DE2236497C3 - Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen - Google Patents

Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen

Info

Publication number
DE2236497C3
DE2236497C3 DE2236497A DE2236497A DE2236497C3 DE 2236497 C3 DE2236497 C3 DE 2236497C3 DE 2236497 A DE2236497 A DE 2236497A DE 2236497 A DE2236497 A DE 2236497A DE 2236497 C3 DE2236497 C3 DE 2236497C3
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
catalyst
liquid water
hydrogen
carrier
procedure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
DE2236497A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2236497B2 (de
DE2236497A1 (de
Inventor
John P. Butler
James Denhartog
John H. Rolston
William H. Stevens
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Original Assignee
Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Atomic Energy of Canada Ltd AECL filed Critical Atomic Energy of Canada Ltd AECL
Publication of DE2236497A1 publication Critical patent/DE2236497A1/de
Publication of DE2236497B2 publication Critical patent/DE2236497B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2236497C3 publication Critical patent/DE2236497C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/38—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals
    • B01J23/40—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of noble metals of the platinum group metals
    • B01J23/42—Platinum
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J31/00—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds
    • B01J31/02—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides
    • B01J31/06—Catalysts comprising hydrides, coordination complexes or organic compounds containing organic compounds or metal hydrides containing polymers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B4/00—Hydrogen isotopes; Inorganic compounds thereof prepared by isotope exchange, e.g. NH3 + D2 → NH2D + HD
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J33/00—Protection of catalysts, e.g. by coating

