高純二氧化碳的提純工藝及分析方法

汪海燕，李開明，吳　平，張惠惠

(1.濟寧協力特種氣體有限公司，山東 濟寧 272055；2.中國振華電子集團 新天動力有限公司，貴州 貴陽 烏當新添大道北段278號 550018)

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高純二氧化碳的提純工藝及分析方法

汪海燕1，李開明2，吳平1，張惠惠1

(1.濟寧協力特種氣體有限公司，山東 濟寧 272055；2.中國振華電子集團 新天動力有限公司，貴州 貴陽 烏當新添大道北段278號 550018)

根據CO2與其中雜質性質的不同，用物理方法與化學方法相結合，逐步除掉其中的雜質。 通過分析來驗證，該工藝生產的高純二氧化碳達到5N，可推廣應用。

高純二氧化碳；雜質；推廣應用

隨著國家經濟和科技的迅速發展，對氣體純度的要求愈來愈高，需求的氣體品種也日益增多。為了更好的適應市場需求并結合現有的分析儀器設備，自主研發出我們能進行全分析的各種高純氣體和超高純氣體。從本企業的銷售情況來看高純二氧化碳的銷售量逐年增多，為了更好的抓住市場，把最大的利益優惠給客戶，我們把自產的工業液體二氧化碳通過分析比較，找到了適合本企業的最佳生產工藝。經過一年多不斷的實驗與實踐，提純出了5N的高純二氧化碳，并應用到實際的規模化生產中。

1　原理及純化方法的選擇

1.1脫除二氧化碳中硫化物

原料氣中的COS受脫硫劑的催化作用水解為H2S，原料氣中H2S和水解生成的H2S與O2作用生成單質硫沉積在活性炭的孔隙中，從而被活性炭吸附脫除。

反應為：COS+H2O→CO2+H2S

H2S+1/2 O2→H2O+S↓

表1　二氧化碳原料氣組成

1.2催化燃燒法

CO2中的可燃性氣體組分均被催化氧化成CO2和H2O，達到脫除總烴、一氧化碳和氫氣的目的，同時提高了CO2的純度。

反應為：2H2+O2→2H2O

2CO+O2→2CO2

CH4+2O2→CO2+2H2O

1.3H2O、O2、N2雜質的去除

用3A分子篩脫除水分，脫除精度為0.1×10-6。由于氮雜質沸點與二氧化碳沸點相差較大，用蒸餾法除去氮雜質，最后用貴金屬高效脫氧催化劑把剩余的氧脫除掉，殘氧量小于0.1×10-6。

2　工藝流程

在此工藝中把液體二氧化碳的冷量得到了充分利用，通過換熱后不僅能達到脫硫所需的最佳溫度，而且使氣態二氧化碳更容易液化，降低了能耗。氣體經過脫烴塔時，氣體溫度要達到380～400℃，使甲烷、一氧化碳和氧能快速充分的反應。

圖1　高純二氧化碳工藝流程簡圖

在不斷改進的情況下，設備從2014年4月運行到現在，生產的高純二氧化碳全部能達到99.999%以上，生產量可根據企業銷售情況對工藝進行調整。該工藝流程簡單，提取率高，產品純度高，操作方便，工藝穩定可靠，可隨時開停車，既可間歇操作，也可連續生產。

3　高純二氧化碳中雜質分析

對于99.999%高純二氧化碳產品雜質總量要求<10×10-6，一般熱導色譜難以實現。采用具有高靈敏度的GC9560脈沖放電氦離子化氣相色譜儀，分析高純二氧化碳中的氫、氧、氮、甲烷和一氧化碳。用美國米科的電解式露點儀分析微量水。

3.1高純二氧化碳中氫、氧、氮、甲烷和一氧化碳分析條件

圖2　標準氣譜圖

切割柱：硅膠2 m×3 mm，分析柱：5A分子篩6 m×1.5 mm，載氣：超純氦≥99.9999%，定量管：0.2 mL。檢測器溫度：120℃，柱溫：60℃，載氣流速：30 mL/min。配制以氦為平衡氣，含氫9.97×10-6、氧7.17×10-6、氮9.48×10-6、甲烷4.29×10-6、一氧化碳5.59×10-6的標準氣。

圖3　高純二氧化碳分析結果譜圖

3.2高純二氧化碳產品技術規格及抽檢分析結果

表2　高純CO2技術規格

表3　充入鋼瓶后高純CO2純度分析數據(10-6)

