DE1953223B2 - Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem Gasgemisch - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem Gasgemisch nach dem ^r>n Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einer aus der US-PS 33 44 586 bekannten Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 besteht der Träger aus einem keramischen Material gleichförmiger Porosität. Hinsichtlich des Porositätsgrades muß dabei ein Kompromiß geschlossen werden, da einerseits ein grobkörniges, gebranntes keramisches Material die Diffusion zwar begünstigt, jedoch eine rauhe Oberfläche aufweist, auf der nur unter Schwierigkeiten ein zusammenhängender Film aus gegenüber t>o Wasserstoff selektiv durchlässigem Material abgeschieden werden kann. Wird andererseits feinkörniges gebranntes keramisches Material für den Träger verwendet, so ist die Durchlässigkeit des Trägers für das diffundierende Gas klein. Dieser Nachteil kann zwar zu b5 einem gewissen Grad dadurch behoben werden, daß in der Scheibe Kanäle oder sonstige Hohlräume vorgesehen werden, es wird dadurch jedoch der Träger mechanisch geschwächt und es besteht die Gefahr von Verformungen des Trägers infolge ungleichmäßiger Spannungen durch das Brennen.

Aus der US-PS 26 27 933 ist eine Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch bekannt, wobei der Träger aus einem porösen keramischen Rohr oder einem Metallsieb besteht, auf dem eine Schicht aus Metalloxid-Aerogel als für Wasserstoff selektiv durchlässiger Film aufgebracht ist Die Diffusionseinrichtung besteht dabei aus verschieden porösen Schichten, wobei jedoch die eine die Funktion des Trägers erfüllt, während die andere, nämlich das Metalloxid-Aerogel, den gegenüber Wasserstoff selektiv durchlässigen Teil darstellt

Ausgehend von der US-PS 33 44 586 liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch zu schaffen, die sich durch eine hohe mechanische Festigkeit der Diffusionseinrichtung, insbesondere des Trägers, auszeichnet und gleichzeitig eine hohe radiale und axiale Strömung des abgetrennten Gases innerhalb der Diffusionseinrichtung ermöglicht.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das kennzeichnende Merkmal des Anspruchs 1 gelöst.

Bei der im Anspruch 2 angegebenen Ausgestaltung der Erfindung wird auf einfache Weise eine Abdichtung zwischen den einzelnen Scheiben erreicht.

Bei den in den Ansprüchen 3 bis 5 angegebenen Ausgestaltungen der Erfindung wird der äußere Rand der Scheiben zusätzlich gegen mechanische Beschädigung geschützt und wird die Gasströmung entlang der Oberflächen der Scheiben geführt.

Da die Diffusionseinrichtung im wesentlichen aus keramischem Material besteht, zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung ferner durch ihre Druckfestigkeit aus.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in Seitenansicht und im Schnitt eine Ausführungsform der Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem wasserstoffhaltigen Gasgemisch,

F i g. 2,3, und 4 in Draufsicht die die Diffusionseinrichtung bildenden Scheiben und

F i g. 2a, 2b, 2c, 3a und 4a im Schnitt die Scheiben nach Fig. 2,3, und 4.

Wie aus F i g. 1 ersichtlich, weist die erfindungsgemäße Wasserstoffdiffusionstrennvorrichtung im allgemeinen eine Kammer 10 mit einer darin abgestützten Gasdiffusionseinrichtung U auf. Unreines wasserstoffhaltiges Beschickungsgas tritt in die Kammer 10 durch einen Einlaß 12 ein, der durch die Bodenwand der Kammer 10 führt. Das Abgas, aus dem Wasserstoff abgetrennt ist, fließt aus der Kammer 10 durch einen Auslaß 13, der durch die obere Wand der Kammer führt.

