DE1719557C3

DE1719557C3 - Vorrichtung zum Abtrennen eines oder mehrerer Gase aus einem Gasgemisch

Info

Publication number: DE1719557C3
Application number: DE1719557A
Authority: DE
Inventors: Peter Kellogg Gantzel; Ulrich Solana Beach Merten
Original assignee: Gulf Oil Corp
Current assignee: Gulf Oil Corp
Priority date: 1968-01-30
Filing date: 1968-01-31
Publication date: 1974-08-15
Also published as: NL158087B; NL6801335A; DE1719557B2; DE1719557A1

Description

Weg zu zeigen, wie eine Vorrichtung der eingangs genannten Art auf besonders einfache Weise zur wirksamen Abtrennung eines oder mehrerer Gase aus einem Gasgemisch aufzubauen ist ohne daß es dabei zu einem allzu hohen Druckabfall der jeweils aus dem Gasgemisch abzutrennenden Gase kommt.

Gelöst wird die vorstehend aufgezeigte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungjgemäß dadurch, daß die nichtpcröse Mem-

Die Permeabilitätskonstante besitzt folgende Dimension:

cm³ · cm
see · cm* · cm

Die Permeabilitätskonstante eines speziellen Gases
wächst exponentiell mit der Temperatur. Der Betrag
der Permeabilitätskonstanten zweier Gase ist als

bran und die anschließende poröse Membran als 10 Trennungsfaktor bekannt. Doppelmembran aus Celluloseacetat aufgebaut sind. In Verbindung mit vorliegender Erfindung hat es

Die Erfindung bringt den Vorteil eines besonders sich herausgestellt, daß Membranen aus Cellulosegeringen konstruktiven Aufbaus und einer gleich- acetat zu nichtporösen Membranen mit einer sehr mäßigen Zusammensetzung der genannten Doppel- schmalen effektiven Dicke verarbeitet werden könmembran mit sich. Außerdem bringt die Erfindung 15 nen. Derartige Membranen besitzen für eine Reihe den Vorteil mit sich, Gase aus einem Gasgemisch zu von Gasen stark unterschiedliche Permeabilitätskonstanten. Gleichfalls erlauben sie äußerst hohe Durchdringungsraten, weshalb sie für viele kommerzielle Anwendungsgebiete in Frage kommen. 0 Bei Anwendung der Erfindung ergeben sich relativ hohe Trennungsraten bei der Abtrennung von Helium aus Erdgas. Bei einer Temperatur von etwa 24 C ergibt s'ch für Helium eine Permeabilitätskonstante von etwa 1,4 · IO-⁹. Die Permeabiiitätskonstante von 5 Methan (einem Hauptbestandteil von Erdgas) liegt bei 4,3 · 10-". Dies entspricht einem Trennungsfaktor von 33. Das bedeutet, daß Helium durch eine Membran aus Celluloseacetat etwa 33mal schneller

_rr , hindurchdringt als Methan. Die Permeabilitätskon-

durchdiffundieren des Gases vorgesehen. Die eine 30 stante von Stickstoff (einem anderen Hauptbestandteil Membran bzw. Schicht der Doppelniembran ist von Erdgas) liegt bei 3,5· 10-". Dies entspricht einem porös, und die andere Schicht bzw. Lage oder Mem- Trennungsfaktor von Helium zu Stickstoff von 40. bran der Doppelmembran ist nicht porös und vor- Die Trennungsfaktoren des Heliums in bezug auf zugsweise höchstens 1 μ dick. Das Gasgemisch wird andere Gase, welche normalerweise in Erdgas entan die eine Oberfläche der Doppelmembran mit 35 halten sind, sind ebenfalls entsprechend hoch, einem Gasdruck herangeführt, der ausreicht, um die Nachstehend wird die Erfindung an Hand von

Diffusion eines Gases durch die betreffende Doppel- Zeichnungen erläutert.

membran zu einem vorbestimmten Grade zu be- F i g. 1 zeigt schematisch in einer Teilschnittan-

wirken. Das gewünschte Endprodukt wird entweder sieht eine Membran, welche bei der Erfindung Verdurch Abziehen des einen Gases, welches durch die 40 Wendung findet;

Doppelmembran hindurchdiffundiert, oder durch F i g. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Vorrichtung

