[发明专利]一种液态甲烷推进剂硫化物的纯化方法

说明书

本发明属于液态甲烷推进剂领域，具体提供了一种液态甲烷推进剂硫化物的纯化方法，该方法利用多级梯度式低温纯化方法，使甲烷推进剂中的微量硫化物及其他杂质经过低温凝固，被吸附层吸附；从而降低推进剂的硫化物杂质含量，解决液态甲烷推进剂中硫化物杂质影响发动机性能及寿命的问题。

技术领域

本发明属于液态甲烷推进剂领域，具体涉及一种液态甲烷推进剂硫化物的纯化方法。

背景技术

液态甲烷推进剂是未来化学空间推进的主要发展方向，具有比冲高、无毒无污染、成本低等优势，目前包括美国、俄罗斯、意大利、法国等国家都在积极发展液态甲烷推进剂技术。我国从20世纪80年代开展液态甲烷推进剂的相关研究，其中甲烷中硫化物杂质是制约其发展的重要因素。液态甲烷推进剂主要通过天然气提纯经液化的方式获得。虽然制备过程中经过了纯化处理，但液态甲烷推进剂中仍然存在一定量的硫化物，包括硫化氢、二硫化碳、甲硫醇、羰基硫、甲硫醚、噻吩等。硫化物的存在会腐蚀发动机内部管路，同时也会形成沉淀，造成管路堵塞。美军标MIL-PRF-32207《推进剂级甲烷》中规定，液态甲烷推进剂分为A、B、C三个级别，其中A级液态甲烷推进剂中总硫含量小于1×10^-6mol/mol，B级与C级中总硫含量小于0.1×10^-6mol/mol。

目前我国还没有针对液态甲烷推进剂硫化物纯化的工艺，由于杂质成分、含量、除杂指标的不同，现有针对天然气的纯化技术不能满足甲烷推进剂对于硫化物杂质纯化的要求，无法采用现有天然气纯化工艺对甲烷推进剂中的硫化物进行纯化。因此需要提供一种更加合适的纯化方法，对液态甲烷推进剂中的硫化物进行纯化，使其硫化物含量满足应用指标。

发明内容

本发明针对现有技术存在的诸多不足之处，提供了一种液态甲烷推进剂硫化物的纯化方法，该方法利用多级梯度式低温纯化方法，使甲烷推进剂中的微量硫化物及其他杂质经过低温凝固，被吸附层吸附；从而降低推进剂的硫化物杂质含量，解决液态甲烷推进剂中硫化物杂质影响发动机性能及寿命的问题。

本发明的主要原理是：

针对甲烷推进剂中硫化氢，羰基硫，二硫化碳，噻吩，甲硫醇，甲硫醚等多种硫化物杂质，采用低温冻除吸附和高温催化吸收的两种方法可以有效除去上述杂质，低温冻除吸附可以去除沸点较高的杂质，在低温条件下，液态甲烷气化为气态甲烷，而二硫化碳，噻吩，甲硫醇，甲硫醚等杂质因沸点相对较高而以液体形式存在并沉积在低温纯化室的吸附层上，从而达到纯化的目的；之后通过多级升温的方式，可以使不同沸点的杂质分批析出，达到最佳的纯化效果，高温催化吸收以氧化锌为氧化锌或氧化铜，在高温条件下将硫化氢、羰基硫及其他微量硫化物杂质转化为硫化锌或硫化亚铜，从而达到纯化的效果。

本发明的具体技术方案是：

发明人首先提供了一种液态甲烷推进剂硫化物的纯化方法，其具体步骤是：

将原料液态甲烷持续通入低温纯化室，并顺次经过常温气化室、高温纯化室及甲烷液化室获得纯化后的液态甲烷推进剂，其中：

低温纯化室中分为三级纯化区，分别为第一纯化区I，第二纯化区II，第三纯化区III，其中第一纯化区I温度范围为-160～-100℃；第二纯化区II温度范围为-100～-50℃；第三纯化区III温度范围为-50～0℃；上述温度为所述纯化区中心温度；

采用上述三级纯化温度，可以使液态甲烷更好的转化为气态甲烷，整个过程更为温和，同时使液态甲烷中含有的微量硫化物及其他杂质维持液态，并在多级纯化区中逐渐沉降到纯化区底部，从而被纯化区底部的吸附层吸收并与气态甲烷分离，第三纯化区的温度已经升到-50～0℃，可以与后续的常温气化室连接，避免过大的温差导致气体体积过度变化；经过上述低温纯化，可以将不易气化的杂质，如噻吩、甲硫醚、二硫化碳、甲硫醇等，以液态形式吸附在底部吸附层，相应硫化物杂质含量可降至10^-6mol/mol以下。