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen Strömen von gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser in Gegenwart eines auf Trägermaterial aufgebrachten Katalysators der VIII-Gruppe.
Die Verwendung von Katalysatoren der Gruppe VIII des Periodensystems ist in Gmelins Handbuch der anorganischen Chemie, Band Sauerstoff, Nr. 3, 1964, Seiten 1873 bis !886, beschrieben.
Die US-PS 26 90 379 offenbart ein Verfahren zur I li-stellung von Deuteriumoxid, bei welchem wassersiolfhahij/cs Deuterium und Wasser in einer Reaktions- V:uunn:r zusammengebracht werden und die Glcichgcv.r ti!-.n:;ikiiofi /wischen ihnen mit einem Katalysator <-;ι';ιΙ/·.μ:Μ wird, der ans Nickel, Cobalt, Eiscn-Rulhcni-ΙΊιμΙιιιμι, I'ulliidiiim. Osmium, Iridium. Platin, '/Ι',Ι/Ι-Ί.ιη Wolfram oder Rhenium auf einem vcrhält-• .,-.γν;ιΙ'ιι;' inerten Irager besteht oder sich aus diesen l'':-.t;inr lic ilen zusammensetzt.
I.in größeres Problem bei dem in der vorgenannten I ,SI1S offenbarten Verfahren liegt darin, daß, während die Katalysatoren, wie gefunden wurde, den Wasscrstoffisotopenaustausch zwischen Wasserstoff und Wasserdampf katalysieren, diese Katalysatoren einen hohen und unerwünschten Verlust an Aktivität zeigen, wenn sie in innige Berührung mit flüssigem Wasser gebracht werden. Das katalytisch aktive Metall wird dadurch mil einem vielschichtigen Film von flüssigem Wasser bedeckt, das die Austauschrate drastisch beschränkt, da dann nur in dem flüssigen Mim gelöster Wasserstoff für die Reaktion leicht verfügbar ist. In Gegenwart flüssigen Wassers ist die sich ergebende Aktivität zu gering, um das Verfahren wirtschaftlich /.u machen, und so wurde in der»Pioduclion of Heavy Water« von M. Murphy, H. C. Urcv und I. Kirschbaum. McCraw-Hill Book Co.. N.Y., 1955. Seite 14, beschriebenen Anlage der Kontakt von flüssigem Wasser mit dem Katalysator dadurch vermieden, daß die relative Feuchtigkeit des Stroms bei dem Verfahren unter dem Siittigungswert gehalten wurde. Kin solches Verfahren ist. während es in befriedigender Weise durchzuführen ist. leuer, und so wiire es wünschenswert, ein Wasscrstoffisolop-Ausiiiuschverfahren /wischen Strömen von gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser zu schaffen, bei weichern die Desakiiviening des katalytisch aktiven Metalls durch das flüssige W;isser verzögert ist.
Ziel der Krfindung ist es. ein Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen Strömen von gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser zu schaffen, bei welchem die Desaktivierung des katalytisch aktiven Metalls durch das flüssige Wasser verzögert ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen Strömen von gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser, in Gegenwart eines auf Trägermaterial aufgebrachten Katalysators
ίο der VIII-Gruppe besteht darin, daß ein poröses hydrophobes Trägermaterial verwendet wird, das aus Polytetrafluorethylen, Polyäthylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Polypropylen besteht.
Der Träger kann bevorzugt mit einer Aufschlämmung oder einer Salzlösung des Katalysators imprägniert sein. Die Katalysatorteilchen werder. dann auf oder in dem Träger durch Verdampfen des Lösungsmittels und chemische Reduktion bei erhöhter Temperatur abgeschieden bzw. eingebettet Alternative Maßnahmen zum Verteilen der Metallteilchen, wie z. B. Vermischen des Metalls und des Trägermaterials, liegen für den Fachmann auf dem Gebiet der Katalysatorherstellung auf der Hand.
Als Katalysator wird vorzugsweise Platin, Nickel oder Rhodium verwendet, wobei das katalytisch aktive Metall vorzugsweise in einer Menge zwischen 0,01 und 10,0 Gew.-%, insbesondere zwischen 0,1 und 1,0 Gew.-°/o,der Katalysatoreinheit verwendet wird.
Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird die
w Katalysatoreinheit in Form einer Vielzahl diskreter, als Bett angeordneter Körper eingesetzt.
Wenn gewünscht, kann der Wasserstoff-Gasstrom aufsteigend eingeleitet mit der Katalysatoreinheit in Berührung gebracht werden, und der Flüssigwasser-
J5 strom wird abwärts rieselnd mit der Katalysatoreinheit in Berührung gebracht.
Andererseits kann sowohl der Wasserstoff-Gasstrom als auch der Flüssigwasserstrom im Glcichstom aufwärts oder abwärts in Berührung mit der Kalalysatoreinheit zugeführt werden.
Die Temperatur, bei der die Ströme miteinander und mit der Katalysatoreinheit in Berührung gebracht werden, ist auf eine lemperatur beschränkt, unter der das Trägermaterial thermisch stabil ist. wobei diese
4> Temperatur bevorz.tigi im Bereich zwischen 0 und 300"C liegt.
Die folgenden Beispiele dienen lediglich der Vcranschaulichlungdcr Erfindung.
B c i s ρ i c ! I
In poröse Polytetrafluoräthylen-Träger
eingebetteter Platinkatalysator
