной операции очистки, для чего: демонтировать баллон накопления с конденсационно-испарительной установки каскада, установить баллон накопления в специальную установку, в которой провести окончательную очистку изотопов ксенона от органических примесей известным способом (см. В.Г.Фастовский и др. Инертные газы. Москва: Атомиздат, 1972, стр.150-161).Therefore, for the final cleaning of xenon isotopes from impurities, an additional cleaning operation is necessary, for which: to dismantle the storage cylinder from the condensation-evaporation unit of the cascade, install the storage cylinder in a special installation in which to carry out the final cleaning of xenon isotopes from organic impurities in a known manner (see V.G. Fastovsky et al. Inert Gases, Moscow: Atomizdat, 1972, pp. 150-161).
Задачей настоящего изобретения является создание такого способа очистки и устройства для его осуществления, которые позволили бы существенно увеличить глубину очистки изотопов ксенона при упрощении процесса очистки и снизить затраты на получение готового продукта путем соединения процессов разделения изотопов и очистки в единый непрерывный технологический процесс.The present invention is the creation of such a cleaning method and device for its implementation, which would significantly increase the cleaning depth of xenon isotopes while simplifying the cleaning process and reduce the cost of obtaining the finished product by combining isotope separation and purification processes into a single continuous process.
Технический результат достигается тем, что в известном способе очистки изотопов ксенона путем конденсации подаваемой газовой смеси в вымораживателе, последующего вакуумирования рабочего объема вымораживателя при температуре минус 196°С до остаточного давления (3...4)×10-3 мм рт.ст. и отбора очищенных изотопов ксенона, подачу газовой смеси, содержащей ксенон, азот, кислород, криптон, метан, ацетон, ксилол, толуол, пары воды и др. в вымораживатель осуществляют непосредственно из каскада центрифуг, а отбор очищенных изотопов ксенона ведут после прекращения вакуумирования путем постепенного нагрева вымораживателя до отрицательной температуры минус 70...78°С с одновременным отводом паров очищенных изотопов ксенона в накопительный баллон, предварительно замороженный жидким азотом до температуры минус 196°С.The technical result is achieved by the fact that in the known method of purification of xenon isotopes by condensing the supplied gas mixture in the freezer, then evacuating the working volume of the freezer at a temperature of minus 196 ° C to a residual pressure of (3 ... 4) × 10 -3 mm Hg and selection of purified xenon isotopes, the supply of a gas mixture containing xenon, nitrogen, oxygen, krypton, methane, acetone, xylene, toluene, water vapor, etc. to the freezer is carried out directly from the centrifuge cascade, and the selection of purified xenon isotopes is carried out after the vacuum has been stopped by gradual heating of the freezer to a negative temperature of minus 70 ... 78 ° C with the simultaneous removal of vapors of purified xenon isotopes into a storage cylinder, previously frozen with liquid nitrogen to a temperature of minus 196 ° C.
Известна установка для очистки изотопов различных химических элементов от воздушных примесей, включая вымораживатель (емкость) и вакуумную систему (см. В.Ю.Баранов. Изотопы. Москва: Атомная наука и техника, 2000, стр.145).A known installation for cleaning isotopes of various chemical elements from air impurities, including a freezer (capacity) and a vacuum system (see V.Yu. Baranov. Isotopes. Moscow: Atomic Science and Technology, 2000, p. 145).
В данной установке после завершения вакуумирования и вымораживания отбор очищенных изотопов не проводится. Вымораживатель (фиг.1) сам является накопителем товарной продукции. При таких условиях органические примеси, поступившие из каскада, остаются в товарном продукте, т.е. в вымораживателе. Следовательно, в установке с таким вымораживатлем не может быть достигнут заявляемый технический результат.In this installation, after completion of evacuation and freezing, the selection of purified isotopes is not carried out. The freezer (Fig. 1) is itself a store of marketable products. Under such conditions, the organic impurities coming from the cascade remain in the commercial product, i.e. in the freezer. Therefore, in an installation with such a freezer, the claimed technical result cannot be achieved.