Die Diffusionseinrichtung U ist ein fester Körper aus keramischem Material, wobei ein großer Teil davon poröses keramisches Material ist, dessen äußere Oberflächen mit einem dünnen Oberflächenüberzug aus nichtporösem wasserstoffdurchlässigen Material, wie z. B. Palladium oder palladiumhaltige Legierungen, versehen ist. Die Gasdiffusionseinrichtung 11 ist mit einer Ableitung 14 für reines Gas verbunden, die durch die obere Wand der Kammer 10 führt.

Die Wände der Kammer 10, die Einlaß- und Auslaßrohre 12 und 13 und die Ableitung 14 für das reine Gas sind zweckmäßig aus rostfreiem Stahl hergestellt.

Die Gasdiffusionseinrichtung 11 ist aus einer oder

mehreren dünnen ebenen Scheiben 15 aus porösem keramischen Material gebildet, die durch einen keramischen Flansch Ϊ6, z. B. in einer im einzelnen in der US-PS 33 67 696 beschriebenen Weise mit der Ableitung 14 für das reine Gas befestigt ist. Wie gezeigt, ·-. können mehr als eine poröse keramische Scheibe 15 vorgesehen sein, die in einem Stapel angeordnet sind und durch Abstandsglieder 17 zwischen benachbarten Scheiben 15 im Abstand gehalten werden. Es sind lediglich zwei Scheiben 15 mit einem dazwischenliegen- ι ο den Abstandsglied 17 gezeigt, jedoch versteht es sich, daß jede gewünschte Anzahl von Scheiben 15 und Abstandsgliedern 17 in dem Stapel vorliegen können.

Die Scheiben 15 sind normalerweise kreisförmig, können jedoch auch quadratisch, rechteckig oder i> allgemein polygonal sein. Zweckmäßig besitzen die Scheiben 15 möglichst wenig scharfe Ecken. In gleicher Weise ist die periphere Gestalt des Abstandsgliedes 17 nicht kritisch, doch ist das Abstandsglied 17 so ausgebildet, daß es einen geringeren Umfang als die 2» Scheiben 15 aufweist, so daß die äußeren Teile der Scheiben 15 sich außerhalb der Abstandsglieder 17 in der Art von Rippen zur Erzielung großer äußerer Oberflächenbereiche erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Abstandsglied 17 nät r> einer Scheibe 15 in einem Stück ausgebildet sein, z. B. in Form einer aufgerichteten Lagerbuchse oder Nabe auf der Scheibe 15.

Die Scheibe 15 und das Abstandsglied 17 weisen jeweils eine zentrale Bohrung auf und werden axial in dem Stapel angeordnet, wobei ihre Bohrungen unter Bildung einer zentralen axialen Bohrung 18 innerhalb des Stapels ausgerichtet sind. Am Boden des Stapels ist ein gasundurchlässiger Deckel 19 an der Unterseite der letzten Scheibe 15 befestigt, um das untere Ende der r> zentralen Bohrung 18 abzudecken und zu verschließen. Am oberen Ende des Stapels öffnet sich die Bohrung 18 durch den Flansch 16 in die Ableitung 14 für das reine Gas, so daß die Ableitung 14 in Gasströmungsverbindung mit der zentralen Bohrung 18 steht. ·»< >

Die Membran, durch die Wasserstoff diffundiert, wird durch einen dünnen Film 20 gebildet, der aus einem geeigneten gasdurchlässigen Material, z. B. Palladium oder Palladiumlegierung, besteht, das auf die freiliegenden äußeren Oberflächen der porösen keramischen ·»■"> Teile der Gasdiffusionseinrichtung 11 aufgebracht ist.

In der Praxis sind aus Gründen der Wirtschaftlichkeit die keramischen Scheiben 15 gewöhnlich die einzigen Teile der Gasdiffusionseinrichtung U, die aus porösem keramischen Material hergestellt sind. Die anderen '> <> Teile, nämlich der keramische Flansch 16, die Abstandsglieder 17 und der Deckel 19, sind normalerweise aus nichtporösem keramischen Material hergestellt. Selbstverständlich können jedoch die anderen keramischen Teile der Gasdiffusionseinrichtung 11 ebenso aus ¹^ porösem keramischen Material hergestellt werden, das auf den äußeren Oberflächen mit einem wasserstoffdurchlässigen Film überzogen ist.

Die Scheibe 15 besteht aus einem monolithischen festen geformten keramischen Träger mit einer inneren t>o Schicht 30 aus grobkörnigem keramischem Material, die zwischen Schichten 31 aus feinkörnigem keramischem Material, wie beispielsweise in Fig. 2 und in dem Querschnitt der F i g. 2a, 2b und 2c gezeigt, sandwichartig angeordnet ist. Die Scheibe 15 kann, wie in Fig. 1 f" gezeigt, mit getrennten Abstandsgliedern 17 verwendet werden, oder die Abstandsglieder 17 können in einem Stück mit der keramischen Scheibe 15 ausgebildet sein, die dann die in F i g. 2b wiedergegebene Gestalt annimmt Auch kann sich, wie in Fig.2c gezeigt, die äußere, feinporöse keramische Schicht -31 um den gesamten Umfang der Scheibe 15 erstrecken, wie beispielsweise durch den Rand 32 gezeigt ist Eine derartige Ausführungsform wird besonders bevorzugt, da die innere, grobporöse keramische Schicht 30 dann vollständig durch eine äußere Schicht 31 aus feinporösem keramischem Material eingeschlossen ist ausgenommen am Ausgang zur zentralen Bohrung 18, aus der reiner Wasserstoff abgezogen wird. Die Ablagerung einer gleichmäßigen porenfreien Diffusionsmembran auf sämtlichen Oberflächen der Scheibe 15 wird dadurch erleichtert.

In den F i g. 3 und 3a wird eine weitere Ausführungsform erläutert wobei eine dichte nichtporöse keramische Schicht 40 auf der Oberfläche der Scheibe 15 und angrenzend an die zentrale Bohrung 18 vorgesehen ist. Die dichte nichtporöse keramische Schicht 40, die vorgeformt und monolithisch zusammen mit anderen keramischen Teilen der Scheibe 15 gebrannt ist, dient einem zweifachen Zweck: gleichmäßige und porenfreie metallische Diffusionsschichten sind erstens schwierig in porenfreier Form an scharfen Kanten und Ecken der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung verwendeten keramischen Träger herzustellen. Die Verwendung von nichtporösen dichten keramischen Einfügungen an den Kanten des porösen Keramikmaterials beseitigt somit die Notwendigkeit vollkommener Diffusionsfilme, die lediglich H2 durchlassen, und beschränkt den Diffusionsfilm auf eine planare Oberfläche. Die nichtporöse dichte keramische Schicht 40, die ihre nichtporösen Eigenschaften hohem Glasurgehalt verdankt, erleichtert zweitens die Abdichtung der keramischen Scheiben 15 aufeinander und gegenüber den Abstandsgliedern 17, falls diese vorgesehen sind, unter Bildung einer dichten zentralen Bohrung 18 zum Ableiten von reinem diffundiertem Wasserstoff.

In den Fig.4 und 4a ist eine weitere Ausführungsform einer Scheibe 15 wiedergegeben. In dieser Ausführungsform ist eine dichte nichtporöse keramische Schicht angrenzend an die zentrale Bohrung 18 vorgesehen, und der Rand 41 des Elementes 15 ist gleichfalls aus dichtem nichtporösem keramischem Material hergestellt. Auf diese Weise ist es nicht nötig, dünne Palladiumüberzüge an den Ecken der Scheibe 15 vorzusehen oder, wenn sie wegen der Einfachheit der Herstellung vorgesehen werden, besteht nicht die Notwendigkeit der absoluten Porenfreiheit.

Ferner bietet die Ausbildung eines dichten keramischen Randes 41 an der Scheibe 15 die Möglichkeit Gasdurchgänge 42 in dem dichten keramischen Rand 41 vorzusehen. Eines der Probleme bei der Trennung von Wasserstoff durch Diffusion besteht darin, einen Gasstrom über die Diffusionsfläche herzustellen. Unter Anwendung eines relativ dicht schließenden Behälters für die Diffusionseinrichtung 11 und durch Einarbeitung von Gasdurchgängen 42 in den nichtporösen Rand 4 der Scheibe 15 und Änderung der Stellung dieser Gasdurchgänge 42 von Scheibe zu Scheibe in der gesamten Anlage wird die Strömung aus unreinem Gas über die Diffusionsflächen gerichtet und dadurch die Gesamtleistung der Vorrichtung wesentlich verbessert. Nichtporöse Abschnitte können natürlich in irgendeinen Teil des Elementes 15 eingearbeitet werden, um derartige Gasdurchgänge 42 an anderen Stellen als dem Rand 41 der Scheibe 15 herzustellen.

Das keramische Material des Trägers der Diffusions-

einrichtung 11 weist im allgemeinen 50 bis 90 Gew.-% Alkalialuminiumsilicate, 10 bis 50% Ton und 0 bis 10% Siliciumdioxyd auf. Der Gehalt an freiem Siliciumdioxyd soll 10 Gew.-% des keramischen Gemischs nicht überschreiten, um einen gebrannten Keramikträger niedriger Wärmeausdehnung und guter Stoßfestigkeit herzustellen. Um die Festigkeit des fertigen porösen Trägers zu steigern und den Bereich der Brenntemperatur zu verbreitern, damit der gebrannten keramische Träger weniger staubt, wenn er geringfügig unterfeuert ist, wird zu dem keramischen Material eine keramische Glasur zugefügt. Die Menge an Glasurmittel variiert zwischen etwa 2 bis 50%, je nach der gewünschten Porosität des gebrannten Keramikmaterials. Die Verwendung von Glasuren in der Keramik hat den weiteren Vorteü, daß eine engere Anpassung der Wärmeausdehnung und Brennschrumpfung von nichtporösen und porösen keramischen Materialien, die bei der Herstellung der Diffusionseinrichtung 11 verwendet werden, möglich ist.

Verschiedene übliche keramische Hochtemperaturglasuren können für diesen Zweck verwendet werden. Zufriedenstellende Glasuren bestehen im allgemeinen aus Gemischen von Aluminiumoxyd und Siliciumdioxyd, die verschiedene andere oxydische Komponenten aufweisen, zu denen beispielsweise Boroxyd, Calciumoxyd, Strontiumoxyd u. dgl. gehören, die in die Glasur eingearbeitet werden, um spezifische Wärmeausdehnungs- und Erweichungseigenschaften zu ergeben. Die nominale Oxydzusammensetzung von im Handel erhältlichen Glasuren, die sich als geeignet erwiesen, ist in der folgenden Tabelle aufgeführt:

Bestandteile als Oxyde

SiO₂

B₂O,

K₂O

Na₂O

CaO

SrO

Gewichtsteile	Glasur B	5,5	Glasur C
Glasur A	(2)	70,6	(3)
(D	45,1	15,7
13,6	19,3	51,3
44,9	1,4	29,0
35,4	0,4	7,5
3,5	0,7	4,0
2,7		36,4
9,5	43,8
17,7

127.3

143,0

187,7

Die Porosität der porösen Keramikmaterialien wird durch Zugabe variierender Mengen an Füllstoffmaterialien geregelt, die während des Brennvorgangs durch Verbrennen entfernt werden, z. B. Holzpulver, feinzerteilte Kunststoffe, Kohlepulver und dergleichen. Bei der Herstellung von Strukturen mit feiner Porosität werden 25 bis 45 Gew.-% Füllstoff, z. B. Kohlepulver, und 75 bis 55% feinteiliges Keramikpulver (keramischer Stoff + Glasur) verwendet, während zur Herstellung grober Porosität 40 bis 85% Kohlepulver verwendet werden. Brennbarer Füllstoff, wie z. B. Kohlepulver, wird zu den Keramikgemischen auch zugegeben, um praktisch undurchlässige und dichte Keramikmaterialien zu erzeugen, um die Schrumpfung des dichten keramischen Materials auf die des porösen keramischen Materials, mit dem es in Kontakt gebrannt wird, einzustellen. Bei der Herstellung der keramischen Scheiben 15 können die speziellen Bestandteile und deren Prozentgehalte in dem Gemisch zu gewissem Ausmaß variiert werden und erzeugen noch thermische und strukturelle Eigenschaften, die zur Herstellung eines keramischen Trägers für einen darauf aufgebrachten nichtporösen wasserstoffdurchlässigen Film geeignet ist In der Praxis erwies sich Nephelinsyenit als besonders geeignetes Alkalialuminiumsilicat, und die Tonkomponente besteht vorzugsweise aus einem Gemisch aus Kaolin, der wegen seiner Reinheit zugegeben wird, und Ballenton, der Plastizität und eine starke Bindungsfähigkeit liefert Bei der Herstellung des keramischen Trägers werden Silicat, Ton und Kohlenstoff zusammen mit den übrigen Mengen an Glasurstoffen gründlich vermischt, und dann werden Glycerin oder Wasser vermischt mit einem Binder, wie beispielsweise Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Acrylharz oder Polyäthylenglykol, beispielsweise υ in die trockenen Materialien eingemischt und unter Bildung eines Vorläufer-Pulvers, das zur Formung zu der gewünschten Gestalt geeignet ist, getrocknet Eine Emulsion aus mikrokristallinem Wachs erwies sich auch als guter Binder und gutes Schmiermittel.

Bei der Formung der zusammengesetzten porösen Scheiben 15 mit Schichten 30, 31 verschiedener Porosität wird zunächst eine erste Schicht des zusammengesetzten keramischen Vorläufer-Materials in einer Form abgelagert. Diese erste Schicht, die eine

feine Porosität aufweisen muß, ist im allgemeinen auf eine Korngröße von 0,7 bis 0,1 mm, vorzugsweise 0,58 bis 0,18 mm, granuliert Danach wird eine Zwischenschicht aus grobem keramischem Vorläufer-Material mit einer Körnung von beispielsweise 1,0 bis 0,5 mm und

so vorzugsweise 0,84 bis 0,58 mm in die Form gebracht und mit einer dritten Schicht aus feinporösem keramischem Material aufgefüllt Die abgelagerten Schichten werden unter einem Druck von 70 bis 700 bar, vorzugsweise 280 bar, verdichtet und dann gebrannt, bevorzugt auf

Kegel 1. Im allgemeinen fehlt dem porösen keramischen Material die Festigkeit, wenn es auf Kegel 1 gebrannt wird, und wenn es auf Kegel 2 gebrannt wird ist es weniger porös und die Gasströmung wird herabgesetzt Natürlich hängt die spezielle Brenntemperatur von der

Zusammensetzung der verwendeten speziellen keramischen Masse ab, jedoch wurde festgestellt daß geringfügige UnterFeuerung, d.h. kein Brennen auf maximale Dichte, einen Ausgleich der gewünschten porösen Porosität- und Festigkeitseigenschaften herbei-

b5 führt.

Wenn die Einarbeitung von Bereichen aus dichtem nichtporösem keramischem Material in die Scheibe 15 erwünscht ist wie oben angegeben, wurde festgestellt

daß die Anwendung von grünen »Vorformen« Gleichmäßigkeit und genaue Anpassung der nichtporösen Abschnitte der Scheibe 15 sicherstellen.