Abziehen des Gasgemischs, welches nach dem Ab- gemäß der Erfindung;

trennen des einen Gases übrigbleibt, erhalten. F i g. 3 zeigt in einer Perspektivansicht die Vor-

Die Diffusion durch nichtporöse Membranen um- richtung gemäß F i g. 2 im auseinandergenommenen faßt einen relativ komplizierten Durchdringungspro- 45 Zustand.

zeß im Vergleich zur Gasdiffusion durch poröse In F i g. 1 ist eine doppellagige Membran 10 im

Membranen. In nichtporösen Membranen wird das Querschnitt dargestellt. Die Membran besteht aus einer Gas zuerst an der einen Oberfläche der Membran ersten Schicht 11 mit einer Dicke I₁ und einer zweiten gelöst, dann diffundiert es durch die Membran und dünneren Schicht 12 mit der Dicke t₂. Die dicke tritt an der anderen Oberfläche der Membran aus. 50 Schicht 11 ist porös, und zwar bis zu einem solchen Der wesentlichste Schritt ist die Diffusion des Gases Grad, daß sie für den Gasfluß nur einen vernach-

einem relativ hohen Anteil abtrennen tu können.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Gemäß der Erfindung werden ein oder mehrere Gase aus einem Gasgemisch abgetrennt, welches wenigstens eine Gaskomponente enthält, die eine wesentlich höhere Permeabilität bzw. ein höheres Durchdringungsvermögen für Celluloseacetat besitzt als die übrigen Gaskomponenten. Eine in geeigneter Weise gefriergetrocknete oder durch Behandlung mit wechselnden Lösungsmitteln getrocknete, im folgenden auch als doppellagige Membran bezei£hnete Doppelmembran aus Celluloseacetat, ist für das Hin-

durch die Membran zwischen den beiden Oberflächen. Bei gleichbleibenden Zustandsbedingungen geschieht dieser Diffusionsschritt nach folgender Gleichung:

= PA

(Ph-Pl)

Es bedeuten dabei R die Gasmenge, welche durch die Membran in de Zeiteinheit hindurchgedrungen ist, A die effektive Fläche der Membran, P die Permeabilitätskonstante der Membran für ein spezi-

lässigbaren Widerstand besitzt. Die dicke Schicht 11 stellt das mechanische Gerüst für die dünnere Schicht 12 dar. Die dünne Schicht ist nicht porös und stellt

die einzige wirksame Ditiusionsbarriere im Gasfluß dar. Auf Grund der doppellagigea Membran kann die Schicht 12 bedeutend dünner gehalten werden als bei einer einlagigen Membran.

Eine ausreichende Dimensionierung für I₁ liegt

zwischen 10 und 100 μ. Dicken, die über 100 μ hinaus liegen, bringen keine weiteren Vorteile. Membranen, welche dicker als 1 mm sind, werden nicht benutzt.

Die Ausmaße für t₂ liegen etwa zwischen Vto μ

elles Gas, P_H den Partialdruck des Gases auf der 65 und 1 μ.

Hochdruckseite der Membran, P_L den Partialdruck Die doppellagige Membran der Erfindung wird in

des Gases auf der Niederdruckseite der Membran, äußerst trockenem Zustand verwendet. Die trockenen

und / ist die effektive Dicke der Membran. Membranen werden aus nassen Membranen herge-

stellt, welche zur Entsalzung von Salzwasser durch kann z. B. etwa 30 Minuten lang in einem Wasserbad

umgekehrte Osmose verwendet werden. Verfahren bei einer Temperatur von etwa 80° C durchgeführt

zur Herstellung derartiger Membranen sind in den werden.

