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俄罗斯专家提出从天然气中获取氙的新方法
俄罗斯卫星通讯社 / 时间:2021-03-15 14:24:57

俄罗斯卫星通讯社3月15日讯:全球氙的消耗量每年增长15-20%。氙用于激光、电子、照明技术、航天、原子能及其他高科技领域,但由于难以获取,所以使用受到限制。氙可以从空气中获得,但空气中的氙含量很小,每1立方米空气仅有0.08毫升氙。借助低温精馏工业技术可以获取纯度达99.9995 %的氙,每升成本为1150卢布。从经济上讲,这种方法只有在进行很大规模生产的情况下才比较可行。因此,上述两校专家提出从天然气中获取氙的新技术。天然气中氙的体积比为0.15 vol%,约为空气中氙体积比的四倍左右。

全球已有多项从天然气中分离氙的技术申请了专利,但由于是多级工艺,且设备复杂,成品中氙的浓度又低,所以这些技术无一达到工业使用的水平。俄罗斯门捷列夫化工大学和下诺夫哥罗德阿列克谢耶夫国立技术大学专家提出一种更有效的基于气体水合物的方法。气体水合物是一种由水气分子构成的固态晶体化合物,在高压条件下形成,在高于冰点的温度下存在。

“天然气不同成分在结晶水合物中的离解压是不同的,因此,通过调节压力和温度可以逐步将不同气体的晶体从中释放出来。”论文编辑之一、门捷列夫化工大学SMART聚合材料和技术实验室主任伊利亚·沃罗滕采夫表示,“大家的方法就是基于结晶水合物的这一特性。大家用这种方法从模拟天然气的混合气体模型中提取出了纯度为93.05%的氙。”

研究结果发表在《Journal of natural gas science and engineering》杂志上。

专家用由甲烷(94.85 vol%)、二氧化碳(5.00 vol%)和氙(0.15 vol%)构成的混合气体模型在温度为–1 °С和1 °С的情况下进行了实验。专家测试了各种情况,结果,在4.17升的反应器中进行膜气水合物连续结晶达到的效果最好。反应器用半透膜隔为高压和低压两部分,专家在高压部分放入气体和水,使之结合成水合物,之后逐步改变温度和压力,将二氧化碳和甲烷分离到低压部分,让氙和水留在水合物中。最后,打碎气体结晶物,再次改变温压条件,使水留在底部,氙则浓缩在水面之上。

新的氙分离法的主要优势在于能耗小、实验装置简单、具有可扩展性、气体分离效率高且无需破坏剂。据专家评估,这种技术可将氙的生产成本降低数倍。

在接下来的工作中,专家计划开展实验,用从真正气田开采的天然气样本进行研究,确定氙分离最佳条件,提高氙分离水平。


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