DE1567871A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von deuteriumangereicherten Materialien - Google Patents

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PATENTANWALT

DfPL-ING. ERICH SCHUBERT

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66 03C Ur.-Btt/Schm

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-8.MRZ.196B

United Kingdom Atomic Energy Authority,

11, Charles II rftreet, London, S¥1, En g 1 a η -d

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus den "britischen Patentanmeldungen Nr_β 10 088/65 vom 10, März 1965 und ' ITr. 52 537/65 vom 10. Dezember 1965 in Anspruch genommen«

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Deuterium-angereicherten Materialien.

Die Erfiixdumg 'bezieht sich auf die Herstellung von Materialien, die ©inea über d<m &&%üvliGhen /Gewalt an Deuterium hinausgehenden

&eh&l.t.-"besits©n_f -wnä befaßt sich insbesondere mit dem -i-; 9oi?psl»iSempe»at«3?-^2nmöJiialE/Wasaerstoff "-Prozeß von mti ^emte^iMm aEg9a?©ieii@rten H

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Wasser als ein Moderator oder Dämpfungsmittel wirkt und scnnelle Neutronen, die bei der Kernspaltung entstehen, verlangsamt. Zahlreiche .Reaktorsysteme sind in Vorschlag gebracht worden, die schweres V/asser entweder als Moderatar allein oder als Moderator und Kühlmittel verwenden.

Verschiedene Verfahren der Deuteriumanreicherung sind in Vorschlag gebracht worden, und jeder dieser Vorschläge ist umfassend untersucht worden in dem !Bemühen, schweres Wasser zu einem wirtschaftlichen Preis herzustellen. Ein solches Verfahren ist der Zwei-Temperaturen-Aim:ioniak/wasserstoff-Prozeß, der darin besteht, flüssiges Ammoniak unter hohem Druck im Wechsel durch einen kalten und einen heißen Turm im Gegen-. strom SU einem Strom aus Was, erstoffgas zu schiaken, der von dem heißen Turm nach dem kaltexi Turm verläuft. Die Temperatur des kalten Turms kann -70⁰C und die des heißen Turms 20⁰G betragen, und der ganze Prozeß wird bei hohem Druck, beispielsweise 240 Atmosphären, durchgeführt. Der flüssige Ammoniakstrom enthält in sehr erwünschter Weise einen Katalysator zur Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit, wobei der gegenwärtig bevorzugte Katalysator Kaliumamid (KNHp) ist. Eine merkliche Verbesserung der Katalysatorwirksamkeit oder -leistung kann durcn die Zugabe • von primären odar sekundären Aminen zu de,m Ammoniak erreicht werden» wie dies in der britischen Patentschrift 896 269 besohrieben iet«

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_ 3 — ■■'■"■

Innerhalb der "beiden Türme tritt ein Isotopenaustausch zwischen den Plüssigkeits- und den G-asstrÖmen ein_o Im heißen: Turm "begünstigen die Bedingungen den "Übergang des Deuteriums aus demlniomoiiiak in den Wassefstoffstrom, der dann angereichert im leuteriumgehalt von dem heißen Turm strömt. Im kalten Turm sind die Bedingungen so, daß ein ÜberizLtt an Deuterium aus dem .wasserstoff in das. Immoniak eintritt, und ein angereicnerter Ammoniakstrom somit von dem kalten zu dem heißen Turm flieist. oo v/erden beide btröme zwischen den Türmen in ihrem Deuteriumgeiialt angereichert, und es kann ein angereichertes irrodukt von jedem otrom zwischen den beiden Türmen abgezogen werden.

Jeder der beiden ströme itann., nachdem er durch beide Türme iiindurchgeschickt wurde, wieder zu dem ersten Turm_? durch den si'e schon gegangen waren, im Kreislauf zurückgeschickt; werden, beispielsweise kann der Wasserstoffstrom durch Hückführunr des Gasstroms aus dem kalten Turm nach dem heißen Turm .· im Kreislauf geführt werden. Bei einem solchen Kreislauf bildet der rJtroa einen geschlossenen Kreis, wobei der Kreislauf abschnitt ein an Deuterium verarmtes Material enthält»

weil ein Produkt mit vermehrtem Deuteriumgehalt aus dem System abgezogen wird, .ist es notwendig, den Deuteriumgehalt des Systems kontinuierlich zu ergänzen. Wenn beide »ströme einen geschlossenen Kreislauf bilden, dann kann der im Kreise geführte Anteil eines solchen geschlossenen Kreises beispielsweise in

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Berührung mit einem ivasserstroin von in.türlici-eLi ^enalt gebracht werden, um den otroi-i wieaer aufzufüllen. ■ .<äulweise kann auch nur einer der ströme einen ;:esciiloeseneii kreislauf bilden, wobei wenigstens ein i'eil des kreislfiufanteilee des anderen Stromes kontinuierlich als Abfall abge£o,_ren und durch, einen otrom mit natürlichem lieuterium^eiialt aufgefüllt wird, ΰο kann der An^oniakstrcm ei:: gesc_j.lc.^senes byste;.: ;ilden, v;änrend ein ieil des wasserstoffstromes kontinuierlich als Abgas abgezogen und durch wasserstoff :.it natürlichen; l/euteriumgehs.lt ergänzt v/ird.

Jjer Zweck der vorliegenden jirfii.arci: ε;?:stent nun arrii:, eine neue und verbesserte Abwandlung: des ZiV/ei-i'einpersturen-Aiiüioniak/.vasserstoii-Prozesoes, ^T./ie er vors toi., .mc b;.. onriecen wurde, zu scheffen.

^g iet ein vr.rf^nren sui* iierLtelluii?. v.r.

mit Deuterium angereicnertei: :.,tofj"&n, o-.t.ta^üiic aus eiiuii: Doppel- bzw. Zv;ei-iemperatur3i:--i_i:u..onic'iv;/..i.^„.erotoii-JUiLΐi.iieon-ProzeJü, in vrelciieic ein otrom vcn wasserstoi ;_e ^-as aue eine: iieikeii i'urn". auf aie i'emperatur einet. ^::itci ^urrnu ao_f,ekanit v.'ird, bevor er durcr... den kalten ii'ura. ninau.rch_t eschicict v.'ira, wodurch der in do;;. ",Vasserstoffstreu enthaltene AmnonialauKu/f kondeiibiert .'ird, .,odurcii ^eke^.i^j&icnnc-t, α al- tiiosas iccv. c¹:- sierte A:,iiuoniaic eil::;. Krackpro^eld untc^:orri'h wira, ναι i.e ein Cejiirjch von λ; v.. erstoff und .· j ti > *:...:-: to.." .Ai uneben, \üu df. ^

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Ciemiacii gekühlt und i;n Is ο'topen- Austauschverhältnis mit einem idtroE. von flüssigen Ammoniak in einen kalten Austausch türm ge-.schickt wird_o

Der aus dem Wasserstoffstron kondensierte Annioniaicdampf wird erhitzt-und. iii eine Amioniak-Krackanlage geschickt, in der er zersetzt wird und ein ü-emiscn aus wasserstoff und Stickstoff ir_ KoIekularverhältnis von drei zu eins mit einem nur noch geringen Anteil-an. Ammoniak .ergiot. Jieses G-emiscn soll.nachfolgend BIi^-U α em Ausdruck "gekracktes Ammoniak" "bezeichnet werden.

Gemäß einer ersten Auafünrungsform der vorliegenden findun;^ v/ird das gekrackte Äituioniak unmittelbar mit dem gekühlten Wasserstoffstrom gemischt,.aus dem es kondensiert wurde, und in den kalt-Aus tau s eher turm ji.it dem Wasserstoff geleitet.