r)2 g 3 mm starker poröser Polytctrafluoräthylcn-Ku- v> ben als Träger wurden in eine Azetonlösung eines Platinsalzes, üblicherweise von Hexachlorplatinsäure, eingetaucht, so daß die Lösung in die Hohlräume der Trägerkuben absorbiert wurde. Die überschüssige Lösung wurde dekantiert und das in den Trägcrkiiben Wl eingeschlossene Lösungsmittel in einem Luftstrom verdampft, wodurch das Plainsal/ auf den Innenflächen der Triigcrkuben abgeschieden wurde. Diese Maßnahme wurde wiederholt, bis genügend Salz abgeschieden worden war. um einen Wen von 0.r> Cicw.% Platin auf h' ilen Trägerkuben zu erreichen. Dann wurde diis SnI/ in einem Wasscrstoffslrom bei 500C über i Stunden zu dem Zustand metallischer Katalysaiortcilchcn reduziert, auf Raumicmprciiiur abgekühlt und der sieh
ergebende, in Polytetrafluorethylen eingebettete Katalysator wurde in eine Glassäule mit einem Querschnitt von 2,16 cmJ gegeben.
Nun wurde der Kontakt der Katalysatoreinheit mit einem Strom gereinigten gasförmigen Wasserstoffes natürlicher Isotopenhäufigkeit (D/H = 118 ppm) und mit an Deuterium angereichertem flüssigem Wasser (D/H = 1140) derart vorgesehen, daß der Wasserstoff-Gasstrom aufwärts gerichtet war und der Flüssigwasserstrom abwärts durch das Bett rieselte. Das Ausmaß des Isotopenübergangs zwischen den beiden Strömen wurde gemessen, indem der Deuteriumgehalt des Wasserstoffes nach dem Durchgang durch die Säule und der Entfernung des mitgeführten Wasserdampfes aufgezeichnet wurde. Der Austauschwirkungsgrad (ε) der Säule wurde als Bruchnäherung zur Gleichgewichtsanreicherung der gasförmigen Wasserstoffphase ausgedrückt, wobei na. ne und π die anfänglichen Gleichgewichts- und beobachteten Atombruchteile an Deuterium in dem gasförmigen Wasserstoffstrom darstellen.
Katalysator zum Betrieb in der Dampfphase (bei Abwesenheit von flüssigem Wasser) ergibt, der aber nicht den Kontakt von Flüssigwasser mit den Teilchen verhindert. Entsprechend wurde ein Katalysator, der 0,5% Fiatin auf 3,2 mm starken Zylindern aus porösem Aluminiumoxyd enthielt, wie oben ausgeführ» hergestellt und in Gegenwart und Abwesenheit von flüssigem Wasser in Betrieb genommen. Aus Tabelle 2 geht hervor, daß dieser Katalysator extrem wirksam ist, wenn flüssiges Wasser nicht an den Katalysator (Dampfphasenbetrieb) herangelassen wird. Andererseits wird die Säulenwirksamkeit um 4 Größenordnungen vermindert, wenn er in Gegenwart von flüssigem Wasser eingesetzt wird.
Ein direkter Vergleich der letzteren Angaben mit den in Beispiel 1 gegebenen Angaben zeigt den Vorte·! der Herstellung von Katalysatoren zum Austausch zwischen Flüssigwasser und Wasserstoff unter Verwendung eines Trägermaterials, das durch flüssiges Wasser nicht benetzt wird.
= η - tip
ne-n0'
Repräsentative Werte des nach bestimmten Zeitintervallen bei kontinuierlichem Säulenbetrieb bei 26° C gemessenen Wirkungsgrades sind in den nachfolgenden Tabellen aufgeführt.
Tabelle 1
Platinkatalysator, eingebettet in Folytlrafluoräthylen-Träger - Gegenstrom
Zeit
(SId.)
H2-Strom
Flüssigwasserstrom
Wirkungsgrad
(cm NTP*)/sec) (g/min)
1,25 6,7
7,0 6,7
26 6,6
43 6,6
49 6,6
65 6,6
71 6,6
138 6,7
0,85
2,17
5,00
6,6
11,8
15,1
17,7
0,9
0,9
2,0
0,54 0,39 0,42 0,40 0,42 0,35 0,35 0,33 0,95 0,73 0,46 0,38 0,26 0,20 0,19
*) NTI' = Normal Temperatur und Druck.
Tabelle 2
Platinkatalysator, eingebettet in porösem Aluminiumoxyd-Träger
Dampfphase: Gleichstrom, 12,7 mg Katalysator
Zeit
Beispiel 2
Platinkalalysalor. eingebend in porösem Λluminiumoxyd-Träger
Dieses Trägermaterial wurde ills typisches Beispiel eines Trägers gewühlt, der einen extrem wirksamen Wasserstoffstrom
Wasserdampfstrom
Wirkungsgrad
(Std.)
(cmNTP/sec) (cmNTP/sec)
11,8
11,8
0,46 0,46
0,13 0,12
Flüssigphase: Gleichstrom, 25 g Katalysator
Zeit
(Std.)
0,5
WasserstofT- Flüssigwasser Wirkungs
strom strom grad
(cm NTP/sec) (cm NTP/sec)
6,4
3,0
0.005
Flüssigphase: Gegenstrom, 25 g Katalysator
Zeit
(Std.)
WasserstolT- Flüssigwasser Wirkung
strom strom grad
(cm NTP/sec) (cm NTP/sec)
6,4 3,0 0,009
3,9 3,0 0,018
2,4 3,0 0,030
Beispiel J
0,5
0,8
1,0
PlalinkalalysHor.eingebettet in porösem Polyäthylen-Träger
25 g Katalysator wurden, wie im Beispiel I beschrii·- Ik'ii, hergestellt und bei \2r> C Ib Stunden king reduziert. Tabelle ) gibt repräsentative Daten für diese Katalysatorcinliuit, die 1.3 (iew.-% l'latinkatiilysalor enthält.
Tabelle 3
Platirikatalysator, eingebettet in Polyäthylen-Träger Gegenstrom
Zeit Wasserstofl"- Flüssigwasser Wirkungs
strom strom grad
(Std.) (cmNTP/sec) (g/min)
2,6 2,0
4,0 2,0
3,4 2,0
Beispiel
0,50 0,08 0,11
starken Teilchen wurde mit einer Azetonlösung von Hexuchlorplatinsäure imprägniert. Die Probe wurde in trockenem Wasserstoff bei 200°C 8 Stunden, wie im Beispiel I beschrieben, reduziert und in der Säule zwischen zwei porösen Fritten festgelegt. Der Anteil der Metallteilchen dieses Katalysators war 0,5%, uie Aktivitätsmessungen sind in Tabelle 4 zusammengestellt.
Tabelle 4
Platinkatalysator, eingebettet in Polystyrol-Träger
Gleichstrom
Platinkatalysator, eingebettet in porösem Polystyrol-Träger
Eine 1,66-g-Probe eines porösen Polystyrol-Trägers in Form von 0,148 bis 0,178 mm (80 bis !OC mesh) ι j Zeit
(Std.)
WasserstofT-strom
Flüssigwasserstrom
Wirkungsgrad
(cm NTP/sec) (g/min)
2,5
9,0
15,2
24,0
2,0
0,89
0,44

Claims (2)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen Strömen von gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser, in Gegenwart eines auf Trägermaterial aufgebrachten Katalysators der VIII-Gruppe, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröses hydrophobes Trägermaterial verwendet wird, aus Polytetrafluorethylen, Polyäthylen, Polystyrol, Polymethylmethacrylat oder Polypropylen besteht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytisch aktive Metall in einer Menge zwischen 0,01 und 10,0 Gewichtsprozent, insbesondere zwischen 0,1 und 1,0 Gewichtsprozent, der Katalysatoreinheil verwendet wird.
DE2236497A 1971-07-29 1972-07-25 Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen Expired DE2236497C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CA119,402A CA941134A (en) 1971-07-29 1971-07-29 Hydrophobic support catalyst for h-d exchange

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2236497A1 DE2236497A1 (de) 1973-02-08
DE2236497B2 DE2236497B2 (de) 1979-08-09
DE2236497C3 true DE2236497C3 (de) 1980-04-24

Family

ID=4090462

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2236497A Expired DE2236497C3 (de) 1971-07-29 1972-07-25 Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen

Country Status (9)

Country Link
JP (1) JPS5141195B1 (de)
AU (1) AU459099B2 (de)
CA (1) CA941134A (de)
DE (1) DE2236497C3 (de)
FR (1) FR2147176B1 (de)
GB (1) GB1394089A (de)
IL (1) IL39695A (de)
NL (1) NL150020B (de)
SE (1) SE382757B (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1072720A (en) * 1976-06-25 1980-03-04 John P. Butler Process for the exchange of hydrogen isotopes using a catalyst packed bed assembly
CA1279861C (en) * 1986-05-12 1991-02-05 Karl T. Chuang Catalyst assembly
CN114436893B (zh) * 2022-03-04 2024-03-19 骏承(徐州)新材料科技有限公司 一种氘代乙腈的生产工艺

Also Published As

Publication number Publication date
IL39695A0 (en) 1972-09-28
IL39695A (en) 1975-03-13
GB1394089A (en) 1975-05-14
SE382757B (sv) 1976-02-16
CA941134A (en) 1974-02-05
FR2147176A1 (de) 1973-03-09
JPS5141195B1 (de) 1976-11-08
FR2147176B1 (de) 1977-08-26
NL7210420A (de) 1973-01-31
AU4700972A (en) 1974-03-28
DE2236497B2 (de) 1979-08-09
AU459099B2 (en) 1975-03-20
NL150020B (nl) 1976-07-15
DE2236497A1 (de) 1973-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2104019C3 (de) Katalysator zur Anreicherung von flüssigem Wasser mit Wasserstoffisotopen aus Wasserstoffgas
DE69635039T2 (de) Brennstoffzelle mit Katalysatorwerkstoff zur Entfernung von Kohlenmonoxid
DE2728576C3 (de) Verfahren zur Anreicherung von Wasserstoffisotopen
DE4422227C2 (de) Katalysator zur Reduktion von Kohlendioxid
DE2458587A1 (de) Verfahren zur hydro-entalkylierung von alkylaromatischen kohlenwasserstoffen
DE3232546A1 (de) Verfahren zum entfernen von schwefel- und stickstoffoxiden aus einem abgas
DE1003698B (de) Verfahren zur Gewinnung von mit Deuterium angereicherten Wasser oder Wasserstoff
DE2728575C3 (de) Katalysator für den Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen Strömen aus gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Wasser zwecks Herstellung von Deuteriumoxid
EP0211397A1 (de) Silberkatalysator, seine Herstellung und Verwendung
DE3101053C2 (de) Verfahren zur Entfernung von Schwefeloxiden und Stickstoffoxiden aus Abgasen sowie Vorrichtung zum Durchführen dieses Verfahrens
DE2236497C3 (de) Verfahren zum Austausch von Wasserstoffisotopen
DE60203281T2 (de) Verfahren zur herstellung von ammoniak
DE3229905A1 (de) Festbett-katalysator
DE2750006A1 (de) Verfahren zur herstellung eines wasserstoffreichen gases
DE2751888C3 (de) Verfahren zur Herstellung eines Hydroalkylierungskatalysators und dessen Verwendung zum Hydroalkylieren eines monocyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffs
DE3910249C2 (de)
EP1230148A1 (de) Verfahren zur herstellung von wasserstoffperoxid
DE2512294C2 (de)
EP0272620B1 (de) Verfahren zur Entfernung von Stickoxiden aus Abgasen, die bei der Verbrennung von Kohle anfallen
DE2706182B2 (de) Katalysatorbett für die Verwendung bei der Oxidation von Ammoniakgas
DE19507440A1 (de) Verfahren zum Entschwefeln eines H2S enthaltenden Gases
DE3023703A1 (de) Verfahren zur oxidation oder reduktion von stoffen in waessriger loesung an einem katalysator, der elektrochemisch wirksam und auf poroesem traegermaterial aufgebracht ist, sowie traegerkoerper fuer den katalysator und verfahren zur herstellung eines den katalysator enthaltenden beschichtungsmaterials fuer den traegerkoerper
DE1263717B (de) Verfahren zur Umsetzung von Wasserstoff und/oder Deuterium mit Sauerstoff
DE2542204A1 (de) Verfahren zur entfernung von no tief x aus einem sauerstoffhaltigen, praktisch kein schwefeldioxid enthaltenden abgas
DE1297793B (de) Krackverfahren

Legal Events

Date Code Title Description
OD Request for examination
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee