DE1925582C3

DE1925582C3 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Stoffgemischen mittels Diffusion

Info

Publication number: DE1925582C3
Application number: DE1925582A
Authority: DE
Inventors: Guenter Dr.Phil. 8021 Neuried Klein; Johann Dipl.-Ing. 4200 Oberhausen Neumann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-05-20
Filing date: 1969-05-20
Publication date: 1974-07-04
Also published as: US3651618A; BE750553A; NL7007287A; DE1925582B2; CA921406A; DE1925582A1; FR2048563A5; GB1309404A; JPS4945142B1

Description

fio

Die F.ründi.ing betrifft ein Verfahren und eine Vorhtung zum Trennen von Stoffgemischen mittels 6; ffusion durch eine dünne Membran
Es ist bekannt, daß Wasserstoff durch dünne heiße lladhimblechc mit außerordentlicher GeschwindighindtirchdilTundieri. Diesen" Effekt hai sich i'ie Technik schon seit geraumer Zeit /iinul/c gemacht, um Wasserstoff aus wasserstoffhalt igen Gasgemischen abzutrennen.

Hs hat nicht an Versuchen gefehlt, solche DiiTusionseffekte auch für die Abtrennung anderer Gase mit Hilfe anderer semipermeabler Materialien ^u erreichen. So ist es z. ü. aus der deutschen Auslegeschrift 1 269 096 bekannt, zur Abtrennung von Xenon und Krypton aus einem Gemisch mit Sticks.off eimen dünnen Silikonkautschukfilm als semipermeable Membran zu verwenden.

Für einen großtechnischen Finsatz zur Trennung von Stoffgemischen beliebiger Art sind jedoch die bisher bekanntgewordenen Membranen vornehmlich deswegen nicht geeignet, weil sie zwar einen deutlich meßbaren Trenneffekt zeigen, jedoch Stoffdurchgangszahlen besitzen, die im Durchschnitt für eine \v irtschafllich sinnvolle Ausnutzung u:r. c:::.'lc Größenordnungen zu klein sind.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren anzugeben, welches eine Trennung beliebiger Stoffgemische mit einer wirtschaftlich vertretbaren Geschwindigkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran auf ihrer von der angeströmten Seite abgcwandlcn Fläche mit einer die Membran nicht benetzenden Hilfsflüssigkeit oder deren Dampf heu Ui schlügt W-irü.

Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß durch Membranen eine lebhafte Diffusion von Gasen oder Flüssigkeiten stattfindet, sobald eine Seite der Membran entweder mit einer die Membran nicht benetzenden Flüssigkeil oder deren Dampf beaufschlagt wird. Dabei erfolgt die Diffusion von der nicht mit der Flüssigkeil bzw. deren Dampf hcaufschlaglen Seite der Membran in Richtung auf die andere Seite. Die Permeabilität dieser Membranen liegt, wie eingehende Versucht: ergeben haben, um einige Zehnerpoienzen über denen bekannter Membranen.

Als besonders zweckmäßig für die vorliegende Erfindung haben sich gesinterte Kun.stsloffmembranen erwiesen, insbesondere solche, die einen !\ophohcn Charakter haben.

Der Sloffdurchgang kann durch Variation der Temperatur bedeutend gesteigert werden .Ie größer die Tempcraiurdifferen/. zwischen der nicht beaufschlagten um! der beaufschlagten Seite der Membran mit der höheren Temperatur auf der beaufschlagten Seite ist. desto größer ist der Sloffdurchgang. Daneben ist die Größe des Sloffclurchgangs aber auch von dem absoluten Temperaturniveau abhängig, und zwar in dem Sinne, daß sie bei höheren Temperaturen zunimmt.

Fin weiteres wesentliches Merkmal der erlindungsjzcmälkn Membran besteh! darin, daß für das Einsetzen der Diffusion durch die Membran keine Druckdifferenz zwischen der angeströmten Seite und der Gegenseite herrschen muß. Hierdurch unterscli^idct sich die erfindungsgemäße Membran von allen bisher bekannten, da bei diesen als treibende Kraft für die Diffusion ein Druckgcfäüe zwischen der angeströmten Seite und der abgewandten Seile der Membran unerläßlich war. Diese Eigenschaft der crlindungsgemäßen Membran führt zu einem außerordentlich überraschenden und neuartigen Effet. 1. nämlich dazu.