.sei einer zweiten una bevorzugten Ausfänrungsform indessen wira ein kleiner Anzapfstrom .aus dem angereicherten kalten. Aiüixioniaicstrom, der vom icalten i'uria herrührt, entnommen, una dieser aru^reicne-rte Anzapf strom v/ird durcii einen weiteren kalten L'urm . im Isotopen-Aua tauschverhälthis mit dem t.ekracJsten Ammoniaic-^trom '^escJii-c-kt unci hierdurch nocn weiter angereicherte Der gekrackte Ammoniakstrom, der von dem weiteren Kalt-Turm kommt, kann dann mit dem kalten v/asserstoffstrom gemischt und in. den kalten 't'urm dea Zwei-i'emperaturen-idystema geschickt werden. _ ■

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Bei jeder dieser Au-jf linrun.-af ox'nien ist; cer ^jeuTe genalt cn-α .gekrackten ^m^onicks größer als ο er aa., ^ v-as.-.:-ersto±'fatromes, mit aeti aL.s gekrackte --L.A.ionii-k _ve..iiü.uit wird,

.nisJier wurde das aus dem V/asöerstox'xstro„i nur cn iLünlun.-.. des Gasstromes kondensierte Ai-iiuoniaic in den JumiiOiiiaicticrcLi, der von den Kalten zu de^ heißen i'una x'lieiit, zurücK^e, .oen. Indessen ist der Deuteriumgehs.lt a.es iü-iraoniaicdampies .--rciaer als der des den Gasstrom bildenden w'as'serstox'x's,. uiic sciaix vermindert die Kondensation des A^noiiiaks durcn Kanlun_c. die effektive Anreicherung des v/asuer.rtoiiotromes. wem. mai. indecs.en die bejchrisbenen Ausi^>ünrun..sx'ox^>ni3n der i,rxina_un_o benutzt, dan . wirkt si cn die Zugabe deü ^ekracictei: Ai.aiioniu.kkj zu dem ir: uen kalten I'urm fließenaen Wasserstoff in sL^en hoher angereicherten Gasstrom an diesem Punkte eraü_t als es auf andere ./eise gewesen wäre.

Die potentielle Ver^rüiiex'un^; in aer Deuterium-AnrcichGi'un.. des in den kalten ^:x'uri.i eiiitretenden wasserstofXdtX'Oiue^ κί,ηη dazu benutzt werden, entweder e iie Vermehrung de>! üeuteriumgehalts des den kalten iurm vex;laßsenden Äinmoniaka LX'omot? box Verwendung der gleichen Anzahl theoretischer Jcheibeii oaer ha den in dem kalten Turm zu ergeben, oder bei Verwendung eiiior kleineren Anz:\hl von Böden in dem kalten Turm tle.i .,!eichen Deuterium-Anreicherungügrad iloa Aiumoniakatrc-u.)..; c;u . rx\ ieiien.

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- V-

do kann "bei Verwendung eines Kalttürmes mit etwa 3 T/3 theoretischen Böden, wenn der -ueuteriUhigehalt des einfließenden v.'asserstoffs'trones. auf etwa das seciis- bis siebenfache öe.s natürlichen Gehalten vermehrt ist,, eine Steigerung des Deuteriumgeiialtes im ausgehenden JL-xmoniakstrom von etwa dem 25-facneri "bis etwa deL. '.^u-f acnen das natürlichen b-e.ualte3 erreicirc verden. Weiiii ledOeh ein Kaltturm ΐύίΐ nur etwa 1 1/3 tneorexischen ^öden verwendet wird und ein wasc-erstoffzuiüarstrom iait einem Leuteriumgeiialt von etwa dexü öiebenfaclien des nüirlieiien Genaltes vorliegt, dsjin "betzägt der jjeuteriumcexialt des ausgenenden Arr^/ioniakstrones i^v;mer necn das etwa 25-facne des natürlichen behaltes.

i-s sei darauf hingewiesen, asAi ,iede aieser. ,ibwarid i:-:nGXUiC-Ib des üereicheB der vorliegenden Erfindung liegt', und die i:;i einzeln-'i.L an^ev/andte ■ Abwandlung ledi^lien eine i-_ngelegenheit der von der v/irtsehaftlicliK.eit der Abwandlungen und der Ja tür ae.i -svmhscnten Produktes diktierten Auswahl isst, J~äccn Bind aie t^öden des kalten üiurmes ziemlicn unwirksam, · v/eil Ι*ι οΐεκβί- ".-.'Uj:¹;/! das Gl^ichgev/iciit nur langsam erreicht wird, und daher rjna in aem Kalten i'urm eine groJBe Anzahl wirklicher Böden erst el/iohi einzigen theorotiscnen ^oden gleicn. Uemzufolee sind die leiten für' sinen kalten Turm mit vielen theoretischen · Boden hccn, υηα daher dürfte eü vorteilhaft sein, einon kalten Turin :uit wen! en theoretischen libden für die herstellung eines Produktes ;/iit. de-i· '^!:leicJ'jen /Uiroicneruni/a-irad eher au verwenden,'

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als den gleichen kalten Turm für die Herstellung eines höher angereicherten Produktes,

Wahlweise könnte jedoch der kalte Turm von dem gleichen Ausmaß und das Ausmaß des heißen Turmes vermindert sein. In einem solchen iPalle wird tatsächlich der in den kalten Turm eintretende Wasserstoffgasstrom von niedrigerem Oeuteriumgehalt sein, aber iivaner no cn einen ausgehenden ÜTüssig-Ammoniakstrom mit einem Deuteriumgehalt von etwa dem 25-fachen des natürlichen Gehaltes produzieren. jJer verminderte Deuteriumgehu.lt des wasserstoff stromes "bedeutet, daii der Anreicherun^sgr^d des wasserstoff stromes in dem neigen Turm vermindert ist, und daher konnte das Ausmaß des heizen Turmes vermindert werden.

Somit kenn die vorliegende ^rfindung fur die iSrlangung eines höher angereicherten Ammoniakstrones aus dem kalten Turm, eines -Kleineren kalten Turms oder ei nes kleineren heißen 'i'urms angewendet werden, üs i:;t zu "bemerken, daß, wenn das System bestmöglichst angewandt wurde, die sich daraus ergebende δγλ-richtung alle vorhergehenden Änderungen einschließen kann.

Bei jeder der beschriebenen Ausführungg_οrmen wird das gekrackte Ammoniak in herkömmlicher Weise durch dessen Hindurehachicken im Wärmeaustauschverhältnis mit dem kondensierten Ammonia^ das dem Ammoniakkracker zugeführt werden soll, gekühlt,·so daß dieses auch dazu dient, das Ammoniak bis auf die verlangte Kraak> üeaktionstemperatur eu erhitzen·

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Das Kracken des Ammoniaks kann im Temperaturbereicn von 600 "bis 1000⁰C und unter einem Druck von wenigen Atmosphären durchgeführt werden. Ein Katalysator vom Typ der für die Ammoniaksynthese-fieaiction - verwendeten kann benutzt werden.

Das Kracken läuft in praktisch vollständige (gewöhnlich 99,5^") Zersetzung des-.Anmoniaks aus, wobei das nicht-gekrackte. ■ Ammoniak in herkömmli.cner weise dazu verwendet werden kann, das gekrackte Ammoniak mit Ainmoniakdampf zu sättigen, sobald das erstere auf die Temperatur des ialten Turmes abgekühlt ist.

