高純氦氣是指其組分含量大于99.999%,即雜質(zhì)含量小于10×10-6(體積分?jǐn)?shù))的氣體。工業(yè)上提供的純氣體其雜質(zhì)總量一般都小于100×10-6(體積分?jǐn)?shù)),因此,必須通過(guò)進(jìn)一步純化,將雜質(zhì)脫除到10×10-6(體積分?jǐn)?shù))以下。
工業(yè)純氦氣體主要雜質(zhì)是氮、氧、水分、一氧化碳、二氧化碳和烴類,它們用以下方法脫除。
1、脫除氮
脫除氮時(shí),有時(shí)伴隨著氧的脫除。主要用金屬吸氣劑進(jìn)行吸收。常用的金屬吸氣劑有鈣、鈦、鈾和鋯-鋁16等。用金屬鈣做吸氣劑時(shí),同時(shí)吸收氮和氧,反應(yīng)溫度650~680℃,進(jìn)口氣體的雜質(zhì)濃度相當(dāng)于240×10-6(體積分?jǐn)?shù))空氣時(shí),出口雜質(zhì)小于50×10-6(體積分?jǐn)?shù))。金屬鈣的利用率為50%~60%。用海綿狀的金屬鈦或鋯-鋁16做吸氣劑可同時(shí)吸收氧、氮、氫、水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳和烴類等雜質(zhì)。
2、脫除氧
脫除氧一般用化學(xué)法。常用的脫氧劑有氧化錳或Ag-X分子篩等。氧化錳脫氧劑吸收氧,總反應(yīng)式為:2MnO+O2→2MnO2,在反應(yīng)溫度150℃,空速1000h-1時(shí),可將0.1%(體積分?jǐn)?shù))的氧脫除到2×10-6(體積分?jǐn)?shù))。在常溫下用Ag-X分子篩脫氧。雜質(zhì)氧含量可由44×10-6降至3×10-6.氧化錳與Ag-X分子篩脫氧劑使用后均需用氫氣還原,還原后的脫氧劑可重新使用。
3、脫除氫
脫除氫用氧化銅或Pd-X分子篩。氧化銅脫氫,反應(yīng)溫度為350~400℃,空速為200h-1,氣體中的氫的體積分?jǐn)?shù)可由1%降至1×10-6。氧化銅吸收氫后需用含氧2%~5%的惰性氣體進(jìn)行再生,以便重新使用。
用Pd-X分子篩時(shí),在常溫下可將氖氣中微量的氫和一氧化碳的體積分?jǐn)?shù)由11×10-6脫除到0.1×10-6。
4、碳化合物的脫除
含碳化合物主要是碳氧化合物,主要為一氧化碳、二氧化碳和甲烷等。如前所述,采用金屬吸氣劑(如鋯-鋁-16)可以在脫氮的同時(shí),一次性脫除一氧化碳、二氧化碳和烴類等雜質(zhì)。脫除深度均可以達(dá)到1×10-6。
5、低溫吸附
由于氦相對(duì)于氖、氧、氮、一氧化碳、二氧化碳和甲烷等雜質(zhì)組分而言,沸點(diǎn)很低,因此,可采用低溫吸附法一次性除去所有這些雜質(zhì)。吸附溫度有負(fù)壓液氮溫度,吸附劑可選用細(xì)孔硅膠、氧化鋁或分子篩,脫除深度亦可達(dá)到1×10-6(體積分?jǐn)?shù))以上。
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