Bulletins PB 166395 und PB 181571 des US-De- An Stelle der Gefriertrocknung kann ;auch eine partment des Interior Office of Saline Water hieschrie- 5 Trocknung durch Wechsel der Lösungsmittel, angeben. Danach wird filmbildendes Celluloseacetat zu- wendet werden. Das Charakteristische dieses Trocksammen mit einer wässerigen Salzlösung, z. B. aus nungsverfahrens besteht dartin, daß das V/asser in Natrium- oder Magnesiumperchlorat, in einem orga- der Membran gegen ein anderes Lösungsmittel ausnischen Lösungsmittel, z.B. Aceton, Methyläthyl- getauscht wird. Dies kann direkt oder in mehreren keton, Äthylalkohol oder Methylalkohol, gelöst. Eine 10 Schritten geschehen. Die Lufttrocknung des letzten dünne Schicht dieser Lösung wird auf eine ebene Lösungsmittels bewirkt dann keine Schnimpfungs-Oberfläche in gleichmäßiger Dicke und bei einer und Sprödigkeitserscheinungen der Membran. GeTemperatur, welche niedriger ist als die Raumtempe- eignete Alkohole oder andere organische Lösungsratur, aufgebracht. Ein Teil des organischen I^ösungs- mittel können verwendet werden, welche drei grundmittels wird bei Raumtemperatur verdampft. Die auf- ₁₅ sätzliche Eigenschaften besitzen. 1. Die Lösungsmittel gebrachte, z.B. aufgestrichene oder aufgespritzte sollen etwas Wasser lösen. 2. Die Lösungsmittel sollen Schicht wird dann in ein Eiswasserbad getaucht, um die Membran nicht angreifen. 3. Die Lösungsmittel das Salz zu entfernen. Die Membran wird vor ihrem sollen einen günstigen Dampfdruck besitzen.
Gebrauch bei Entmineralisierungsprozessen erhitzt. Bei der Behandlung mit wechselnden Lösungs-Es sind aber Vorkehrungen getroffen, um das Aus- 20 mitteln wird die Oberfläche der erhitzten Membran trocknen der Membran zu vermeiden. mit einem absorbierenden Gewebe belegt, um das

Es hat sich gezeigt, daß die nach dem geschilderten äußere Wasser zu entfernen. Dann wird die Membran

Verfahren hergestellten Membranen die in F i g. 1 Vt Stunde in ein Isopropylalkoholbad getaucht, um

dargestellte Querschnittsstruktur besitzen. das Wasser durch den Alkohol zu ersetzen. Die

Wenn die Membran ohne Vorsichtsmaßregeln an _a5 Membran wird dann für einige Stunden in ein Toluol-

der Luft getrocknet wird, dann wird sie verbogen und bad getaucht, ohne daß beim Badwechsel der Alko-

spröde. Es sind zwei Verfahren gefunden worden, hol verdampft. Diese Bearbeitungsschritte werden bei

welche sich für die Trocknung der Membran eignen, Raumtemperatur durchgeführt. Es wird dann eine

so daß sie für die Gastrennung verwendet werden Membran erhalten, deren poröser Teil mit Toluol

kann. 30 vollgesaugt ist. Die Membran wird dann an die Luft

Bei der Kalttrocknung der doppellagigen Membran gebracht, worauf das Toluol innerhalb einiger Stun-

bilden sich aus dem Wasser Eiskristalle. Es ist vor- den verdampft.

teilhaft, die Gefrierung der Membran rasch durchzu- Es können vorteilhafterweise die Lösungsmittelfuhren, so daß die Eiskristalle sehr klein sand. Die austauschmethode und die Gefrieriroeknungsmethode Membran kann durch Eintauchen in ein verflüssigtes ₃₅ kombiniert angewendet werden.
Gas, welches mit der Membran nicht reagiert, ge- Bei der Erfindung wird eine nach dem soeben froren werden. Auf diese Weise kann eine schnelle geschilderten Verfahren hergestellte Membran zur Gefrierung durchgeführt werden. Im allgemeinen Gasdiffusion verwendet Das Gasgemisch, von dem können relativ inerte Gase wie Stickstoß, Argon oder ein einzelnes oder mehrere Gase getrennt werden Helium verwendet werden. Nicht reagierende Kohlen- 40 sollen, befindet sich dabei auf der einen Seite der Wasserstoffe wie Isopentan können ebenfalls in Be- Folie, und zwar in Nachbarschaft der dünnen, nichttracht kommen. porösen Schicht 12. Der Druck des Gasgemisches ist

An Stelle des Eintauchens der Membran in ein so hoch, daß eine Diffusion eines einzelnen Gases

verflüssigtes Gas kann auch ein Kryostat benutzt wer- bzw. von Gasen durch die Membran im gewünseh-

den. Dieser wird in vorteilhafter Weise vorgekühlt, 45 ten Maße stattfindet. In der Praxis können Druck-

um die Gefrierzeit des der Membran beigeordneten differenzen zwischen 7 kg/cm² und etwa 10,5 kg/cm*

