DE1038542B - Verfahren zur Gewinnung von mit Deuterium angereichertem Wasser - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung bezieht sich auf die weitere Ausgestaltung des im Hauptpatent 1 003 698 beschriebenen Verfahrens, bei dem die Gewinnung von mit Deuterium angereichertem Wasser oder Wasserstoff in einem System von heißen und kalten Kolonnen durch katalytischen Austausch zwischen Flüssigkeit und Gas vorgenommen wird. Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird der Katalysator in den Kolonnen nicht fest eingebaut, sondern in wäßriger Suspension oder Lösung, z. B. als Sol, in geschlossenem Kreislauf mit der Flüssigkeit durch die beiden Kolonnen bzw. durch die weiteren Stufen der Austauschanlage geführt.

Diese Arbeitsweise führt zu sehr guten Ergebnissen, wenn Wasserstoff zur Verfügung steht, der keinerlei zur Beeinträchtigung des Katalysators führende Verunreinigungen enthält. In technischem Wasserstoff finden sich je nach der Art der Erzeugung mehr oder weniger hohe Stickstoffanteile, die etwa zwischen 2 und 20% und mehr schwanken können. Gelangt ein solcher Wasserstoff in Anwesenheit des Katalysators in die heiße Kolonne des Systems, die bei Temperaturen von 200° C betrieben wird, so erfolgt am Katalysator eine Bildung von Ammoniak, das sich allmählich in der Flüssigkeit anreichert und den Katalysator schädigt, so daß dessen Austauschkapazität im Laufe des Betriebes erheblich zurückgeht.

Die Verbesserung gemäß der vorliegenden Erfindung dient der Überwindung dieser Schwierigkeiten und Nachteile. Es wurde gefunden, daß man durch Einschaltung einer weiteren, bei verhältnismäßig niederen Temperaturen arbeitenden Kolonne, die im folgenden als Übertragungskolonne bezeichnet werden soll, die Austauschreaktionen so führen und unterteilen kann, daß die schädliche Bildung von Ammoniak in der heißen Kolonne des Systems und dessen Anreicherung mit Sicherheit vermieden wird. Erfindungsgemäß wird der stickstoffhaltige oder andersartig im Hinblick auf die Wirksamkeit des Katalysators verunreinigte Wasserstoff lediglich durch die Übertragungskolonne geleitet, die bei Temperaturen unterhalb 60° C, vorzugsweise bei solchen unterhalb 45° C, arbeitet, indem dem Wasserstoff im Gegenstrom das den Katalysator in Suspension oder Lösung enthaltende Wasser entgegengeführt wird. Das Wasser mit dem Katalysator wird in einem geschlossenen Kreislauf dergestalt bewegt, daß es aus der Übertragungskolonne zunächst in die kalte Kolonne des Austauschsystems und von dieser durch die heiße Kolonne wieder in die Übertragungskolonne zurückströmt. In der Übertragungskolonne erfolgt in Gegenwart des Katalysators ein Deuteriumaustausch zwischen Wasserstoff und Wasser, bei dem sich das Deuterium in Wasser etwa um den Faktor 3 anreichert, Verfahren zur Gewinnung
von mit Deuterium angereichertem Wasser

Zusatz zum Patent 1 003 698

Anmelder:

Dr. Erwin Willy Albert Becker,
Marburg/Lahn, Renthof 5

Dr. Erwin Willy Albert Becker, Marburg/Lahn,
ist als Erfinder genannt worden

so daß nunmehr in das eigentliche, aus einer heißen und kalten Kolonne bestehende Austauschsystem bereits ein vorangereichertes Wasser eingespeist wird. Zwischen der heißen und kalten Kolonne wird im übrigen noch ein geschlossener Wasserstoffkreislauf aufrechterhalten. Infolge der Verwendung des vorangereicherten Wassers erübrigt sich eine Vergrößerung des Kolonnenvolumens für das Heiß-Kalt-System. Die Erfindung schafft daher die Möglichkeit, auch stickstoffhaltigen Wasserstoff ohne die Gefahr einer Schädigung des Katalysators und ohne die Notwendigkeit der Vergrößerung des Aufwandes für die Austauschanlage zur Gewinnung von Deuterium heranzuziehen.

Nach einer vorteilhaften Ausführungsform kann man zwischen der Übertragungskolonne und der kalten Kolonne in dem Wasserkreislauf eine Entgasungsvorrichtung einschalten, beispielsweise eine Entspannungspumpe, durch die gegebenenfalls noch gelöste Stickstoffanteile aus der Flüssigkeit entfernt werden.

An Hand der schematischen Zeichnung wird die Erfindung nachstehend erläutert:

In der Zeichnung bedeutet 11 die Übertragungskolonne, 12 die kalte Kolonne, die sich auf einer Temperatur von etwa 20° C befindet, und 13 die heiße Kolonne, deren Arbeitstemperatur etwa 200° C beträgt. Der beispielsweise mit Stickstoff verunreinigte Wasserstoff wird durch die Leitung 14 bei 15 in die Übertragungskolonne eingeführt und bei 16 am oberen Ende abgenommen. Im Kopf der Kolonne tritt bei 17 aus der Leitung 18 das den Katalysator enthaltende Wasser ein. Dieser Strom verläßt die Kolonne am

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Fuß bei 19 und wird durch die Leitung 111 der kalten Kolonne 12 zugeführt. Das Wasser gelangt durch 112 in die heiße Kolonne 13, tritt an deren Fuß bei 113 in die Leitung 18 ein und strömt von da aus wiederum in die Übertragungskolonne 11. Zwischen den Kolonnen 12 und 13 wird über die Leitung 114 durch eine nicht gezeichnete Pumpe ein Kreislauf von reinem Wasserstoff aufrechterhalten.

Es ist zwar bekannt, daß ein katalytischer Austausch von Deuterium auch im System Ammoniak/Wasserstoff oder wäßriges Ammoniak/Wasserstoff vorgenommen werden kann. Auf Grund dieser Tatsache war es aber nicht vorauszusehen, daß, wie festgestellt wurde, die Austauschkapazität des Katalysators im System Wasserstoff/Wasser durch Anwesenheit von Ammoniak oder anderen Verunreinigungen, z. B. hydrolysierbarer organischer Schwefelverbindungen, merklich vermindert wird. Demgemäß konnte aus den bekannten, mit Ammoniak als Austauschkomponente arbeitenden Verfahren auch nicht hergeleitet werden, daß der Einfluß schädlicher Verunreinigungen durch die Einschaltung einer Übertragungskolonne gemäß vorliegender Erfindung eliminiert werden kann.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Gewinnung von mit Deuterium angereichertem Wasser durch Deuteriumaustausch zwischen Wasserstoff und Wasser in heißen und kalten Austauschkolonnen in Gegenwart eines mit der Flüssigkeit umlaufenden Katalysators nach Patent 1 003 698. dadurch gekennzeichnet, daß bei Speisung des Austauschsystems mit Wasserstoff, der Stickstoff oder andere, bei erhöhter Temperatur zur Katalysatorschädigung Anlaß gebende Stoffe enthält, der Wasserstoff durch eine auf Temperaturen unterhalb 60° C, vorzugsweise unterhalb 45° C, arbeitende Übertragungskolonne (11) geleitet wird, die im Gegenstrom kontinuierlich von den Austauschkatalysator in disperser Phase enthaltendem Wasser durchflossen wird, und daß das die Übertragungskolonne verlassende Wasser mit dem Katalysator in geschlossenem Kreislauf zunächst über die kalte (12) und sodann über die heiße Austauschkolonne (13) in die Übertragungskolonne (11) zurückgeführt wird, wobei ein von den Katalysator bei hoher Temperatur schädigenden Verunreinigungen freier Wasserstoff im Kreislauf (114) durch beide Austauschkolonnen strömt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Katalysator enthaltende Flüssigkeit nach dem Verlassen der Übertragungskolonne entspannt und von gelösten Gasen weitgehend befreit wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 690 379.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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