Grüne Vorformen weisen verdichtete nichtgebrannte Ringe oder Abschnitte aus keramischem Vorläufer-Pulver auf, die einen hohen Glasurgehalt besitzen und so angesetzt sind, daß sie nach dem Brennen nicht porös sind, sie besitzen jedoch Schrumpfeigenschaften nach dem Brennen, die mit den bei der Herstellung der porösen keramischen Scheiben verwendeten porösen keramischen Vorläufer-Pulvern verträglich sind. Derartige Vorformen können jede beliebige Gestalt aufweisen und wurden, wie vorstehend erläutert, in Form von Ringen verwendet.

Einzelheiten der Herstellung und der Anwendung von wasserstoffdurchlässigen Metallfilmen auf die keramischen Träger sind in der US-PS 33 44 586 und der deutschen Patentanmeldung E 31 893 erläutert. Letztere Anmeldung beschreibt Palladiumfilme auf porösem keramischem Material unter Anwendung einer Aufschlämmung aus pulverförmigem Palladium und pulverförmigem Glasurmaterial in Wasser, das anschließend unter Bildung eines glasierten Films gebrannt wird, wobei Palladiumteilchen über den gesamten Film dispergiert sind.

Der Einbau keramischer Scheiben in eine Diffusionseinrichtung ist in der US-PS 33 44 586 beschrieben.

In den folgenden Beispielen wurden die folgenden Ansätze zur Herstellung von Scheiben 15 verwendet, die eine innere Schicht 30 zwischen äußeren Schichten 31 aufweisen.

1. »Keramikkörper«: 55% Nephelinsyenit

15% Ballenton 25% Kaolin 5% Siliciumdioxyd

2. »Feines keramisches Vorläufer-Pulver«: Gemisch aus 633 Gew.-% des obigen Keramikkörpers (1), 1,7% Glasur A mit einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,044 mm und 35 Gew.-% Ruß, wobei nach dem Vermischen eine Korngröße von 0,58 bis 0,18 mm vorlag.

3. »Grobes keramisches Vorläufer-Pulver«: Gemisch aus 75 Gew.-% Ruß, 24,4% keramischem Körper (1) und 0,6% Glasur A mit einer Korngröße entsprechend einer lichten Maschenweite von 0,44 mm, wobei auf eine Korngröße von 0,84 bis 0,58 mm granuliert wurde.

4. »Dichtes keramisches Vorläufer-Pulver«: Gemisch aus 12£% Glasur A mit einer Korngröße entsprechend einem Siebdurchgang mit 0,04 mm lichter Maschenweite (325 mesh), 71,0% des obigen keramischen Körpers (1) und 16,5% Ruß, wobei das Gemisch auf eine Korngröße von 0,58 bis 0,18 mm (28 bis 80 mesh) granuliert wurde.

Jedes der in den folgenden Beispielen verwendeten Pulver wurde mit einer Wasseremulsion aus mikrokristallinem Wachs vermischt, die etwa 50% Wachs in einer Menge zur Herbeiführung von etwa 12 Gew.-% Wachs zu Pulver, bezogen auf Trockenbasis, enthielt Die Pulver wurden bei 93°C zur Entfernung von Wasser vor der Verwendung getrocknet

Beispiel 1

Eine poröse keramische Scheibe von etwa 3,2 mm Starke wurde wie folgt hergestellt: In eine Form von etwa 100 mm Durchmesser mit einem zentralen Stift von 13 mm Durchmesser wurden Schichten gebildet, die wie folgt aufgebaut waren:

1. Eine dünne Bodenschicht von etwa 508 μ Stärke aus feinem keramischen Vorläufer-Pulver (2) und Binder,

2. eine Jickere Mittelschicht von etwa 2540 μ Stärke aus grobem keramischem Vorläufer-Pulver (3) und Binder,

3. eine dünne Überzugsschicht von etwa 508 μ Stärke aus feinem keramischem Vorläufer-Pulver (2) und Binder.

