DE2428577C3 - Verfahren zur Trennung von gasförmigen Stoffgemischen - Google Patents

Description

Das Hauptpatent hat ein Verfahren zur Trennung von gasförmigen Stoffgemischen unter Verwendung von Laserstrahlen zur Ermöglichung einer gezielten chemischen Reaktion eines Gemischanteiles mit einem Reaktionspartner zum Gegenstand, wobei die Moleküle des abzutrennenden Stoffes in üblicher Weise durch schmalbandige Lichtquellen angeregt werden und die zur Ermöglichung der chemischen Reaktion benötigte Restenergie lediglich dem anderen Reaktionspartner gezielt zuge'Olirt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens war vorgesehen, die chemische Reaktion im gleichen Gefäß ablaufen zu lassen, in welchem auch die Moleküle des abzutrennenden Stoffes durch einen Laserstrahl angeregt wurden. Jer Reaktionspartner konnte auch außerhalb dieses Gefäßes mit der zur Ermöglichung der chemischen Reaktion benötigten Restenergie versehen werden, beispielsweise durch Erwärmung.

Bei der Weiterentwicklung dieses Verfahrens hat es sich nun herausgestellt, daß die selektive Anregung unter Umständen auf Schwierigkeiten stoßen kann, wenn durch den gleichen Laserstrahl auch Teile des Reaktionspartners in ihrem Energiezustand beeinflußt werden. Eine individuelle Einstellung der Reaktionsbedingungen, z. B. Druck, Temperatur, wie sie für einen optimalen Ablauf der chemischen Reaktion wünschenswert sind, kann daher manchmal nicht möglich sein. Es stellte sich daher die Aufgabe, eine Verfahrensführung zu finden, die eine individuelle und optimale Einstellung der Verfahrensdaten erlaubt und damit wesentlich verbesserte Trennergebnisse erwarten läßt.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Anregung des abzutrennenden Stoffes sowie die Zuführung der Restenergie zum Reaktionspartner in getrennten Räumen durchgeführt wird und diese Stoffe anschließend auf kürzestem Wege in einem Misch- und Reaktionsgefäß zusammengebracht werden. Es ist dabei zweckmäßig, das Misch- und Reaktionsgefäß als kreisrunde Kammer mit tangentialen Einführungen der für die Reaktion vorgesehenen Stoffe auszubilden und mit wenigstens einem Auslaß für die Reaktionsprodukte zu versehen.

Diese Verbesserung des ursprünglichen Verfahrens macht Gebrauch von der Erkenntnis, daß die angeregten Zustände nur für kurze Zeit existieren. Bei der Infrarotanregung in der Gasphase beträgt ihre Lebensdauer beispielsweise einige ms. Diese Zeiten sind wohl sehr kurz, sie ermöglichen aber dennoch die Durchführung dieses Verfahrens. Es muß nur dafür gesorgt werden, daß die Verbindungswege zwischen dem Reaktionsgefäß und den Anregungsgefäßen möglichst kurz sind und einen möglichst geringen Strömungswiderstand besitzen. Die Misch- und Reaktionskammer muß außerdem so gebaut sein, daß der Mischvorgang möglichst rasch vor sich geht Geeignete Konstruktionen hierfür sind aus der Experimentiertechnik zur Erfassung der chemischen Kinetik bekannt, so z. B. zur Messung der Reaktionsgeschwindigkeit chemischer Prozesse, siehe z. B. das Buch »Physikal. Chemie« von W. I. Moore, De Gruyter Verlag Berlin 1973, Seiten 360 und361.

Zur weiteren Erläuterung dieses Verfahrens sei auf die Figur verwiesen, in der ein derartiges Funktionsschema dargestellt ist. Das Laserlicht L durchsetzt in Form einer fortschreitenden oder stehenden Welle einen Bestrahlungsraum BR, der auf der einen Seite mit einer Zuführungsleitung für das zu trennende Gemisch ZG versehen ist. Am anderen Ende dieses Bestrahlungsraumes führt eine kurze Leitung zur Mischkammer MK. Diese Mischkammer MK ist einer weiteren Leitung angeschlossen, die an den Heizraum H angeschlossen ist. In diesen Heizraum H wird über die Leitung ZR der Reaktionspartner zugeführt. Über die Leitung A werden die Reaktionsprodukte aus der Mischkammer MK in einen Sammelraum S geleitet.

Die Zuführungsleitungen aus dem Bestrahlungsraum BR und aus dem Heizraum H münden auf kürzestem Wege und tangential in die Mischkammer MK, so daß eine äußerst rasche Vermischung dieser Stoffe stattfindet.

Um eine Vorstellung von den Größenordnungen derartiger Apparaturen zu geben, sei erwähnt, daß der Durchmesser des Bestrahlungsraumes BR z. B. 20 mm betragen kann. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases aus diesem Raum zur Mischkammer MK beträgt beispielsweise 50 m pro Sekunda. Wenn die Lebensdauer der angeregten Teilchen 4 ms beträgt, dann wäre noch eine Länge der Verbindungsleitung zwischen dem Bestrahlungsraum und der Mischkammer von etwa 20 cm möglich. Bei einer Lebensdauer der Teilchen von 1 ms ergäbe sich dann eine Länge von 5 cm. Derartige Abmessungen lassen sich aber konstruktiv leicht darstellen, sie können wenn nötig, auch ohne Schwierigkeiten noch verkleinert werden.
Mit einer derartigen Verfahrensführung sind zunächst folgende Vorteile verbunden: Die Fenster des Bestrahlungsraumes können von einem evtl. korrodierend wirkenden Reaktionspartner nicht angegriffen werden. Auch ausfallende Reaktionsprodukte können sich nicht auf diesen Fenstern absetzen. Außerdem wird eine Störung der Anregung durch eine zufällige Lichtabsorption des Reaktionspartners vermieden. Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Temperatur des Bestrahlungsraumes so eingestellt werden kann, daß ein Beschlagen der Wandungen und der Fenster durch das zu trennende Stoffgemisch nicht möglich ist. Diese Temperatureinsteilbarkeit ermöglicht aber auch die Herbeiführung einer für die Anregung optimalen Temperatur des Stoffgemisches. Auch die anderen Gefäße, die Mischkammer MK sowohl als auch das Gefäß H für die Aufheizung des Reaktionspartners können für sich getrennt auf optimale Temperaturwerte eingestellt werden. Dies bedeutet, daß Anregung und Reaktion bei verschiedenen Temperaturen durchgeführt werden

nnen. Zum Beispiel kann die Anregung im Bestrahigsraum BR bei niedrigerer Temperatur als die :aktion in der Mischkammer MK durchgeführt :rden, um die Dopplerbreite der Spektrallinien äglichst klein zu halten. Eine nichtgewünschte, fällige Absorption von Laserenergie durch Reakinspartner oder Reaktionsprodukte wird mit Sicherit vermieden.

In diesen Beispielen wurde dem Reaktionspartner die nötigte Restenergie durch zusätzliche Beheizung geführt. Dies wäre jedoch, wie auch im Hauptpatent dargestellt, auf andere Weise, z. B. ebenfalls durch eine Laseranregung möglich. Die Art der chemischen Reaktion ist selbstverständlich ebenfalls die gleiche, wie bereits im Hauptpatent beschrieben. Daraus ergibt sich, daß selbstverständlich auch noch Variationen im Aufbau der für die Durchführung eines solchen Verfahrens benötigten Einrichtungen möglich sind. Diese haben sich in jedem Fall nach der für die jeweilige beabsichtigte Stofftrennung vorgesehenen chemischen Reaktion zu richten.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zur Trennung von gasförmigen Stoffgemischen unter Verwendung von Laserstrahlen zur Ermöglichung einer gezielten chemischen Reaktion eines Gemischanteiles mii einem Reaktionspartner, bei dem die Moleküle des abzutrennenden Stoffes in üblicher Weise durch schmalbandige Lichtquellen angeregt werden und die zur Ermöglichung der chemischen Reaktion benötigte Restenergie lediglich dem anderen Reaktionspartner gezielt zugeführt wird, nach Patent 23 24 779, dadurch gekennzeichnet, daß die Anregung des abzutrennenden Stoffes sowie die Zuführung der Restenergie zum Reaktionspartner in getrennten Räumen durchgeführt wird und diese Stoffe anschließend auf kürzestem Wege in einem Misch- und Reaktionsgefäß zusammengebracht werden.