Изобретение относится к способам получения криптона и ксенона из воздуха.
Существующие способы производства криптона и ксенона из воздуха основаны на обогащении кислорода и ректификации его, при избыточных давлениях до 0,8 атм. При этом обогащение жидкого кислорода криптоном в разделительном аппарате не выше 0,01%, обогащение кислорода криптоном в ректификационных колоннах не выше 0,1%.
По этим способам для получения чистого криптона необходимо сжигать большие количества кислорода в смеси с водородом, неизбежно больше потери криптона при ректификации и большие потери криптона с газообразным кислородом при накоплении криптона в жидком кислороде до ректификации.
Предлагается обогащение жидкого кислорода криптоном в аппаратах, разделения воздуха и ректификацию его при Т до 218°С производить ввакууме, создаваемом вакуум-насосами, что рационально изменяет известный технологический процесс.
Вывод этот основывается на физических свойствах кислорода и криптона. Криптон и ксенон конденсируется при высоких температурах и при понижении температуры упругость их паров падает резче, чем упругость паров кислорода, что благоприятствует накоплению в жидком кислороде и ректификации под вакуумом.
Как видно из таблицы, упругость паров криптона резко падает при температурах ниже кипения кислорода при нормальных условиях. При снижении температуры кипения кислорода с 92,72°К до 72,74°К упругость паров кислорода уменьшается в 13 раз, упругость паров криптона при понижении температуры с 93,14°К до 73,33°К падает в 23,8 раза. Это позволяет эффективно обогащать жидкий кислород криптоном и вести его ректификацию под давлением до 2,68 м/м ртутного столба и 57,4°К, когда упругость паров криптона и ксенона приближается к нулю.
При температуре ниже 55°К, когда кислород находится в твердом виде, упругость паров криптона равна нулю, что позволит выделить криптон и ксенон из кислорода после ректификации в высоком вакууме, не применяя сжигания кислорода.
Может оказаться, что при определенных концентрациях криптона в жидком кислороде, близких к затвердению кислорода, часть криптона и ксенона выпадает из кислорода в твердом виде, что позволяет отделять криптон и ксенон фильтрованием.
Промышленное производство криптона и ксенона с обогащением и ректификациай в вакууме не представляет больших трудностей и вносит очень небольшие изменения в обычные двухколонные разделительные аппараты для производства азота, кислорода и обогащенного кислородом воздуха.
Принципиальная схема разделения воздуха с извлечением криптона и ксенона следующая. В жидком кислороде, в конденсаторе двухколонного аппарата через 12-24 час работы накапливается до 0,01% криптона.
При достижении этой или меньшей концентрации кислород переводится во второй конденсатор, где он испаряется под вакуумом, с целью дальнейшего накопления криптона.
Интенсивность испарения в конденсаторе регулируется подводом азота из нижней колонны, а также созданием различного вакуума.
При достижении максимальной концентрации криптона в жидком кислороде, испаряющемся под вакуумом, жидкий кислород подвергается ректификации. Возможно окажется целесообразной многократная ректификация под вакуумом.
Газообразный кислород, выходящий из аппарата под нормальным давлением подвергается сжижению испаряющимся под вакуумом кислородом. Накопление криптона в нем достигается испарением и ректификацией под вакуумом.
При осуществлении способа для создания вакуума применяют твердые адсорбенты, например, активированный уголь.
Большая адсорбционная способность и возможность регенерации угля, позволит применить его в промышленном масштабе для создания вакуума при производстве криптона и ксенона.
Разделение смеси криптон-ксенон в высоком вакууме может быть достигнуто также при помощи активированного угля.
Применение активированного угля для создания высокого вакуума может оказаться целесообразным и при разделении смеси аргон-криптон-ксенон при производстве редких газов из продувочных газов колонн синтеза.
В целях большей экономичности способа (на мощных кислородных агрегатах потребуется установке вакуум-насосов и оборудования больших размеров) можно процесс предварительного обогащения жидкого кислорода криптоном и ксеноном производить под атмосферным давлением.
1. Способ получения криптона и ксенона из воздуха путем обогащения этими газами кислорода в колонных аппаратах для разделения воздуха с ректификацией обогащенного криптоном и ксеноном кислорода, отличающийся тем, что процесс ректификации при выделении криптона и ксенона на жидкого кислорода осуществляют в вакууме.
2. В способе согласно п. 1 применение твердых адсорбентов, например активированного угля для создания вакуума.