925 582 S

JuH beispielsweise hei der Diffusion ejneh Gases auf das auszuwalzende und auf das aufzuwickelnde

durch die Membran auf der mit llüssigkeii oder f uit durchzuführen, wodurch sich besondere Vorteile

deren Dampf beaufschlagten Seile der Membran ein bezüglich des Dehnui,_r'sverhaltens der hergestellten

C' herd ruck gegenüber dem auf der nicht beauf- folie ergeben.

schlagien Seite der Membran herrschenden aufgebaut 5 Statt mit wäßriger Silikonharz-Emulsion kann das

werden kann. Polytetrafluorälhylen-Pulver auch mit öl angeleimt

Andererseits läßt sich der StofTdurehgang durch und" in der Wärme ausgewalzt werden, wonach das

die der Erfindung zugrunde liegenden lyophoben öl mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Benzol,

Membranen erhöhen, wenn zur Verschiebung des extrahiert wird.

sich vur und hinter der Membran einstellenden io Kür das Verfahren der Erfindung hat es sich als

Druckgleichgewichts auch auf der angeströmten Seite vorteilhaft erwiesen, den Membranen eine aufge-

der Druck des Stoffes oder StofFgcmisches erhöht wird. rauhte strukturierte Oberfläche, sei es durch nach-

Ein weiteres wesentliches Erfordernis außer der trägliches Verformen im der Wärme, sei es durch Eigenschaft der Lyophohie ist, daß die erlindungs- Einschaltung von Walzen mit entsprechend ausgegemäßen Membranen eine Mikroporenstruktur auf- 15 bildeter Oberfläche im letzten Walzvorgang, zu geben, weisen müssen, denn nur beim Vorhandensein durch So präparierte Membranen weisen höhere Durchdie Membran durchgehender feinster Kanäle kann gangszahlen auf als Membranen mit glatter Obersich der Effekt der Beaufschlagung mit einer die fläche.

Membran nicht benetzenden Flüssigkeit bzw. deren Durch das Verfahren der Erfindung gelingt es,

Pampf auswirken. 20 nicht nur beispielsweise Wasserstoff von anderen

Als Musterbeispiel eines erlindungsgemiißen Mem- Gasen, wie Slicksiolf rder Kohlenoxid, abzutrennen, bran-Miissigkdis-Paares kann eine hydrophone Kunst- sondern es isi .im.h r.-./glich, gasförmige Kohlensioffmemhran, die einseitig mit Wa.ser h/w. Wasser- waNserstoffgemische /u ze. !egen und Salzlösungen dampf beaufschlagt ist. gelten. Eingehende Versuche von ihrem Salzgehalt zu befreien, somit also das erhaben gezeigt, daß für den DilTusionsvorgang durch 25 lindungsgemäüe Verfahren auch für die Meerwasserlivdrophobe Membranen Wasser b/w. Wasserdampf entsalzung einzusetzen.

unerläßlich ist. Wie weiter unten uezeiüt v.erden Die Erfindung sei weiterhin an I land einiger Zahlenuird. bewirkt sowohl eine Trockenhaltung der Mem- bcispiele näher erläutert,
bran als auch die Beseitigung der Hydrophobie, beispielsweise durch Hehandlung mit einem Nei/iiriitel. 3^r- B e i s ρ i e 1 I
»Ulli der Stoffdufchüang auf beinahe Null zurückgeht.

Die mit hydrophoben Membranen tiiui Wasser Es wurde der Durchgang einer Reihe von (iasen tliiiehgefiihrien Versuche lassen den Schluß zu, daß durch eine wasserbedeckte Polvielralliiorälhylcn-Memtue hierbei beobachteten [-.ffekie auch bei anderen bran gemessen. Die Vei>uchsapp;!!-auir bestand au> Membnin-Miissigkeiis-Paaren auftreten, sobald die 35 einem größeren Gefäß mit einer ι ^-,zuleitung, innerBedingung der Nichlhenet/barkeit durch die auge- halb dessen eine oben line! unten abgeschlossene, wandte Massigkeit erfüllt ist. Dies ist beispielsweise etwa rohrförmige PoIv ictralluoräihylen-Membran mil hei allen gesinterten Kunststoffolien und Quecksilber wesentlich kleinerem Durdi.ne-scr angeordnet war b/w. geschmolzenen Alkalimetallgemisehen. Vorzugs- Durch den oberen Verschlußdeckc! stand die rohrweise eutektische!!, der lall 40 förmige Membran mit einem Manometer bzw. wahl

