一种低成本的氙气回收和简易提纯装置以及方法与流程

1.本发明属于贵重气体氙气或氪气的回收技术领域，具体涉及一种低成本的氙气回收和简易提纯装置以及方法。


背景技术：

2.一些电光源要用到氙气，氙气从近年开始价格一路走高，1立方价格从6-7万元涨到30万元，并呈现持续涨价态势；曾经有单位开发氙气回收装置，利用压缩机对气态氙气施加极大压力将氙气从气态转换成液态并收集，但整套装置投资大，运行维护费用高，经济上不划算；中小单位对这种高成本方案是投不起也用不起；氙气价格的上涨已经极大挤占生产单位的利润，影响电光源行业的发展。
3.有些电光源生产时(比如高压钠灯电弧管)需要在灯泡内充入一定量的氙气，实际生产时，在充气环节有部分氙气没有充分利用，直接被外排到大气中。
4.为了把浪费的氙气回收利用，提纯后，再次使用，提高氙气利用率，减少资源浪费，降低氙气成本，为企业创造效益，为此我们提出一种低成本的氙气回收和简易提纯装置以及方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种低成本的氙气回收和简易提纯装置以及方法，以解决上述背景技术中提出的有些电光源生产时(比如高压钠灯电弧管)，在充气环节有部分氙气没有充分利用，直接被外排到大气中的问题；把浪费的氙气回收利用，提纯后，再次使用，提高氙气利用率，减少资源浪费，降低氙气成本，为企业创造效益。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种低成本的氙气回收和简易提纯装置，包括钠灯封接炉，以及与钠灯封接炉连接的管道，所述管道上连接有储气瓶乙、储气瓶甲、回收瓶、缓冲瓶，所述储气瓶乙的外侧设置有保温瓶三，储气瓶甲的外侧设置有保温瓶二，回收瓶的外侧设置有保温瓶一，所述管道上还连接有真空系统、冲洗管路以及提纯后重新使用氙气的管路。
7.作为本发明的一种优选的技术方案，所述保温瓶一、保温瓶二、保温瓶三内盛放液态低温气体。
8.作为本发明的一种优选的技术方案，所述管道上设置有阀门、接口和压力表，阀门和接口，可以方便的和系统拆卸、连接，压力表可以显示管道内和瓶内压力。
9.作为本发明的一种优选的技术方案，所述缓冲瓶内体积和钠灯封接炉内空间的体积比大于10：1，体积比越大回收率越高。
10.作为本发明的一种优选的技术方案，所述回收瓶的容积为100-500ml，正常1-3天的氙气使用量经过测算后液化的体积，确定回收瓶体积，体积越大，回收时耗液氮越多，回收瓶直径越小，液氮使用量越少。
11.作为本发明的一种优选的技术方案，所述储气瓶乙和储气瓶甲的容积均为1-4l，
储气瓶乙和储气瓶甲上带有阀门和压力表，正常1-2月的氙气使用量经过测算后液化的体积，确定储气瓶乙和储气瓶甲体积，体积越大，回收和提纯时成本越高。
12.作为本发明的一种优选的技术方案，还包括升降机构，且升降机构包括支撑座、电动推杆、连接板，所述电动推杆安装在支撑座内，且电动推杆的活塞杆和连接板连接，支撑座设置三个，将三个电动推杆分别安装在三个支撑座内，并将三个连接板分别与三个电动推杆的活塞杆连接，三个连接板分别与保温瓶一、保温瓶二、保温瓶三连接，通过启动电动推杆可带动保温瓶一、保温瓶二、保温瓶三进行升降。
13.本发明还公开了一种低成本的氙气回收和简易提纯方法，所述方法如下：
14.步骤一：初始状态：保温瓶一内添加液氮，回收瓶呈冷却状态，并且在电弧管生产时一直保持回收瓶、缓冲瓶和管路内明显低于待回收氙气的气压；将钠灯封接炉内原来外排的氙气引入回收瓶中，氙气遇低温液化或固化，实现氙气回收；
