此发明涉及气体生产。具体涉及一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器。
背景技术：
1、氦-3气体一般可用于制作正比计数管，核磁共振共振等领域。氦气得储量稀少，价格昂贵，我国作为贫氦国，每年的用氦主要依赖进口。
2、由于氦气的惰性化学性质，可使用多种除杂方法，比如针对去除氧气、氮气、水汽的吸气剂法、铀屑净化法、活性炭法，针对去除氢气的有铀屑吸附法、钯管净化法、活性炭法、催化氧化法等。
3、使用以上方法净化需专用的反应器，反应器的结构会影响净化效率，如铀粉净化法可去除氦-3气体中的氢，其反应式为2u+3h2＝2uh3。采用氧化铜除氢具有很好的经济性。其反应原理是高温下氢气还原氧化铜，生成水和纯铜：cuo+h2＝h2o+cu。生成的水由分子筛进行吸附，达到去除氢同位素的效果。
4、传统氦-3净化工艺使用的cuo装置为直筒式设计，内部无导流结构，这种设计的方式使得气体流通路径较短，使气体无法充分与氧化铜进行反应，导致净化率较低。另一种设计方式采用蛇形盘管作为cuo柱壳体，这种方式虽然气体流通路径变长，但是制作工艺复杂，圆管盘旋式结构也会在加热时出现很多加热空区，热均匀性较差，还会造成大量废热。需设计一种装填cuo填料的反应器，改善其结构，使得其加热效果好的同时具有较长的气体流通路径。
5、本专利描述的加热反应器结构可适用于不同领域的加热气固反应，装填cuo填料的反应器可用于其他领域的气体中去除氢同位素的场景。
技术实现思路
1、本发明的目的在于：设计一种气体生产工艺中用于氦气中去除氢同位素气体的反应器，并描述了使用方法，本专利描述的加热反应器可适用于不同领域的加热气固反应。同时具有操作简单的特点。
2、本发明的技术方案如下：一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器，包括密封反应器壳体、加热电炉，密封反应器壳体位于加热电炉内部，加热电炉顶端及底端分别安装出气管、进气管，出气管焊接至密封反应器壳体顶部，由密封反应器壳体顶部引出；进气管焊接至密封反应器壳体底部，由密封反应器壳体底部引入；密封反应器壳体内靠近顶部及底部的位置分别安装有出气口烧结过滤板、进气口烧结过滤板；
3、密封反应器壳体内焊接螺旋导板，cuo颗粒填料沿着螺旋导板装填；
4、加热电炉侧面通过铠装热电偶安装孔插入安装铠装热电偶，且铠装热电偶接触密封反应器壳体侧表面。
5、加热电炉闭合时完全包裹住密封反应器壳体，使密封反应器壳体升温。
6、加热电炉呈对开式结构。
7、一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，包括以下步骤：
8、s1：将cuo颗粒填料顺着螺旋导板装填至密封反应器壳体内，并振实，使之充满密封反应器壳体；
9、s2：接入电源使加热电炉升温，通过铠装热电偶反馈温度，整个反应器升温至400～500℃，并由出气管接入抽真空系统进行抽空；
10、s3：反应器探漏：将反应器热除气停止抽空后，接入至探漏系统进行探漏；
11、s4：进行通氧再生：反应器探漏合格后，加热电炉持续加热，保持温度为400-500℃，进气管接入氧气瓶，向反应器充入氧气，使cuo颗粒填料与氧气充分反应后，继续使用真空系统抽真空；
12、s5：加热电炉加热并保持温度400～500℃，由进气管通入待净化的气体，由出气管排出净化后的气体。
13、s8：反应器加热后，使其静置降温，也可将加热电炉卸下，使其快速降温所述s1中，cuo颗粒填料采用颗粒状形式，粒径0.2mm-3mm。
14、所述s1中，保证气体流通，并防止填料粉化。
15、所述s2中，抽空至其真空度小于5pa。
16、所述s3中，漏率小于1.0×1010pa·m3/s表示合格。
17、所述s5中，使用气体循环泵使气体循环净化；控制流速为1～15l/min。
18、还包括s7：净化任成后对装置进行热排气，由热电偶监控密封反应器壳体内填料温度，使密封反应器壳体内填料温度达到设定温度，同时使用抽真空系统由出气口处抽真空，抽空至真空度小于5pa。
19、本发明的显著效果在于：
20、1)反应器总体设计上确保了反应器具有好的加热效果的同时具有较长的气体流通路径，且加热及冷却操作简便。
21、2)导流式结构设计，在不影响气体流动性同时，实现了在有限空间内，气体扩散路径增长，使待净化气体与氧化铜填料更充分的接触，提高了净化效率。
22、3)反应器经过多次使用，并且其还原反应能力下降后，对其进行加热并持续通入氧气，使氧化铜反应器中氧化铜填料再生，可以进行循环使用。
23、4)控制循环压力为1.3-2atm，流速1-10l/min的待净化气体通过高温状态反应器，1h内可将含有0.5％氢同位素气体的氦气净化至氢同位素气体≤0.01％。
1.一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器，其特征在于：包括密封反应器壳体(4)、加热电炉(6)，密封反应器壳体(4)位于加热电炉(6)内部，加热电炉(6)顶端及底端分别安装出气管(1)、进气管(8)，出气管(1)焊接至密封反应器壳体(4)顶部，由密封反应器壳体(4)顶部引出；进气管(8)焊接至密封反应器壳体(4)底部，由密封反应器壳体(4)底部引入；密封反应器壳体(4)内靠近顶部及底部的位置分别安装有出气口烧结过滤板(2)、进气口烧结过滤板(7)；
2.根据权利要求1所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器，其特征在于：加热电炉(6)闭合时完全包裹住密封反应器壳体(4)，使密封反应器壳体(4)升温。
3.根据权利要求1所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器，其特征在于：加热电炉(6)呈对开式结构。
4.一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，应用如权利要求1所述的用于氦-3气体去除氢同位素的反应器，其特征在于：包括以下步骤：
5.根据权利要求4所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：所述s1中，cuo颗粒填料(9)采用颗粒状形式，粒径0.2mm-3mm。
6.根据权利要求5所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：所述s1中，保证气体流通，并防止填料粉化。
7.根据权利要求4所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：所述s2中，抽空至其真空度小于5pa。
8.根据权利要求4所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：所述s3中，漏率小于1.0×1010pa·m3/s表示合格。
9.根据权利要求4所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：所述s5中，使用气体循环泵使气体循环净化；控制流速为1～15l/min。
10.根据权利要求4所述的一种用于氦-3气体去除氢同位素的反应器使用方法，其特征在于：还包括s7：净化任成后对装置进行热排气，由热电偶监控密封反应器壳体(4)内填料温度，使密封反应器壳体(4)内填料温度达到设定温度，同时使用抽真空系统由出气口(1)处抽真空，抽空至真空度小于5pa。
