[go: up one dir, main page]

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 PDF

Info

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
Application number
RU2004122990/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004122990A (en
Inventor
Павел Владимирович Баженов (RU)
Павел Владимирович Баженов
Александр Юрьевич Куркин (RU)
Александр Юрьевич Куркин
Виктор Андреевич Якубовский (RU)
Виктор Андреевич Якубовский
Антон Викторович Якубовский (RU)
Антон Викторович Якубовский
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие УРАЛЬСКИЙ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ КОМБИНАТ
Priority to RU2004122990/15A priority Critical patent/RU2275233C2/en
Publication of RU2004122990A publication Critical patent/RU2004122990A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2275233C2 publication Critical patent/RU2275233C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: chemical industry; metallurgy industry; medical equipment; lighting engineering and nuclear physics; methods and the devices for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities.
SUBSTANCE: the invention is pertaining to the method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities. The invention may be used in chemical industry, metallurgy, in production of medical equipment, in lighting engineering and nuclear physics for determination of mass of a neutrino. The initial mixture of xenon isotopes with impurities is fed into one of the freezing devices 2 or 3 of the stage of the gaseous centrifuges 1 through one of the branch-pipes 19 or 20 at the open gate units 7, 8 or 9, 10. Isotopes of xenon and the part of the gaseous impurities are settling on the walls of the one of the freezing devices 2 or 3. The non-settled gaseous impurities having the pressure of the saturated steam exceeding the pressure of the isotopes of are removed by the vacuum system 6. Then terminate feeding of the initial mixture by closing gates 7, 8 on the branch-pipe 19 or gates 9, 10 on the branch-pipe 20. For keeping the process continuity the device contains of no less than two freezing devices 2 or 3, each of which is connected in parallel to the stage of the centrifuges 1 and in series - to the accumulating balloon 4 or 5, which is in advance frozen refrigerated in the Dewar flask 16. At first the freezing device 2 or 3 works in the mode of freezing, and then - in the mode of warming-up and taking the isotopes off. The modes switching is exercised by opening gates 8, 26 and 13 of the pipeline 24 or gates 10, 27 and 14 of the pipeline 25. The heating-up of the freezing device 2 or 3 up to the temperature of (-70°C)-(-80°C) is exercised by removing the Dewar flask 15 or 23. The withdrawal of the purified xenon isotopes is conducted at the residual pressure of(3-10)·10-3 mmHg. Operation of the freezing device 2 or 3 with the accumulating balloon 4 or 5 in pairs is interleaved in the indicated modes of operation. The invention ensures a continuity of the process of deep purification of xenon isotopes from the various gaseous impurities, does not require the complex installations, allows to reduce expenditures. The contents of the gaseous impurities in the final product does not exceed 4.4 ppm.
EFFECT: the invention ensures a continuity of the process of deep purification of xenon isotopes from the various gaseous impurities, absence of the need in the complex installations, reduced expenditures.
5 cl, 5 dwg, 1 tbl

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 J 3/08, publ. 08/10/1999

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 freezer 1, having a housing 4 connected to an autonomous source of the gas mixture 2, two vacuum systems 3, 13, a thermal compressor or gas tank, an accumulation cylinder, equipped with tubes with common dish-shaped ribs 7, 8 for introducing the mixture, strainers 9, a heat exchanger 14, a channel 22 for supplying liquid nitrogen to the cooling bath 6, a channel for outputting purified xenon, sensors for two-phase current indicators 12, thermal insulation 18 (see Pat m Russia, №2134387, MPK 6 F 25 J 3/08, publ. 10.08.1999 g).

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 freezer 2 or 3, which is connected to the selection route for the heavy or light fractions of the centrifuge cascade 1, an accumulation tank 4 or 5 of commercial products and a vacuum system 6.

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 freezer 2 or 3 (Fig. 4) is made in the form of a hollow vertical cylindrical vessel, in the upper end part 17 or 18 of which there is a pipe 19 or 20 with valves 7, 8 or 9, 10 for entering the gas mixture and output (valve 8 or 10 ) cleaned xenon isotopes, pipe 21 or 22 with valve 11 or 12 for connecting to the vacuum system 6. Between valves 7, 8 or 9, 10 of pipe 19 or 20, pipe 24 or 25 with valve 26 or 27 is installed for connecting the accumulation tank 4 or 5, located in the Dewar vessel 16. The freezer 2 or 3 is installed in a removable Dewar vessel 15 or 23.

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 centrifuge cascade 1 through a pipe 19 or 20 and valves 7, 8 or 9, 10 to a freezer 2 or 3, previously cooled with liquid nitrogen in a Dewar vessel 15 or 23 and evacuated to pressure ( 3 ... 10) × 10 -3 mmHg vacuum system 6 through the pipe 21 or 22 through the valve 11 or 12.

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 freezer 2 or 3, xenon isotopes and part of gas impurities are deposited (Fig. 5), in which the saturated vapor pressure is lower than the saturated vapor pressure of xenon, and gas impurities in which the saturated vapor pressure is higher than xenon, periodically removed by vacuum system 6.

- 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 freezer 2 or 3, the supply of the gas mixture to it is stopped by closing the valves 7, 8 on the pipe 19 or 9, 10 on the pipe 20 while transferring it to the freezer 3 or 2 by opening the valves 9, 10 of the pipe 20 or valves 7, 8 of the pipe 19 on the freezer 3 or 2, prepared for work as a freezer 2 or 3.

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 vacuum system 6 through the pipe 21 and valve 11 or pipe 22 and valve 12, the working volume of the freezer 2 or 3 is evacuated to a residual pressure (3 ... 10) × 10 -3 mm Hg Then the vacuum system 6 is turned off by closing the valve 11 on the pipe 21 or the valve 12 on the pipe 22 and the evacuation scheme of the cleaned xenon isotopes from the freezer 2 or 3 through the pipe 19 or 20 and the pipe 24 or 25, is going to open the valves 8, 26, 13 or 10, 27, 14 into the cylinder of the accumulator 4 or 5, previously frozen to a temperature of minus 196 ° C in a Dewar vessel 16 and evacuated to a residual pressure of (3 ... 10) × 10 -3 mm Hg vacuum system 6 through valves 28 or 29. The evacuation of purified xenon isotopes is carried out by gradually heating the freezer 2 or 3 by removing from it a Dewar vessel 15 or 23 with liquid nitrogen, followed by placing the freezer 2 or 3 into a Dewar vessel 15 or 23 with “dry ice”. The process of removal of the purified xenon isotopes (Fig. 5) from the freezer 2 or 3 to the storage tank 4 or 5 is carried out at a negative temperature minus 70 ... 78 ° C of the freezer 2 or 3 to a residual pressure of 0.2 ... 1.0 mm Hg

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 centrifuges 1, pairwise alternation of the operation of a freezer 2 or 3 with an accumulation cylinder 4 or 5 in the condensation-evaporation mode is provided.

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.

Таблица 1
Масс - спектрометрический анализ примесей
Table 1
Mass spectrometric analysis of impurities
Этап анализаAnalysis stage Молярная доля примесей, ppmMolar fraction of impurities, ppm N2 N 2 O2 O 2 ArAr KrKr СН4 CH 4 CF4 CF 4 ДругиеOther доbefore использования изобретенияuse of invention 2,82,8 0,30.3 0,040.04 0,040.04 1,21,2 0,040.04 644644 послеafter 0,460.46 0,20.2 <0,02<0.02 <0,02<0.02 0,080.08 <0,02<0.02 2,32,3 ГОСТ 10219-77GOST 10219-77 1010 22 -- 1010 1one -- -- Требования заказчикаCustomer requirements <5<5 <5<5 <0,5<0.5 <0,1<0.1 <1<1 <5<5 <7,4<7.4

Таблица 2
Масс - спектрометрический анализ изотопного состава товарного ксенона
table 2
Mass - spectrometric analysis of the isotopic composition of commodity xenon
Этап анализаAnalysis stage Атомная доля изотопов, %Atomic fraction of isotopes,% 124124 126126 128128 129129 130130 131131 132132 134134 136136 Товарное содержаниеCommodity Content -- -- -- -- -- 0,030,03 0,260.26 18,9518.95 80,7680.76 изотопное содержание природного ксенонаisotopic content of natural xenon 0,0960,096 0,0900,090 1,9191,919 26,4426.44 4,084.08 21,1821.18 26,8926.89 10,4410.44 8,878.87 Таблица 3
Хроматографический анализ примесей
Table 3
Chromatographic analysis of impurities
Этап анализаAnalysis stage Молярная доля примесей, ppmMolar fraction of impurities, ppm этанолethanol ацетонacetone пропанолpropanol Бутиловый спиртButyl alcohol толуолtoluene БутилацетатButyl acetate ксилолxylene доbefore использования изобретенияuse of invention 158158 366366 3434 4444 2222 22 18eighteen послеafter <0,2<0.2 <0,2<0.2 <0,2<0.2 <0,4<0.4 <0,4<0.4 <0,4<0.4 <0,5<0.5 Таблица 4
Анализ примесей методом ИК-спектрометрии
Table 4
Impurity analysis by IR spectrometry
Этап анализаAnalysis stage Молярная доля примесей, ppmMolar fraction of impurities, ppm CO2 CO 2 H2OH 2 O доbefore использования изобретенияuse of invention 2,72.7 6,76.7 послеafter 0,30.3 <1,0<1.0 ГОСТ 10219-77GOST 10219-77 1one 55 Требования заказчикаCustomer requirements 1one 55

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)

1. Способ глубокой очистки изотопов ксенона от газообразных примесей, включающий подачу и конденсацию газовой смеси в вымораживателе с последующим удалением из него несконденсированных газовых примесей путем вакуумирования при температуре минус 196°С и отбор очищенных изотопов ксенона в баллон накопления после прекращения вакуумирования путем постепенного нагрева рабочего объема вымораживателя, отличающийся тем, что газовую смесь в вымораживатель подают непосредственно из каскада центрифуг, а при отборе очищенных изотопов ксенона рабочий объем вымораживателя нагревают до минус 70÷78°С при остаточном давлении 0,2÷1,0 мм рт.ст.1. A method for the deep cleaning of xenon isotopes from gaseous impurities, including the supply and condensation of a gas mixture in a freezer, followed by removal of non-condensed gas impurities from it by evacuation at a temperature of minus 196 ° C and the selection of purified xenon isotopes in an accumulation cylinder after termination of evacuation by gradually heating the worker freezer volume, characterized in that the gas mixture is fed directly to the freezer directly from the cascade of centrifuges, and when selecting purified xenon isotopes, p Work feedrate volume minus vymorazhivatelya heated to 70 ÷ 78 ° C at a residual pressure of 0.2 ÷ 1.0 mm Hg 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе конденсации газовой смеси в вымораживателе из него периодически удаляются воздушные примеси посредством вакуумирования до остаточного давления (3÷10)·10-3 мм рт.ст.2. The method according to claim 1, characterized in that during the condensation of the gas mixture in the freezer, air impurities are periodically removed from it by evacuation to a residual pressure of (3 ÷ 10) · 10 -3 mm Hg 3. Устройство для глубокой очистки изотопов ксенона от газообразных примесей, содержащее вымораживатель, вакуумную систему и баллон накопления очищенных изотопов, отличающееся тем, что вымораживатель выполнен в виде пустотелого 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 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.3. A device for the deep cleaning of xenon isotopes from gaseous impurities, containing a freezer, a vacuum system and an accumulation tank of purified isotopes, characterized in that 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 two valves for introducing the gas mixture from the cascade of centrifuges, one of these valves being used to select purified isotopes in the storage cylinder by fitting ceiling elements 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. 4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено, по меньшей мере, двумя вымораживателями, каждый из которых посредством первого патрубка соединен с каскадом центрифуг, а через дополнительный патрубок соединен с баллоном накопления.4. The device according to claim 3, characterized in that it is equipped with at least two freezers, each of which is connected to the cascade of centrifuges by means of the first nozzle, and through an additional nozzle connected to the accumulation cylinder. 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что вымораживатели соединены с каскадом центрифуг параллельно, а с баллонами накопления последовательно.5. The device according to claim 4, characterized in that the freezers are connected in parallel with the cascade of centrifuges, and in series with accumulation cylinders.
RU2004122990/15A 2004-07-26 2004-07-26 Method and the device for the deep purification of xenon isotopes from the gaseous impurities RU2275233C2 (en)

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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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