Известна также установка (фиг.2) для выделения ксенона из газовой смеси (кислород-метан), содержащая вымораживатель 1, имеющий корпус 4, соединенный с автономным источником газовой смеси 2, двумя вакуумными системами 3, 13, термокомпрессором или газгольдером, баллоном накопления, снабженным трубками с общими тарельчатыми ребрами 7, 8 для ввода смеси, сетчатыми фильтрами 9, теплообменником 14, каналом 22 подвода жидкого азота в ванну охлаждения 6, каналом вывода очищенного ксенона, датчиками индикаторов двухфазного тока 12, теплоизоляцией 18 (см. патент России, №2134387, МПК6 F 25 J 3/08, опубл. 10.08.1999 г.).Also known installation (figure 2) for the separation of xenon from a gas mixture (oxygen-methane), containing a
Данная установка по количеству существенных признаков является наиболее близким аналогом.This setting by the number of essential features is the closest analogue.
Однако в известной установке-аналоге не предусмотрены средства для изменения температурных режимов вымораживателя с температуры минус 196°С до температуры минус 70...78°С и обратно, что обуславливает неэффективность процесса очистки и непрерывность эксплуатации вымораживателя как по удалению воздушных и органических примесей, так и по затариванию баллонов товарной продукцией. По этой причине и на этой установке не может быть достигнут заявляемый в способе технический результат.However, in the known installation-analogue means are not provided for changing the temperature conditions of the freezer from a temperature of minus 196 ° C to a temperature of minus 70 ... 78 ° C and vice versa, which leads to the inefficiency of the cleaning process and the continuity of operation of the freezer as to remove air and organic impurities, as well as for packaging cylinders with commercial products. For this reason, and claimed in the method, the technical result claimed in the method cannot be achieved.
Задачей данного изобретения является разработка такого устройства, которое обеспечивало бы возможность объединения процессов разделения изотопов ксенона с его очисткой от многокомпонентных газовых примесей и с отбором в баллоны товарной продукции в единый непрерывный технологический процесс.The objective of the invention is to develop such a device that would provide the possibility of combining the separation of xenon isotopes with its purification from multicomponent gas impurities and with the selection of commercial products into cylinders into a single continuous process.
Технический результат достигается тем, что в известной установке, содержащей вымораживатель, корпус которого соединен с источником газовой смеси, вакуумной системой и баллоном накопления, вымораживатель выполнен в виде полого вертикального цилиндрического сосуда, в отверстиях верхней торцевой части которого расположены два патрубка, первый из которых снабжен двумя вентилями для ввода газовой смеси из каскада центрифуг, причем один из этих вентилей предназначен также для отбора очищенных изотопов в баллон накопления посредством дополнительного патрубка, размещенного на первом патрубке между двумя указанными вентилями, а второй патрубок, расположенный в торцевой части указанного сосуда, снабжен вентилем для соединения вымораживателя с вакуумной системой, при этом вымораживатель размещен в съемном сосуде Дьюара с хладагентом (фиг.3). Патрубок ввода газовой смеси в вымораживатель в процессе эксплуатации имеет двойное назначение - в режиме конденсации он служит для ввода в вымораживатель, а в режиме испарения - для вывода очищенных изотопов ксенона из вымораживателя в баллон накопления через патрубок, установленного между двумя его вентилями.The technical result is achieved in that in a known installation containing a freezer, the casing of which is connected to a gas mixture source, a vacuum system and an accumulation cylinder, the freezer is made in the form of a hollow vertical cylindrical vessel, in the openings of the upper end part of which there are two nozzles, the first of which is equipped with two valves for introducing the gas mixture from the cascade of centrifuges, one of these valves being also used to select purified isotopes in the storage cylinder by means of additional tional nozzle, disposed on the first pipe between the two valves, and the second branch pipe disposed at an end portion of said vessel, a valve is provided for connection to a vacuum system vymorazhivatelya, wherein vymorazhivatel placed in the Dewar vessel with a removable coolant (3). The pipe for introducing the gas mixture into the freezer during operation has a dual purpose - in the condensation mode it serves to enter the freezer, and in the evaporation mode - for the output of purified xenon isotopes from the freezer to the storage cylinder through a pipe installed between its two valves.
Для обеспечения непрерывности процессов разделения изотопов и очистки от газовых примесей устройство снабжено не менее чем двумя вымораживателями, соединенными параллельно с каскадом центрифуг, при этом каждый вымораживатель соединен с баллоном накопления последовательно.To ensure the continuity of the processes of isotope separation and purification from gas impurities, the device is equipped with at least two freezers connected in parallel with the cascade of centrifuges, with each freezer connected in series with the storage cylinder.