Wassers zu verkürzen. Der Kryostat wird bevorzugt liegen,

bei etwa —45° C betrieben. Die Diffusionseigenschaften von Celluloseacetat

Nach dem Gefrieren wird die Membran, solange sind unempfindlich gegen radikale Ternperaturdas Wasser sich in gefrorenem Zustand befindet, in 50 Schwankungen innerhalb des interessierenden Beeine Vakuumkältekammer gebracht. Vorzugsweise reiches. Vorteilhaft ist es, bei Raumtemperatur zu wird die Karomer auf eine Temperatur von erwa arbeiten. Obgleich die Penneabilitätskonstanten dei —15° C abgekühlt. Das Vakuum wird in der Kam- meisten Membranen mit der Temperatur steigen, isi mer so lange aufrechterhalten, bis im wesentlichen es unnötig, die Betriebstemperatur auf über 100° C das gesamte Wasser durch Sublimation beseitigt ist. 55 zu erhöhen.

Vorzugsweise werden wenigstens 99% des, Wassers Die Trennung bestimmter Gase ist von besonderei

beseitigt. Bedeutung. Hierher gehören z.B. die Abtrennung

Die Zeitdauer, die Temperaturen und der Vakuum- von Helium aus Erdgas oder die Abtrennung voe

druck, welche bei der Gefriertrocknung zur Vervoll- Helium aus einem Gemisch mit etwa 8O°/o Helium

ständigung der Wasserbeseitigung angewendet wer- 60 und 20°/» Restgasen. Weiterhin gehören hierzu die

den, können variiert werden. Beispielsweise ist es zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem Wasserstoff-

gewünschten Beseitigung des Wassers ausreichend, Kohlenmonoxyd-Gemisch und die Abtrennung vor

eine Temperatur von —15° C, einen Druck von Neon aus einem Helium-Neon-Gemisch.

0,1 mm Hg und eine Zeitdauer von etwa 16 Stunden Die gefriergetrockneten oder durch das Lösungs-

anzuwenden. 65 mittelaustauschverfahren getrockneten Meimbraner

Bei der Fertigung von Membranen für die Gas- bestehen aus Celluloseacetat, wobei die Cellulos(

trennung werden die nassen Membranen bevorzugt 40 Gewichtsprozent Acetylanteile, bezogen auf dai

vor der Gefriertrocknung getempert. Die Temperung Gesamtgewicht des Celluloseacetats, enthält. Der

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«ige Meinen besten fü, «***- O- »

erzielt werden. Gleichfalls werden größere Re.nhe.ten _ffMäKt _wird. _Das Gasgemisch * ££TS2 S

bracht, und ■ ~ ^ wird eine strörr

do^eUagigTS Ausfa^eUung 35"Im Un"terteir des Gehäuses. Das

benutzt. Die Membran, welche be, der Gasd.ffus.on i. Auslaßle.tung 35^ ^ ^^ _Membranl0

hindurchdiffundiert, dringt durch das Filterpapier 33 und die Stahlplatte 32 pnd gelangt in die obere Kamr, welche von den Durchmesserbereichen 23 und gebildet wird. Von dort aus wird es gesammelt oder abgesogen. Geeignete Einrichtungen, welche nicht dargestellt sind, sind zum Pumpen des Gasgemisches durch die Leitung 34 in die untere Kammer und zur Drosselung des Gasflusses durch die Leitung 35, um den nötigen Druck in der unteren Kammer aufrechtzuerhalten, vorgesehen. In folgenden Beispielen sollen im einzelnen Diffusionsprozesse mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben welche verschiedene Vorteile aufzeigen.

reichende Gasmemgen an der einen Oberfläche der relativ dünmen Schicht gelöst werden und an der anderen Oberfläche abdampfen können. Zusatzlich zu der ebenen Membran, welche zwei Kammern bi dci, sind verschiedene andere Konfigurationen möglich, bei denen die Membran ein- oder mehrmals gefaltet ist, oder bei denen sie gerollt ist
mern bildet. Zusätzlich zu
soll die Apparatur Vorricht
des Gasgemisches enthalten,
richtungen vorhanden sein,

den

hen ollerι

richtungen vorhanden sei, ^ das gewünscht Endprodukt sammeln d. h welche *» ^ ^Jj Gase, welche durch die Membran diffundiert sina, sammeln oder das Restgas bzw. die Restgase auf der Hochdruckseite der Membran sammeln oder auch unter Umständen beides gleichzeitig verncmea

