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俄羅斯專家提出從天然氣中獲取氙的新方法
俄羅斯衛星通訊社 / 時間:2021-03-15 14:24:57

俄羅斯衛星通訊社3月15日訊:全球氙的消耗量每年增長15-20%。氙用于激光、電子、照明技術、航天、原子能及其他高科技領域,但由于難以獲取,所以使用受到限制。氙可以從空氣中獲得,但空氣中的氙含量很小,每1立方米空氣僅有0.08毫升氙。借助低溫精餾工業技術可以獲取純度達99.9995 %的氙,每升成本為1150盧布。從經濟上講,這種方法只有在進行很大規模生產的情況下才比較可行。因此,上述兩校專家提出從天然氣中獲取氙的新技術。天然氣中氙的體積比為0.15 vol%,約為空氣中氙體積比的四倍左右。

全球已有多項從天然氣中分離氙的技術申請了專利,但由于是多級工藝,且設備復雜,成品中氙的濃度又低,所以這些技術無一達到工業使用的水平。俄羅斯門捷列夫化工大學和下諾夫哥羅德阿列克謝耶夫國立技術大學專家提出一種更有效的基于氣體水合物的方法。氣體水合物是一種由水氣分子構成的固態晶體化合物,在高壓條件下形成,在高于冰點的溫度下存在。

“天然氣不同成分在結晶水合物中的離解壓是不同的,因此,通過調節壓力和溫度可以逐步將不同氣體的晶體從中釋放出來。”論文作者之一、門捷列夫化工大學SMART聚合材料和技術實驗室主任伊利亞·沃羅滕采夫表示,“我們的方法就是基于結晶水合物的這一特性。我們用這種方法從模擬天然氣的混合氣體模型中提取出了純度為93.05%的氙。”

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專家用由甲烷(94.85 vol%)、二氧化碳(5.00 vol%)和氙(0.15 vol%)構成的混合氣體模型在溫度為–1 °С和1 °С的情況下進行了實驗。專家測試了各種情況,結果,在4.17升的反應器中進行膜氣水合物連續結晶達到的效果最好。反應器用半透膜隔為高壓和低壓兩部分,專家在高壓部分放入氣體和水,使之結合成水合物,之后逐步改變溫度和壓力,將二氧化碳和甲烷分離到低壓部分,讓氙和水留在水合物中。最后,打碎氣體結晶物,再次改變溫壓條件,使水留在底部,氙則濃縮在水面之上。

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在接下來的工作中,專家計劃開展實驗,用從真正氣田開采的天然氣樣本進行研究,確定氙分離最佳條件,提高氙分離水平。