DE1467079A1

DE1467079A1 - Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen

Info

Publication number: DE1467079A1
Application number: DE19631467079
Authority: DE
Inventors: Stiles Denis Arthur; Broww John Frederick Walfer
Original assignee: Johnson Matthey PLC
Current assignee: Johnson Matthey PLC
Priority date: 1962-04-17
Filing date: 1963-04-17
Publication date: 1969-01-09
Also published as: GB966122A; NL291491A; NL123628C; MC403A1; BE631149A

Description

Vorrichtung *ur Abtrennung von Waeeerstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen

Di· vorliegen*· »rfiäHmg baiiaht eich auf Vorrichtungen aur Abtrennung von Waeeerstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen oder *ur Reinigung von Wasserstoffgas.

Bei der Abtrennung von Waaserstof f aus Gasgemischen oder bei der Eainigung von Wasserst off gas wird das

oder das verearaiall*· Wasserstoff gas eine« Material, gewöhnlich Palladium, in Äertihgabraoht, daa für Wasserstoff selektiv durchlässig ist und wis ein filter wirkt, indem es den mime* W»*se*iiofi dwrchtratan läöt, während es den Pm UkUIt* der Veruareiaiganf en in dem Gas oder der ifcarlme» »eetandteile da· »«Jmaeiechee vaAindert.

Bei der praktischen Anwendung dieses Verfahrens ist der !Filter gewöhnlich als an einem Ende offenes Rohr ausgebildet, wobei das Rohr oder vorzugsweise eine Vielzahl solcher Rohre in einem Außengehäuse aus rostfreiem Stahl oder einem anderen Material angebracht sind, das gegenüber der Einwirkung des Gases oder Gasgemisches indifferent ist. Auf diese Weise ^ wird eine Diffusionseinheit oder -zelle gebildet. Das verunreinigte Wasserstoffgas oder das Gasgemisch wird unter Druck in das Gehäuse geschickt und gelangt dort mit der Außenfläche des Rohres oder der Rohre in Verührung, wobei der reine Wasserstoff durch die Wand oder die Wände des Rohres oder der Rohre in deren Inneres diffundiert, von wo er durch das offene Ende oder die Enden des Rohres oder der Rohr· ausströmt und außerhalb der Einheit gesammjtfelt wird.

" Das Diffusionsrohr oder die -rohre können aus reinem Palladium oder einer Palladiumlegierung, beiipielsweiee einer 25#igen Silber-Palladiumlegierung hergestellt sein und werden bein Gebrauch gewöhnlich auf eine Temperatur von mindestens 300⁰O, oft aber bis auf 700⁰C erhitzt.

Bei der Verwendung eines Diffusionsrohrei oder einer Diffueioneeinheit oder -zelle der oben beschriebenen

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Art stellte es sich heraus, daß die gemeinsame Einwirkung von Temperatur, der das Rohr oder die Rohre aus Palladium oder einer Palladiumlegierung ausgesetzt sind, und Druckdifferenz, die zwischen außen und innen besteht, dafür verantwortlich ist, daß das eiEelne Rohr oder die Rohre eine Verformung und Abflachung erleiden. Das führt zu einer Verminderung der wirksamen Diffusionsfläche des Rohres oder der Rohre, wodurch die Ausbeute an reinem Wasserstoff erniedrigt oder sogar ein Zerbrechen des Rohres oder der Rohre möglich gemocht und somit die Einheit unbrauchbar wird.

Die Anmelder sind diesem Problem nachgegangen und haben festgestellt, daß die Neigung von Wasserstoff- Diffusions· rohren zu Verformung oder Abflachung beim Gebrauch wesentlich vermindert, wenn nicht ganz vermieden werden kann, und zwar auf eine verhältnismäßig einfache Art und Weise.

Das Hauptziel dieser Erfindung besteht in der Ausschaltung der obigen Nachteile und in der Entwicklung eines verbesserten Wasserstoff-Diffusionsrohres oder einer Diffusionseinheit, die oder deren einzelne Rohre der Verformung und Abflachung weniger ausgesetzt sind als die Diffusionsrohre bestehenden !Typs.

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Ein weiteres Ziel ist die Entwicklung eines Wasserstoffdiffusionsrohres, das lange Zeit benutzt werden kann, ohne daß die Ausbeute an mnem Wasserstoff wesentlich vermindert wird,,

Erfindungsgemäß ist daher ein Wasserstoff-Diffusinselement, das ein Rohr aus wasserstoffdurchlässigem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verstärkungsglied oder -einlage darin angebracht ist, die unter den Bedingungen der Temperatur und des Druckes, denen das Rohr beim Gebrauch ausgesetzt ist, ihre radiale Steifheit behält, und zwar in der Weise, daß sie der Länge nach durch das Innere des Rohres hindurchreicht, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß das Verstärkungsglied oder die -glieder die Abflachung der Wand des Diffusionsrohres an jedem beliebigen Punkt längs des Rohres verhindern oder wesentlich einschränken können, während der Durchgang des Wasserstoffs durch das Verstärkungsglied oder die -glieder ermöglicht wird.