Die spezielle Ausgestaltung der APP*«"™;™ natürlich von der Verwendung abhängen. Hocnvolumige Produktionen wird man mit kompl zieΛ ge stalteten oder gerollten Einrichtungen tür die Membranunleriage durchführen, und man wird entsprechend große Membranflächen ^™^^.^ anderen Seite wird man zu LaboratonumszwecKen entsprechend kleine Membranflächen verwenden.

In den F i g. 2 und 3 ist eine Gasdiftusionsvomch tung 20 dargestellt. Diese Vorrichtung kann fur MeIi- oder Laborzwecke verwendet werden. Eme™ derartiger Zellen kann entsprechend ^^ verwendet werden, um eine große V zu erzielea. Die Vorrichtung 20 der F ig. steht aus einem Gehäuse, welches aus einem

22 und einem darauf befestigten Oberteil Zl

Das OberteU 21 besitzt eine zentrale Öffnung, welcne in drei verschiedenen Durchmesserbereichen i-s *

25 abgestuft ist. -„„„,iproren-

Die Membran UO ist wischen ^ aneinandergren ^ ^^ Gasanteil bes 34 Molprozeni zenden Rächen des Oberteiles 21 und des unxenci _udiam _etwa 47 Molprozent Methan und etwa 22 eingelegt und erstreckt sich über aen u Molprozent Stickstoff. Für diese Ergebnisse beschnitt 25. Der Rand der Membran 10 wird <"«£ _rechnen sich die Permeabilitätskonstanten wie folgt: die O-förmigen Ringe 26 und 27 ^"t- ^_ ^ _w_^ _{Methan =} ^ . _1Q_„ ^ O-förmigen Ringe, welche, aus Gummi festenen κ
nem, sind in umlaufenden Vertiefungen *», «
sich in der Oberfläche des; UnterteilesiZ* ass y™
ses befinden, untergebracht Im U«^» ^ά^_ε
häuses ist eine zentrale öffnung vorgesehen, weiuic
einen oberen Durchmesserbereich 29 und einen tiefe- B e 1 s ρ 1 e 1 II
ren Durchmesserbereich 31 mit einem ^¹¹¹" Ein Gasgemisch aus rohem Helium, welches etwi Durchmesser aufweist. Ein O;^foff^r _n2c _{sein 6o} 30 Molprozent Helium und etwa 20 Molprozent a.n· eher beispielsweise aus _ΛWJjJ^Ä dS dere Gase, hauptsächlich Stickstoff mit kleinen Bekann, befindet sich auf der Schulter ^^ctien °_ _trä„_en Methan und Sauerstoff, enthält, wird durd oberen Durchmesserbereich 29 und dem um die Einlaßleitung 34 in die untere Kammer ein_g& D bracht. Das Gasgemisch wird unter einem Druck vor

_{65 etwa} 7 kg/cm^ gehalten. Der Betrieb wird wieder bei _einer Temperatur von 23⁰C vorgenommen. Dei Druck in der oberen Kammer wird auf 7 · 10-

^hl·^{Das rohe Heliumgas wird ώ}

B e i s ρ i e 1 I

^ Vorrichtung 20 sind etwa 20 cm« der Mem-Celluloseacetat dem Gasgemisch ausgesetzt, τ _{der unter}en Kammer der Vorrichtung befindet

_gas, welches durch die Einlaßleitung 34 eins^^rag^. _s ^.^ _{etwa 2 Molprozent He}.

