DE1567417C - Verfahren zur Anreicherung von Was serstoffisotopen durch bithermisch en Aus tausch zwischen Ammoniak und Wasserstoff - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur bracht. Der Wasserstoffstrom wird zunächst in den Isotopenanreicherung durch katalytisch beschleunigten Tieftemperaturreaktor (oder kalten Turm) geschickt, Isotopenaustausch im Gegenstrom zwischen flüssigem wo er zugunsten der flüssigen Mischung an Deuterium Ammoniak und gasförmigem Wasserstoff in -zwei verarmt; der Wasserstoffstrom tritt dann in den Hoch-Austauschzonen unterschiedlicher Temperatur. . 5 temperaturreaktor" (oder warmen Turm), wo unter-Das übliche Verfahren zur Erzielung von deuterium- schiedliche Gleichgewichtsbedingungen herrschen und angereichertem Wasserstoff besteht in der Ausnutzung . wo der Ammoniak der flüssigen Mischung seinerseits der Isotopenaustauschreaktion zwischen gasförmigem . zugunsten des Wasserstoffs an Deuterium verarmt; es Wasserstoff und flüssigem Ammoniak im Gegenstrom folgt daraus, daß das Deuterium in den beiden gasin zwei Austauschzonen unterschiedlicher Temperatur, ιό iörmigen und .flüssigen Strömungen zwischen einem wobei der Austausch außerdem katalytisch be-· Reaktor und dem anderen konzentriert wird..Durch schleunigt wird; im Gleichgewicht ist die flüssige /dieses .System kann die Notwendigkeit einer ehe-Phase in der Austauschzone mit niedriger Temperatur mischen Umwandlung eines Stromes in den anderen deuteriumreicher als die Gasphase; der Trennfaktor zur Erzielung des Rückflusses vermieden werden. ... . ist erhöht und liegt um 7 bei —6O⁰C (J. Ravoire, i₅ Zur Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden P. Grandcollot und G. Dirian, J. Chem. Phys., 60 Beispiele. -

[1963], S. 130). . ■.'-.'■■ . . ΐΐ :

Die Reaktion wird durch ein in Ammoniak gelöstes Beispiel .1'.·■'■'-'·. ^ -■—

Alkaliamid katalysiert; die Austauschgeschwindigkeit ' ' ■ . . ^ ,^"',. [ '

ist bei — 60°C noch merklich; sie ist indessen gering, 20 Zu 104 cm³ flüssigem Ammoniak mit 3,5 g Kalium- und das Gleichgewicht kann in einer Kontaktapparatur amid gibt man 11 cm³ Äthoxyäthan. Man leitet in die mit Gegenstrom nicht leicht erreicht werden. so erhaltene und in ein vertikales Rohr gebrachte

Bourke und Mitarbeiter haben gezeigt, daß die flüssige Mischung einen Strom von gasförmigem Geschwindigkeit dieser Austauschreaktion gesteigert Deuterium ein; die Höhe der vom Gas durchquerten werden kann, wenn man zu der Lösung ein primäres 25 Flüssigkeitsschicht beträgt etwa 31 cm. Der Protium- oder sekundäres aliphatisches nichtcyclisches Amin, gehalt des Gases χ (der ein Maß für den Austausch wie Dimethylamin, oder ein vollständig hydriertes zwischen dem Wasserstoff des .flüssigen Ammoniaks cyclisches Amin, wie Pyrrolidin, zusetzt (s. P. J. und dem Deuterium ist) wird nach Abfangen der Bourke, A. R. Kenyon, O. Pepper und P. T. kondensierbaren Dämpfe am Ausgang des Reaktions-Walker, AERE-Bericht Nr. 3464 von 1961; fran- 30 rohres mit Hilfe einer Wärmeleitfähigkeitsmeßzelle zösische Patentschrift 1 281 601 vom 4. 2.1961). . bestimmt. Bei einer Flüssigkeitstemperatur von —40°C

Die Amine dieser Art sind jedoch relativ teuer. Es erhält man: χ = 5,1%. Bei -70^C, wo die Lösung an ^: wurde nun gefunden, daß die Austauschgeschwindig- Kaliumamid gesättigt ist, erhält man: χ = 2,1%. keit zwischen gasförmigem Wasserstoff und flüssigem -. . .

Ammoniak vorteilhaft erhöht werden kann, wenn man 35 . . ■·.'./■

zu der ammoniakalischen Lösung eines Alkaliamids ^v Beispiel2 ,

einen Äther zugibt, der in dieser Lösung löslich ist. . ■ . ■·. ..

Der Äther ist entweder ein aeyclischer Äther, wie Das im Beispiel 1 beschriebene Verfahren wurde

Methoxymethan oder Äthoxyäthan, oder ein eye- wiederholt, aber unter Verwendung von Tetrahydrolischer Äther, wie Tetrahydrofuran, oder ein Homo- 40 furan (11 cm³) an Stelle von Äthoxyäthan und von loges, wie · Methyltetrahydrofuran. Die Wahl des 114 cm³ flüssigem Ammoniak mit 3,5 g Kaliumamid. Äthers, wird einzig durch seine Löslichkeit in der Bei — 40⁰C ist χ = 4,25%; bei —70°C ist χ = 1,3%. Mischung NH₃ — NH₂K bestimmt bzw. begrenzt. . Bei einer analogen Untersuchung mit 112 cm³

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Isotopenan- Ammoniak und 3,5 g Kaliumamid, aber ohne Zusatz reicherung der genannten Art ist daher im wesentlichen 45 eines Äthers, erhält man bei —40°C: χ = 3,3%; bei dadurch gekennzeichnet, daß man den gasförmigen -7O⁰C: χ = 0,87%. Wasserstoff mit. einer einen gelösten Katalysator

enthaltenden flüssigen Mischung von Ammoniak und Beispiel 3 ^

einem in Ammoniak löslichen Äther in Kontakt .·..-.. .. ■-_y

bringt. . . . 5° Zu 110 cm³ flüssigem Ammoniak mit 1,7 g Kalium-

Der verwendete Äther muß frei von oxydierenden amid gibt man 23,5 cm³ Methyläther und arbeitet Verunreinigungen, wie Sauerstoff oder Peroxyden, unter den gleichen Bedingungen wie im Beispiel 1. sein oder von allen Verunreinigungen, wie Wasser Man erhält bei —6O⁰C: χ = 2,93%; bei —50°C: oder Alkoholen, die mit dem Alkaliamid-Katalysator λ:-= 4,36%. Unter den gleichen Bedingungen, aber reagieren und ihn zersetzen können. . 55 bei Abwesenheit von Methyläther,, erhält man: bei

Ein Äther, wie Äthoxyäthan, der industriell in —6O⁰C: jc = 1,87%; bei —50⁰C: χ = 2,83%. ' _: ..... großen Mengen als Lösungsmittel verwendet wird, ist Zum Vergleich der durch die Zugabe eines Äthers ;

billiger als ein Amin, und er ermöglicht eine Steigerung . hervorgerufenen Erhöhung der Reaktionsgeschwindigder Austauschgeschwindigkeit Ammoniak—Wasser- keit mit derjenigen, die durch den Zusatz eines Amins stoff in zumindest analogen Verhältnissen. . ' 60 bewirkt wird, wurden die folgenden zwei Versuche

Beim isotopenanreicherungsverfahren durch einen durchgeführt: ^Λ / · ^

bithermischen Austausch zwischen Ammoniak und

Wasserstoff gemäß der Erfindung werden gasförmiger . Versuch 1

Wasserstoff und eine flüssige Mischung, die durch eine

Lösung von Alkaliamid in einer Mischung von Am- 65 Zu 88 cm³ Ammoniak mit 3 g gelöstem Kaliummoniak und Äther gebildet wird, im Gegenstrom in amid gibt man 12 cm³ Dimethylamin; bei —40⁰C.ist auf zwei unterschiedliche Temperaturen geregelten χ = 4,9%; bei —70⁰C, wo die Lösung an Kalium-Reaktoren bzw. Reaktionstürmen in Kontakt ge- amid gesättigt ist, erhält man χ = 2,63 %.

Versuch

Mit 100 cm³ Ammoniak mit 3 g Kaliumamid ohne Zusatz von Amin erhält man bei —40⁰C: χ = 2,8 °/₀; bei -70⁰C: χ = 0,70 °/₀.

Die durch die Zugabe von 9,5 °/₀ Äthoxyäthan erreichte Verbesserung wird durch einen Faktor von 1,8 bei —40⁰C und von 3 bei —70⁰C wiedergegeben und die durch Zugabe von 12°/₀ Dimethylamin erreichte durch einen Faktor von 1,7 bei —40⁰C und von 3,7 bei -70⁰C.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Anreicherung von Wasserstoffisotopen durch katalytisch beschleunigten Isotopenaustausch im Gegenstrom zwischen flüssigem Ammoniak und gasförmigem Wasserstoff in zwei Austauschzonen unterschiedlicher Temperatur, dadurch gekennzeichnet, daß man den gasförmigen Wasserstoff mit einer einen gelösten Katalysator enthaltenden flüssigen Mischung von Ammoniak und einem in Ammoniak löslichen Äther in Kontakt bringt.

   il-St