Die zusammengesetzten Schichten wurden dann in der Form bei einem Druck von 280 bar verdichtet, wobei die Scheibe aus der Form entfernt und auf Kegel 1 gebrannt wurde.

Es wurde festgestellt, daß die erhaltene Scheibe von 3,2 mm Stärke und etwa 86,4 mm Durchmesser eine Axialströmung an Stickstoff von 9 i/min/6,4 cm² bei Raumtemperatur und 1,05 bar Überdruck ermöglichte. Die Radialströmung der Scheibe lag bei etwa 40 l/min.

Beispiel 2

Eine poröse geschichtete keramische Scheibe mit der Konfiguration nach F i g. 2b wurde unter Anwendung des Verfahrens nach Beispiel 1 mit der Ausnahme hergestellt, daß eine obere Schicht aus feinporösem keramischem Vorläufer-Material (2) zur Erzielung einer aufrechten Nabe von etwa 760 μ aufgebracht wurde. Diese monolithische aufrechte Nabe wurde hergestellt, indem eine Ausnehmung in den Stempel der Form eingearbeitet wurde. Die poröse keramische Scheibe wurde mit einem dünnen Pd-Glasurfilm gemäß der US-PS 33 44 586 überzogen. Die überzogene Keramikscheibe wurde mit einer Metalleitung und einem Flansch, wie in der genannten Patentschrift beschrieben, zusammengebaut und hielt bei 500° C einen Druckunterschied von 21,1 atü N₂ aus. Die überzogene Scheibe ließ unter einem Wasserstoffdruck von 1,05 bar bei auf strömendem Durchgang und Atmosphärendruck bei abströmendem Durchgang 4 l/min an reinem Wasserstoff durch.

Beispiel 3 Eine geschichtete Keramikscheibe wurde wie folgt

hergestellt:

In eine Form von 100 mm Durchmesser mit einem Zentralstift von 13 mm Durchmesser wurde ein grüner »Vorform«-Ring aus dichtem keramischem Vorläufer-Pulver (4) eingebracht Der Ring wurde hergestellt

so indem das Vorläufer-Pulver bei 70 bar verdichtet wurde, wobei ein Ring von 760 μ Stärke und 25,4 mm Durchmesser mit einem zentralen Loch von 13 mm Durchmesser, das auf den Zentralstift der Form paßte, erhalten wurde.

Nach Anordnung der grünen Vorform wurde eine Grund- oder Bodenschicht von etwa 760 μ feinem keramischem Vorlauf er-Pulver (2) in die Form gebracht, und dann wurde eine Mittelschicht von etwa 2540 μ aus grobem keramischem Vorlaufer-Pulver zugefügt In diesem Fall wurde jedoch das grobe Pulver lediglich im Zentrum des Formhohlraums unter Erstreckung auf etwa 63 mm des Randes angeordnet, wobei ein ringförmiger Raum verblieb, der mit feinporösem keramischem Vorläufer-Pulver (2) gefüllt wurde.

Schließlich wurde ein zweiter grüner »Vorform«- Ring aus dichtem keramischem Vorläufer-Pulver über den Zentralstift eingepaßt, und eine obere Schicht aus feinporösem keramischem Vorläufer-Pulver von etwa

760 μ Stärke wurde in die Form eingebracht und der Inhalt bei 280 atü verdichtet. Nachfolgendes Brennen auf Kegel 1 erzeugte eine Keramikscheibe der in F i g. 3a gezeigten Konfiguration mit der Ausnahme, daß der gesamte Rand der keramischen Scheibe feinporös war.

Bei Raumtemperatur wies die Scheibe eine Axialströmung von 9 l/min/6,4 cm² unter Anwendung von Stickstoff bei 1,05 bar Überdruck auf. Die Radialströmung der Scheibe lag bei etwa 40 l/min.

