一種氫氦混合氣體分離與回收裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特點(diǎn)是：所述裝置中的高濃度氫氦混合氣體與膜分離器連接，膜分離器分別與低溫吸附床、氫氣儲(chǔ)罐連接；中等濃度氫氦混合氣體與低溫吸附床連接，低溫吸附床分別與膜分離器、催化氧化床、氦氣儲(chǔ)罐連接，催化氧化床分別與氦氣儲(chǔ)罐和水儲(chǔ)罐連接；低濃度氫氦混合氣體與催化氧化床連接，催化氧化床分別與氦氣儲(chǔ)罐和水儲(chǔ)罐連接。采用本發(fā)明的裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)不同體積濃度的氫氦混合氣體的分離與回收。
【專(zhuān)利說(shuō)明】-種氨氨混合氣體分離與回收裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種氨氮混合氣體分離與回收裝置。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著人類(lèi)的發(fā)展，能源短缺已日趨嚴(yán)重，為了彌補(bǔ)能源的不足，核能開(kāi)發(fā)已經(jīng)成為 全人類(lèi)迫在眉睫的任務(wù)。無(wú)論是傳統(tǒng)的重水堆重水升級(jí)、還是聚變堆中気氣燃料循環(huán)過(guò)程， 都涉及到氨同位素的分離與回收。在該些過(guò)程中，氨同位素通常與載帶氣體混合在一起，而 通常用到的載帶氣體為氮等惰性氣體。
[0003] 近幾十年來(lái)，科技工作者在氨同位素回收技術(shù)、氨同位素與惰性氣體的分離技術(shù) 方面開(kāi)展了大量的工作，尤其在低溫冷井、低溫吸附、催化氧化法、膜分離、低溫冷凝、變壓 吸附及金屬床氧化吸附等處理技術(shù)方面進(jìn)行了大量的理論和實(shí)驗(yàn)研究工作。低溫冷阱主要 用來(lái)處理W化0的形式存在的氨同位素，比如含少量水的氨同位素混合氣的預(yù)處理。低溫 吸附法由于其對(duì)氨同位素的處理量較大，回收率高、受雜質(zhì)氣體影響小及容易再生等優(yōu)點(diǎn)， 經(jīng)常被用來(lái)做大流量單質(zhì)氨同位素的凈化與回收，但解吸出的氨同位素純度不高。催化氧 化法使用的是化學(xué)方法除氨，去除氨同位素徹底，處理量大，因此常被用來(lái)做含極少氨同位 素的尾氣處理、手套箱除氣及環(huán)境除氨或去氣，但處理氨同位素濃度高的氣體不合適，而且 產(chǎn)物是W 〇2〇形式存在的氨同位素，如果含氣，則毒性會(huì)比氣態(tài)的化大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。膜分離 由于其分離步驟簡(jiǎn)單，可W用來(lái)分離氨與其它雜質(zhì)氣體，是回收氨同位素的有效手段，但膜 分離對(duì)氨分壓有一定的要求，氨分壓低于一定水平，其回收率下降明顯，而且通過(guò)膜分離很 難獲得高純的惰性氣體。低溫冷凝吸附法具有自動(dòng)化程度高，能得到高純度的氨氣，操作簡(jiǎn) 便等優(yōu)點(diǎn)，但由于液氨的出現(xiàn)使得安全性降低，另外不同濃度的原料氣進(jìn)氣點(diǎn)很難掌握。金 屬吸附床對(duì)氨的吸收容量比低溫吸附法的容量大，但由于同位素效應(yīng)明顯，對(duì)氣的吸附較 ??；另外吸附床需要在較高的溫度下才能放出被吸附的氨同位素。同位素交換法吸附氣量 較大，但為了放氣必須進(jìn)行第二次同位素交換。變壓吸附法處理后氨的純度高，但處理量較 小。
[0004] 綜上所述，使用單一技術(shù)進(jìn)行氨的處理總存在或多或少的缺點(diǎn)或不足，到目前為 止，沒(méi)有看到一種使用單一技術(shù)的裝置能夠?qū)?惰性氣體混合氣處理后同時(shí)獲得高純惰 性氣體、高純氨。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種氨氮混合氣體分離與回收裝置。
[0006] 本發(fā)明的氨氮混合氣體分離與回收裝置，其特點(diǎn)是；所述裝置中的高濃度氨氮混 合氣體與膜分離器連接，膜分離器分別與低溫吸附床、氨氣儲(chǔ)罐連接；中等濃度氨氮混合氣 體與低溫吸附床連接，低溫吸附床分別與膜分離器、催化氧化床、氮?dú)鈨?chǔ)罐連接，低濃度氨 氮混合氣體與催化氧化床連接，催化氧化床分別與氮?dú)鈨?chǔ)罐和水儲(chǔ)罐連接。
[0007] 所述膜分離器米用金屬合金膜。
[0008] 所述低溫吸附床采用5A分子篩。
[0009] 所述催化氧化床采用氧化銅或氧化銀。