15.步骤二：转移氙气：收集1-3天的氙气后，因回收瓶容量有限，需要将回收瓶中的气体转移到储气瓶甲中，当压力表在回收瓶不冷冻，氙气呈气体状态下，读数为接近一个大气压，即可将回收瓶中的气体转移到储气瓶甲中；杂质气体通过真空系统抽除而提纯；
16.步骤三：下降保温瓶二，储气瓶甲中气体呈气态，储气瓶瓶身压力表显示高压；升高保温瓶三加入液氩，储气瓶乙中温度下降，此温度氙气能液化和固化，氩气部分液态部分气态，氮气是气态；储气瓶甲中气体流到储气瓶乙中，氙气、水蒸气和部分氩气变成液态和固态，储气瓶乙、储气瓶甲瓶身上的压力表呈现读数下降，保持绝大部分氙气、水蒸气和部分氩气变成液态和固态；连接真空系统，抽除储气瓶里的氮气等在液氩温度下不能液化的气体；提纯后的气体在储气瓶乙中，为了将杂质气体清除得更干净，多次进行操作，在两个储气瓶里来回转移，得到更纯的氙气；连接真空系统，将储气瓶甲、储气瓶乙里的水蒸气抽掉，提纯后得到氙气和微量氩气的混合气，在储气瓶乙中；
17.步骤四：启动电动推杆，电动推杆通过活塞杆带动连接板下降，由于保温瓶三和连接板固定，当连接板下降时，带动保温瓶三下降，将储气瓶乙里的氙气升温气化，重新使用经过回收和纯化的氙气，或者将储气瓶乙更换空瓶，储气瓶乙可以储存起来用于其他时间，也可以经过更精密提纯后用于更高要求的场合。
18.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
19.(1)将电光源行业的氙气或氪气回收再利用，减少浪费，节约稀缺资源；
20.(2)运行费用极低，和高价值氙气相比，日常运行成本可以忽略；
21.(3)本发明可以降低企业氙气成本一半以上，减少行业用气量，减少稀缺气体资源的浪费，提高电光源行业的整体竞争力；
22.(4)氙气是高价值气体，减少使用量可以同时减少对进口氙气的依赖，此方法还可以用来回收氪气等其他高价值气体。
附图说明
23.图1为本发明的结构示意图；
24.图中：1、保温瓶一；2、保温瓶二；3、保温瓶三；4、钠灯封接炉；5、压力表；6、管道；7、储气瓶乙；8、储气瓶甲；9、回收瓶；10、缓冲瓶；11、支撑座；12、电动推杆；13、连接板。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种低成本的氙气回收和简易提纯装置，包括钠灯封接炉4，以及与钠灯封接炉4连接的管道6，管道6上连接有储气瓶乙7、储气瓶甲8、回收瓶9、缓冲瓶10，储气瓶乙7的外侧设置有保温瓶三3，储气瓶甲8的外侧设置有保温瓶二2，回收瓶9的外侧设置有保温瓶一1，管道6上还连接有真空系统、冲洗管路以及提纯后重新使用氙气的管路。
27.本实施例中，优选的，保温瓶一1、保温瓶二2、保温瓶三3内盛放液态低温气体。
28.本实施例中，优选的，管道6上设置有阀门、接口和压力表5，阀门、接口的设置方便和系统拆卸、连接，压力表5的设置可以显示管道内压力。
29.本实施例中，优选的，缓冲瓶10内体积和钠灯封接炉4内空间的体积比大于10：1，体积比越大回收率越高。
30.本实施例中，优选的，正常1-3天的氙气使用量经过测算后液化的体积，确定回收瓶9体积，体积越大，回收时耗液氮越多，回收瓶9直径越小，液氮使用量越少，回收瓶9容积为100-500ml。
31.本实施例中，优选的，正常1-2月的氙气使用量经过测算后液化的体积，确定储气瓶乙7和储气瓶甲8体积，体积越大，回收和提纯时成本越高，储气瓶乙7和储气瓶甲8的容积均为1-4l，储气瓶乙7和储气瓶甲8上带有阀门和压力表5，可以显示瓶内压力及方便地与系统拆卸、连接。
32.本实施例中，优选的，还包括升降机构，且升降机构包括支撑座11、电动推杆12、连接板13，电动推杆12安装在支撑座11内，且电动推杆12的活塞杆和连接板13连接，支撑座11设置三个，将三个电动推杆12分别安装在三个支撑座11内，并将三个连接板13分别与三个电动推杆12的活塞杆连接，三个连接板13分别与保温瓶一1、保温瓶二2、保温瓶三3连接，通过启动电动推杆12可带动保温瓶一1、保温瓶二2、保温瓶三3进行升降。
33.一种低成本的氙气回收和简易提纯方法，包括如下步骤：
34.设备安装后冲洗，将本系统连接到氙气使用设备，确保高真空密封，氩气从i阀门进，c阀门或f阀门抽出，反复进行，达到管路清洁的目的；
35.回收氙气，以高压钠灯电弧管生产为例：假设钠灯充氙压力5kpa，一炉电弧管生产周期5min，那么氙气回收子程序也是5min一个循环；
36.初始状态，a阀门关、b阀门关、c阀门关、d阀门常关；保温瓶一1内添加液氮，回收瓶9呈冷却状态，并且在电弧管生产时一直保持回收瓶9、缓冲瓶10和管路内明显低于待回收氙气的气压，低的越多，回收效率越高；
37.子程序启动点：钠灯封接炉4内充氙完成，炉内降温，温度逐渐低于焊料熔点，焊料逐步固化成型，把氙气密封在电弧管内这一刻，就是子程序可以启动的时间点，此时钠灯封接炉4处于持续降温状态，实际操作中，1)封接炉内温度降到某一数值，或者2)封接炉关闭加热，开始降温后某一时间点，如40s后，都可以设为子程序启动点；
38.因为有杂质气体(氩气、氮气、二氧化碳、水蒸气、氧气)存在以及蒸气压的原因，并且有些气体在液氮冷却温度下仍旧是气体状态，回收一定数量的氙气后，回收瓶9内气压会逐渐升高，此时需要将杂质气体抽掉；
39.时间，执行动作，气体变化和现象如下：
40.0分0s，a阀门开b阀门开c阀门关，氙气从钠灯封接炉4沿管道6进入回收瓶9和缓冲瓶10，基本按体积均布，因为回收瓶9内温度低于氙气熔沸点，氙气从气态转换到液态或固态；钠灯封接炉4内压力从5kpa迅速下降，系统里压力表5读数上升；
41.保持15s，气态氙气从钠灯封接炉4持续流到回收瓶9和缓冲瓶10，气压基本一致，回收瓶9内气态氙气持续液化固化，钠灯封接炉4内压力从5kpa下降至0.5kpa以下；
42.0分16s，a阀门关b阀门开c阀门关，回收瓶9内气态氙气持续液化固化，缓冲瓶10内氙气持续流向回收瓶9，压力表5读数持续下降；
43.保持3分45s，回收系统内压力持续下降并稳定在一个较低值，此值可视为不可冷冻的杂质气体的气压；
44.4分0s，a阀门关b阀门开c阀门开，连接真空系统，将剩余气体抽掉；
45.保持58s，将回收瓶9和缓冲瓶10内不可冷冻的杂质气体抽出，压力表5读数缓慢下降到0.1kpa以下；
46.4分59s，a阀门关b阀门关c阀门关，一个回收循环结束，准备下一轮回收；
47.转移氙气，收集1-3天的氙气后，因回收瓶9容量有限，需要将回收瓶9中的气体转移到储气瓶中，一般看压力表5在回收瓶9不冷冻，氙气呈气体状态下，读数接近1个大气压，即可进行转移；
48.初始状态，回收瓶9中有一定量氙气，储气瓶甲8真空，abcdefg阀门均关闭；
49.操作，气体变化和现象如下：