Основной технический эффект заявляемого способа и устройства выражается в расширении диапазона удаляемых газовых примесей изотопов ксенона при увеличении глубины их очистки и непрерывности процесса получения готового продукта.The main technical effect of the proposed method and device is expressed in expanding the range of removed gas impurities of xenon isotopes with an increase in the depth of their purification and the continuity of the process of obtaining the finished product.
Приводимые чертежи иллюстрируют предложенное изобретение.The drawings illustrate the invention.
Фиг.1 - известный вымораживатель (емкость).Figure 1 - known freezer (capacity).
Фиг.2 - вымораживатель по патенту 2134387.Figure 2 - freezer according to patent 2134387.
Фиг.3 - заявляемая конструкция вымораживателя.Figure 3 - the claimed design of the freezer.
Фиг.4 - блок-схема устройства, реализующего заявляемый технологический процесс получения, очистки от газовых примесей и затаривания изотопов ксенона.Figure 4 is a block diagram of a device that implements the inventive process for obtaining, purification from gas impurities and packaging of xenon isotopes.
Фиг.5 - график зависимости давления насыщенного пара от температуры для основных компонентов газовой смеси. Использована логарифмическая шкала делений.Figure 5 is a graph of the temperature dependence of saturated steam pressure for the main components of the gas mixture. The logarithmic scale of divisions is used.
Устройство (фиг.4) для очистки изотопов ксенона от газовых примесей и затаривания изотопов содержит вымораживатель 2 или 3, который соединен с трассой отбора тяжелой или легкой фракций каскада центрифуг 1, баллон накопления 4 или 5 товарной продукции и вакуумную систему 6.The device (figure 4) for cleaning xenon isotopes from gas impurities and isotope packing contains a
Вымораживатель 2 или 3 (фиг.4) выполнен в виде пустотелого вертикального цилиндрического сосуда, в верхней торцевой части 17 или 18 которого установлен патрубок 19 или 20 с вентилями 7, 8 или 9, 10 для ввода газовой смеси и вывода (вентиль 8 или 10) очищенных изотопов ксенона, патрубок 21 или 22 с вентилем 11 или 12 для подсоединения к вакуумной системе 6. Между вентилями 7, 8 или 9, 10 патрубка 19 или 20 установлен патрубок 24 или 25 с вентилем 26 или 27 для подсоединения баллона накопления 4 или 5, размещенного в сосуде Дьюара 16. Вымораживатель 2 или 3 установлен в съемный сосуд Дьюара 15 или 23.The
Работа устройства очистки изотопов ксенона от газообразных примесей осуществляется следующим образомThe device for cleaning xenon isotopes of gaseous impurities is as follows
- Режим вымораживания- Freezing mode
Газовая смесь, содержащая изотопы ксенона с газовыми примесями, подается из каскада центрифуг 1 через патрубок 19 или 20 и вентили 7, 8 или 9, 10 в вымораживатель 2 или 3, предварительно охлажденный жидким азотом в сосуде Дьюара 15 или 23 и отвакуумированный до давления (3...10)×10-3 мм рт.ст. вакуумной системой 6 по патрубку 21 или 22 через вентиль 11 или 12.A gas mixture containing xenon isotopes with gas impurities is supplied from the
На внутренних стенках вымораживателя 2 или 3 происходит осаждение изотопов ксенона и части газовых примесей (фиг.5), у которых давление насыщенного пара ниже, чем давление насыщенного пара ксенона, а газовые примеси, у которых давление насыщенного пара выше, чем у ксенона, периодически удаляются вакуумной системой 6.On the inner walls of the
- Режим отогрева и отбора изотопов ксенона- The mode of heating and selection of xenon isotopes
После завершения процесса заполнения продуктом вымораживателя 2 или 3 подачу газовой смеси в него прекращают путем закрытия вентилей 7, 8 на патрубке 19 или 9, 10 на патрубке 20 с одновременным переводом ее в вымораживатель 3 или 2 путем открытия вентилей 9, 10 патрубка 20 или вентилей 7, 8 патрубка 19 на вымораживателе 3 или 2, подготовленном к работе как вымораживатель 2 или 3.After completion of the process of filling the product of the