[0010] 高濃度氨氮混合氣體中的氨氣體積百分比濃度大于90% ;中等濃度氨氮混合氣體 中的氨氣體積百分比濃度為0. 1%、〇% ;低濃度氨氮混合氣體中的氨氣體積百分比濃度低 于 0. 1〇/〇。
[0011] 本發(fā)明公開(kāi)了一種氨氮混合氣體分離與回收裝置，該裝置主要由膜分離器、低溫 吸附床和催化氧化床組合而成。本發(fā)明綜合了幾種氨同位素回收裝置的優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)合理級(jí)聯(lián)， 形成了一種新的組合裝置，可W實(shí)現(xiàn)任意氨同位素濃度的氨-氮混合氣的分離，獲得氨同 位素的高效回收，并獲得純度大于99%的氨同位素氣體和純度大于99. 999%的氮?dú)狻?br>
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為本發(fā)明的氨氮混合氣體分離與回收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 下面將參照附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方式。
[0014] 圖1為本發(fā)明的氨氮混合氣體分離與回收裝置的結(jié)構(gòu)框圖。從圖1可W看出，本 發(fā)明的氨氮混合氣體分離與回收裝置，其特點(diǎn)是：所述裝置中的高濃度氨氮混合氣體1與 膜分離器4連接，膜分離器4分別與低溫吸附床5、氨氣儲(chǔ)罐7連接；中等濃度氨氮混合氣體 2與低溫吸附床5連接，低溫吸附床5分別與膜分離器4、催化氧化床6、氮?dú)鈨?chǔ)罐8連接，低 濃度氨氮混合氣體3與催化氧化床6連接，催化氧化床6分別與氮?dú)鈨?chǔ)罐8和水儲(chǔ)罐9連 接。
[0015] 所述膜分離器4采用金屬合金膜。
[0016] 所述低溫吸附床5采用5A分子篩。
[0017] 所述催化氧化床6采用氧化銅或氧化銀。
[0018] 實(shí)施例1高濃氨氮混合氣的分離與回收 高濃氨氮混合氣體直接進(jìn)入膜分離器，膜分離后透氨端氣體引入氨氣儲(chǔ)罐，膜尾氣進(jìn) 入低溫吸附床，經(jīng)低溫吸附后流出的含微量氨的氮?dú)膺M(jìn)入催化氧化床，除氨后進(jìn)入氮?dú)鈨?chǔ) 罐，氧化產(chǎn)生的水收集在水儲(chǔ)罐中；解吸氨中還有一定量的氮?dú)?，返回膜分離器進(jìn)一步分離 得到高純氨及少量的氨氮混合氣，氨氮混合氣再次進(jìn)入低溫吸附床，該樣可W既獲得高純 氨，又可W獲得高純氮。
[0019] 本實(shí)施例中使用的膜為把銀合金膜，原料氣為含96%氨的氨氮混合氣，進(jìn)氣流速 控制為IL/min ;低溫吸附床填充的吸附劑為5A分子篩，吸附溫度為液氮溫度；催化氧化床 為氧化銅柱，反應(yīng)溫度為30(TC。使用氣相色譜儀測(cè)量膜透氨端的氨中氮和尾氣端的氮中 氨、低溫吸附床和催化氧化床流出氮中氨。在透氨端得到純度為99%的氨氣，氨氣回收率達(dá) 到97% ;低溫吸附床流出的氮?dú)庵邪睔怏w積濃度小于20ppm，催化氧化床流出的氮?dú)庵邪睔?體積濃度小于lOppm，結(jié)果見(jiàn)表1。
[0020] 表1為實(shí)施例1的色譜測(cè)量結(jié)果

【權(quán)利要求】
1. 一種氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特征在于：所述裝置中的高濃度氫氦混合氣 體（1)與膜分離器（4)連接，膜分離器（4)分別與低溫吸附床（5)、氫氣儲(chǔ)罐（7)連接；中等 濃度氫氦混合氣體（2)與低溫吸附床（5)連接，低溫吸附床（5)分別與膜分離器（4)、催化氧 化床（6)、氦氣儲(chǔ)罐（8)連接，低濃度氫氦混合氣體（3)與催化氧化床（6)連接，催化氧化床 (6)分別與氦氣儲(chǔ)罐（8)和水儲(chǔ)罐（9)連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特征在于：所述膜分離器 (4)的材料采用金屬合金膜。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特征在于：所述低溫吸附 床（5)采用5A分子篩制作。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的氫氦混合氣體分離與回收裝置，其特征在于：所述催化氧化 床（6)的材料采用氧化銅或氧化銀。
【文檔編號(hào)】C01B3/50GK104340959SQ201410612052
【公開(kāi)日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】任興碧, 李毅, 古梅, 侯京偉 申請(qǐng)人:中國(guó)工程物理研究院核物理與化學(xué)研究所