Gleichzeitig mit der außerordentlich energischen weise einer Gasuhr in Verbindung. Die Mcmbrar

Diffusion verschiedener Stoffe durch die erfmdungs- war innen mit Wasser gefüllt, das beheizt werdet

gemäße Membran tritt auch beim Hinsatz von Stoff- konnte. Außerdem waren Teipoeraturmcßstellcn vor

gemischen, beispielsweise hei Gasgemischen, eine handen, die es gestatteten, die Temperatur des Wasser: Stofftrennung ein. die auf unterschiedliche Stoffdurch- 45 und die Temperatur des Gases in dem wesentlich

gangszahlen der einzelnen Gemischbestandteile zu- größeren Gefäß zu messen. Die Membran hatte ciiu

lückziiführcn ist. Für technische Zwecke emplichll es Dicke von etwa 0,15 mm.

sich, mehrere Membranen hintereinander anzuordnen. Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle

um auf diese Weise die erziclbarcn Trenneffekte zu wiedergegeben. Dabei bedeuten 7'r,:,i-i> Wässertem

vervielfachen. 50 peratur Temperatur des Gases nach der Diffusion

Eine Membran, die den Bedingungen der Erfindung 7\„i- (Jastemperatur vor der Diffusion, \ I' L'her

genügt, kann beispielsweise folgendermaßen hcrge- druck nach t!cr Diffusion, wenn kein Gas entnommer

stellt werden: wird.

Polytelrafluoräthyleii-Pulver wird mit einer wäß- Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die klcinato .rigen .Silikonharz-Emulsion, z. 13. einer 25",,igen wäß- 55 migcri Gase, wie Wassers,off und Helium, sehr vie

rillen Emulsion, bis zur Bildung einer breiigen Kon- nscher diffundieren als größere Atome, wie /. B. dii

sistenz, gegebenenfalls unter Zuführung von destillier- von Neon oder Argon. Es ist weiterhin zu erkennen

tem Wasser, durchgemischt und danach unter hau- daß, wie die Vcrgleichsmcssungen mit Argon bei '.·■:■

figeiii Kalten ueknclel und unter lormaebung aus- sehiedenen Temperaturen ergeben, der O;!MJurch.ga.ii

gewalzt. Die Menge des zugemischten Silikonharzes 60 mit steigender absoluter Temperatur des Gases nacf

beträgt dabei im fertigen trockenen Produkt etwa 5 der Diffusion außerordentlich stark ansteigt. Schließ

bis 21) Gewichtsprozent. Das Auswalzen erfolgt hei- lieh läßt die Tabelle I auch erkennen, daß sich inner

spielsweise in kalten Walzen, wobei die vorgcknelctc halb der rohrförmigen! Membran gegenüber den

Kormmasse mit ein oder mehreren Stichen atisgc- Druck im Aul.'enraiim. wenn aus dem Außenraun

wal/t und das Walzprodukt danach an der Luft, in 65 kein Gas entnommen wird, ein Überdruck einstellt

Trockenöfen, in Durchlauföfen oder auch auf Trocken- der /um Teil insbesondere hei höherer absoluter Tem

walzen getrocknet wird. Besonders vorteilhaft ist es, peratur recht belriichiliche Werte annehmen kam

den Walzvorgaii,: unter einstellbarer /ugeinwirkung (bei Helium und S3 C beispielsweise ¹XK) mm WS)

Versuch	ι	■-ι	f , .■-	: ⁽	I , -	■ r	^f ' r^,.Ui' ν hi' IHL'	' I'i.'n-,c.lhl!i1.i!
	3		j _Ml	f	■■·■:- V. S	S-v π-· h	! Ne." ιπκτ -vtt ■ 1,-v M
4	Ii..	; Mi	;c		0.S2	: 32 ■ 10 ^f
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f.		5^k	?9	Vf>.	"· Λ	41 · 10 ^f
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10 ·		W)	4·'s	■; _i;.	Of,S	".3 10 ⁽
11 ■	N-.	*2	2*	57	0.15	5.15 ■ 10 ^e
12 ^:		Ml	75	342	0.9S	1.2 · 10 ^f
13	CO	S~	29	4S	O.OS	2.S ■ 10 ^f
!4		fiO	42	34 s	0.59	l· ■ 10 ^f
]ς	CO,	j.,2	2"		0.03s	1.3 ■ 10 *
		Ml	1-.	22ri	(l.hS	S.l - 10 '
17	ΓΗ.	S3	"«'1	Jj	OJlQ	3.2 - 10 *
IK		Ml	- c	2'>4	o."3	S.4 - 10 ^f
19	CJ,	s 4	3^f·	29	(i.(!5S	2.' · ;0 *
20		fiO	τ-	•o-	ci.5;	:'." 10 ^f
	CH.	sr,	74	"■·	0.071	:." ■ ίο ·
	f.O	"•9		11.52	5.4 ■ 10 ^f
CH.		1(1		Ο.('·26	(I.Q7 K) f-
	-.(	■90	11 "*Q	V! !0 *

Ii c 1 ·■ ρ 1 c I 2

Mil der gleicher. \ crsiüjsapparjüir w .rticn uciicihin Versuche :i.ü · cr^thicccncn fui^cn (.!lirchccftihr:. wobei jedoch /i-.m I. ivcr'-chicd '.en Beispiel: die

Xn der I lillunt; der rohrförmigen Menirrar. O'C nr Bc!-p;c! ί ;h;n U .^»ei bcvi.inj.. \.inicri «i:'\?e M-Membran «i:rde wieder cmc u.i5-iini \iarkc l'ol\ !eirafii!-iri!ili>le:v\K'iv.bran verwende! Pie ! -^eb m^-e sinii in Tabelle 2 /i!s,!mmcii!?e--!ei't.

l.thcüc

	C	7 -.·	*Ir.,-*	ά	*\ι·*	C ι.!^ν!ι:·">.ημ.-.:-μ	Nee.ou
		⁽_	<	- ■■;	■ρ-.-^-ι VV ·»		Nee;e>^ioe^icr
1 I	N,,	19	"ί.	7	0	■N!-Piii\ei troeken
- '	\"	2S	JS	Il	0	Necion
3	Hc	2Λ		ί4	0.(149	Neeie^Mce-ier
4 ^!	He	20	"S	9	0	In
^ I	Hc	^Λς	V *	4	0	M.i--e!->i--ienol 3.S I
6	I ί -	30	86	29	0.033	Wasser
7	Ik	2s	63	6	Il	Wasser. Wasserstand
8	Hc	53		1100	2.8	12 cm
9	He	22	63	298	0.58	Wasser. Wassersland
						si anti IS cm
10	Hc		63	332	0.58	Wasser. Wasserstand
						7 cm
11	Hc	22	60	196	0.5ί<	Wasser 0.5 "„ NcKaI
			82			Wasser 0.5 "„ Nckat
12	N,	22	62	18	0.0068	60 Ciew iehtspnvent
13	N,	32		154	0.037	NaNO ,-Lösung
14	NJ	17	60	29	0.03	) n-HCl-l üsung
			220			Ouccksiiber
!5	CO,	23	84	0.023
16	N,"	100		0.1

Aus Tabelle 2 crgibl sich tier außerordentlich 65 Dcnet/unc der Membran mit wasserfreiem Acelti

deutliche und übcrra-ichcndc I.influü der Anv.cscnhcit oder Accicssiiiesier mier Maschinenöl, sämtlich llü

von reinem Wasser Ivw. Wasserdampf auf die Oi(Tu- sijikeilcn. die die Membran 711 benel/en vcrnifgci

iion durch eine fiuhophohc Mcmbr;:ii l!ei eansciHj:er wurde überhaupt kein ί lasdu-rchcsnt; Ivobachtc

Weiterhin ist bemerkenswert, daß der Zusatz von Nckal oder Sa'zcn zum Wasser eine starke Verringerung des Gasdurchganges bewirkt. Die Tabelle 2 läßt weiterhin erkennen, daß es auf die Höhe des Wasserstandes in der rohrförmigen Membran, d. h. allgemein gesprochen, auf den Anteil der mit flüssigem Wasser benetzten I lache nicht oder zumindest weniger ,ankommt, als auf die Tatsache, daß in dem Raum, in #cn das Gas hineindiffundiert, überhaupt eine wasscr-Hitmpfgcsätligte Atmosphäre, die über der Wasseroberfläche immer gegeben ist. herrscht. Anders tfrürdcn sich die gleichen Gasdurchgangs/ahlcn bei #en Versuchen 9, 10 und 11 der Tabelle 2 bei den Verschiedenen V/asserständen von 12, 18 und 7 cm lliclu erklären lassen. Aus Versuch 16 ist schließlich •rsichtlich, daß der Gasdurchgang bei der Beaufschlagung der Membran mit Quecksilber fast so gut tyie bei Wasser ist. Die Permeabilität beträgt in diesem Fall 13 · 10 ^β Nein³ ■ cm/cm² · see · lern Hg.

Beispiel 3

Mit der gleichen Versuchsanordnung. wie sie bereits bei den Beispielen 1 und 2 verwendet wurde, wurde außerdem der Stoffaustausch an einer wasserbedeckten rOlytetrafluoräthylen-Membran von 0.15 mm Stärke gemessen. Bei den folgenden Versuchsergebnissen bezichen sich die mit dem Index A versehenen Angaben auf die trockene Seite der Membran und die mit dem Index B versehenen Angaben auf die mit Wasser bedeckte Seile der Membran.

	Versuch 1	Versuch 2
7ias: N,
T_Λ 28' C	Tn 63,5 C	T₁₁ -83 C
/'.ι etwa 1 ata	P_n - P_A 55 mm WS	P₁: P_A ■■-- 340 mm WS
Gasdtirchlrill (A	nach B) 1,2Nm^a/m²-h	nach B) 4,4 Nm³Zm² · h
(B nach A)	10,6 l/m² -h
	■- 18 Km² - h
Gas: N₂	Versuch 3
Γ, 45°C
/'.ι etwa 1 ata	Tn = 61 C
Gasdurchtritt (A	Pb- Pa - 112mmWS
Wasserdurchtritt	nach B) = 3,05 Nm³/m² · h
(B nach A)
	= - 8,7 l/m² · h
Gas: Hc	Versuch 4
Ta = 38°C
Pλ etwa 1 ata	Tb = 81^CC
Gasdurchtritt (A	Pb - Pa = 850 mm WS
Wasserdurchtritt	nach B) = 12,4 Ntn'/m¹ · h
(B nach A)
	= 19,8 l/m² · h
Gas: He
Ta = 51°C
Pa etwa 1 ata
Gasdurchtritt (A
Wasserdurchtritt
(B nach A)

Die Wirksamkeit der erfindungsgemäßen lyophoben Diffusions-Membran sei weiterhin an Hand einiger mit Hilfe einer Polytetrafluoräthylen-Meinbran experimentell gewonnener Diagramme darge-tellt.

F i g. 1 zeigt die Abhängigkeit des Durchgangs verschiedener Gase von der Temperatur der wasserbenetzten Seite einer Polytetrafluoräthylen-Membran um (V 15 mm Starke. Auf der Ordinate isl die Temperatur der wasscrbenelzlcn Seite aufgetragen und auf der Abs/issc die durchgetretene Menge des jeweiligen Cjases in Niiv'/m² Mcmbranfläche mal Hundert. Die Tempcralurdiffcrcn/ zwischen der wasserbenetzten Seile der Membran und dem an die trockene Seite der Membran angrenzenden Raum betrug bei allen Versuchen etwa 30 ¹C. Aus den ungefähr parallel verlaufenden Kurven ist ersichtlich, •.o daß lcichtsicdcndc Gase, wie Wasserstoff und Helium. eiwa um 1.5 /chncrpolenzcn schneller durchtreten als beispielsweise Propan. Außerdem isl ku erkennen, daß eine Tcmpcratiirstcigcrung um etwa 25 C eine F.rhöhung des Gasdurchganges von etwa einer Zehncrpotenz bcwirkl.

F i g. 2 zeigt den Vergleich zweier Gase, nämlich Helium und Kohlendioxid, hinsichtlich des beim Durchtritt durch eine wasserbenetzte Polylclrafluoräthylen-Membran entstehenden Überdrucks. Wie bei den in F i g. 1 gewonnenen Daten betlug die Tcmperaturdifferenz zwischen der wasserbenptzten und der trockenen Seite der Membran etwa 30"C und die Dicke der Membran 0,15 mm. Auf der Ordinate ist wieder die Temperatur der wasserbenetzlcn Seile der Membran aufgetragen, während auf der Abszisse der gegenüber dem Außenraum erreichbare Druck in mm WS angegeben ist. Aus den heiden Kurven ergibt sich, daß der Druckanstieg gegenüber dem Außenraum heim kleinen Heliumatom etwa eine halbe Zehnerpolcnz größer ist als bei der vergleichbaren Temperatur beim wesentlich größeren Kohlendioxidmolcküi.

Auf. Grund der wesentlich größeren Gasdurchgangs/.ahl des Wasserstoffs gegenüber beispielsweise Stickstoff (vgl. Beispiel 1 und F" ig. 1 > bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Abtrennung von Stickstoff aus Wasserstoff an. Stickstofi-Wasserstoff-Gcmischc entstehen ;:. B. hei der Aufarbeitung von Koksofcngas oder anderen Wasserstoff reichen Gasen durch Ticftempcralurzcrlcgung und anschließendes Waschen mit flüssigem Stickstoff. Auch wenn eine SlickstofTwäschc bei niedrigen Drücken und demzufolge niedrigen Temperaturen betrieben wird, gelingt es nicht, am Kopf der Stickstoffwaschsäulc einen stickstoffreicn Wasserstoff zu gewinnen. Vielmehr enthält dieser in der Regel einige Prozent Stickstoff. Zur Gewinnung von Reinwasserstoff muB dieser η^:Λ dem Gasgemisch entfernt werden, wozu das erfindungsgemäße Verfahren in ausgezeichnetem Maßt geeignet ist

Zur Veranschaulichung ist in F i g. 3 das Diffusions gieichgewicht zwischen Stickstoff und Wasserstoff ai einer wasserbedeckten Polyletrafluorälhylen-Membrai einer Dicke von 0,15 mm bei etwa 80"C der wasseT bedeckten Membranseite und einer Temperatur differenz von etwa 30^c C zur trockenen Seite dargestellt Auf der Ordinate ist die Zusammensetzung des Gase nach Durchtritt durch die Membran und auf de Abszisse die Zusammensetzung des Gases vor dei Durchtritt durch die Membran aufgetragen. In dei Diagramm gilt die ausgezogene Kurve für das Gi vor dem Durchtritt durch die Membran, die gestrichel kurve für das Gas nach dem Durchtritt.

In F i g. 4 ist eine Anlage zur Stofftrennung in di Gasphase mittels Diffusion durch wasserdampf beau schlagte hydrophobe Kunststoffmembranen schem tisch dargestellt.

Dabei sind 1, 2 und 3 Diffusionszcllen. in dem

sich die hydrophoben Membranen 4, 5 und 6 befinden und die in ihren unteren Teilen mit Wasser beschickt sind. Zwischen den DifTusionszellen befinden sich Kühler 7 und 8 und Entspaniuingsvcntile 9 und 10. Das bei Il in den oberen Teil der üifTusionszelle 1 mit einer Temperatur von etwa 50" C eintretende Gas diffundiert je nach den Durchgangszahlen seiner Bestandteile von oben nach unten durch die von unten mit Wasserdampf beaufschlagte Membran 4. Die Temperatur im unteren Teil der Diffusionszellc beträgt etwa 80¹C. Die diffundierten (kranteile gelangen dann zusammen mit Wasserdampf in den Kühler 7> wo der Wasserdampf durch Kondensation abgeschieden wird, und treten dann über das Entspannungsventil 9 mit etwa 50C in den oberen Teil der Diffusionszelle 2 ein. Nach Diffusion durch die Membran 5 erfolgt wieder eine Abscheidung von Wasser im Kühler 8, wonach das Gas im Ventil 10 entspannt wird und in den oberen Teil der Diffusionszclle3 eintritt. Nach Passieren der Membran 6 tritt es bei 12 aus.

Nicht durch die Membran 4 diffundiertes Gas wird aus der DiYfusionszelle 1 durch Leitung 13 abgeführt, die zu einer in der Zeichnung nicht dargestellten, gegebenenfalls davor angeordneten Diffusionszeile führt, während nicht durch die Membran 5 diffundierte Gasanteile durch Leitung 4 wieder vor die Diff usionszelle I zurückgeführt werden. Eine gleiche Rückführung ist auch zwischen den Diffusionszellen 3 und 2 über die Leitung 15 vorgesehen. Leitung 16 ist eine Rückführung aus einer gegebenenfalls hinter der Diffusionszelle 3 angeordneten, aber in der Zeichnung nicht dargestellten weiteren Diffusionszelle.

Ausgehend von einem Gas mit 95% H₂ und 5% N₂ wurde in einer der beschriebenen ähnlichen Anordnung mit vier Diffusionskammeni eine Anreichern rung des Wasserstoffs auf 99% erzielt. Die hierfür benötigte Membranflächc betrug pro Zelle 10 m²/ Nm³ · h.

Bei einem anderen Versuch wurde ein Gasgemisch, bestehend aus 62% H₂, 34,5% CO₂, 2,6% CO, Rest CH₁, andere Kohlenwasserstoffe, H₂S und CGS, umgewandelt in ein Gemisch, bestehend aus 99% H₂ und 1 % CO₂, wobei etwa zwölf Diffusionszellen notwendig waren, die mit je 10 m² Folie/Nm³ · h ausgestattet waren.

Gerade das letztgenannte Beispiel zeigt die außerordentlichen Vorteile, die mit dem erfindungsgerr.äßen Verfahren verknüpft sind. Selbst wenn von dem Gas letztlich ein CO-Gehalt im ppm-Bereich verlangt wird, genügt das erfindungsgemäße Verfahren zur Zerlegung des Gasgemisches vollauf und vermag eine Kupferlaugenwäsche mit anschließender Tieftemperaturzerlegung zu ersetzen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

i 925 Patentansprüche:

1. Verfahren zum Trennen von Sitoffgemischen mittels Diffusion durch eine dünne Membran. dadurch gekennzeichnet, daß die Membran auf ihrer von der angeströmten Seite ungewandten Fläche mit einer die Membran nicht benetzenden Hilfsflüssigkeit oder deren Dampf beaufschlagt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Hilfsflüssigkeit Wasser verwendet wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch .gekennzeichnet, daß zwischen der nicht angeströmten Seite der Membran und der angeströmten Seite ein Temperaturgefällc aufrechterhalten wird.

4. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet daß zwischen der angeströmten Seite der Membran und der gegenüberliegenden ein Druckunterschied aufrechterhalten wird.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1. gekennzeichnet durch rs eine \on einer Membran (4) in zwei Tcilstriime unterteilte Diffusioiiszelle (I) nut einer Gaszuführungslcitimg (11) in einen Raum und einer Gasabführunüsieitung im anderen Raum.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ue- 3» kennzeichnet, dall die Membran aus einem gesinterten Kunststoff besteht.

7. Vorrichtung n.ich Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Membr;,.i aus einem Kophohen Kunststoff besieht ?,5

X. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran aus einem hydrophoben Kunststoff besteht.

9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis K. dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine künstlich vergrößerte Oberfläche hat.

10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran eine Mikroporenstruktur li.it.

11. Vorrichtung nach den Ansprüchen 5 bis Ki. gekennzeichnet durch die Hintereinanderschaltung mehrerer Diffusionszcllen (1. 2. 3). wobei der Gasabführraum jeder davor befindlichen Diffusionszelle (I. 2) mit dem Gaszuführraum der nächsten Diffusioiiszelle (2. 3) über Kühler (7. 8) r,o und Kntspannimgsvenlilc (9, HO) verbunden ist.

!2. Vorrichtung nach Anspruch !1. gekenn-/"cichne: durch VerhindungslciUingen (14. 15) zwischen dem Gas/uführrauin jeder Diffusionszclle (2. 3) mit dem (iaszuführraum jeder im (lasstrom davor angeordneten (1, 2).