此發(fā)明涉及氣體生產(chǎn)。具體涉及一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器。

背景技術(shù)：

1、氦-3氣體一般可用于制作正比計(jì)數(shù)管，核磁共振共振等領(lǐng)域。氦氣得儲(chǔ)量稀少，價(jià)格昂貴，我國作為貧氦國，每年的用氦主要依賴進(jìn)口。

2、由于氦氣的惰性化學(xué)性質(zhì)，可使用多種除雜方法，比如針對(duì)去除氧氣、氮?dú)狻⑺奈鼩鈩┓?、鈾屑凈化法、活性炭法，針?duì)去除氫氣的有鈾屑吸附法、鈀管凈化法、活性炭法、催化氧化法等。

3、使用以上方法凈化需專用的反應(yīng)器，反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)會(huì)影響凈化效率，如鈾粉凈化法可去除氦-3氣體中的氫，其反應(yīng)式為2u+3h2＝2uh3。采用氧化銅除氫具有很好的經(jīng)濟(jì)性。其反應(yīng)原理是高溫下氫氣還原氧化銅，生成水和純銅：cuo+h2＝h2o+cu。生成的水由分子篩進(jìn)行吸附，達(dá)到去除氫同位素的效果。

4、傳統(tǒng)氦-3凈化工藝使用的cuo裝置為直筒式設(shè)計(jì)，內(nèi)部無導(dǎo)流結(jié)構(gòu)，這種設(shè)計(jì)的方式使得氣體流通路徑較短，使氣體無法充分與氧化銅進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致凈化率較低。另一種設(shè)計(jì)方式采用蛇形盤管作為cuo柱殼體，這種方式雖然氣體流通路徑變長，但是制作工藝復(fù)雜，圓管盤旋式結(jié)構(gòu)也會(huì)在加熱時(shí)出現(xiàn)很多加熱空區(qū)，熱均勻性較差，還會(huì)造成大量廢熱。需設(shè)計(jì)一種裝填cuo填料的反應(yīng)器，改善其結(jié)構(gòu)，使得其加熱效果好的同時(shí)具有較長的氣體流通路徑。

5、本專利描述的加熱反應(yīng)器結(jié)構(gòu)可適用于不同領(lǐng)域的加熱氣固反應(yīng)，裝填cuo填料的反應(yīng)器可用于其他領(lǐng)域的氣體中去除氫同位素的場景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于：設(shè)計(jì)一種氣體生產(chǎn)工藝中用于氦氣中去除氫同位素氣體的反應(yīng)器，并描述了使用方法，本專利描述的加熱反應(yīng)器可適用于不同領(lǐng)域的加熱氣固反應(yīng)。同時(shí)具有操作簡單的特點(diǎn)。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器，包括密封反應(yīng)器殼體、加熱電爐，密封反應(yīng)器殼體位于加熱電爐內(nèi)部，加熱電爐頂端及底端分別安裝出氣管、進(jìn)氣管，出氣管焊接至密封反應(yīng)器殼體頂部，由密封反應(yīng)器殼體頂部引出；進(jìn)氣管焊接至密封反應(yīng)器殼體底部，由密封反應(yīng)器殼體底部引入；密封反應(yīng)器殼體內(nèi)靠近頂部及底部的位置分別安裝有出氣口燒結(jié)過濾板、進(jìn)氣口燒結(jié)過濾板；

3、密封反應(yīng)器殼體內(nèi)焊接螺旋導(dǎo)板，cuo顆粒填料沿著螺旋導(dǎo)板裝填；

4、加熱電爐側(cè)面通過鎧裝熱電偶安裝孔插入安裝鎧裝熱電偶，且鎧裝熱電偶接觸密封反應(yīng)器殼體側(cè)表面。

5、加熱電爐閉合時(shí)完全包裹住密封反應(yīng)器殼體，使密封反應(yīng)器殼體升溫。

6、加熱電爐呈對(duì)開式結(jié)構(gòu)。

7、一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，包括以下步驟：

8、s1：將cuo顆粒填料順著螺旋導(dǎo)板裝填至密封反應(yīng)器殼體內(nèi)，并振實(shí)，使之充滿密封反應(yīng)器殼體；

9、s2：接入電源使加熱電爐升溫，通過鎧裝熱電偶反饋溫度，整個(gè)反應(yīng)器升溫至400～500℃，并由出氣管接入抽真空系統(tǒng)進(jìn)行抽空；

10、s3：反應(yīng)器探漏：將反應(yīng)器熱除氣停止抽空后，接入至探漏系統(tǒng)進(jìn)行探漏；

11、s4：進(jìn)行通氧再生：反應(yīng)器探漏合格后，加熱電爐持續(xù)加熱，保持溫度為400-500℃，進(jìn)氣管接入氧氣瓶，向反應(yīng)器充入氧氣，使cuo顆粒填料與氧氣充分反應(yīng)后，繼續(xù)使用真空系統(tǒng)抽真空；