Die Scheibe wurde mit einem Pd-Glasurfilm wie in Beispiel 2 überzogen, und sie ließ bei Prüfung bei 500° C und einem Druckunterschied von 1,05 bar 4 l/min an reinem Wasserstoff durch. Es wurde auch festgestellt, daß die keramische Scheibe einen Druckunterschied von 42,2 bar N2 bei Raumtemperatur vor und nach dem Überziehen der Scheibe mit einem Pd-Glasurfilm aushielt. Die nicht überzogene Scheibe wurde so geprüft, indem sie in einer Kunststoffhülle abgedichtet wurde.

Die Ergebnisse zeigen, daß durch die monolithische schichtförmige Ausbildung das Ziel hoher keramischer Festigkeit ohne irgendeinen Kompromiß hinsichtlich der Radialströmung erreicht wird, da die erhaltenen Werte der Wasserstoffströmung denen gleich sind oder über die hinausgehen, die unter den gleichen Bedingungen mit mit Hohlräumen versehenen Scheiben erhalten werden.

Es ist klar, daß das Verfahren nach Beispiel 3 in einfacher Weise zur Erzeugung von Scheiben 15 der in F i g. 4 wiedergegebenen Konfiguration angepaßt werden kann. Beispielsweise kann anstelle der Herstellung eines Randes 41 aus feinporösem Vorläufer-Pulver für die Scheibe 15 ein Rand 41 aus dichtem keramischem Vorläufer-Pulver (4) verwendet werden, um einen Randabschnitt der Scheibe 15 herzustellen, der für Gasströmung undurchlässig ist Andererseits kann ein derartiger Rand 41 auch als eine grüne Vorform

1*> hergestellt werden und in die Form vor der Zugabe der feinen und groben keramischen Vorläufer-Pulver eingebracht werden. Falls erwünscht, z. B. zur Herstellung einer Scheibe 15 mit Gasdurchgängen 42, wie in F i g. 4 gezeigt, können entfernbare Stifte in den dichten keramischen Abschnitt der Form eingeführt werden, um nach dem Brennen Gasdurchgänge 42 zu liefern, die zur Verteilung des unreinen Gases über die Diffusionsflächen der Gasdiffusionseinrichtung 11 beitragen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abtrennung von Wasserstoff aus einem Gasgemisch mit einer Kammer, die einen Einlaß und einen Auslaß für den Durchgang des Gasgemisches durch die Kammer aufweist, und mit einer in der Kammer angeordneten Gasdiffusionseinrichtung, die eine Ableitung für die abgetrennten Gase und einen Stapel dünner Scheiben aufweist, die durch getrennt von den Scheiben oder einteilig mit diesen ausgebildeten Abstandsgliedern axial im Abstand voneinander unter Bildung einer zentralen in die Ableitung mündenden Bohrung und einer eine Gasströmung zwischen den Scheiben und der zentralen Bohrung ermöglichenden Verbindung angeordnet sind und einen porösen monotthischen keramischen Träger und auf ihrer äußeren freiliegenden Oberfläche einen nicht porösen Film aus gegenüber Wasserstoff selektiv durchlässigem Material aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger aneinander haftende innere und äußere Schichten (30,31) unterschiedlicher Porosität aufweist, wobei die äußere Schicht (31) aus feinkörnigem gebranntem keramischem Material und die innere Schicht (30) aus grobkörnigem gebranntem keramischem Material aufgebaut ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche jeder Scheibe (1.5) eine dichte, nicht poröse keramische Schicht (40) aufweist, die die zentrale Bohrung (18) ringartig umgibt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (15) einen ringförmigen äußeren Rand (41) aus nicht porösem t> keramischem Material aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Scheibe (15) einen nicht porösen Bereich von gleicher Stärke wie die Scheibe (15) und Gasdurchgänge (42) in dem nicht 4« porösen Bereich aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der nicht poröse Bereich durch den ringförmigen äußeren Rand (41) gebildet wird.