Ss muiB -noch bemerkt werden, daß die Menge des z.u krackenden Ammoniaks nur eine kleine Fraktion aes umlaufenden Gases ist. So entüält ein Mol Wasserstoff- aus dem heißen Turm annähernd 0,07 Mole Aüunoniakdamp-f, und im wesentlichen wird dieses ganze Ammoniak beim Kühlen kondensiert und ergibt 0,07 Mole Ammoniak für das Kracicen. Man muß .sicJi vergegenertigen, daß, weil das Krackeri eine YoIumenvermehrung ergibt, das Vermischen des gekrakten Ammoniaks mit dem in den kalten Turm eintreten·»- den Wasserstoff sich in dem Volumen des zugeführten Gases in den kalten Turm so auswirkt, daJj dieses größer ibt als dasjenige, welqjaes den heißen Turm verläßt. Dieser Efiekt jcann auch einen vermehrten Deuteriumgehalt in dem den Kälten Turm verlassenden Ammoniakstrom zur i'Ol.-.e haben. . ' i

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Bei der zweiten, vorzugsweisen Ausführungsform wird das gekrackte Ammoniak von dem weiteren kalten Turm dem kalten Wasserstoffstrom zugeführt, während die weiter angereicherte Anzapfmenge Ammoniak, die von dem weiteren kalten Turm kommt, zu einer Nachverarbeitungsanlage übergeführt werden kann. Zweckmäßigerweise besteht diese Nachverarbeitungsanlage aus einem dritten Kalt-Austauschturm'und einer Krackstufe, wobei der größere Teil des Ammoniakstromes gekrackt wird, und das gekrackte Ammoniak im Isotopen-Austauschverhältnis mit dem verbliebenen kleineren Teil des Ammoniakstromes in den dritten Kaltturm eingeleitet wird. Durch diese Arbeitsweise kann ein Ammoniakstrom erhalten werden, der einen Deuteriumgehalt von etwa dem 1000-fachen des natürlichen hat.

Es ist weiter zu bemerken, daß die vorliegende Erfindung auch eine Vorrichtung für die Deuterium-Anreicherung einschließt,,

Gemäß einem weiteren Merk^ml der Erfindung wird eine Vorrichtung für die Herstellung eines im Deuterium-Isotop angereicherten Materials geschaffen, die aus einem ersten Isotopen-Austauschturm besteht, der mit Mitteln für die Aufrechterhaltung dieses ersten Turmes auf einer niedrigen Temperatur versehen ist, aus einem zweiten Isotopen-Austauschturm, der Mittel besitzt für die Aufrechterhaltung dieses zweiten Turmes auf einer

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höheren Temperatur als den ersten Turm, aus einer ersten Leitung von dem ersten Turm zu dem zweiten Turm, aus erhitzern für diese erste Leitung, aus einer zweiten Leitung von dem zweiten Turm zu dem ersten Turm, aus Kühlern für diese zweite ■ Leitung, aus einer Ammoniakkrackanlage, aus einer Kondensatleitung von den Kühlern zu der Ammoniakkrackanlage, aus einer Vorrichtung für die Abführung des gekrackten Ammoniaks für diese Ammoniak-Krackanlage und aus Mitteln für die Verbindung dieser Auslaßνorrichtung für gekracktes Ammoniak zu der zweiten Leitung an einer Stelle zwischen dem Kühler und dem ersten Turm.

Die Auslaßvorrichtung für gekracktes Ammoniak kann so angeschlossen werden, daß sie das Wasserstoff/ötickstoff-Gemisch direkt der zweiten Leitung gemäß der ersten Ausführungsform des erfindüngsgemäßen Verfahrens^ zuführt. ■

Vorzugsweise ist jedoch der Auslaß für gekracktes .ammoniak durch einen dritten Isotopenaustauschturm und von diesem zu der zweiten Leitung verbunden. In diesem Falle kann eine Anzapfleitung von der ersten Leitung nach dem dritten Austauschturm führen. Der dritte Austauschturm kann mit Mitteln versehen sein, durch die dieser dritte Austauschturm auf etwa der gleichen Temperatur gehalten wird wie der erwähnte erste Turm-

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Eine leitung kann vorgesehen sein, um Ammoniak aus dem dritten Austauschturm in eine Nachverarbeitungsanlage überzuführen, die in passender Weise aus einem weiteren Austauschturm bestehen kann, der auf niedriger Temperatur gehalten werden kann, wie dies in Bezug auf die weitere Bearbeitung des weiter angereicherten Ammoniak-Anzapfstromes beschrieben wurde.

Es muß betont werden, daß die ersten und zweiten Turne die Kalt- bzw. Heißtürme der Zwei-Temperaturen-Austauschvorrichtung sind, wobei die erste Leitung flüssiges Anmoniak transportiert, während gasförmiger Wasserstoff die zweite Leitung durchströmt.

Um die vorliegende Erfindung noch verständlicher zu machen, werden zwei Ausführungsformen derselben nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher beschrieben, und zwar zeigt

Pig. 1 ein i'ließschema für ein bekanntes Verfahren, in dem das kondensierte Ammoniak im Kreislauf geführt wird,

Mg. 2 ein Fließschema für ein Verfahren, in dem das kondensierte Ammoniak gekrackt und direkt den: im Kreis laufenden Wasserstoffstrom zugesetzt wird, während

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Fig. 3 ein Fließschema für ein Verfahren, in dem das

kondensierte Ammoniak gekrackt wird und im Gegenstrom Zi, einem Anzapfstrom aus angereichertem Ammoniak hindurchführt, wiedergibt.

In der Zeichnung geben die nicht-unterbrochenen Strömungslinien den Wasserstoffgasfluß an, die gegliederten Strömungslinien den Fluß des flüssigen Ammoniaks, und in den Figuren 2 und 3 die Doppelkettenlinien das gekrackte Ammoniak.

■Gemäß Figur 1 besteht die Vorrichtung aus einem Kalt-Abstreiferturm 1, einem Heißturm 2, einem Kalt-Speiseturm 3, einem Berieselungsverflüssiger 4-, einer Prοduktabnahmevorrichtung 5 und zwei Wärmeaustauschern 6 und 7. Die Kalttürme 1 und 3 werden auf einer Temperatur von -7G C gehalten, und der Heißturm 2 und der Berieselungsverflüssiger 4 auf einer Temperatur von 20 C. Der Druck innerhalb des Systems beträgt 240 Atmosphären. . .

■ Ein Strom flüssiger Ammoniaklösung, der Kaliumamid-Katalysator in einer Konzentration von etwa 35g je Liter Lösung enthält uad außerdem Pyrrolidin in einer Menge von etwa 16 Gewichtsprozent, bezogen auf die Lösung, wird von dem Beriese-· !..ngsverflüssiger 4 durch die Leitung b zu dem Wärmeaustauscher

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und durch eine weitere Leitung 9 zu dem Kalt-Speiseturm 3 im Kreislauf geführt. Eine Leitung 10 bringt den Ar.moniakstrom aus dem Turm 3 zu dem Turm 1, und von dem Kalt-Abstreiferturm läuft das Ammoniak durch weitere Leitungen 11,'12, 13 und 14» die es nacheinander durch die Produkt-Abnahmeverrichtung 5, den Wärmeaustauscher 6, den Heißturm 2 und den Eerieselungsverflässiger 4 führen.

Bin Strom gasförmigen Wasserstoffs wird durch die Vorrichtung in entgegengesetzter Richtung zu der flüssigen •«-i'moniaklösung geschickt. Der Wasserstoff läuft s^mit von dem ^erieselungsverflüssiger 4 zu dem Heißturm 2 durch eine Leitung 15 und von dort durch eine Reihe von Leitungen 16, 17, 1&, 19 und 20, die ihn nacheinander zu der·; Wärmeaustauscher 7, den ICaIt-Abstreif erturm 1, den Kalt-Speiseturm 3, den V/ärme aus tauscher 7 und zurück zu dem Yerflüssiger 4 führen. Eine v/eitere Leitung 21 geht von dem Y/ärmeaustauscher'7 aus, um diesen mit der Leitung 12, die die Produktabiöimevor richtung 5 verlaßt, zu verbinden.

