DE1263704B - Rohrfoermiges gasdurchlaessiges Element zur Diffusionstrennung von Gasen - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e - 3/04

Nummer: 1263 704

Aktenzeichen: E 27523IV c/12 e

Anmeldetag: 31. Juli 1964

Auslegetag: 21. März 1968

Die Erfindung betrifft ein rohrförmiges gasdurchlässiges Element zur Diffusionstrennung von Gasen mit einem metallischen Trägergerüst im Innern.

Es ist bereits bekannt, eine Diffusionsmembran mittels eines porösen oder perforierten Trägerrohrs aus Keramik oder Metall abzustützen, auf dem eine Metalloxyd-Aerogel-Schicht als Membran aufgetragen wurde, was beispielsweise durch Aufpressen erfolgte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, bei welcher das Aufbringen eines rohrförmigen gasdurchlässigen Elements auf das Tragerohr besonders einfach wird und ohne Gefahr einer Beschädigung des dünnen gasdurchlässigen Rohres vorgenommen werden kann.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Trägergerüst durch einen Zylinder miteinander verstrickter Metallfäden gebildet ist.

Durch diese Ausbildung des Trägergerüsts wird eine Anordnung geschaffen, die einerseits eine gleichmäßige Abstützung sicherstellt wie sie bei extrem dünnen gasdurchlässigen Metallwänden erforderlich ist, und die andererseits dem diffundierenden Gas nur einen sehr kleinen Strömungswiderstand entgegensetzt, wobei durch die Elastizität des Trägergerüsts ein einfacher nachträglicher Zusammenbau von gasdurchlässigem Rohr und Trägergerüst möglich wird, ohne daß dabei unerwünscht enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden müssen.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist es nicht mehr notwendig, die gasdurchlässige Schicht auf das Trägerrohr aufzutragen oder aufzupressen, vielmehr kann nun das erfindungsgemäße Trägergerüst ohne Schwierigkeit in das gasdurchlässige Rohr eingeschoben werden.

Die Fäden im Trägergerüst sollen natürlich aus einem Material sein, das mit dem gereinigten Wasserstoff, der in das Rohr diffundiert, nicht in Reaktion tritt oder diesen verunreinigt, und sollen hohen Betriebstemperaturen standhalten können, ohne daß die Fäden oder Drähte beschädigt werden. Als Legierungen sind sogenannte »Hochtemperatur«- oder »hitzebeständige« Legierungen geeignet, die mit Chrom, Ceroxyd oder Aluminiumoxyd plattiert oder beschichtet sind. Durch die Plattierung oder Beschichtung soll die Neigung des Drahtes zum Verschweißen mit dem Rohr auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.

In den Zeichnungen zeigt

F i g. 1 eine schaubildliche Ansicht, teilweise weggebrochen, mit Blickrichtung auf das Ende eines erfindungsgemäßen rohrförmigen Diffusionselements und Rohrförmiges gasdurchlässiges Element zur
Diffusionstrennung von Gasen

Anmelder:

Engelhard Industries, Inc.,

Newark, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz und Dr. D. Morf,

Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:

Robert E. Bonnet, Murray Hill, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 2. August 1963 (299 591)

Fig. 2 eine schematische Darstellung, welche die Bildung der erfindungsgemäßen Innenabstützung für die Rohre zeigt.

Eine Wasserstoffreinigungsvorrichtung besitzt beispielsweise ein Druckgefäß aus korrosionsbeständigem Stahl, in welchem eine Anzahl erfindungsgemäßer rohrförmiger Diffusionselemente angeordnet sind.

Der Wasserstoff eines Beschickungsgases diffundiert dabei in die Bohrungen der Rohre 11 und gelangt in eine Sammelkammer, aus der es durch ein Auslaßrohr ausströmt.

Die Diffusionsgeschwindigkeit von Wasserstoff kann dadurch erhöht werden, daß die Temperatur und der Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Rohre 11 erhöht wird. Dementsprechend kann das Wasserstoff enthaltende Beschickungsgas unter Druck zugeführt werden, wobei eine Wärmezufuhr durch Widerstandsdrähte erfolgt.

Die Rohre 11 sind aus einem Metall hergestellt, durch welches Wasserstoff aus einem Gasgemisch diffundiert, ohne daß die anderen Gase des Gemisches hindurchtreten können. Ein geeignetes Metall für die Rohre 11 ist eine Legierung aus 75 Gewichtsprozent Palladium und 25 Gewichtsprozent Silber. Wasserstoff diffundiert mit einer angemessenen Geschwindigkeit durch eine Wand aus Palladium-Silber-Legierung mit einer Dicke von 0,076 bis 0,20 mm und in der Praxis haben die Rohre 11 eine Wandstärke von 0,10 mm und einen Außendurchmesser von 3,18 mm. Diese Abmessungen ergeben einen Ausgleich zwischen Festigkeit und

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Diffusionseigenschaften und dürften für eine optimale Difiusionsgeschwindigkeit besonders geeignet

Die beispielsweise Wasserstoffreinigungsvorrichtung kann bei Temperaturen bis zu etwa 800° C bei einem Druckunterschied bis zu etwa 17,5 atü zwischen der Außenseite und der Innenseite der Rohre 11 betrieben werden.

In Fig. 1 und.2 sind Rohre gezeigt, die gegen Außendruck dadurch verstärkt sind, daß eine Masse

30 aus Metalldrahtfäden eingesetzt ist, welche gegen die Wände der Rohre anliegen. Die Fäden können aus einem hitzebeständigen Material hergestellt sein, das bei Temperaturen im Bereich bis zu etwa 800° C seine Abstützfestigkeit beibehält und mit dem reinen Wasserstoff, der in die Bohrungen der Rohre diffundiert ist, keine Verbindung eingeht oder diesen verunreinigt. In der Praxis hat sich korrosionsbeständiger Stahldraht als geeignet erwiesen.

Der Draht, der für die Fadenmasse 30 verwendet worden ist, wurde geglüht, hatte einen Dehnungsfaktor von 15 bis 30%, eine Bruchbelastung zwischen 150 und 400 g und eine Zugfestigkeit von 35 bis 70 kg/nun².

Die Fadenmasse 30 hat die Form eines Zylinders

31 aus Drahtgestrick. Der Zylinder 31 kann dadurch geformt werden, daß ein Draht von 0,076 mm durch einen Strickzylinder mit zehn Nadeln geführt wird, um einen Drahtgestrickzylinder von 12,7 mm Durchmesser zu erzeugen. Wie in F i g. 2 gezeigt ist, wird der Zylinder dann durch eine Ziehdüse 32 gezogen, um die Maschen zusammenzudrücken und den Außendurchmesser in Anpassung an das Rohr 11 zu verringern. Um die Festigkeit des Zylinders 31 zu erhöhen, werden aufeinanderfolgende Zylinder 31 aus Drahtgestrick über die vorher hergestellten und verdichteten Zylinder gezogen und wird die Masse 30, welche aus übereinander angeordneten Zylindern 31 zusammengesetzt ist, durch die Ziehdüse 32 gezogen, um den zusammengesetzten Zylinder 31 für das Einsetzen in das Rohr zu verdichten.

Durch eine Erhöhung der Zahl der Lagen aus Zylindern 31 wird die Abstützfestigkeit der Masse 30 erhöht, jedoch wird vermutlich ein Punkt erreicht, bei welchem die Masse im wesentlichen fest wird und die Wasserstoffströmung aus dem Rohr verhindert. In der Praxis wurden gute Ergebnisse mit einer Masse aus zwölf zylindrischen Lagen erzielt, die mit einem Draht von einem Durchmesser von 0,076 mm auf einem Strickzylinder mit zehn Nadeln hergestellt und durch eine Ziehdüse 32 eng in die Rohre passend gezogen worden sind. Die auf diese Weise gebildete zusammengedrückte zylindrische Masse 30 aus Drahtgestrick ist etwas elastisch, bevor sie den hohen Temperaturen während des Betriebs der Vorrichtung ausgesetzt wird. Diese anfängliche Elastizität ermöglicht, daß die Zylinder 31 leicht in die Rohre eingesetzt werden können und fest gegen die Rohrwandungen anliegen. Obwohl diese Elastizität infolge der ständig hohen Temperaturen verlorengeht, werden die Zylinder 31 fest in ihrer Lage gehalten und stützen die Wände weiterhin gegen Außendruck ab.

Ein anderes Verfahren zur Bildung der Strickzylinder 31, das erfolgreich angewendet worden ist, besteht darin, vier Drähte gleichzeitig auf einen Strickzylinder von zehn Nadeln zu verstricken. Sodann wird der erste gestrickte Zylinder 31 durch die Mitte des Strickzylinders geführt und ein zweiter Zylinder um den ersten herumgestrickt. In ähnlicher Weise wird ein dritter Zylinder um den ersten und den zweiten herumgestrickt, um einen dreilagigen Zylinder 31 mit Maschen aus vier Drähten in jeder Lage herzustellen.

Durch die vorangehend beschriebenen gestrickten Drahtzylinder 31 wird die Durchlässigkeit der Rohre nicht herabgesetzt. Sie verursachen jedoch in den Rohren einen geringen Gegendruck, welcher jedoch durch den stark erhöhten Außendruck mehr als ausgeglichen wird, welchem die Rohre infolge der Stützwirkung der Drahtmassen 30 standhalten können.

Nachdem die gestrickten Drahtzylinder 31 mit der gewünschten Zahl von Lagen geformt und ihre Größe so verringert worden ist, daß sie enge Passung in der Bohrung eines Diffusionsrohres 11 haben, wird der Zylinder bis zu einer Tiefe von etwa 6 mm vom unteren Ende des Rohres eingesetzt. In der Praxis ist das untere Ende des Rohres zu diesem Zeitpunkt offen, und es wird ein Nickelstopfen eingesetzt und eingeschweißt, um das untere Ende des Rohres abzudichten.

Im Betrieb haben die Rohre die Neigung, sich auszuflachen. Um ein Falten des Rohres und eine Verlagerung des Drahtzylinders 31 durch eine solche Ausflachung zu verhindern, hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Rohre dadurch mit einem ovalen Querschnitt vorzuformen, daß sie zwischen parallelen Walzen hindurchgeführt werden, nachdem die Zylinder 31 eingesetzt worden sind. Die offenen Enden der Rohre werden dann rundgestaucht, damit sie in die Öffnungen in einem zugehörigen Kopfstück passen. Die Zylinder werden etwas kürzer als die Innenlänge der Rohre gemacht, so daß durch die oberen Enden der Zylinder die Schweißarbeit nicht beeinträchtigt wird, mit welcher das offene obere Ende der Rohre im Kopfstück befestigt wird.

Beim Vergleich des Betriebs von Wasserstoffdiffusions-Reinigungsvorrichtungen mit herkömmlichen Diffusionsrohren und von Vorrichtungen mit erfindungsgemäßen Rohren würde festgestellt, daß infolge des erhöhten Außendrucks, welchem die erfindungsgemäßen Rohre standhalten können, die Gewinnung von gereinigtem Wasserstoff etwa das Zweieinhalbfache der Produktionsgeschwindigkeit einer Vorrichtung von gleicher Größe mit herkömmlichen Rohren und beim Betrieb mit der gleichen Temperatur beträgt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Rohrförmiges gasdurchlässiges Element zur Diffusionstrennung von Gasen, mit einem metallischen Trägergerüst im Innern, dadurch gekennzeichet, daß das Trägergerüst durch einen Zylinder miteinander verstrickter Metallfaden gebildet ist.

2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden an der Außenseite des Zylinders mit Aluminiumoxyd, Ceroxyd oder Chrom beschichtet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 627 933.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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