12、s5：加熱電爐加熱并保持溫度400～500℃，由進(jìn)氣管通入待凈化的氣體，由出氣管排出凈化后的氣體。

13、s8：反應(yīng)器加熱后，使其靜置降溫，也可將加熱電爐卸下，使其快速降溫所述s1中，cuo顆粒填料采用顆粒狀形式，粒徑0.2mm-3mm。

14、所述s1中，保證氣體流通，并防止填料粉化。

15、所述s2中，抽空至其真空度小于5pa。

16、所述s3中，漏率小于1.0×1010pa·m3/s表示合格。

17、所述s5中，使用氣體循環(huán)泵使氣體循環(huán)凈化；控制流速為1～15l/min。

18、還包括s7：凈化任成后對(duì)裝置進(jìn)行熱排氣，由熱電偶監(jiān)控密封反應(yīng)器殼體內(nèi)填料溫度，使密封反應(yīng)器殼體內(nèi)填料溫度達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)使用抽真空系統(tǒng)由出氣口處抽真空，抽空至真空度小于5pa。

19、本發(fā)明的顯著效果在于：

20、1)反應(yīng)器總體設(shè)計(jì)上確保了反應(yīng)器具有好的加熱效果的同時(shí)具有較長的氣體流通路徑，且加熱及冷卻操作簡便。

21、2)導(dǎo)流式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在不影響氣體流動(dòng)性同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了在有限空間內(nèi)，氣體擴(kuò)散路徑增長，使待凈化氣體與氧化銅填料更充分的接觸，提高了凈化效率。

22、3)反應(yīng)器經(jīng)過多次使用，并且其還原反應(yīng)能力下降后，對(duì)其進(jìn)行加熱并持續(xù)通入氧氣，使氧化銅反應(yīng)器中氧化銅填料再生，可以進(jìn)行循環(huán)使用。

23、4)控制循環(huán)壓力為1.3-2atm，流速1-10l/min的待凈化氣體通過高溫狀態(tài)反應(yīng)器，1h內(nèi)可將含有0.5％氫同位素氣體的氦氣凈化至氫同位素氣體≤0.01％。

技術(shù)特征：

1.一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器，其特征在于：包括密封反應(yīng)器殼體(4)、加熱電爐(6)，密封反應(yīng)器殼體(4)位于加熱電爐(6)內(nèi)部，加熱電爐(6)頂端及底端分別安裝出氣管(1)、進(jìn)氣管(8)，出氣管(1)焊接至密封反應(yīng)器殼體(4)頂部，由密封反應(yīng)器殼體(4)頂部引出；進(jìn)氣管(8)焊接至密封反應(yīng)器殼體(4)底部，由密封反應(yīng)器殼體(4)底部引入；密封反應(yīng)器殼體(4)內(nèi)靠近頂部及底部的位置分別安裝有出氣口燒結(jié)過濾板(2)、進(jìn)氣口燒結(jié)過濾板(7)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器，其特征在于：加熱電爐(6)閉合時(shí)完全包裹住密封反應(yīng)器殼體(4)，使密封反應(yīng)器殼體(4)升溫。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器，其特征在于：加熱電爐(6)呈對(duì)開式結(jié)構(gòu)。

4.一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，應(yīng)用如權(quán)利要求1所述的用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器，其特征在于：包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：所述s1中，cuo顆粒填料(9)采用顆粒狀形式，粒徑0.2mm-3mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：所述s1中，保證氣體流通，并防止填料粉化。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：所述s2中，抽空至其真空度小于5pa。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：所述s3中，漏率小于1.0×1010pa·m3/s表示合格。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：所述s5中，使用氣體循環(huán)泵使氣體循環(huán)凈化；控制流速為1～15l/min。

10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用于氦-3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器使用方法，其特征在于：還包括s7：凈化任成后對(duì)裝置進(jìn)行熱排氣，由熱電偶監(jiān)控密封反應(yīng)器殼體(4)內(nèi)填料溫度，使密封反應(yīng)器殼體(4)內(nèi)填料溫度達(dá)到設(shè)定溫度，同時(shí)使用抽真空系統(tǒng)由出氣口(1)處抽真空，抽空至真空度小于5pa。

技術(shù)總結(jié)
一種用于氦?3氣體去除氫同位素的反應(yīng)器及其使用方法，包括密封反應(yīng)器殼體、加熱電爐，密封反應(yīng)器殼體位于加熱電爐內(nèi)部，加熱電爐頂端及底端分別安裝出氣管、進(jìn)氣管，出氣管焊接至密封反應(yīng)器殼體頂部，由密封反應(yīng)器殼體頂部引出；進(jìn)氣管焊接至密封反應(yīng)器殼體底部，由密封反應(yīng)器殼體底部引入；密封反應(yīng)器殼體內(nèi)靠近頂部及底部的位置分別安裝有出氣口燒結(jié)過濾板、進(jìn)氣口燒結(jié)過濾板。本專利確保了反應(yīng)器具有好的加熱效果的同時(shí)具有較長的氣體流通路徑，且加熱及冷卻操作簡便。

技術(shù)研發(fā)人員：劉斯元,張清杰,趙佩民,程光杰,褚衍齊,田偉生,謝曉鵬,黃旭,王代勝,劉杰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中核四0四有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17