Me Produkt-Abnahmevorrichtung ist mit einer Produkt-Entnahme leitung 22 und einer Auffüll-Leitung 23 versehen. Eine Einspeiijeleitung 24 ist mit der Leitung 18 verbunden, und eine Abgasleitung 25 führt weg von der Leitung 19. Die Leitungen und 25 können y;weckml^:fc)igerweise so .ingeorrinet sein, daJ3 nie im gegenseitigen Wärmeaustausch verlaufen.

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Im Betrieb wird verarmter Wasserstoff aus der Leitung 20 durch, die erachqfte Ammoniaklösung in den Verflüssiger 4 geblasen mit dein Ergebnis, daß der Wasserstoff mit Ammoniakdampf bei 20⁰C gesättigt v/ird. Der gesättigte Wasserstoff wird sodann in den Heißturm 2 geschickt, in den Deuterium atis dem Ammonia!, in den Wasserstoff übergeht, wodurch ein angereicherter Wasserstoff strom durch die Leitung 16 zu den "Wanne aus- - tauscher 7 gelangt, in dem der Gasstrom auf die Temperatur des Kalt-Abstreiferturmes 1 heruntergekühlt wird. Diese Abkühlung bewirkt die Kondensation der Hauptmenge des Ammoniakdampfes in clera WasserstofXstroR,. und das Anmoniakkondensat wird durch die Leitung 21 geleitet und nit der Apraoniaklösung, die die Produktabnahmevorrichtung 5 durch die Leitung 12 verläßt, "gemi seht. Die Entfernung des Armoniakdampfes aus dem Wasserstoffgasstrom bev/irkt eine partielle Deuterium-Yerarmung des Gasstromes, weil c3ie Deuterium-Konzentration des Ar<:monialrkonciensates größer ist als die des Wasserstoffs. Trotz dieser teilweise^ Verarxii-.-ng ist j'edoch die Deuteriiim-Konzentration in dem Wasserstoffstrom noch verschiedene Male höher als die natürliche .Konzentration. .

Der gekühlte Wasserstoff strom auf.·· den Wärmeaustauscher 7 wird durch die Leitung 17 dein Kalt-Abstreif turm 1 zugeführt, in dem das Deuterium aus dem Wasserstoff in die Ammoniaklösung übergeht. Die Anzahl der theoretischen Böden in dem Turm 1 ist so,' daß die I

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•Deuterium-Konzentration in dem den Turm 1 durch die Leitung-" 18 verlassenden Wasserstoffstrom die natürliche Konzentration ist. Zusätzlicher Wasserstoff von natürlicher Konzentration aus der Speiseleitung 24 wird in den Wasserstoff in der Leitung 1b eingeführt, und die beiden Wasserstoffströme werden in den kalten Speiseturm 3 geleitet, in dem der Wasserstoff weiter verarmt wird.

Der verarmte Wasserstoff wird sodann durcri die Leitung 19 zu dem Wärmeaustauscher 7 geleitet, in dem der Wasserstoff auf die Temperatur des Verflüssigers 4 aufgewärmt wirα, zu dem er durch die Leitung 20 fließt, wobei eine Menge Abfall-Wasserstoff (verarmt) durch die Abgasleitung 25 abgelassen wird, die derjenigen gleich ist, die durch die äpeiseleitun- 24 zugegeben wira.

Die verarmte Ammoniaklösung wird, nachdem sie in dem Verflüssiger 4 mit Wasserstoff in Berühruni, gebracht worden war, durcn die.Leitung 3 nacu dem wärmeaustauscher 6-geleitet, in welcnem nie auf die temperatur aes kalten bpeif;eturms "j, dem sie durcn die Leitung 9 zufließt, herunter^ei-cählt wira« Der Ammoniakstrom wird partiell in dem Turm 3 angereichert und sodann durch die Leitung 10 nach dem Turm 1 geleitet, in dem vie noch weiter angereichert wird.

Die angereicherte Ammoniaklösun.: wird durch die leitung 11 zu der Pr oduktabnaunie vor richtung 5 geschickt, aus der ©in Teil

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der AirimoniaklDsung entnommen Lind weiterbehandelt wird, um eine weitere Anreicherung und ein Endprodukt an Deuteriumoxid zu ergeben, das durch nie i&rtnanmeleitung 22 abgenommen wird. &e- nü'^ena Äiiinoniaü: wird in die Vorrichtung 5 durc-i die Auffüll-. Leitung 23 eingespeist, um die für die ,ieiterbehandlung entnommene A^moniakinen-e .zu ersetzen, wobei diese. Maiiinaftme in eir-er Ie i ent en Veranaun.-. in de^ Ammoniak?» tr om sich auswirkt, die den unterschiedliche:-:!. Eeuteriumgenalten der entnommener. Lind 3u_o9geDensi: li-r-zonisicstrcirie iiuzuscnreiben ist»

!»as Ami.anisic au._ der Vor. icnüimg b wird in die Leitung ge...chlckt, in die das Arrimoniakkonaensat aus dem Wärmetauscher mittels-dar 'Leitung 21 eingefüiirt vära, -ßine leicnte-weitere Verarmung, tritt ein,.'aber o:ie .Deuterium-Konzentration der _e-■■ mischten- otrome 'lie..t imraer noch beträchtlich über dem natürlicher Gehalt. Ide ;-.siaiseilten ströme flieijen in aen wärmetauscher 6, in dem sie auf die i'emcexY-.-tur, des Heiöturiiiea 2 erwärmt werden, οam äXe durch die Leitung X5 zugeführt werden. Deuterium tritt aus dem Ammonia:: in den Wasserstoff in den heißen Turm über,- und der de:: Verflüssiger 4 durch die Leitung -14-zu^- fließende Am;roniakBtrom./int einen jjeuteriumgehalt unter dem des natürlichen. In dem Verflüssiger 4 wird die Ai;imoniakmen;-;e infolge des Verdampfern eines Amriioniakstromteiles für die Bildung de;, in aeL W-asse.-'atoff strom enthaltenen AmmoniaKdainpfes vermindert. Ein gerin er lRotoOen-Austa.usch tritt in dem Verflüssiger ein, aber eixie v/irksame Erhöhung im Jjeuteriumgehalt de.3 Gfasst-romb.I;^: f inaet erat als Ji¹Ol^e der Elnfüniiin^, von Ammoniak--

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dampf in den v/asserötoif statt, wobei dieser Ajnuoniaicdampf wer.iger verarmt ist als das Wasserstofigas.

Obgleich die wärmetauscher 6 und 7 den größeren Teil des Erhitzens oder Kühlens der durch sie fließenden ütröme produzieren, so muli aocn, bemerkt werde:;, dais aiese wärmet aus cner durcn geeignete Erhitzer oder Kühler,wie gefordert, ergänzt werden mtiseen.

Bei Verwendung deo unter Lezu_c_;n./hme a.ui' die 5'igur 1 als 'feil einor Anlage, die für die Herstellung; von 24 J anr es torn; en schweren V/assers ausgelebt war, beschriebenen Apparat.^t: war die Durchflußgeacnwindi^iceit in den wichtig, st an Leitungen v;ie hierunter in l'abelle I anr.ezei_Lt_o

Tabelle I'

Leitung Strom jjurchflußgescnwindie- i)euteriuni_£,en:.lt

lceit in Ib. iyiolen/utde 0,454 M mol/h

8 und 9	riH	594	0,4 b&
10	Il ■?	594	b,b^U .
11	It	594	25,000
12	Il	594	22,404
13	M	ö47
14	Il	ö47	0,4ot..
15	H9	3543	υ, 1 6ü
16		3543. .	7, IvV
17	ti	3543	5,öOb
1ö	Il	3543	I1UUU
19 und 20	Il	3543	U,10Ü
21	NH,	253	22,0dö
24	Ho3	25b6	0, 10O
25	II1-	2566	υ, i CO