Vorzugsweise wird ein einziges langgestrecktes Verstärkungsglied oder eine -einlage verwendet, die durch die ganze Länge des Rohres hindurchreicht und ale Schraubenfeder oder gerollter Metallstreifen aus rostfreiem Btahl oder einem anderen brasbjfbaren Metall,

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wie Nickel, ausgebildet ist oder auch aus einem durchlässigen Keramikstab oder einem durchlöcherten Rohr bestehen kann» Es kann stattdessen auch eine Vielzahl gewickelter Drähte oder Streifen benutzt werden, die miteinander verflochten oder hintereinander axial in der Bohrung des Rohres angeordnet sindj auch eine Vielzahl von Metall- oder Keramikstäben oder -rohren oder sogar Metallschrot ist brauchbar.

Es ergibt sich zwangsläufig, daß bei Verwendung von Einlagen, die die Form einer Schraubenfeder haben, diese einen Außendurchmesser haben können, der dem Innendurchmesser des Diffusionsrohres gleich ist oder von ihm abweicht· Im ersten Falleist das-Rohr so gut wie ganz gegen Verformung oder Abflachung geschützt; im letzteren Falle kann noch eine gewisse Verformung oder Abflachung erfolgen,und zwar in einem Ausmaß, das durch

den Unterschied zwischen den Durchmessern bestimmt wird.

Die Erfindung ist an Hand von Beispielen durch die beigefügte schematischeßai&ellung erläutert:

Fig. 1 ist ein Teilaufriß eines erfindungsgemäßen Wasserstoff -Diffusionselementes, und

Fig. 2 ist eine eeitliche Teilansicht einer Wasserstoff-Diffusioneeinheit oder -zelle, die eine Vielzahl

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von erfindungsgemäßen Diffusionselementen enthält.

Wie Fig. 1 deutlich zeigt, besteht das Wasserstoff-Diffusionselement aus einem längeren Rohr 1, das aus Palladium oder einer 25%igen Silben-Palladiumlegierung hergestellt sein kann und das an einem Ende 2 geschlossen ist. Der Innendurchmesser des Rohres 1 kann im Bereich von etwa 1,4 bis 6,3 mm liegen und die Wanddicke des Rohres kann etwa 76 bis I30 u betragen. Um ein Zerbrechen dieses dünnwandigen Rohres 1 von geringer lichter Weite beim Gebrauch zu verhindern, ist eine Schraubenfeder 3 aus rostfreiem Stahl in die Bohrung des Rohres 1 eingesetzt,und zwar so, daß sie mindestens durch die ganze Länge der Bohrung hindurchreicht„ Diese Schraubenfeder 3» die unter den Arbeitsbedingungen des Rohres 1 ihre radiale Steifheit behält, verhindert, daß die Wand des Rohres 1 so weit abgeflacht wird, daß der Durchtritt des Wasserstoffs durch die Bohrung gehemmt würde.

Fig. 2 zeigt die Art und Weise, in der eine Anzahl von in Fig. 1 gezei g ten Diffusionselementen in einem Außengehäuse angeordnet sein kann, wie es gewöhnlich bei den bestehenden Typen von Wasserstoff-Diffusionszellen benutzt wird und eine Diffusionseinheit bildet.

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In dem offenen Ende 4a eines zylindrischen Gehäuses aus rostfreiem Stahl ist ein Becher 5 angebracht, durch dessen öffnungen in dem Boden 6 die offenen Enden einer Vielzahl von Diffusionsrohren 1 hindurchgeführt sind, wobei acht solcher Rohre auf der Zeichnung zu sehen sind. Das offene Ende 4a des Gehäuses 4· wird durch eine Endkappe 7 verschlossen, die in der Mitte eine öffnung 8 "besitzt, welche eine Austrittsöffnung für den aus den Rohren 1 herauskommenden Wasserstoff

bildete Die Rohre 1 sind um ein Rohr 4b herum angein anpreorrinet ordnet, das ts&X dem Gehäuse 4 veaebwaä-e» ist und an einem Ende 4_c_ mit einer Eintrittsöffnung 4d für das Gas in Verbindung steht.

In jedes Rohr 1 ist eine Schraubenfeder 3 alsjVerstärkung eingesetzt, die von dem geschlossenen Ende 2 des Rohres 1 durch die Bohrung des Rohres führt und außerhalb des offenen Endes auf die Innenflädte 7sL der Kappe 7 trifft.

Es ist anzunehmen, daß die Art und Weise, in der die oben beschriebene Einheit in Gebrauch genomen wird, dem Fachmann geläufig ist, und eine ins einzelne gehende Beschreibung wird nicht für nötig erachtet. Es möge genügen, wenn darauf hingewiesen wird, daß beim Gebrauch der zu reinigende Wasserstoff oder ein

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Wasserstoff enthaltendes Gemisch unter Druck durch die Eintrittsöffnung 4d in das Gehäuse 4- eingeführt wird und nach Durchströmen des Rohres 4b_ in das Innere des Gehäuses 4 eintritt und dort mit den Diffusionselementen 1 in Berührung gelangt. Die selektive Durchlässigkeit des Palladiums oder der Palladiumlegierung, ausfaer die Rohre 1 hergestellt sind, "bewirkt, daß der Wasserstoff in dem Gas oder Gasgemisch durch die Wände der Rohre in deren Inneres einströmt, während das übrige Gas oder die Gase in dem Gehäuse bleiben und durch die Austrittsöffnung 4e abgezogen werden. Der Wasserstoff strömt jetzt durch die Rohre 1 hindurch, durch deren offene Enden hinaus in das Innere des Bechers 5 und von dort durch die Austrittsöffnung 8 in der Verschlußkappe 7 nach außen.

Bei den bisher verwendeten Diffusionseinheiten würde die gemeinsame Einwirkung der Temperatur, bei der die Einheit in Betrieb genommen wird, und der Druckdifferenz, die zwischen dem Äußeren und dem Inneren der Diffueionerohre besteht, normalerweise ausreichen, um eine Verformung oder Abflachung der einzelnen Rohre «u bewirken, was jbu einer Verminderung dsr υ·γ-fügbsren wirksamen Diffueionaflache und dadurch bedingt su einer Herabsetzung der Ausbeute an reinem Wasserstoff führen müAte. Bsi einer

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Wasserstoff-Diffusionseinheit wird jedoch eine solche Verformung oder Abflachung wirksam vermindert, wenn nicht ganz ausgeschaltet durch die Anwesenheit des Versüjrkungsgliedes oder der -glieder·

Dieser Sachverhalt wird deutlich durch folgenden Versuch demonstriertt

Sin Diffusionörohr mit einem Auflendurchmesser von 1,6 mm und einer Wanddicke von 76 u ohne jede Einlage hietLt bei» Gebrauch eine» Maximaldruck von nur 21 kg/cm bei einer Temperatur von 500⁰O,stand,

Das gleieh« Rohr §ber hielt ohne Verformung oder chung Arbeitsbedingungen mit einem Damck von bis zu 56 kg/e«r bei einer Temperatur von SOO⁰C aus, wenn es erfindungsgemäd mit Schraubenfedera pus rostfreiem Stahl verstärkt wordt» «»ι*_# Irfindungegeaäfle Siffiieionsrohrs können deshalt» zuverlieeig bti eine* Druck von 55 kg/cm bei ein«¹ Semper«tür von 500⁰O in Betrieb genommen werden.

Is ist selbstverständlich, daß bei der Anwendung der Erfindung auf eine Diffueionaeinheit oder -zelle der oben beschriebenen Art, die eint Yielaahl von Diffusionarohrtn tnthält, jedt* der btteiligttn Diffutionerohre tintr trfindttngegtm*a#n linltft odtr mit Einlegen

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zur Verhinderung einer Verformung versehen ist, und die Erfindung soll dalier in ihren Bereich auch eine Diffusionseinheit oder -zelle einschließen, die eine Vielzahl von erfiiiäungs geinäßen einzelnen Diffusionsrohren vereinigt.

BAD ORIGINAL

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Claims

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Patentansprüche

/1/ Wasserstoff-Diffusionselement, das ein Rohr aus wasserstoffdurchlässigem Material enthält, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Verstärkungsglied oder -einlage (3) darin angebracht ist, die unter den Bedingungen der Temperatur und des Druckes, denen das Rohr (1) beim Gebrauch ausgesetzt ist, ihre radiale Steifheit behält, und zwar in der Weise, daß sie der länge nach durch die Bohrung des Rohres hindurchreicht, wobei die Anordnung so gewöhlt ist, daß das oder die Verstärkungsglieder die Abflachung der Wand an jedem beliebigen Punkt längs des Rohres verhindern oder wesentlich einschränken, während der Durchgang des Wasserstoffs durch das oder die Verstärkungsglieder möglich bleibt.

2· Element nach Anspruch/l, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr aua Palladiummetall oder aus einer Palladiumlegierung, wie beispielsweise einer 25%igen Silber-Palladiumlegierung, hergestellt 1st.

3. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daA ein einziges Veratärkungaglied oder eine -einlage verwendet wird, die aua einer langgestreckt

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ten Schraubenfeder oder einem gewickelten Metallstreifen besteht«

Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein einziges Verstärkungsglied oder eine -einlage verwendet wird, die aus einem durchlässigen Keramikstab oder einem durchlöcherten Rohr besteht.

5. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubenfeder oder der Metallstreifen aus -i Stahl oder aus Nickel bestehto

6. Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von Schraubenfeder oder Metallstäben aus rostfreiem Stahl oder Nickel oder daß Keramikstäbe als Verstärkungsglieder oder -einlagen verwendet werden_o

Element nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Metallschrot von kleinem Durchmesser als Verstärkungsglieder oder -einlagen verwendet wird.

8· Wasserstoff-Diffusionseinheit oder -zelle, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheit oder Zelle ein Außengehäuse enthält, das ein oder mehrere Diffusionselemente nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt.

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