^ 25 Molprozent Stickstoff und etwa 66 MoI-, _Methan ^ _Rest ^ _{Äthan>
propan} ^

£_inige höhere Kohlenwasserstoffe. Der Betrieb wird B₃₀ ^ _{durch führt Der Druc}k wird so reguliert,

Gasgemisch in der unteren Kammer einen dau α s ^.^ _{Der Druck} ^ _der ^^

uru^ ^ ^_f ^_{3 ? 1()}__{4 kg/cm2 gehalten Dag} _wird ._{q eifler genügend großen Menge durch} _die Einlaßleitung eingeführt, so daß nur geringfügige * ^₀₆₀₁₁₁Oe_n der Zusammensetzung infolge der Dif_{fusion durch} die Membran auftreten. Der Gasanteil, _{lcher durch die} Membran 10 hindurchdiffundiert, ^^ ^ ^^ _{Auslaßleitung 23 abgeführt)}

gemessen und getestet. Unter diesen Be * , _triebsbedingungen ist die Gewinnrate für 20 cm« effektive Membranoberfläche 0,25 cm^s/sec diffundier-Gasanteil besitzt etwa 34 Molprozeni 47 Mlt Mth d t

^ ₊ ^_{5 10}__{n Die Reinhek des gewonnenei}

Heliums ist im Hinblick auf die einstufige Trennum _kommerziell annehmbar. Sie kann natürlich durd _wiederholte Trennung erhöht werden.

oberen Durchmesserbereich 29 und d um Durchmesserbereich 31.

Um der Membran 10 gegen ^y4 Druck emen mechanischen Halt zu1 geben, poröse Stahlplatte 32 in der 9^^nung _h ²⁵ ₇S_en die

i 719

reichenden Menge zugeführt, damit dessen Zusammensetzung infolge der Diffusion durch die Membran sich nicht merklich ändert.

Der Gasanteil, welcher durch die Membran diffundiert, wird durch die obere Auslaßleitung 23 abgeführt, gesammelt, gemessen und getestet. Bei diesen Betriebsbedingungen beträgt die Ausbeute bei einer effektiven Membranoberfläche von 20 cm² etwa 4,6 cnWsec Gas. Dieses Gas enthält etwa 99,4 °/o Helium und etwa 0,6°/» Stickstoff. Die Permeabilitätskonstanten berechnen sich wie folgt: Helium = 1,4 · ΙΟ-» und Stickstoff = 3,5 · lO-n.

Beispiel III

Ein Gasgemisch mit ungefähr 50 Molprozent Wasserstoff und ungefähr 50 Molprozent Kohlenmonoxyd wird durch die Einlaßleitung 34 der unteren Kammer zugeführt. Dort wird ein Druck von etwa 7 kg/cm² aufrechterhalten. In der oberen Kammer herrscht ein Druck von etwa 7 · 10~⁴ kg/cm². Der Betrieb wird bei 23° C durchgeführt. In gleicher Weise wie bei den vorausgegangenen Beispielen wird eine genügend hohe Menge Gasgemisch durch die Einlaßleitung 34 zugeführt.

Der Anteil der Gase, welcher durch die Membran diffundiert, wird durch die obere Auslaßleitung 23 abgeführt, gesammelt, gemessen und getestet. Unter den angegebenen Bedingungen wird etwa 2,6 cm³ Gas pro Sekunde gesammelt Die Analyse zeigt, daß dieser Gasanteil etwa 96°/o Wasserstoff und etwa 4°/o Kohlenmonoxyd enthält. Dies entspricht folgenden Permeabilitätskonstanten: Wasserstoff = 1,2 · ΙΟ'⁹ und Kohlenmonoxyd = 4,8 · 10-».

Beispiel IV

35

Das Gasgemisch enthält etwa 22 Molprozent Helium und etwa 78 Molprozent Neon. Das Gasgemisch wird durch die Einlaßleitung 34 der unteren Kammer zugeführt. In dieser Kammer herrscht ein Druck von etwa 7 kg/cm². Der Betrieb wird bei 23° C durchgeführt. Der Druck in der oberen Kammer betraf 7 · ΙΟ"⁴ kg/cm². Die Menge der eingeführten Gas mischung ist so bemessen, daß durch das diffundiert Gas keine merklichen Schwankungen der Zusammen setzung des Gasgemisches entstehen.

Der Anteil des Gases, welcher durch die Membrai diffundiert, wird in der oberen Auslaßleitung 23 ge sammelt, gemessen und analysiert. Unter den angege benen Betriebsbedingungen werden etwa 2,1 cm³ Gai pro Sekunde erhalten. Bei der Analyse des diffundier ten Gases werden etwa 59% Helium und etwa 41°/< Neon gemessen. Für dieses Ergebnis ergeben sieb folgende Permeabilitätskonstanten: Neon = 2,8 ■ IO-¹⁰, Helium = 1,4 · 10~^fl. Die Gewinnrate kanu durch weitere Trennungssiufen gesteigert werden. Dieses Trennungsverfahren kann zur wirtschaftlichen Gewinnung von Helium und Neon verwendet werden.