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Die lurchflußgesciiwindigkeiten für Wasserstoff sind ang-egeben unter Nichtberücks iciitigung der· Ammoniakdampf mengen, die die btröme-sättigten, aber der Deuteriumgehalt ist angegeben für den gesamten Gasstrom und schließt daher die Wirksamkeit des Aimuoniaiidariipfes ein. Im allgemeinen ist die Konzentration des AmraoniεJidampfes in dem Gasstrom unbedeutend, init Ausnahme in de„a Gasstrom, der von dem Verflüssiger 4 durch die Leitung 15, den He iß turm 2 und die Leitung 16 zu dem Wäi-me tauscher 7 fließt, in den ein Amcioniakdainpfgehalt von 253 Ib Moles/btunde (114,6 kg Mol/li) vorhanden ist, der für die Sättigung des Wasserstoffgases ausreicht und dessen Entfernung aus dem Gasstrom zu einer effektiven Verminderung im .Deuteriumgehalt des Gasstromes von 7,1966 auf 5,bO6O führt*.

i "3 Al

Die l/euteriumgehalte werden ausgedrückt als r'· Tj~i /fe—;—ση ~ IJJ + Il I / jJJ +- χι ι

nat, worin £ D J der Deuteriui-uehalt der Substanz ist, d + H J der Gesamtgehalt an V/asserstoff plus Deuterium,

nat ist der natürliche Deuteriumgehalt und + HJ nat der'Gesamt-natürliche-Gehalt an Wasserstoff plus Deuterium. Somit wird der Deuteriums ehalt wirksam ausgedrückt als ein Vielfs.cnes des natürlichen Deuteriumgehaltes des Materials ο Jenn der Deuteriumgei.alt in dieser weise ausgedrückt wird, würde eine dubstanz mit einem lOO^oigen Deuteriumgehalt einen Deuteriumgehalt von 6898 haben_o

Es ist zu beachten, daß der Deuteriumgehalt des Ammoniak , 'deivrJurch die Produktabiianmevorrichtung 5 fließt, 25

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ein .vert, e'er beträchtlich klein gegenüber dem gewünscnten Deuterrumgehalt ist. Dieser dtrom kann einem weiteren Zwei-Teruperaturen-Austauschprozeß unterworfen werden und ergibt einen Anmoniakprodukt-dtroiii mit einem Deuteriumgehalt von etwa 10C0, der bei der destillation eine weitere Aufkonzentration an Deuterium-Isotop ergibt, worauf das angereicnerte Aiümoniakprodukt aus der .Destillation gekrackt und verbrannt wird und schweres wasser, das .Endprodukt der Anlage ergibt. '

Die ii^ur 2 zeigt ein .!fließschema für ein Zwei-'iemperatuim-Ammoniak-Wasserstoif-Austausch-Verfahren, das erfindungsgemäß modifiziert wurde. Die entsprechenden Teile sind wie in Figur 1 aufgewiesen.

Der Heißturm 2 ist in zwei Seile 2A und 2B unterteilt. In der Abteilung 2A wird der Amaioniakstrom auf den natürlicnen DeuteriuKii'ehalt verarmt und tritt durch die Leitung 14A in die Abteilung 2B ein. £in Ampioniakstrom, der in seiner Menge demjenigen gleich ist, der aus dem w'asserstoffgasstrom in dem

HA Wärmetauscher 7 kondensiert wird, wix'd in die leitung/durch die ^peiseieitun_s; 26 eingeführt. In der Abteilung 2B wird das Ammoniak weiter verarmt und dann durch die Leitung HB zu dem Verflüssiger 4 geschickt. Das übrige des AmmoniakJcreialaufes ist Aleich de.:: unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrl&fcene, mit der Ausnahme, ά-·- keine Verbindung zwischen der Leitung 12 und

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dem Wärmetauscher 7 be steint, wo durch das Ammoniakkondensat längs der Leitung 21 von dem Wärme taug eher 7 zu der Leitung fließt. . ■. ' .

L^:ie größte Anwandlung in Bezug auf das Fließschema und die Yorricntung ist in dem Wasserstoff .kreislauf zu finden, besonders in aera !Teil des Kreislaufes, durch den das Ammoniakkondensat von dem Wärmetauscher 7 laufte Die Leitung 21 führt in'eine Ausdehnungskammer 27, von der aus eine Leitung 28 au einem.Wärmetauscher 29 ^ent, von dem aus eine weitere Leitung ■3,0. zu einem Ammoniak-" Kracker" 31 führt, jime Leitung 32 geht .von aera Ammoniak-^frKracker¹¹ 31 zu einer -Druckkammer 33_s mit der auch eine Leitung 34 verbunden ist, die zu dem Wärmetauscner 29 verläuft, von de.n aus sie als weitere -i^eitung 3i> weitergeht. i)ie Leitung 35 i-^s"t mit der Leitung 17 verbunden unter Bildung der Leitung 36, die. in den Kalt-Atistreiferturm 1 einmündet, .

Die Ausdehnungskammer 2/ und die Druckkammer 33 können mechanisc-'i verbunden sein, um ü/nergieverluste in dem Ausdehnun.-o- und Verdichtun/sprozeß auf ein Minimum zu beschränken«, .' -

Im Betrieb wird das Aminoniakkondensat durch die Leitung zu der Sxpansionskammer 27 geleitet _} in der der Druck von 240 Atmosphären auf etwa 2 Atmosphären reduziert wira, l/^a entspannte, flüssige Ammoniak wird- dann über die Leitung 28 s»

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zu dem 'Wärmetauscher 29 ^esciiicKt. In dem v/ärmete.uscner 29 wird ds.s Ammoniak auf eine Temperatur im Bereich von 600 - 1000⁰C gebracht, die sich in einer Verdampfung des AmmoniaKia in aem wärmetauscher auswirkte Las gasförmige Ammoniak wird dann aurch die Leitung 30 in den Ammoniak-''ICracKer¹' 31 übergeführt „ Der A.:i "oniai:-'^!iCr8.cker" 31 wird auf einer Temperatur zwischen bOO 100O⁰C gehalten und enthält einen Katalysator wie bei.-pielöweise einen AmmoniaiCsynthese-Katalysator oder einen jicicel Träger-Katalysator. Diese ^enandlnnu läuft in eine "oraictiscL vollständige Zersetzung aes Ammoniaics in gekracktes AnmonicUi _f-,smäß der folgenden GKLe i alaun.·;· aus:

2 Nh₃ > N₂ + 3H₂

Das geicracicte Ammoniak plus den itest aes uu. eicracivtei. Ammoniaks wir α durch die Leitung 32 in die Kompres..ionsiva,;uiier :,j geschickt, in der die Gase auf 240 Atmos-nären kompriiüiert werden. Die komprimierten Gase werden d:-;nn zu aem .vnrmetaLisci.er ^y geleitet, in dem sie auf ciie Temperatur aes Kaltturmes gekühlt w-erden. Jitwa im Überschuß über die für den Gasstrom; erforderliche Öättigungsmeii^e an AiiLaoniak wird konaenc;iert bei dieser niedrigen Temperatur und kauii als Abfall verworfen werden, aber es wird vorzugsweise durch öin'e (nicht ,,oaei^te) Leicung, die zu der Leitung 21 führt, in den kreislauf zurückgeheoen. min kalte, gekrackte Ammonia«: wird dann durcn aie Loitun,., 25 geschickt, um es mit dem kalten 'Wasserstoff in der Jjei cung IY zn

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, - 25 -

rii^cnen, v/orauf die Gase äurcn die leitung 36 in den Kalt-Abstrei-

■ . ■ *

rerturm 1 gegeben werden.