50.启动，下降保温瓶一1，回收瓶9中温度上升，气体呈气态，压力表5读数接近1个大气压；往保温瓶二2中添加液氮，储气瓶甲8冷却；
51.转移，d阀门开e阀门开，其余阀门关，气态氙气从回收瓶9中流到储气瓶甲8中，因瓶里温度低于熔沸点而液化、固化，持续进行，直到几乎所有氙气都转移到储气瓶甲8中，过程中压力表5读数持续下降直至稳定在一个较低的值，此值可视为在液氮温度下不可冷冻的杂质气体，可以通过真空系统抽除而提纯；
52.停止，d阀门关e阀门关，其余阀门关；氙气从回收瓶9转移到储气瓶8中。
53.提纯氙气，回收的氙气中含一定量的杂质气体，来源：钠灯封接炉4和管道6破损、渗漏；钠灯封接炉4冷却水渗漏；焊料环封接时释放杂质气体，杂质主要成分是氩气、氮气、水蒸气、二氧化碳、氧气，提纯目的是去除杂质，只保留氙气和少量的氩气，一部分氩气会混合在氙气中，一方面是因为氙气和氩气难区分，另一方面是微量氩气存在对高压钠灯品质影响极小，因此提纯后的氙气可以用来生产高压钠灯电弧管。
54.初始状态，储气瓶甲8中已收集一定体积氙气，储气瓶乙7真空，defghij阀门均关闭；
55.第一阶段，去除氙气中的氮气；操作，气体变化和现象如下：
56.启动，下降保温瓶二2，储气瓶甲8中气体呈气态，储气瓶瓶身压力表5显示高压；升高保温瓶三3加入液氩，储气瓶乙7中温度下降，此温度氙气能液化和固化，氩气部分液态部
分气态，氮气是气态；
57.转移，e阀门开g阀门开h阀门开其余阀门关，储气瓶甲8中气体流到储气瓶乙7中，氙气、水蒸气和部分氩气变成液态和固态，储气瓶甲8、储气瓶乙7瓶身上的压力表5呈现读数下降，保持绝大部分氙气、水蒸气和部分氩气变成液态和固态；
58.去杂质，e阀门开g阀门开h阀门开f阀门开其余阀门关，连接真空系统，抽除储气瓶里的氮气等在液氩温度下不能液化的气体；
59.关闭，所有阀门关闭，提纯后得到的气体在储气瓶乙7中；为了将杂质气体清除得更干净，一般将这操作进行多次，在两个储气瓶里来回转移，得到更纯的氙气；
60.第二阶段，去除氙气中的水蒸气，假设氙气在储气瓶甲8中；操作，气体变化和现象如下：
61.启动，升高保温瓶二2加入液态二氧化碳，储气瓶甲8中氙气呈气态，水蒸气呈固态，压力表5显示高压；升高保温瓶三3加入液氩，储气瓶乙7中温度下降，此温度氙气能液化和固化；
62.转移，e阀门开g阀门开h阀门开，其余阀门关，储气瓶甲8中气体流到储气瓶乙7中，氙气变成液态和固态，压力表5读数下降；
63.保持，绝大部分氙气变成液态和固态转移到储气瓶乙7中，水蒸气呈固态留在储气瓶甲8中，h阀门关，其余阀门关，储气瓶乙7里得到不含水蒸气的氙气；
64.为去除水分杂质，下降保温瓶二2，储气瓶升温，储气瓶甲8里固态水变成液态并气化；
65.e阀门开g阀门开f阀门开，其余阀门关，连接真空系统，将储气瓶甲8里的水蒸气抽掉；
66.关闭，所有阀门关闭，提纯后得到氙气和微量氩气的混合气，在储气瓶乙7中；
67.使用提纯后的氙气，启动电动推杆12，电动推杆12通过活塞杆带动连接板13下降，由于保温瓶三3和连接板13固定，当连接板13下降时，带动保温瓶三3下降，将储气瓶乙7里的氙气升温气化，关闭g阀门、i阀门，打开h阀门、j阀门，就可以重新利用回收并纯化的氙气了；或者将储气瓶乙7更换空瓶，储气瓶乙7可以储存起来用于其他时间，也可以经过更精密提纯后用于更高要求的场合。
68.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。