При температуре минус 196°С с помощью вакуумной системы 6 через патрубок 21 и вентиль 11 или патрубок 22 и вентиль 12 проводят вакуумирование рабочего объема вымораживателя 2 или 3 до остаточного давления (3...10)×10-3 мм рт.ст. Затем вакуумная система 6 отключается закрытием вентиля 11 на патрубке 21 или вентиля 12 на патрубке 22 и собирается схема эвакуации очищенных изотопов ксенона из вымораживателя 2 или 3 по патрубку 19 или 20 и трубопроводу 24 или 25, открытием вентилей 8, 26, 13 или 10, 27, 14 в баллон накопителя 4 или 5, предварительно замороженного до температуры минус 196°С в сосуде Дьюара 16 и отвакуумированного до остаточного давления (3...10)×10-3 мм рт.ст. вакуумной системой 6 через вентили 28 или 29. Эвакуацию очищенных изотопов ксенона ведут постепенным нагревом вымораживателя 2 или 3 снятием с него сосуда Дьюара 15 или 23 с жидким азотом с последующим помещением вымораживателя 2 или 3 в сосуд Дьюара 15 или 23 с «сухим льдом». Процесс отвода очищенных изотопов ксенона (фиг.5) из вымораживателя 2 или 3 в баллон накопления 4 или 5 проводят при отрицательной температуре минус 70...78°С вымораживателя 2 или 3 до остаточного давления 0,2...1,0 мм рт.ст.At a temperature of minus 196 ° C using a
В условиях непрерывности ведения процесса разделения изотопов ксенона на каскаде центрифуг 1 предусматривается попарное чередование работы вымораживателя 2 или 3 с накопительным баллоном 4 или 5 в режиме конденсация - испарение.Under conditions of continuity of the process of separation of xenon isotopes on a cascade of
В соответствии с заявленным способом очистки изотопов ксенона и устройства для его осуществления в табл.1-4 представлены сравнительные результаты анализа химического состава примесей очищенного ксенона, обогащенного изотопом ксенон-136, а также требования заказчика по химической чистоте обогащенного ксенона и ГОСТа 10219-77.In accordance with the claimed method for purification of xenon isotopes and a device for its implementation, Table 1-4 presents the comparative results of the analysis of the chemical composition of the impurities of purified xenon enriched in xenon-136 isotope, as well as customer requirements for the chemical purity of enriched xenon and GOST 10219-77.
Масс - спектрометрический анализ примесейTable 1
Mass spectrometric analysis of impurities
Масс - спектрометрический анализ изотопного состава товарного ксенонаtable 2
Mass - spectrometric analysis of the isotopic composition of commodity xenon
Хроматографический анализ примесейTable 3
Chromatographic analysis of impurities
Анализ примесей методом ИК-спектрометрииTable 4
Impurity analysis by IR spectrometry
Из результатов анализа следует, что глубина очистки изотопов ксенона, полученных на каскаде центрифуг и очищенных в заявленной установке с использованием заявляемого способа, повысилась с 657,82 ppm до <4,4 ppm, т.е. в ~150 раз. Это свидетельствует о том, что заявляемый способ обладает высокой эффективностью, а устройство для его осуществления - высокой работоспособностью в условиях непрерывности технологического процесса.From the results of the analysis it follows that the purification depth of xenon isotopes obtained on a cascade of centrifuges and cleaned in the inventive installation using the inventive method increased from 657.82 ppm to <4.4 ppm, i.e. ~ 150 times. This indicates that the inventive method has high efficiency, and the device for its implementation - high performance in terms of continuity of the process.
В мировой практике центрифужного разделения стабильных изотопов химических элементов не известны случаи получения высокообогащенных изотопов такой высокой степени химической чистоты.In the world practice of centrifugal separation of stable isotopes of chemical elements, there are no known cases of obtaining highly enriched isotopes of such a high degree of chemical purity.
Исследование заявленного изобретения обеспечивает следующие технические и полезные преимущества:The study of the claimed invention provides the following technical and useful advantages:
- непрерывное ведение процесса разделения изотопов ксенона на каскаде центрифуг и одновременно процесса их глубокой очистки от широкого спектра газообразных химических примесей,- continuous process of separation of xenon isotopes in a cascade of centrifuges and at the same time the process of their deep cleaning from a wide range of gaseous chemical impurities,
- повышение глубины очистки изотопов ксенона не менее чем на два порядка,- increasing the depth of purification of xenon isotopes by at least two orders of magnitude,
- отсутствие необходимости создания сложных специальных установок для очистки изотопов ксенона от газовых примесей,- no need to create complex special installations for the purification of xenon isotopes from gas impurities,
- снижение затрат на получение товарной продукции за счет объединения двух процессов в один непрерывный процесс при простоте его обслуживания.- reducing the cost of obtaining marketable products by combining two processes into one continuous process with ease of maintenance.