AnOrdnung ergänzt somit das was^ersto xgas mil; ge- . . jmimoniak in seinem J)e uteriumgeha.lt, der aus dem ..asaer-■ ■ stoff als üJ'mBomi'altkonaensat in dem wärmet aus euer 7 heraufgezogen war. Bas unmittelbare Ergebnis hieraus lie„t darin, daß in dem ojzteia, d^-0 in iabelle I aufgeführt wurde, der J'Jeuteriumgeiialt des G-ass crones, aer in. α en Kalt turm 1 eintritt, 7,1966 anstatt 5»60dö wird. Bit.se Terruenriing im Deuterium*:ehalt des ö-asstroaes beVZirkt wehere Änderungen in den ueuteriuiiL-ehalten VLixü ae::i x'^llie.ia-e.·. chviindiglceiteri aer ütröi.ie, die in dem -K-reislauf austreten» j.ndessen v/ird "bei iuiKendung der Auiiioniakkrackung-aufaas in ia-t-elie. !erläuterte ays t ein, sobald Cileichgev/icnt inner-, halb das ,J st.eriis eingetreten i.rt, die Hauptverbesserunl· darin Ii:; en, αε.ίί der jjeuteri^migehalt des in den Kaittura eintretenden Sa.,vstromes ^röBer ist al>~5 der des wasserstoff stromes, eier in den Kaltturn in de:.i oystem der iabelle 1 eintritt, und der den i'urii 1 virlac'ende Ammoniaks tr om v;ird entspreoxiena luenr angersichert-sein auf eii^eii Ueuterium^·ehalt von etwa 30.

inaestsen icerm ü er Ef f ekt der A..:nioniaiikracüimg in einer anderen .veisa nutz Dar remecixt werden, o.er' in einer Te-cruind des Auüiaaßerö entv/eder des kalten oder des neigen x'urmea besteht.'

' ■ :jLs Lint-r χ:eau. nähme auf die ii'i;.. L· beacnrieDsiio' Vorjicntung -Π α3ίΐ i-JJ. einer i4nltt:..e bildeji, die für eine froauktion von

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24 Janr es tonnen ausgelebt ist, und in :;.er die jfli keiten in den wichtigsten leitungen wie in Tabelle 11 a führt sind:

	it rom	Tabelle II	jjeuterium- gehe.lt
	■ · »-j		0,477
Leitung	II	lurchflußgeschvinaigkeit in Ib iiolen/citao (entspr. 0,454 i-e Kolen/btd.)	6,650
6 und 9	t!	598	25,000
10	It	598	22,422
11	Il	598	1,000
12 und 13	If	59b	0,477
14A	£.__	59c·	0,138
UB	Il	864	0,310
152	Il	3543	5,170
15A	ti	3543	3,393
16	Il	3543	1,000
17	!!	3543	0,1CO
18		3942	20,974
19 und 20	H	3543	1,000
21	Il	266	0,100
2 A		2167	1 ,OuO
25	:;2 + H2	2566	22,974
26		2b6	5,170
35	399
36	3942

Vergleicht man die i^:abellenl und II, so ist zu beobachten, daß die grüiite Änderung darin liegt, daß, obgleich die Amiuoniakstrcffie in der Leitung 11 den gleichen Ueuteriumgehalt Jkiatoen, der

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Deuteriumgehalt des ^aaserstoffstromes in Leitung 17 (Tabelle I) größer ist als der des wasserstoffstromes in Leitung 36 (Tabelle II), wobei beide Leitungen direkt mit dem Kalt-Abstreiferturm verbunden sind. Indes, en ica::.n auch beobachtet werden, daß die Menge des v/asserstoffs im letzteren Falle größer Ist, dank der Zugace des geicrackten Ammoniaics, Auen ist zu ersehnen, daß der effektive Deuteriumgehalt des V/asserstoffs in Leitung 16 (Tabelle II) sehr viel geringer ist als der des Wasserstoffs in derselben Leitung in αem system der Tabelle I, und es muß darauf hingewiesen werden, daß dieser niedrige Deut er iuuigenalt.. die Yerwendung kleinerer neißtürme erlauot, die in aem öystem der Tabelle II verv/en et >/erden.

Lie Tabelle.Ill führt die Ausmaße der verschiedenen Türme inden beiden Systemen auf*

	Anzahl	Tabelle III	cnen Böden
	Kreislauf		Kracken
Turm	7,6 3,4 54,1	der tneoretis	7,6 3,6 10,3 6,4
3 1 2A) O Ej ι (C Jj J

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"kreislauf" "bezieht sich auf die Vorrichtung nacn ü'i_r.ur 1 und "-^racken" auf die Vorrichtung nach.JJ¹I₀. 2. Ls ist zu beobachten, daß die kalten Türme in beiden.Vojrichtungstyuen im wesnetlichen die gleichen Größen haben, dais aber die Größe der heißtürme sehr viel geringer ist in uer Vorrichtung der j?"'igur II, wobei die Verringerung im Ausmais etwa 70^ beträgt, Diese Verrin_oerung im Ausmaß des heißen Turmes mag teilweise aufgehoben werden durch die. Kosten des Amnoniak-itracK-Kreislauf es. Jedocn beträgt die Menge des in dem Ammoniak-Krackxreislauf zu verarbeitenden Am. onir-ics nur 266 Ib Hole je otunde (12C kg LoI) in dein vorliegenden Ji¹CiIIe, Lind daher öind die Kosten i'ür den iüumoiiiok-Kracjr:- kreislauf verhältnismäßig klein. Das Metto-.tesultat wird daher sein, daß das gleich-angeraicherte Aiaiaoniakproaiuct eiuit.ltei. wird bei Verwendung einer weniger kostspieligen Anlage im Vergleich mit der Vorrichtung der jVigur 1.

In Tabelle II wie in Tabelle 1 scnli-aßt die ,vat;. eratoffdurohflußg eschv/indigJceit nicht aie Amiuoniakmeng.o ein, aie α en Gacstrom sättirt, aber.die Wiricun;, aes Ammoniaks aui den effektiven Deuteriumgehalt des Wasserstoffs ist eingeschlossen.

Das gekrackte Ammoniak in der Leitung 5b ist als Ge^iecr. aus otickstoff und Wasserstoff angegeben, aber es muß bemerkt werden, dai· alle umlaufenden vv'asserstoffgasstrüme ein _; eringes Gleichgewiehtnverhällmis an ütickstoi'f von etwa ^ lVol·.· einschließen.

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In 2?i£.ur III sind die entsprechenden '!eile mit denselbenliezugsnunmiern aufgeführt, wie diese in den Eiguren Ί und 2 verwendet wurden.

-Leitung 21 geht von dem Wärmetauscher 7 zu dem Ammoniak-Krackkreis 37. Der Ammoniak—Krackkreis 37 ist gleich dem, wie er im einzelnen in i'igur 2 gezeigt wird und schließt eine Ausdehnungs> kammer 27, einen Wärmetauscher 2:9, einen Ämmoniak-Kracker 31 .· und eine Kompressionskammer 33 ein. Zusätzlich zu dem Krackkreis 37 sehließt die Tor richtung weiter einen zweiten Krackkreis 38, einen zweiten und dritten Kalt-Abstreiferturm 39 und 40 sowie einen Ammoniakverdampfer 41 ein.

Eine Anzapfleitung 42 führt von der Verbindungsstelle der Leitungen"11 und 12 zu dem Kaltturm 39, und eine weitere Leitung geht von dem Turm 39 zu dem "Verdampfer 41 ° Ton dem "Verdampfer 41 fuhrt eine Leitung 44 zu dem Kracker 38, von wo eine Leitung 45-zu dem Kaltturm 40 lauft, während eine von dem.Turm 40 zu der Verbindungsleitung. 35 verlaufende Rücklaufleitung 46 die Leitung 47 bildet, aie in den Turm 39 einmündete Exiie Leitung 4b geht von dem Turm 39 aus und verbindet sich mit der Leitung 17* um die Leitung 36 zu ergeben. Von dem Verdampfer 4I führt eine zweite Leitung 49 direkt zu dem Turm 40, und eine Ammohiak-Produktabnahmeleitung 50 führt aus dem Turm 40 heraus■„ Pie Türme 39 und sind mit geeigneten Einrichtungen versehen,. um deren Temperatur auf -7O⁰G zu halten. ^

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Der Kauptteil dieser Verrichtung wird in der Weise betrieben, wie diese unter Bezugnahme auf ü^lig. 1 beschrieben -wurde. Lie Vorrichtung unterscheidet sicü von der in Bezug auf i^:ig, bescnriebenen in aer Abteilung für die -Behandlung des kondensierten, katalysatorfreien Ammoniaks-, das von dem Wärmetauscher 7 kommt.