根據分析結果可知這種工藝生產的高純二氧化碳純度已達到5N以上，完全滿足激光氣配制、電子工業、反應堆氣體冷卻劑、科學研究等領域的應用。

4　二氧化碳的安全防護

二氧化碳別稱碳酸氣、碳酸酐、干冰。它是一種無色無味的窒息性不燃氣體，當其超過一定量時會影響人的呼吸，產生酸中毒。

應使吸入氣體的患者迅速脫離現場，安置到空氣新鮮處；呼吸困難時給輸氧；呼吸停止時，立即進行人工呼吸。

二氧化碳充裝時切不可過量充裝，充裝完要儲存于陰涼、通風良好的庫房中，庫房溫度不宜超過30℃。遠離火源和熱源，防止陽光直射。搬運時需戴好鋼瓶安全帽和防震橡皮圈，防止鋼瓶碰撞。

鋼瓶泄漏時應關閉鋼瓶閥門，切斷氣源。若不能切斷氣源，噴水冷卻氣瓶，迅速將鋼瓶移送至安全地區。

[1] 張清建. THC系列食品CO2脫烴催化劑的工業應用[J]. 低溫與特氣，2011, 29(5): 39-44.

[2] 吳宗之. 壓縮氣體和液化氣體安全手冊[G]．北京：中國勞動社會保障出版社，2008.

汪海燕，女，助理工程師，現在濟寧協特種氣體主要從事標準氣體、高純氣和超高純氣體的研究和分析工作。

氪、氙氣體凈化方法及裝置

申請(專利)號：201410580038.0

公開(公告)日：2016-06-29

申請(專利權)人：武漢鋼鐵(集團)公司 大連華邦化學有限公司

摘要：本發明公開了一種氪、氙氣體凈化方法及裝置，解決了現有氪、氙氣體凈化存在的產氣指標不達標、設備使用壽命短、檢修不便等問題。技術方案包括串聯的一段反應管和二段反應管，所述一段反應管和二段反應管均位于加熱器內，所述二段反應管出口依次連接有氫吸附器、冷卻器和精密過濾器。本發明結構簡單、容易拆卸、氣體凈化滿足2006版氪、氙新國標、損耗小、維修簡便、運行成本低、系統穩定、設備使用壽命長。

一種超純氬氣在線凈化系統及方法

申請(專利)號：201410526169.0

公開(公告)日：2016-06-22

申請(專利權)人：昆明物理研究所

摘要：本發明公開了一種超純氬氣在線凈化系統及方法，屬于氣體凈化領域。技術方案為：將鋯釩鐵合金材料，涂鍍到康銅合金條上，將合金條打褶成折疊形狀，安裝于法蘭盤的專用支架及骨架固定，再裝入不銹鋼圓筒，形成非蒸散型氬氣凈化裝置；通過相關接口和控制閥門與高純瓶裝氬氣和終端設備相連，組成超純氬在線凈化系統；利用設備的真空檢測和控制系統，實現凈化裝置吸氣劑的在線激活或活化。應用證明：該凈化系統和方法可在線獲得99.999999%(W/W)的超純氬氣，系統凈化效果良好，可使氬氣中的活性及中性雜質氣體均能從幾十個ppm減少到ppb量級，系統工作溫度較低，一般在160～200℃，不需水冷，使用安全方便。

氦氣的純化方法及純化裝置

申請(專利)號：201310167349.X

公開(公告)日：2016-06-08

申請(專利權)人：住友精化株式會社

摘要：本發明利用低成本且緊湊的設備，無需很大的純化能量就能有效且高效地減少氦氣中的雜質含有率。氦氣至少含有氫、一氧化碳、氮和氧作為雜質，最初含有的氧量比與最初含有的全部的氫和一氧化碳反應所需的化學計算量多。利用催化劑使最初含有的氫和一氧化碳與最初含有的氧反應。添加氫，該氫的量少于與由此殘留在氦氣中的全部的氧反應所需的化學計算量。接著，利用催化劑使殘留在氦氣中的氧與添加的氫反應。接著，通過脫水操作來減少氦氣的水分含有率。然后，通過變壓吸附法使殘留在氦氣中的至少是二氧化碳、氮和氧吸附于吸附劑。

Purification Process and Analysis Method of High Purity CO2

WANG Haiyan1, LI Kaiming2, WU Ping1, ZHANG Huihui1

(1.Jining Special Gases Factory Co., Ltd., Jining 272055, China；2.Xintian Power Co., Ltd., China Zhenhua Electronics Group, Guiyang 550018,China)

According to the properties of CO2and the impurity, combined with physical method and chemical method, gradually get rid of the impurities. Through the analysis to verify, the production of the high purity carbon dioxide reaches 5 N, can be widely applied.

high purity CO2; impurity; popularization and application

2015-08-25

TQ117

A

1007-7804(2016)04-0024-03

10.3969/j.issn.1007-7804.2016.04.007