Claims (5)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122990/15A RU2275233C2 (en) | 2004-07-26 | 2004-07-26 | Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004122990/15A RU2275233C2 (en) | 2004-07-26 | 2004-07-26 | Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004122990A RU2004122990A (en) | 2006-01-27 |
| RU2275233C2 true RU2275233C2 (en) | 2006-04-27 |
Family
ID=36047260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004122990/15A RU2275233C2 (en) | 2004-07-26 | 2004-07-26 | Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2275233C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2340548C2 (en) * | 2007-02-05 | 2008-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" | Method of xenon deep purification |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4049569A (en) * | 1974-05-17 | 1977-09-20 | Smit Nijmegen B.V. | Process and apparatus for producing an inert gas |
| US5743944A (en) * | 1994-02-04 | 1998-04-28 | University Of Chicago | Fluid clathrate system for continuous removal of heavy noble gases from mixtures of lighter gases |
| RU2134387C1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-08-10 | Совместное Украинско-Российско-Кипрское предприятие "Айсблик" | Method of liberation of xenon (version) and plant for realization of this method |
-
2004
- 2004-07-26 RU RU2004122990/15A patent/RU2275233C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4049569A (en) * | 1974-05-17 | 1977-09-20 | Smit Nijmegen B.V. | Process and apparatus for producing an inert gas |
| US5743944A (en) * | 1994-02-04 | 1998-04-28 | University Of Chicago | Fluid clathrate system for continuous removal of heavy noble gases from mixtures of lighter gases |
| RU2134387C1 (en) * | 1997-10-23 | 1999-08-10 | Совместное Украинско-Российско-Кипрское предприятие "Айсблик" | Method of liberation of xenon (version) and plant for realization of this method |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2340548C2 (en) * | 2007-02-05 | 2008-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ" | Method of xenon deep purification |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004122990A (en) | 2006-01-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| NO153168B (en) | PROCEDURE FOR PREPARING A DRY OXYGEN ENRICHED GAS AND A NITROGENRIC GAS FROM AIR | |
| KR860006681A (en) | High Purity Nitrogen and Oxygen Gas Production Equipment | |
| RU2501593C2 (en) | Gas flow cleaning | |
| CN108452632A (en) | VOCs recovery system utilizing air deep cooling | |
| US3854913A (en) | Recovery of neon and helium from air by adsorption and closed cycle helium refrigeration | |
| US5408831A (en) | Process and installation for the production of gaseous oxygen under pressure | |
| KR900005985B1 (en) | High- purity nitrogen gas production equipment | |
| UA78383C2 (en) | Method and device for separation of krypton-xenon concentrate | |
| US2793507A (en) | Recovery of krypton and xenon | |
| US3619984A (en) | Gas separation by adsorption | |
| RU2275233C2 (en) | Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities | |
| CN109665506A (en) | Atmosphere xenon enrichment and purification method, device and the method for preparing carbon molecular sieve | |
| US5626035A (en) | Apparatus and method for separation of helium and neon | |
| US8857212B2 (en) | Process for the separation of contaminant or mixture of contaminants from a CH4-comprising gaseous feed stream | |
| RU2134387C1 (en) | Method of liberation of xenon (version) and plant for realization of this method | |
| FR2662786A1 (en) | PROCESS FOR THE LIQUEFACTION OF GASES, IN PARTICULAR FOR THE LIQUEFACTION AND PURIFICATION OF HELIUM | |
| RU88782U1 (en) | INSTALLATION OF CLEANING OF HELIUM CONCENTRATE FROM IMPURITIES | |
| US2071763A (en) | Process for the separation of gas mixtures | |
| RU2281152C2 (en) | Xenon isotope separation cascade | |
| RU97117805A (en) | METHOD FOR SELECTING XENON, (OPTIONS) AND INSTALLATION FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| CN111714912B (en) | Double-isotope low-temperature synchronous separation device and separation method | |
| EP0833119A2 (en) | Process and plant for supplying an air separation unit | |
| RU2481658C2 (en) | Concentration and utilisation method and system of inert radioactive gases from gas-aerosol emissions of power units of nuclear power plants | |
| RU2348581C2 (en) | Method of silicon tetrafluoride extraction from gas mix and aggregate for implementation of method | |
| RU2655347C1 (en) | Gas mixture components desublimation process simulation bench |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110727 |