Im G-ebrauch wird das Ammoniak durch die leitung 21 zu dem Krackkreis 37 geleitet, in dem es in der vorbeschriebenen weise behandelt v/irä, um seitracktes Amuoniaic zu ergeben.

Ein Kleiner i'eil aer kalten, anx.ereicnerten Animoniaklösun_:r in der Leitung 11 v/ird durch die Anzapfleitung 42 abgezogen und ns.cn de;u Kaltturm 39 ^escnickt, in dem es weiter durch Isotopenauots.usch ..:it de;;: gekracK;-en Ammoniak, das in den Turm j>y -:aic -ier Leitung 47 eintritt, angereichert wird. Das gekrackte A—noniak verläßt den iurm 39 durch die Leitung 48 mi.:, v/ird üul. Iiischer, nit dem ',.'as.: £rstoff strom in die Leitung 36 üt er geführt, iiis ist su bemerken, aaß, obgleich der Deuteriumgehait des gekrackten /unmoniaks bei desaen Durcngang durch den. Tun;; 39 vermindert wird, die relativen Durchflußmengen an A..mcixiaic und gekracktem Ammoniak, die duroli den Turm 39 gehen, derartig sind, daß das gekrackte Ammoniak in der Leitung 48 noca einen Deuteriumgenalt besitzt, der über dem naturlicnen liegt,

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Bas Ammoniak aus dem Turm 39 läuft durci- die Leitung 43 zu. dem Verdampfer 4-1« In dem Verdampf er 4-1 wird der Ammoniakstrom in zwei ungleiche 'feile gespalten, und der größere Teil wird verdampft und ergibt einen angereicherten jUimoniaicdampf, ■■■wobei" er einen mit iJeuterium angereicherten Katalysator zurückläßt, .von dem ein 'Teil entfernt und in das Hauptsystem wiedereingesetzt werden kann an einem geeigneten P-unict, Deispielsweise in Leitung 11. .Der Ammoniakdampf wira awcJi aia Leitung 44 zu dein Kraemer 3δ gescMcict, der in ännlicher ,,-eise arbeitet wie α er ^racicer ~5J, oogleieh aarauf iiin_öev/iesen werden muß, daß ai3 anfäiiilicrie Jin'tSpannung und ürliitzun^. des Aiai'üoniaicstroiiies in diesem jj-alle v/eni^stens zum Teil in dem Verdampfer 4-1 dur-cn^eführt wird.

iiln lclüiner i'eil aer AmmoniaiclöBun,. läuft von α em. Verdampf er .41 durc-'i. die Leitung 4'.' zu deiri Kraltturm 4t, in dem sie im isotopenaustauscn mit dem gekrackten Ammoniaic, das von dem Kracker 38 durcn die Leitung 45 eingeführt wira, fließt. Eine, hoch-angereicnerte Ammoniaklöijung- wird ale ProcRUct durch die Leitung SG angezogen, v/ährend das gekrackte Ammoniak, das immer no cn noch-angereicnert ist, durcri die Leitung 4b. fließt, mit de;;i gekrackten .Ammoniaic aus aen. Krackkreis 37 in der Leitung 35 gemiscnt und durch die Leitung 47 in den Turm 3y wird.

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jus wird darauf nine, e v/i es en, aa,i die Anreicherung aes Produktes durch Änderung der i'lielsgesciiwinai^keiten i - den Leitungen una den aJetrieftstemperaturen des neigen uiic ces malten Turmes variiert werden ±cann„ Der angereicherte Wasüeritoii^-sstrom in der leiten-, 16 ist r.;it --.-..:iüonia±cdanio£ gesättigt, una die Herausnahme dieses Anffiior.iakdiUuOfes aus cea '..atserstcfi' Dewirkt eine effektive Verminjorun^: in äer Anr^io^erun^ ues was. orstofi's, die zum Teil icor-ipensiert wird curca αε_ i„ ^ie Lei tun.. 56 durcn aie Leitung 40 en^ei.^rte , vii:r:.c.ite i.uoi.idi.

. on... dio Daiscnriebena Appar:'tur als ταίΐ ο ;:er .:■...ir._::s fü.;.' die iieretellun^; von 2Λ J^hreötonr-a:_A jcn'./cren ».^csero verwendet vi.-α, Bi:ia'ai-.i .j'iieli^eüCxiwi-iai-reiten in aen -verteil / aenen Leitungen . ie äie in der i'abelle IV angezeigten.

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Tabelle IV

	ä tr om	■'- ■ -	•	Deuterium- Xonzentration	G-esamt- jjeuterium
Leitung		!••asserstoff- .3rquivalent- ίΐ i e Ü g e:-. c Irwln- digkeit In Ib Loien/dtunde (0,454.kg kol/n)	0,477	428 ,
8 Vina 9	π	; 897	6,650	5948
10	U	897	22,796	20450- ·
	H	897.	22,798 ■	20062
12 und 13	1!	880	1,000	880
1.4A .. . ■	Il	860	0,477	61b
14B	H2	1296	0,136	545
15B	π	3947	0,310	1224
15.A	it	3947	5,170	20406
16	f!	3947 -	. 3,359	11918
17	Il	3548	1,000	3962
18 .	It	3962	0,100	355
19 und 20*	ilii7	3548 ■ .	.21/272.	* 8488
21 ;	H2"	399 " ■. ■.	1,000	2172
24	H	2172	C5IOO	258 ■."■..'
25	IiH3	■ 2585	1 , OCO	416
26	H2+ H2	416	21,272	6488
35 -	H2	399	4,660	18464
36		3962	22,79ö	368
42	Il	17	156,058	2653
43	Il	17	156,058	2289
44	H2+H2	-: 14,670	156,056	2289
45	Η2+χΐ2 ..	14,670	22,018	323
46	E2+H2	: 14,670	21,272	8811 ■
47	H2+H2	414	15,812	6546
46 ·	JH3	414 -.. ;.	156,058	364
49		2,330	1000	2330
50	■2,530

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In der Tabelle IY sind aie Ammoniakfließgescnv/indigkeiten in äquivalenten wasserstofffließgeschwindigkeiten angegeben worden, die o/Z mal den wirklichen Am^oniaicfließgeschwindigkeiten in Ib Molen/ötunde entspricht. Der ü-esamt-Deuteriuminhalt ist das Produkt aus der äquivalenten Wasserstoffließgeschwindigkeit und der Deuteriumkonzentration. Lie für die Wasserstoff oder Stickstoff/Wasserstoff enthaltenden Leitungen angegebenen Werte schließen den Effekt des Ammoniabdampfes sowohl in isezug auf die irließ^eschwindigkeit als auch auf den Deuteriumgehalt ein. v/ie in Tabelle II ist der gekrackte Ammoniakstrom als Gemisch aus .stickstoff una wasserst off angegeben worden.