Beispiel V

Als Gasgemisch wird Luft verwendet, welche sich etwa aus 80 Molprozent Stickstoff und etwa 20 Molprozent Sauerstoff zusammensetzt. Die Luft wird durch die Einlaßleitung 34 der unteren Kammer zugeführt. In dieser Kammer herrscht ein Druck von etwa 7 kg/cm². Die Betriebstemperatur liegt bei 23° C₁ und der Druck in der oberen Kammer beträgt 7 · ΙΟ"⁴ kg/cm². Die Menge der zugeführten Luft ist so bemessen, daß durch das diffundierte Gas keine merklichen Schwankungen der Zusammensetzung der Luft entstehen.

Der Anteil des Gases, welcher durch die Membran diffundiert, wird in der oberen Auslaßleitung 23 gesammelt, gemessen und getestet. Unter den angegebenen Betriebsbedingungen werden etwa 0,18 cm³/sec erhalten. Das gewonnene Gas setzt sich aus 61 Molprozent Stickstoff und 39 Molprozent Sauerstoff zusammen. Daraus ergeben sich folgende Permeabilitätskonstanten: Stickstoff = 3,5 ■ 10""; Sauerstoff = 8,9 · 1O^-10. Die Gewinnrate von Sauerstoff ist im Vergleich zu anderen bekannten Verfahren bedeutend höher.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 daß polare Stoffe, wie Äthanol, geringe Diffusions-Patentansprüche· geschwindigkeiten bei Verwendung von Celluloseacetat besitzen. In welcher Weise Gase, wie Helium,

1. Vorrichtung zum Abtrennen eines oder Wasserstoff und Sauerstoff, aus Gasgemischen gemehrerer Gase aus einem Gasgemisch, insbeson- 5 trennt werden können, ist in diesem Zusammenhang dere Helium-Stickstoff, Wasserstoff-Kohlenmon- jedoch nicht bekannt.

oxyd, Helium-Methan, Helium-Neon und Sauer- Es ist ferner eine Vorrichtung zum Trennen von stoff-Stickstoff, durch selektive Gasdiffusion, be- Gasen oder Dämpfen durch Diffusion bekannt stehend aus einer Kammer mit einer Gaszufuhr- (deutsche Auslegeschrift 1212499), bei der Diffuleitung, die in zwei gesonderte Bereiche durch io sionselemente verwendet werden, welche jeweils zwei eine nichtporöse Membran getrennt ist, welche parallel zueinander mit Abstand angeordnete Diffuauf einem Satz poröser Tragschichten aufgebracht sionsschichten enthalten, die auf gelochten Platten ist, wobei die beiden Bereiche Gasabführleitungen aufliegen. Dabei wird bereits als bekannt vorausaufweisen, dadurch gekennzeichnet, gesetzt zwischen den Diffusionsschichten benachdaß die nichtporöse Membran (?J2) und die an- 15 barter Diffusionselemente je eine poröse Platte zur schließende poröse Membran (11) als Doppel- Abstützung der Diffusionsschicht vorzusehen, wobei membran (10) aus Celluloseacetat aufgebaut sind. die porösen Platten die Abströmräume für die jeweils

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- diffundierte Komponente weitgehend ausfüllen. Dies kennzeichnet, daß die Doppelmembran (10) ge- führt jedoch in nachteiliger Weise zu einem unerfriergetrocknet ist. 20 wünscht hohen Druckverlust der diffundierten Kom-

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ponente.

kennzeichnet, daß die Doppelmembran (10) durch Es ist ferner eine Vorrichtung zur Reinigung von

Behandlung mit wechselnden Lösungsmitteln ge- Wasserstoff bekannt (USA.-Patentschrift 2 824 620),

trocknet ist. bei der für Wasserstoff durchlässige Membranen ver-

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- 25 wendet werden. Bei dieser bekannten Vorrichtung kennzeichnet, daß die nichtporöse Membran (12) wird eine Membrananordnung veirwendet, bei der auf der Hochdruckseite der Doppelmembran (10) einer Gaszuführungs-Verteilelplatte das den Wasserangeordnet ist. stoff enthaltende Gasgemisch zugeführt wird, wobei

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 sich an diese Schicht eine 'für Wasserstoff durchbis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Cellulose- 30 lässige Schicht anschließt, auf deren Auftrittsseite acetat der Doppelmembran etwa 48 Gewichts- eine Wasserstoff-Aufnahmesclucht vorhanden ist, von prozent Acetylanteile, bezogen auf das Gesamt- der der Wasserstoff abgeführt wird. Auf Grund dieses gewicht der Doppelmembran (10), enthält. Aufbaus der betrachteten Vorrichtung eignet sich

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 diese jedoch nicht ohne weiteres zum Abtrennen von bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht- 35 anderen Gasen als Wasserstoff aus Gasgemischen,
poröse Membran (12) höchstens 1 μ dick ist. Es ist ferner eine Vorrichtung zur Reinigung von

Gasen durch Diffusion bekannt (französische Patentschrift 1411 014). Diese bekannte Vorrichtung weist

eine Kammer mit einer Gaszuführleitung auf, die in

40 zwei gesonderte Bereiche durch eine nichtporöse Membran getrennt ist, welche auf einem Satz poröser

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ab- Tragschichten aufgebracht ist wobei die beiden Betrennen eines oder mehrerer Gase aus einem Gas- reiche Gasabführleitungen aufweisen. Obwohl die gemisch, insbesondere Helium-Stickstoff, Wasserstoff- betreffende Vorrichtung sich zum Abtrennen eines Kohlenmonoxyd, Helium-Methan, Helium-Neon und 45 oder mehrerer Gase aus einem Gasgemisch eignet, Sauerstoff-Stickstoff, durch selektive Gasdiffusion, ist jedoch ein nicht unerheblicher konstruktiver Aufbestehend aus einer Kammer mit einer Gaszufuhr- wanderforderlich.

leitung, die in zwei gesonderte Bereiche durch eine Es ist schließlich auch schon bekannt (»Industrial

nichtporöse Membran getrennt ist, welche auf einem and Engineering Chemistry«, Bd. 57, Nr. 2, Februar

Satz poröser Tragschichten aufgebracht ist, wobei die 50 1965), zur Gewinnung von Helium aus einem Gas-

beiden Bereiche Gasabführleitungen aufweisen. gemisch eine Membran aus Polytetrafluoräthylen zu

Es ist bereits eine Anordnung bekannt (USA.- verwenden. Auf Grund der Durchdringungswerte

Patentschrift 2 540 151), die zum Abtrennen von derartiger Membranen durch Helium ist das betref-

Sauerstoff aus Gasgemischen dient. Bei dieser be- fende Helium-Gewinnungsverfahren bei normalen

kannten Anordnung werden zur Trennung der Gase 55 Temperaturen kommerziell nicht ausführbar. Erst

durch Diffusion dünne Membranen verwendet, die wenn die Betriebstemperatur wesentlich über Raum-

entweder aus Äthylcellulose oder Celluloseproprionat temperatur liegt, kann das betreffende Verfahren

bestehen. Damit eignet sich die betreffende Anord- kommerziell ausgenutzt werden. Dies bringt jedoch

nung aber nicht ohne weiteres zum Abtrennen von erhebliche Zusatzkosten mit sich. In diesem Zusam-

anderen Gasen als Sauerstoff aus Gasgemischen. 60 menhang sei noch bemerkt, daß bei dem betreffenden

Es ist ferner eine Anordnung zur Trennung und/ Verfahren Silikat-Glas-Membranen verwendet wer- oder Abtrennung von Dämpfen aus Gras- und/oder den, die wegen ihrer Sprödigkeit aus komplizierten Dampfgemischen bekannt (österreichische Patent- Kapillarröhrenanordnungen aufgebaut werden müsschrift 224 612). Bei dieser bekannten Anordnung sen, wodurch ebenfalls hohe Kosten verursacht werkönnen bestimmte organische Flüssigkeiten, die ver- 65 den. Außerdem tritt in einem derartige Röhrenanordhältnismäßig hohe Dampfdrücke haben, durch Diffu- nungen verwendenden System ein erheblicher Drucksion durch hochpolymere Membranen getrennt wer- abfall auf.
den. In diesem Zusammenhang ist es ferner bekannt, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen