DE1542205A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von rohem Inertgas - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von rohem Inertgas

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DE1542205A1 DE19661542205 DE1542205A DE1542205A1 DE 1542205 A1 DE1542205 A1 DE 1542205A1 DE 19661542205 DE19661542205 DE 19661542205 DE 1542205 A DE1542205 A DE 1542205A DE 1542205 A1 DE1542205 A1 DE 1542205A1
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    • C01INORGANIC CHEMISTRY
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    • C01B23/00Noble gases; Compounds thereof

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  • Gas Separation By Absorption (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zur Reinigung von rohem Inertgas Die Erfindung bezieht sich auf ein Veriahren und eine Vorrichtung zur Reinigung von Inertgasen, wie Argon, Helium, Neon oder Stickstoff. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Reinigung von rohem Inertgas durch Abtrennung des darin enthaltenen Sauerstoffs.
  • Inertgase, wie Argon u. dgl., werden in der Industrie z. B. beim Schutzgas-Bogenschweißen, zum Füllen von elektrischen Glühlampen, bei der Halbleiterherstellung, bei speziellen chemischen Umsetzungen und bei der Metallvergütung in großen Mengen gebraucht. Wenn diese Inertgase Sauerstoff als Veranreinigung enthalben, tre-ten vielfach unerwunschte Störungen auf, wie die Bildung von Oxyden auf den mit oder im Inertgas behandelten fiaterialien. Die Inertgase sollen daher im allgemeinen so rein wie möglich sein, was für die rohen Inertgase meist nicht zutrifft.
  • So enthält beispielsweise rohes Argon, das üblicherweise in Lufttrennanlagen neben Sauerstoff und Stickstoff gewonnen wird, 81-(Pos.9449)-NöF (7) normalerweise einige Vo% Sauerstoff. Da der Siedepunkt des Sauerstoffs (-182, 97°C) in der Nähe des Siedepunktes von Argon (-185, 87°C) liegt, ist es kaum möglich, diesen Sauerstoff vom rohen Argon durch weitere Rektifikation vollständig abzutrennen.
  • Wenn der Siedepunkt eines Inertgases in der Nähe desjenigen des darin als Verunreinigung enthaltenen Sauerstoffs liegt, werden daher zur Zeit Reinigungaverfahren angewandt. So wird beispielsweise der in einem Inertgas enthaltene Sauerstoff durch Zumischen von Wasserstoff und Uberleiten des Gases über einen Edelmetallkatalysator, wie Platin oder Palladium, unter Bildung von Wasser entfernt. Weiterhin ist auch die Abtrennung von Sauerstoff durch selektive Adsorption an Molekularsieben bekannt, aber im allgemeinen ist das katalytische Verfahren dberlegen.
  • Bei diesem Verfahren muß die zum rohen Inertgas zugegebene Wasserstoffmenge für eine vollständige Entfernung des Sauerstoffs stets zumindest gleich der zur Umwandlung des Sauerstoffs erforderlichen stöchiometrischen Menge sein. Da nun im allgemeinen der Sauerstoffgehalt des Inertgases, das von einer Anlage zur Herstellung von Inertgas abgegeben wird, schwankt, ist es in der Praxis recht schwierig, die zuzusetzende Wasserstoffmenge rasch einzuregeln, insbesondere wenn ein hochempfindlicher und verläßlicher Sauerstoffanalysator fehlt.
  • Wenn die zugesetzte Wasserstoffmenge jedoch ungenUgend ist, bleibt nichtumgesetzter Sauerstoff im Gas enthalten und vermindert dessen Reinheitagrad.
  • Aus diesem Grunde wird bisweilen ein so großer Uberschub an Wasserstoff zugegeben, daß die Wasserstoffmenge unabhängig von Schwankungen des Sauerstoffgehaltes stets ausreichend ist. Da Wasserstoff jedoch relativ teuer ist, ist das Zumischen größerer Mengen als erforderlich, äußerst unwirtschaftlich.
  • Weiterhin ist ein Verfahren bekannt, bei dem ohne großen WasaerstoffUberschuß gearbeitet wird ; bei diesem Verfahren wird das die Katalysatorsäule verlassende Inertgas im Kreislauf sur Katalysatorsäule zurückgeschickt und die Reinigung wiederholt. In diesem Falle treten jedoch Probleme dadurch auf, daß die Abdichtung der Vorrichtung gegenüber der Atmosphäre auf einem sehr hohen Stand gehalten werden muß und die Vorrichtung kompliziert ist, was dazu führt, daß hohe Anlagekosten unvermeidlich sind.
  • Ziel der Erfindung ist dahr ein möglichst wirksames und gleichzeitig einfaches Reinigungsverfahren.
  • Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die besondere Wirtschaftlichkeit des Reinigungsverfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung desselben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung von rohem Inertgas, dem bezogen auf den mittleren Sauerstoffgehalt zumindest die doppelte Volumenmenge Wasserstoff zugesetzt wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daB man das a Gas nach Durchleiten durch ein Katalysatorbett, das einen Platinmetallkatalysator fUr die Sauerstoff-Wasserstoff-Rekombination auf einem Träger enthält, mit zumindest einem sauerstoffabsorbierenden Mittel, das Nickel und/oder Kupfer sein kann, in Berührung bringt und danach das wasserstoffhaltige Inertgas zur Abtrennung des Wasserstoffs rektifiziert.
  • Die Erfindung umfabt ebenfalls eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, die weiter unten näher beschrieben wird.
  • Gem§b der Erfindung wird also ein mit Wasserstoff gemischtes rohes Inertgas mit einem Platinmetallkatalysator auf einem Träger und anschließend mit Kupfer und/oder Nickel der in Kontakt gebracht. Im stationären Zustand wird/im Inertgas enthaltene Sauerstoff durch Vermittlung des Platinmetallkatalysators mit dem zugesetzten Wasserstoff zu Wasser umgesetzt. Wenn jedoch der Sauerstoffgehalt plutzlich auf einen Wert ansteigt, der zu hooh ist, als dab er durch den in definierter Menge eingespeisten Wasserstoff vollständig umgesetzt werden könnte und das aus der Katalysatorzoneaustretende Inertgas also noch nichtumgesetzten Sauerstoff enthGlt, wird dieser durch das Kupfer oder Nickel umfassende sauerstoffabsorbierende Mittel eingefangen, so daß ein Auftreten von Sauerstoff im gereinigten Gas vollkommen verhindert wird.
  • NatUrlich mag es Fälle geben, wo der Sauerstoffgehalt des aus dem Platinmetallkatalysatorbett austretenden Inertgases die Absorptionskapazität der mit Kupfer und/oder Nickel gepackten sauerstoffabsorbierenden Säule übersteigt. In einem solchen Fall wird jedoch der Sauerstoff nur schwierig durch irgendeinekatalytisches Verfahren entfernt und sollte daher durch Rektifikation oder andere Mittel abgetrennt (bzw. auf einen geringeren Gehalt gebracht) werden. Die vorliegende Erfindung bezweckt nicht die Reinigung eines rohen Inertgases unter solchen Bedingungen.
  • Wie bereits erwähnt, ist ein Verfahren zur Reinigung eines sauerstoffenthaltenden rohen Inertgases durch Umsetsung mit Wasserstoff an einem mit Träger verwendeten Katalysator aus der Gruppe Platin, Palladium, Rhodium, Ruthenium, Osmium oder Iridium allgemein bekannt. Gemäß der Erfindung wird jedoch eine mit Kupfer und/oder Nickel gepackte Adule in Strömungsrichtung hinter dem Platinmetallkatalysator verwendet und durch diese Kombination von Platinmetallkatalysator und Sauerstoffabsorptionsmittel wird eine besonders günstige Arbeitsweise erzielt, deren Vorteile im nachfolgenden nicher erläutert werden.
  • Kupfer und/oder Nickel nehmen Sauerstoff auf ; wenn also pldtzlich Inertgas mit erhöhter Saueratoffkonzentration eingespeist wird und nichtumgesetzter Sauerstoff in dem aus dem Platinmetallkatalysatorbett austretenden Inertgas wegen der momentan zu geringen Menge des zugesetsten Wasserstoffs enthalten ist, kann dieser Sauerstoff durch das Kupfer und/oder Nickel wirksam absorbiert und eingefangen werden, mit dem Ergebnis, daB die Menge des Restsauerstoffa im gereinigten Gas sehr gering oder zu Null wird. Wenn der Sauerstoffgehalt des Inertgases nach einem solchen pldtzlichen Sauerstoffeinbruch bzw. einer Erhöhung des Sauerstoffgehaltes wieder abnimmt, wird der zugesetzte Wasserstoff gegenüber dem enthaltenen Sauerstoff wieder überschüssig und das oxylerte Kupfer und/oder Nickel wird durch den Wasserstoffüberschuß wieder zu aktivem Metall reduziert. Das Kupfer und/oder Nickel wird auf diese Weise stets automatisch regeneriert.
  • Die vorliegende Erfindung hat demnach die folgenden Vorteile : PrimEr wird die Arbeitsweise und Wartung einer Reinigungsanlage merklich vereinfacht. Da eine mit Kupfer und/oder Nickel gepackte AbsorptionssOule die im Inertgas enthaltenen Sauerstoffreste wegfängt, ist es nicht erforderlich, der zum Inertgas zugesetzten Wasserstoffmenge besondere Aufmerksamkeit zu schenken, soweit der Mittelwert des schwankenden Sauerstoffgehalts bekannt ist ; ea reicht vollkommen aus, wenn man standing eine (leicht) überschüssige Wasserstoffmenge bezogen auf die sum durchschnittlichen Sauerstoffgehalt äquivalenten Menge zusetzt.
  • An sweiter 8telle ist zu nennen, daX der unnötig hohe Verbrauch von Wasserstoff stark herabgesetzt werden kann.
  • Soweit der mittlere Sauerstoffgehalt eines Inertgases bekannt ist, kann nämlich die Menge des zugespeisten Wasserstoffs so nahe wie möglich an der (zur Wasserbildung) Aquivalenten Menge liegen, und die ständige Aufrechterhaltung eines großen Wasserstoffüberschusses, um auch bei gelegentlich auftretenden SauerstoffeinbrUchen mit Sicherheit eine Entfernung des Sauerstoffs zu erzielen, ist praktisch unnötig. Das erfindungsgemäße Reinigungsverfahren ist mithin sehr wirtschaftlich.
  • Drittens kann die zuzusetzende Wasserstoffmenge leicht und genau entsprechend den (etwa durch inderung der Betriebsoharakteriatik einer Lufttrannanlage bodingten) Änderungen des Saueratoffgehaltes des InertgaBes eingestellt werden. Das heißt, elbot wenn Sauerstoff, der im Platinmetallkatalysatorbett nicht zu Wasser umgesetzt werden kann, auftritt, wird er in der nachfolgenden mit Kupfer und/oder Nickel gepackten Saule eingefangen und man hat genügend Zeit, festzustellen, da8 der Sauerstoffgehalt hocher geworden ist als der mittlere Gehalt und daß die Gefahr besteht, daß die Reinigungsvorrichtung den Sauerstoff (auf lange Sicht) nicht vollständig entfernen kann (und die Wasserstoffzufuhr entsprechend einzuregeln).
  • Die Wahl des Platinmetallkatalysators und von Kupfer und/oder Nickel gemäß der Erfindung hat folgende Grondes Die Platinmetalle sind Katalysatoren fUr die Wasserstoff-Sauerstoff-Rekombination und nahezu alle zeigen eine ausgezeichnete katalytische Aktivität in der Ndhe von Raumtemperatur. Die Verwendung solcher Katalyeatoren ist daher wirtschaftlich, da sie keine wesentlichen Heizmittel oder andere Mittel zur Steigerung der katalytischen Aktivität erfordert.
  • Die zur Absorption und zum Einfang von Sauerstoff aus dem Inertgas verwendeten Kupfer und Nickel wurden im Hinblick auf ihre Absorptionsaktivität,-die Leichtigkeit der Wartung und die Wirtschaftlichkeit ausgesucht.
  • FUr eine Absorption von Sauerstoff kdnnten im Prinzip auch andere Metalle als Kupfer und Nickel oder auch Flüssigkeiten verwendet werden,-die als sauerstoffabeorbierende Mittel in Laboratorien benutzt werden, wie Lösungen von Vanadylsulfat, Chrom-II-oder Kupfer-I-Salzen. Diese kUnnen jedoch nicht allen Zielen der Erfindung gerecht werden, da sie eine geringere Absorptionsaktivität haben, nicht bequem regeneriert werden können, unwirtschaftlich sind oder als Sauerstoffabsorptionsmittel in Reinigungevorrichtungen far eine Inertgasproduktionsanlage nicht geeignet sind. Inabesondere die flUssigen Absorptionsmittel sind schwierig zu regenerieren und nachteilig fUr die Verwendung in einer großen Reinigungsanlage.' Sauerstoffabsorptionsmittel, wie Kupfer und Nickel, sind jedoch frei von den genannten Mdngeln und sie haben den Vorteil, dab sie während ihrer Anwendung automatisch regeneriert werden. Um die Absorptionsaktivität von Kupfer und Nickel zu fördern, kann ein Platinmetall eingebracht werden. Das heißt, es kann eine sauerstoffabsorbierende Zusammensetzung verwendet werden, die beispielsweise 0, 005 bis 0, 05 Gew. % eines Platinmetalls, 2 bis 50 Gew. Kupfer und/oder Nickel sowie einen DrEger umfaßt.
  • Die vorstehend angegebenen PlatinmetallkataXaatoren und Kupfer und/oder Nickel werden zweckmäßig in Verbindung mit üblichen Trdgern verwendet. Am günstigsten werden pordse Träger benutzt, wie beispielsweise Aluminiumoxyd, Siliciumdioxyd, Siliciumdioxyd-Aluminiumoxydy Magnesiumoxyd und Diatomeenerde. Kupfer und Nickel, die billiger als die Platinmetallkatalysatoren sind, können auch in Form von Metallnetz (metal gauge) oder feinen Metalldrähten p. dgl. ohne XrEger verwendet werden.
  • Die Platinmetallgehalte der Platinmetallkatalysatoren liegen vorzugsweise innerhalb des Bereiches von 0, 05 bis 0, 5 Gew. %. Bei Gehalten unter 0, 05 Gew. % wird das Volumen des Katalysatorbettes übermäßig groß, wenn eine erforderliche Menge des Katalysators in das Katalysatorbett eingebracht werden soll. Andererseits ist die Verwendung einer Menge von mehr als 0, 5 Gew.% wirtschaftlich ungünstig. Der vorstehend genannte Bereich ist jedoch ein idealer Bereich und der Gehalt des Platinmetallkatalysators ist nicht durchweg darauf beschränkt.
  • Der Platinmetallkatalysator kann nach dblichen Verfahren durch Imprignieren eines TrEgers mit einer Metallsalzlösung, Trocknen der Zusammensetzung und nachfolgende thermische Reduktionen in einem Wasserstoffstrom auf dem TrWger verteilt werden.
  • Die zusammen mit einem Träger angewandte Kupfer-und/oder Nickelmenge liegt vorzugsweise innerhalb eines Bereichs von 2 bis 50 Gew. . Wenn die Menge geringer als 2 Gew. % ist, wird das Volumen der Sauerstoffabsorptionssäule unndtig groß, während mit Mengen tuber 50 Gew. % keine ebensolche Verbesserung der Absorptionskapazität erreicht wird.
  • Kupfer und Nickel wer@den nach folgenden Verfahren auf dem Trdger verteilt und abgelagert : 1) Ein Träger wird mit einer Idsung eines Kupfer-oder Nickelsalzes imprägniert und dann wird die Zusammensetzung aufgeheizt und in einem Wasserstoffstrom reduziert.
  • 2) Sin Träger wird mit einer Lösung eines Kupfer-oder Nickelsalzes imprägniert und die Zusammensetzung wird in eine Alkalilösung gebracht, zur Bildung von Kupfer-oder Nickelhydroxyd, dann mit Wasser gewaschen, getrocknet, gebrannt und im Weerstoffßtrom reduziert.
  • 3) Bin Pulver eines Trigers wird mit einem feinen Pulver von Kupfer-oder Nickeloxyd gemischt und in die gewünschte Form gebracht bzw. tablettiert und aufgeheizt und in einem Wasaerstoffstrom reduziert.
  • 4) Ein Nickel-oder Kupferpulver wird mit einem Trggerpulver gemischt ; die Mischung wird durch Tablettieren in die gewünschte Form gebracht und im Waaaeratoffatrom reduziert..
  • Bine Art der AusfUhrung eines Verfahrens zur Dispergierung und Ablagerung von Kupfer odsr N1 kel auf einem Rager wird nachfolgend beschrieben : $in Nitrat, Chlorid, Acetat oder Sulfat von Kupfer oder Nickel wird in Wasser gelöst oder ein Carbonat oder Oxalat votn Kupfer und (oder) Nickel wird in wäsarigem Ammoniak geelbot. Die Ibsung wird zum Imprägnieren eines TrWgers verwendet ; die Zusammensetzung wird getrocknet und aufgeheizt und bei 120 bis 300°C in einem Waaaerstoffatrom reduziert, und zwar entweder unmittelbar oder nach Aufheizen und Brennen bei 200 bis 500C in Luft zur Bildung von Kupfer-oder Nickeloxyd. Man erhält in dieser Weise das Metall auf dem Trdger verteilt und abgelagert.
  • Wenn ein pulverförmiger Teil verwendet wird, ist es vorzuziehen, daß der XrEger mit einem Katalysator oder einer Metallkomponente imprägniert und die Mischung dann zu Körnern, Tafeln oder Kugeln von 2 bis 5 mm Durchmesser mit Hilfe einer geeigneten Granulier-oder Tablettiervorrichtung geformt und dann reduziert wird.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die angefügten Zeichnungen beschrieben.
  • In Fig. 1 ist 1 eine Lufttrennanlage, die zur Erzeugung von rohem Inertgas geeignet ist ; 2 ist eine Leitung zur Einspeisung des zu reinigenden rohen Inertgases in ein Platinmetallkatalysatorbett 5; @ ist eine Leitung für die Zuführung von Wasserstoff zum Katalysator ; 4 ein Ventil zur Binstellung g der eingespeisten Wasserstoffmenge ; 6 ein Vorwärmer; 7 eine Sauerstoffabsorptionssäule, die mit Kupfer oder Nickel gepackt ist ; 8 ist ein Wasserstoffanalysator ; 9 eine KUhlvorrichtung ; 10 eine Trockenvorrichtung ; 11 eine Rektifiziervorrichtung ; 12 eine Kompressionspumpe und 13 ein Tank zur Lagerung des gereinigten Inertgases.
  • Rohes Inertgas von einer Luftdestillationsanlage 1 wird durch die Leitung 2 zum Katalysatorbett 5 geleitet. Zur gleichen Zeit wird mehr als die dem Sauerstoff äquivalente Menge Wasserstoff durch die Leituhg 3 eingespeist. Im Katalysatorbett wird der-im rohen Inertgas enthaltene Sauerstoff in Wasser umgewandelt. Das Wasserstoff enthaltende Inertgas, das vom Katalysatorbett 5 herkommt, wird, wenn notwendig, aufgeheizt in einem Vorwärmer 6 und zur Sauerstoffabsorptionssäule 7 geschickt.
  • Da die Umsetzung im Katalysatorbett 5 exotherm verläuft, steigt die Temperatur des Katalysatorbettes mit zunehmendem Sauerstoffgehalt des Inertgases und zugesetzten Wasserstoff an.
  • Wenn das Volumen des Katalysatorbettes groß und die Beseitigung der entwickelten Wärme nicht ausreichend ist, steigt die Temperatur des Katalysatorbettea bis zur Explosionsgrense, Um eine solche Gefahr zu vermeiden, ist es wünschenswert, daß das Katalysatorbett in verschiedene Portionen (oder Zonen) unterteilt wird, um die Temperaturzunahme soweit wie möglich zu hemmen. In der Sauerstoffabsorptionssäule 7 wird der Restsauerstoff des Inertgases, der durch das Katalysatorbett hindurchgeht, eingefangen. Es ist unnötig zu sagen, daß der Einfang von Sauerstoff nur stattfindet, wenn die Wasserstoffmenge ungenügend war und dam bei ausreichender Wasserstoffmenge keine Absorption und kein Einfang von Sauerstoff in der Sauerstoffabsorptionssäule stattfindet, da dann die Wasserstoff-Sauerstoff-Rekombination in der Katalysatorsäule vollständig bewirkt werden kann.
  • In der Saueratoffabsorptionsaäule laufen folgende Reaktionen ab : Selbst wenn Kupfer oder Nickel vorübergehend otydiert werden, wird das sauerstoffabsorbierende Mittel nachfolgend durch die Einführung von Wasserstoff in die Säule regeneriert, wenn der Sauerstoffgehalt des eingespeisten Gases abnimmt und/oder der zugeaetste Wasserstoff überschüssig wird, mit dem Ergebnis, das CuO oder NiO unter Bildung von Wasser reduziert werden, nsch folgenden Gleichungen : Nach dem Einfang von Sauerstoff durch Bildung von Wasser oder Kupfer-oder Nickeloxyd wird das sauerstoffreie Inertgas wenn notwendig in den Kuhler 9 zur Kondensation und Abtrennung des darin enthaltenen Wassers geschickt. Nachfolgend wird das Inertgas in der Trockenvorrichtung 10 getrocknet.
  • Das sauerstoffreie Inertgas, das durch die vorstehend angegebenen Schritte erhalten wird, enthält Ublicherweise überschüssigen Wasserstoff und wird daher zu der Rektifiziervorrichtung 11 geschickt und zur Abtrennung des Wasserstoffs fraktioniert. In der vorstehend erlEuterten Weise wird ein hochreines Inertgas erhalten.
  • Die Menge des nichtumgesetzten Wasserstoffs im Inertgas wird mit Hilfe beispielsweise des Wasserstoffanalysators 8 odsdgl. am Auslaß des Katalysatorbettes 5 oder der Sauerstoffabsorptionssäule 7 bestimmt und die zuzusetzende Wasserstoffmenge wird mit dem Regelventil 4 eingestellt, so da2 sie fUr die im Inertgas enthaltene Sauerstoffmenge passend ist.
  • Die Temperatur der Sauerstoffabsorptionssäule wird vorzugsweise innerhalb von 120 bis 300°C gehalten. Dieser Temperaturbereich ist fUr die Aufrech@@@@altung der Absorptionsaktivität von Kupfer oder Nickel sowie zur Verhinderung, daß die Metalle geschädigt (deterioration) werden, geeignet.
  • In Fig. 2 ist 14 eine Lufttrennanlage, die in der Lage ist, rohes Inertgas-zu erzeugen; 15 ist eine Leitung zur Binführung des rohen Inertgases in eine ein Katalysatorbett und eine Sauerstoffabsorptionss#äule (umfassende SAule 19) ; 16 ist eine Leitung zur Binapeisung von Wasserstoff in die Adule 19 ; 17 ein Ventil zur Einstellung der zuzusetzenden Wasserstoff-*nge ; 18 ein Vorwärmer; 20 ein Wasserstoffanalysator ; 21 ein Euhler ; 22 eine Trockenvorrichtung ; 23 eine Rektifiziereinrichtung ; 24 eine Kompressionspumpe und 25 ein Tank zur Iagerung des gereinigten Inertgases.
  • Rohes Inertgas von der Lufttrennanlage 14 wird durch die Leitung 15 und den Vorwärmer 18 in die SEule 19 geleitet und Wasserstoff wird ebenfalls zur SEule 19 geschickt. In der Säule 19 findet zunAchst eine Sauerstoff-Wasserstoff-Rekombination statt und das Inertgas strömt dann durch eine Kupfer-und/oder Nickelschicht, die im unteren Teil der SEule vorgesehen ist und nicht umgesetzter Sauerstoff, wenn irgendwelcher vorhanden ist, wird hier absorbiert und eingefangen. Nachfolgend wird das gereinigte Inertgas im Kühler 21 gekWhlt und das Wasser daraus entfernt. Nach dem Trocknen im Trockner 22 wird das Inertgas vom Wasserstoff in der Rektifiziereinrichtung 23 getrennt und zum Tank 25 mit Hilfe der Kompressionspumpe 24 geschickt.
  • Der Wasserstoffanalysator 20 in Fig. 2 wird für den gleichen Zweck und in der gleichen Weise verwendet, wie im Palle von Fig. 1.
  • Die Vorrichtung gemäB Fig. 1 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß Fig. 2 darin, daß in letzterer das Katalysatorbett und die Sauerstoffabsorptionssäule kombiniert sind, wodurch die im Katalysatorbett erzeugte Wärme vorteilhaft mit hoher Wirksamkeit in der Sauerstoffabsorptiones#ule verwendet wird. Im Hinblick auf das Wesen der Erfindung ist es klar, daß bei der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung des Katalysatorbett im oberen Teil der Säule angeordnet sein sollte.
  • Die nachfolgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung im einzelnen.
  • Beispiel 1 Reinigung von Argon gemäB Fig. 1 : Als Platinmetallkatalysatorbett 5 und Sauerstoffabsorptionssäule 7 werden zylindrische Säulen mit 20 cm Innendurchmesser und 60 cm Höhe verwendet, und (rohes) Argon wird mit einer Geschwindigkeit von 10 m3/n (NTP) durchgeleitet.
  • Das Platinmetallkatalysatorbett 5 war mit 5 kg eines Platinkatalysators finir die Saueratoff-Wasserstoff-Rekombination gepackt (Platingehalt 0, 2 Gew. % ; dispergiert auf einem Aluminiumoxydträger), während die Saueratoffabsorptionssäule mit 10 kg eines sauerstoffabsorbierenden Mittels mit 15 Gew. % Kupfer, dispergiert auf Diatomeenerde, gepackt und war bei etwa 250°C gehalten wurde.
  • ZunächsL wutde ein Argongas mit 1 Vol.% Sauerstoff, dem 2, 5 Vol. % Wasserstoff zugesetzt wurden (d.h. ein Überschuß von 0,5 Vol.% bezogen auf die @auerstoffmenge) durch das Katalysatorbett und die Sauerstoffabsorptionssäule geleitet, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der Sauerstoffabsorptionsaäule kleiner als 1 ppm war. Selbst wenn die Reinigung über eine lange Zeitdauer hinweg fortgesetzt wurde, stieg der Sauerstoffgehalt nicht an und es wurde ein hochreines Argon erhalten.
  • Als nächstes wurde Argon mit 1, 5 Vol. % Sauerstoff, dem 2, 5 Vol. % Wasserstoff (0, 5 Vol. % Wasserstoff)-unterschuß zugemischt wurden, durch das Katalysatorbett und die Sauerstoffabsorptionsaäule geschickt ; der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der Sauerstoffabsorptionssäule war kleiner als 1 ppm. Die vorstehende Reinigung wurde 30 Minuten lang fortgesetzt, wobei Sauerstoff am Ausgang der Saueratoffabsorptionsadule aufzutreten begann. Die Wasserstoffmenge wurde daraufhin auf), 5 Vol. % (d. h. einen Uberschuß von 0, 5 Vol. % bezogen' auf die Sauerstoffmenge) erhöht, wodurch der Sauerstoffgehalt kleiner als 1 ppm wurde.
  • Es besteht also eine beträchtliche Zeitspanne zwischen der Erhdhung der Sauerstoffmenge des eingespeisten Argons und dem Zeitpunkt, zu dem der Sauerstoff am Auslaß der Sauerstoffabsorptionssäule aufzutreten beginnt und die Kontrolle zur Erhöhung der zuzusetzenden Wasserstoffmenge kann daher genau ausgeführt werden. In der Praxis kehrt, selbst wenn die Sauerstoffmenge im Inertgas, das von der Inertgaserzeugungsanlage herkommt, vorUbergehdnd ansteigt, die Menge wieder zum ursprünglichen Mittelwert zurAck, so daß keine so hdufige Kontrolle der zugesetzten Wasserstoffmenge erforderlich ist.
  • Es ist unnötig zu sagen, daß der Wasserstoffgehalt, wenn die mittlere Menge des Sauerstoffs mit veränderten Charakteristiken der Anlage zunimmt, oder abnimmt, entsprechend eingestellt wird.
  • Beispiel 2 'Reinigung von Argon gemäß Fig. 2 : Das Platinmetallkatalysatorbett und die unter dem Katalysatorbett angeordnete Sauerstoffabsorptionasäule wurden mit 3 kg eines Platinkatalysators und 5 kg eines Sauerstoffabsorbierenden Mittels beladen, das durch Dispersion von 15 Gew. * Kupfer in Diatomeenerde hergestellt worden war.
  • Zunächst wurde Argon mit 2 Vol.% Sauerstoff mit 5 Vol. % Wasserstoff gemischt (das entspricht einem Überschuß von 1 Vol. % Wasserstoff bezogen auf die Sauerstoffmenge) und mit einer Geschwindigkeit von 0, 5 m3/h (bei Normaltemperatur und -druck) in die ßäule 19 geleitet, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der Säule 19 kleiner als 1 ppm war. Selbst wenn die voratehende Reinigung über eine lange Zeit hinweg fortgeeetst wurde, stieg der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der SEule nicht an.
  • Ale ndchetes wurde Argon mit Vol. {Sauerstoff und zugemischtem Wasserstoff mit 1 Vol. % Wasserstoffunterschuß in die Säule gegeben, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der. Säule kleiner als 1 ppm war. Nach Fortsetzung der Reinigung für 15 Minuten unter den angegebenen Bedingungen begann jedoch nichtumgesetzter Sauerstoff am Auslaß der Sdule aufzutreten. Der Sauerstoffgehalt wurde daher auf 2 Vol. % innerhalb von 15Minuten vermindert, so daß die Wasserstoffmenge mit 1 Vol. % bezogen auf die Sauerstoffmenge überschüssig war, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am Aualaß der Säule kleiner als 1 ppm wurde. Das so behandelte Argon wurde in die Rektifiziervorrichtung 2v geschickt und das Argon vom Wasserstoff getrennt zur Erzielung eines hochreinen Argongases.
  • Beispiel 2 160 g Kupferchlorid (CuClz. 2H20) wurden in 1, 6 1 heißem Wasser gelöst. Zu dieser Lösung wurden j20 g Diatomeenerde zugegeben und die Mischung unter Rühren auf 80 bis 90°C aufgeheizt und für eine Stunde stehen gelassen. Zu der Mischung g wurden 600 ml einer Alkalilösung mit 140 g Natriumhydroxyd zugegeben, während die Mischung bei 80 bis 90°C gehalten wurde; es setzt bzw. scheidet sich ein schwarzbrauner Niederechlag ab. Die Mischung wurde 20 Minuten lang stehen gelassen, mit T Wasser versetzt und gerührt und dann der Uberstehende Anteil durch Dekantiererientfernt. Dieser Waschvorgang mit Wasser wurde mehrmals wiederholt und dann wurde die Mischung filtriert.
  • Zu dem erhaltenen Filterkuchen wurden 150 ml einer wässrigen sauren Lösung mit 0, D2 g Palladiumchlorid zugegeben. Die resultierende Mischung wurde sorgfältig durchgearbeitet und bei 120 bis 150°0 etwa 8 Stunden lang zur Erzielung eines Pulvers getrocknet. In das Pulver wurden ein Bindemittel und ein Schmier-bzw. Gleitmittel eingebracht und es wurde zu Tabletten von 4 mm Durchmesser und 4 mm Länge geformt.
  • Diese wurden aufgeheizt und bei 00 bis 400°C zwei Stunden lang gebrannt und nachfolgend bei 120 bis 300°C in einem Waaserstoffstrom reduziert zur Herstellung eines sauerstoffabsorbierenden Mittels aus 15 Gew. % Kupfer, 0,05 Gew. % Palladium und Diatomeenerde.