Die toirkun: der Zugabe des gekrackten Ammoniaks zu dem 'wasserstoffstrom in der Leitung. 17 lie_et in der Vermehrung des Deuteriumgeüs-.lte.-- des in den Kaltturm 1 eintretenden Wassersto_j.s im Verhältnis zu dem Wasserstoff, der den Heißauetauscher 7 verläßt (vert-l. 17 und J56). Wie in eier Anordnung unter Bezugnahme e.uf die j'iiur 2 beschrieben, ica;m dieser vermehrte Deuteriumgehalt auf einigen ;::öglicnen We^en eingesetzt werden, und im vorliegenden iai.Ie ist das Ausmaß der kalten i'ürme beibehalten worden, v/ihrend' die Heißtürme in ihren Maßen beträchtlieh v-..rminüert wuraen, v/eil der Wasserstoff/nicht in dem gleichen Grade' an_t; ^reicnert wird«^.n den heißen Türmest

Die veri;iiiK-.oi'un.., der-Maße der Heißtürme wie in den in den i¹; .,iu.in 11 uiii IY aufgezeigten Systemen wirkt sich in einer Ver-

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!Hinderung der Kapitalkosten der Zwei-'l'emperaturen-Austausch-Abteilung der Anlage aus, und die Kosteneinsparung liegt in ; der Größenordnung von 2070. Die Kosten für die Einrichtung einer weiteren Anreicherung bei- Verwendung des dystems na,eh Tafel IV sind eoenfs-lls beträchtlicn vermindert, verglichen mit der Verwendung eines weiteren Zvei-iemperaturen-Öystems für die weitere Anreicherung. Der Vorbehalt in diesem Falle ist jedoch die teilweise Kompensation durch die Kosten für die Ammoniak-Kracker. ■".'.■■-■

Die la den Tatellen II und IV aufgeführten FlieÖgeschwindigkeiten für die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Systeme sind nicht geschont, sondern sind tatsäcialich aus den optimal angegebenen iriießgeGchwindigkeiten für den hericömmlichen Zwei-Tempera.turen-Prozeß, wie er in Figur 1 „eaeijt wurde, erhalten ; v/orden unter Verwendung eine;.· zweiten Zwei-i'eraperaturen-öystems für eine weitere Anreichervingsstufe durcn Einstellung dieser Fließgeschv/indigkeiten, um ciie Wirkung der AmiuoniaickracKung und den Umlauf aes gekrackten Ammoniaks zu gestatten« iüs ist ■zu bemerken, daß mit den bestmöglichen Fließ Geschwindigkeiten für die offenbarten Systeme, die .iinlagekosten in größerem Auemaß reduziert werden können, als dies bei Anwendung der hierin angegebenen rließgeuehwindigkeiten möglich ist, und daher bietet die vorliegende ßrfindung beträchtliche Vorteile verglichen mit dem Zwei-Temperaturen-Austausch-Apparat und die hier-

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für gebräuchlichen i'echniken.

Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausfünrun^sform und bezieht sich vor allem aucn auf sämtliche iörf inaunasmerk— male, die im einzelnen — oder in Kombination — in' der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart siiia.

Patentansprüche

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Claims (1)

1. "Ί 5 67

   PATENTANWALT

   DIPL-ING. ERICH SCHUBERT ^TeIefon!

   • Λ g^ . Telegramm-Adr.: Patschub, Siegen

   Postscheckkonten:' Köln 106931, Essen 20362

   Bankkonten: Deutsche Bank AG.,

   Abs.: Patentanwalt Dipl.-Ing. SCHUBERT, 59 Siegen, Eiserner Straße 227 Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)-

   Postfach 325

   66 050 Br.Bü/da

   B. März 1966

   Patentansprüch-e . ■

   1. Verfahren zur Herstellung von mit Deuterium angereicherten Stoffen, "bestehend aus einem Zwei-Temperaturen-Ammoniak-Wasserstoff-Austauschprozess, in welchem ein Strom von Wasserstoff aus einem heißen Turm auf .die Temperatur eines kalten Turms abgekühlt wird ^, bevor er durch den kalten Turm hindurchgeschickt wird, wodurch der in dem Wasserstoffstrom enthaltene Ammoniakdampf kondensiert wirdj dadurch gekennzeichnet j daß das kondensierte Ammoniak einem Kxaekprozess unterworfen wird, hierbei ein Semisch von Wasserstoff und Stickstoff ergibtj das Gemisch gekühlt und im Isdtopen-Äustauschverhältnis mit einem Strom von flüssigem Ammoniak in einen kalten Austauschturm geschickt wird₀

   2» Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet j daß ein kleiner Anzapfstrom aus dem angereicherten kalten Ammoniakstrom, der von dem kalten Turm des Zwei-Temperaturen-Systems kommt, entnommen wird₅ und dieser Ansapfstrom durch Hindurch-' schicken im Isotopen-Austauschverhältnis zu dem gekrackten Ammoniak in einem weiteren kalten Turm noch weiter angereichert - '- ¹J ^!·^; > '■' -■ ----- ^.--OD _BÄD ORIGINAL

   3ί

   3ο Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der von dem weiteren kalten Turm kommende gekrackte Ammoniakstrom mit dem kalten Wasserstoffstrom gemischt wird, bevor dieser Strom in den kalten Turm des Zwei-Temperaturen-Systems geschickt wird«,

   4ο ^erfahren nach den Ansprüchen 2 oder 3» dadurch gekennzeichnet, daß der größere Teil des weiter angereicherten Anzapfstromes abgetrennt und gekrackt wird, und der gekrackte größere Teil des Anzapfstromes im Isotopen-Austauuhverhältnis mit dem kleineren, nichtgekrackten Teil des Anzapfstromes in einen dritten KaIt-Turm geschickt wird.

   5ο Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Ammoniakstrom Kaliumamid enthält„

   6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ammoniak weiter ein primäres oder sekundäres Amin enthält·

   7« Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß dieses Amin Pyrrolidin ist.

   8· Verfahren nachjeinem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß ein. Teil Wasserstoff mit natür-

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   Iiehern Deuteriumgehalt dem Wasserstoffstrom zugesetzt und ein Teil des erschöpften Wasserstoffs aus desem Strom abgezogen wird.

   9o Xsotopen-Austauschvorrichtung, bestehend aus ersten und zweiten Isotopen-Austauschtürmen, die geeignet sind, bei unterschiedlichen Temperaturen zu arbeiten, einer ersten, mit Erhitzer ausgestatteten, von dem ersten Turm zu dem zweiten Turm verlaufenden Rohrleitung und einer zweiten, mit einem Kühler ausgestatteten, von dem zweiten Turm zu dem ersten Turm verlaufenden Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zusätzlich eine Ammoniak-Krackanlage einschließt, die mit den Kühlvorrichtungen verbunden is t, und diese Ammoniak-Krackanlage eine Auslassvorrichtung für das gekrackte Ammoniak besitzt, die mit der zweiten Rohrleitung an einer Stelle zwischen den Kühlvorrichtungen und dem ersten Turm verbunden ist.

   10.- Vorrichtung nach Anspruch 9_f dadurch gekennzeichnet, daß die Auslassvorrichtung für- das gekrackte Ammoniak mit der 'zweiten Rohrleitung durch einen dritten Isotopen-Austauschturm verbunden ist»

   1V Vorrichtung nach Anspruch 1O₉ dadurch gekennzeichnet_p teß eine Ansapfleitung- von der ersten Hoiirleitiang aaoii dem dÄtten imstauschturs führt* ^: -^:

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   -Jr-

   12o Vorrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Turm mit Mitteln versehen ist, um ihn bei der gleichen Temperatur wie den ersten Turm zu betreiben.

   13o Vorrichtung nachfeinem der Ansprüche 10 - 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Anzapfleitung von dem dritten Turm zu einer Weiterverarbeitungsanlage führt.

   14o Vorrichtung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß die Weiterverarb ei tungs anlage aus einem Anmoniakverdanipf er, weiteren Ammoniak-Krackvorrichtungen und einem vierten Isotopen-Austauschturm besteht, wobei dieser vierte Turm mit Mitteln versehen ist, um ihn bei der gleichen Temperatur wie den ersten Turm zu betreiben«

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