  • 1 kg des so hergestellten sauerstoffabsorbierenden Mittels wurden in die Saueratoffabsorptionssäule einer Anlage gemma. Fig. 1 gegeben und 300 g des gleichen Katalysators wie e in Beispiel 1 in das Platinmetallkatalysatorbett : Zunächst wurde Argon mit 2 Vol. %Sauerstoffgemischt mit 5 Vol. % Wasserstoff (d. h. einem 1 Völligen Überschuß bezogen auf die Sauerstoffmenge) durch das Katalysatorbett und die Sauerstoffabsorptionaaäule mit einer Geschwindigkeit von 1 nr/h (bei Normaltemperatur und-druck) geschickt, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am Auslaß der Säule kleiner als 1. ppm war. Weiterhin wurde über eine lange Zeitdauer hinweg keine Anderung des Sauerstoffgehaltes beobachtet.
  • An nächster Stelle wurde Argon mit 3 Vol. % Sauerstoff und zugemischtem Wasserstoff in Mengen, daß ein 1 Vol. % iger Wasserstoffunterschuß bestand, eingeleitet, wobei der Sauerstoffgehalt des Gases am AuslaB der Säule kleiner als 1 ppm war. Nach v0 Minuten-trat jedoch Sauerstoff auf und die Wasserstoffmenge wurde daher auf 6, 5 Vo. % erhdht (d. h. es wurde ein Uberschuß von 0, 5% bezogen auf die Sauerstoffmenge vorgesehen), wodurch der Sauerstoffgehalt des Gases am AuslaB der Adule kleiner als 1 ppm wurde-.

Claims (10)

  1. PatentansprUche-1. Verfahren sur Reinigung von rohem Inertgas, das Sauerstoff in variabler Menge als Verunreinigung enthält, unter Zusatz von Wasserstoff in zumindest der doppelten Menge bezogen auf den mittleren Volumengehalt des Sauerstoffs, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß man das mit Wasserstoff gemischte Inertgas durch ein Katalysatorbett mit einem Platinmetailkatalysator fUr die Wasserstoff-Sauerstoff-Rekombination leitet und anschließend das austretende Gas mit zumindest einem sauerstoffabsorbierenden Mittel, das Nickel und/oder Kupfer umfaßt, in BerUhrung bringt und schließlich Wasser und Wasserstoff von dem wasserßtoffhaltigen Inertgas abtrennt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dal3 die zum Inertgas zugegebene Wasserstoffmenge der Anderuner des Sauerstoffgehaltes des Gases entsp@@@chend so eingestellt wird, daß die Wasserstoffmenge wdhrend der gesamten Reinigungsoperationen wesentlich größer (substantially more) wird als die dem mittleren Sauerstoffgehalt äquivalente Menge.
  3. ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Platinmetallkatalyaator zumindest eines der Blemente Platin, Palladium, Rhodium, Iridium, Ruthenium oder Osmium enthält.
  4. 4. Verfahron nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Platinmetall auf einem porösen Träger verteilt ist.
  5. 5. Vorfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daD die Menge des auf dem poro@en Träger verteilten Platinmetalls zwischen 0, 05 und 0, 5 Gew. % liegt.
  6. O. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffabsorbierende Mittel auf einem porösen Träger verteile ist.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch b, dadurch gekennzeichnet, daß das sauerstoffabsorbierende Mittel 0, 005 bis 0, 5 Gew. @ eines Platinmetalls, 2 bis 50 Gew. % Kupfer und/oder Nickel und 50,5 bis 97,995 Gew.% eines Trägers umfaßt. b.
  8. Vorrichtung zur Reinigung von rohem Inertgas nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein mit einem Platinmetallkatalysator für die Sauerstoff-Wasserstoff-Rekombination gepack-ces Katalysatorbett (5), eine daran anschliezende Sauerstoffabsorptionssäul. e (7), die nit einem sauerstoffabsorbierenden Mittel gepackt ist und eine nachgeordnete Rektifiziervorrichtung (11).
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeiclinet, daX das Katalysatorbett und die Sauerstoffabsorptionssäule in einer gemeinsamen Einheit (19) untergebracht sind, wobei die Sauerstoffabsorptionssäule in Strömungsrichxung hinter dem Katalysatorbett angeordnet ist.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch b oder j, dadurch gekennzeichnet, das das Katalysatorbett in mehrere Abschnitte unterteilt ist.
DE19661542205 1965-10-29 1966-10-26 Verfahren und vorrichtung zum entfernen von sauerstoff aus sauerstoff enthaltenden inertgasen Withdrawn DE1542205B2 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2640159A1 (fr) * 1988-12-09 1990-06-15 Commissariat Energie Atomique Procede et dispositif de purification d'un gaz neutre contenant a titre d'impuretes de l'oxygene et/ou de l'hydrogene
EP0796818A1 (de) * 1996-03-14 1997-09-24 Aga Aktiebolag Kryptongasenthaltendes Gasgemisch für isolierende Fenster

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EP0796818A1 (de) * 1996-03-14 1997-09-24 Aga Aktiebolag Kryptongasenthaltendes Gasgemisch für isolierende Fenster

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