DE2504653A1 - Verfahren zur reinigung eines neonhelium-gemisches - Google Patents

Verfahren zur reinigung eines neonhelium-gemisches

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DE2504653A1
DE2504653A1 DE19752504653 DE2504653A DE2504653A1 DE 2504653 A1 DE2504653 A1 DE 2504653A1 DE 19752504653 DE19752504653 DE 19752504653 DE 2504653 A DE2504653 A DE 2504653A DE 2504653 A1 DE2504653 A1 DE 2504653A1
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Georgij Anatoljewitsch Golowko
Jurij Jakowlewitsch Ignatow
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LE T I CHOLODIL
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LE T I CHOLODIL
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Kryotechnik, insbsaondaro auf ein Verfahren sor Belnigung eines Neon-Helium-Gemisches.
Das genannte Verfahren läßt sich bei der.kryogenen Lufttrennung zwecks Herstellung· eines reinen iTeon~Heliun.-GeQl.gches einsetzen.
»Veit bekannt lot ein Verfahren aur I-iemigunfeines Feon-Helium-Gemischos, daa 2 bis 7 Vo 1% Neon, 1 bis 3 VoIfS Helium, bis 1,5 Volfi Wasserstoff, Spuren von Sauerstoff und ICohienvvasssistoffen " und ReGt Stickstoff enthält, durch Daphiegmation des Haup .tolls von Stickstoff zwischen 67 bis 800E unter einem Druck von 4 bis
7 kp/cm · Die Gasatntkonzentration von Noon, Helium und T,7asserstoff ία Dejjhlegfaator nimnit auf 40 bis 80 Vol# zu und häna* hauptssTöhlicIi von dar Menge des zu entnehmenden Gemisches und
der Kondensationstoaperatur ab, die don Stickstoffdaapfdruck eben bestimmt· Die anschließende Reinigung des Heon-Helium-Geniischss von stickstoff und Jt. us r st off erfolgt auf deia ViegQ der Sekundär-
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dephlegmatlon bei einem Druck von 20 bis 25 kp/cm unter Weltorrelnlgung des Gemisches m Adsorptionsapparaten,, dia takt polydisperser *» Aktivkohle, deren Mikroporen 5 bxs 1000 A groß sind, gefüllt sind,.., wobei die Aktivkohle den restlichen Stickstoff adsorbiert· Das auf solche Welse gereinigte Gemisch enthält etwa 70 Vo% Heon, 28 Vo 1% Helium und 2 YoI^ Wasserstoff. Jüan entfernt den Wasserstoff gewöhnlich durch katalytisch^ Hydrierung unter Anwendung von Sauerstoff· Die Endreinigung des Naon-HeIlum-Gemisches besteht in der Entfernung von Reaktionsprodukten und öl in zusätzlichen Adsorptionseinheiten· Der Wasserstoff kann auch durch katalytisch^ Hydrierung vor der Sekundärdephlegmation entfernt werden.
Harchteile der betrachteten '.Technologie der Reinigung des Keon-Hellutn-Genilsches bestehen in folgendem,
1. Die DephlegGution des Heon-Helium-Geimsches erfolgt in zwei Stufen bei unterschiedlichen Drucken und Temperaturen·
2, Das Gemisch wird im Adsorptionsapparat nur von Stickstoff und Sauerstoff gereinigt·
^. Zwecks Wasserstoffentfernung wird der exothermische Pro'zefl der kataIytischen Hydrierung angewendet, der die anschließende Trocknung and Reinigung des Neon-Helium-Gemisches von Reaktionsprodukten (Sauerstoff) und Kompressoröl erfordert·
Bekannt ist ein Verfahren (s. Bulgariens-Urheberschein 1Ir. 11836 vom 15· Juli 19^8) zur Reinigung eines Meon-Helium-Gemisches, das dem Lufttrennungsapparat entnommen-wird und 2 bis 7 Vol% ITeon,
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1 bis 3 Vol% Helium, 0,5 bis 1,5 Vol% Wasserstoff, 38,5 bis 39,5 Vol% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält, von Stickstoff, Sauerstoff und den genannten Kohlenwasserstoffen in der Welse, daß man den Haupttell ναι Stickstoff aus dem genannten Neon-Hellum-Gemisch durch Dephlegmation zwischen 78 und 8O0E bei einem Druck von 5
kp/cm unter anschließender Zufuhr des Gemisches in den Rohrraum
eines Adsorptionsapparate- bei 5 kp/cm Druck entfernt·
Die .Adsorption von Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoff erfolgt an polydisperser Aktivkohle als mikroporöses Adsorp-
tlonsmittel mit 5 bis 1000 A großen Poren .zwischen 78 und 800K, wobei die Temperatur mit Hilfe von In den Rohrrauni des Adsorptionsapparats zuführendem flüssigem Stickstoff gesichert wird.
Die Desorption von adsorbierten Gasen wird durch stufen-
2 ~1
weise Druckminderung des Gemisches von 5 kp/cm auf 10 bis
L-P
•10 Torr bei einer zunehmenden variablen Temperatur durchgeführt· Dae Temperatur erhöht sich infolge des Ersatzes eines thermostatlerenden Kältemittels gegen einen Wärmeträger.
Zu den Nachteilen des genannten Verfahrens gehört folgendes:
1. Die Adsorption erfolgt an Aktivkohlen, die eine polydjLspeuse Struktur besitzt und zur Aufnahme hauptsächlich des Stickstoffs dient. " ,
" 2. Man führt die Dephlegmation und Adsorption bei einer relativ hohen Temperatur von 78 bis 800K durch, was die Erhöhung
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des Relnigungsgrades ^es Neon-Helium-Getnisches nicht begünstigt·
3. Bel der Anwendung der polydispersen Aktivkohle wird der Wasserstoff nicht vollständig adsorbiert; deshalb ist die anschließende Reinigung des lieon-Hellutn-Gemisches von Wasserstoff erforderliche
4. Durch Anwendung der polydispersen Aktivkohle wird das ITeon
in bedeutenden MengenTuna gelrff im Laufe der Desorption verloren.
5· Die Desorption nach jedem Adsorptionszyklus erfolgt bei zunehmender variabler.Temperatur, was dazu führt, daß der lsothermische Ablauf des Adsorptions-Dssorptions-Prozesses gestört und der ökonomische Hutzeffekt des ganzen Prozesses wegeni^nergleaufwandes für Vorwärmen und erhöhten Kältemittelverbrauchs herabgesetzt v/ird. ' .
Ber Erf lud aas liegt die Aufgabe zugrunde, in einem Verfahren
zur. Reinigungeines ITeon-Hellum-Gemisches solche Adsorptionsmittel im Adsorptionsatadium und solche Desorptionsbedmgungen zu wählen, die es ermöglichen, die Reinigung des Ifeon-Kelium-Gemisches von Sauerstoff, Stickstoff, Kohlenwasserstoff und Wasserstoff gleichzeltig durchzuführen, die Technologie d&c Reinigung des Keo-Heliua-Gemisches zu vereinfachen und ihren ökonomischen Nutzeffekt zu erhöhen·
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß im Verfahren zur Reinigung des Keon-lIellum-G-aaisches, das 2 bis ? VoI^ Ποοη, 1 bis 3 Vol% Helium, 0,5 bis 1,5 Vol% Wasserstoff, 88,5 bis 96,5 VoljS Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen nut 1 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält, von Stickstoff,Sauerstoff und
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den genannten Kohlenwasserstoffen in der Weise, das man den. Stickstoff aus dem ITeon-Helium-Gemisch durch Dephlegmation zwischen 67 und 77°K bei einem Druck von 4- bis 7 kp/cni entfernt, ein Gemisch herstellt, das 68 bis 74 Vol% Neon, 22 bis 24 Vo 0# Helium, 1,5 bis 2 Vol% Wasserstoff, 1 bis 8 Vo 1% Stickstoff, Sp.uren von öauorstoff und den oben genannten Kohlenwasserstoffen enthält, dieses Gemisch durch mikroporöse Adsorptionsmittel unter einem Druck von 4 bis 7 kp/cm . durchläßt, wobei der restliche Stickstoff, Sauerstoff und die erwähnten Kohlenwasserstoffe adsorbiert werden, dann die Desorption von Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen' durch stufenweise Druckerniedrigung des Heon-Helxuo-Gemisches von 4 bis 7 kp/cm auf 10"1 bis 10~2 Torr durchfuhrt,■indem man die Adsorption unter Ther&ostatieren von mikroporösen Adsorptionsmitteln alt flüssigem Stickstoff als Kältemittel verwirklicht', er- £lndungsgemäi3 mikroporöse auch Wasserstoff adsorbierende Adscrp-
tlonsmittel alt 3 bis 9 A großen Eintrittsöffnungen für die Adsorption zum Einsatz gelangen, während die Desorption ebenso unter .Thermostatleren von Adsorptionsmittel eilt flüssigem Stickstoff erfolgt.
Durch Anwendung-von mikroporösen Adsorptionsmittel-mit 3
bis 9 A großen Lmtrittsöffnungen kann die Reinigung des ITeon-Helium-Geniisches von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff durcligeführt wei'den·
Die Durchführung der Desorption unter isothermischen Bodin-
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gungen, d.h. unter Thermostatleren von Adsorptionsmittel^ alt
einem. Kältemittel, erhöht den ökonomischen Nutzeffekt des Reinigungsprozesse s.
Der Adsorptionsprozeß ist zweckmäßlgerwclse boi einer zwischen 67 und 77°K liegenden Temperaturen der mikroporösen .adsorptionsmittel durchzuführen, was die dynamische Aktivität der· -absorptionsmittel und den Relnigungsgrad des Weon-Helium-Gemisches von Beimengungen erhöht.
is ist wünschenswert,-die Adsorption an zwei Schichten von mikroporösen Adsorptionsmitteln vorzunehmen, wobei die erste
Schicht, gesehen in der Bewegungsrichtung des Neon-HGlium-Gcmisches, mikroporöse Adsorptionsmittel mit 5 bis 9 A großen läm-
trittsöffnungen und die zweite Schicht dieselben mit 3 bis 5 A großen Emtzittsöffnungon enthält, wahrend das Schlchthöhenvcrhältnis 1:1 bis 1:10 beträgt.
Dank einer solchen Lösurgkann can die selektive Adsorption von Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen an Adsorptionsmitteln Kit 5 bis 9 A großen Eintritts öffnungen und von Wasser-
stoff an Adsorptionsmittel mit J5 bis 5 A großen 2!ntritüsöif-- ■ nungen durchf üiirGne
Als mikroporöse Adsorpticnsait;jel mit 5 bis 9 A großen
Eintrittsöffnungen sind synthetische Zeolithe zu enipfehl-n, von denen die Zeolithe CaA und NaX die besten Ergebnisse liefern.
Es empfiehlt sich, als mikroporöse Adsorptionsmittel mit
0 ·
3 bis 5 A großen Eintritts Öffnungen polymere Aktivkohlen zu be-
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nutzen.
Die stufenweise Druckerniedrigung bei der Desorption läßt sich xn zwei Etappen verwirklichen: Han. vermindert den Druck zuers1« von 4- bis 7 kp/cm auf den Atmosphärendruck, indem dan Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und die genannten Kohlenwasserstoffe abzieht, dann vom It mosphär endruck auf 10 bis 10 Torr, wobei. der dabei deöorbierte Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und die genannten Kohlenwasserstoffe entfernt werden.
Um das Ausbringen von 3eon und Helium aus dem Gemisch zu erhöhen, ist die stufenweise Druckernledrigung bei der Desorption in zwei oder drei Etappen zweckaKsige-rwelse nach folgendem Schema vorzunehmen: In der ersten Etappe vermindert man den Druck von 4- '..:■
2 2
bis 7 kp/cm auf .2 bis 5 kp/cm , indem man desorbierten Stickstoff, Sauerstoff, V/asserstoff und desorbierta Kohlenwasserstoffe entfernt und vermischt diesen Strom rait dem ursprünglichen iTeon-Heiium-Gainischj dann, wenn es sich um die dreistufige Druckerniedriguns handelt, setzt man den Druck von 2 bis 5 kp/ca auf den itmosphärendruck herab, indem man dabei desorbiertenStickstoff, Sauerstoff, V/asssrstoff und Ilolilenvjasserstoffe aus dem Adsorptionsapparat ent-
—1 —2
fernt, wonach der jjruck auf 10 bis 10 Torr in diesgci und jenem
jffall hGrabgesejzt wird, wobei die jenannten desorbierten Gase abgezogen «verdene
' Um ursprüngliche Eigönschaf ten der üds or pt Ions mittel v;lederherjiustallen, ist es wUnschensvjert, im Jalle der dreistufigen
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Druckernlodrigung nach der zweiten Etappe die Zufuhr des flüsai^sn Stickstoffs m den Rohrraum des Adsorptionsapparats periodisch abzubrechen und einen Gasv;ärmetrager darm einzuleiten, wobei die Temperatur der oben genannten mikroporösen Absorptionsmittel auf 27O bis 30O0K erhöht wird, und dann die Zufuhr des flüssigen Stickstoffs zu erneuern·
Als Gaswärmetrager empfiehlt es sich, Luft oder Stickstoff zu verwenden, deren bzw. dessen Temperatur zwischen 3500 und 35O°K liegt.
Das genannte Verfahren zur Reinigung des Neon-Hellutn-Gemischen
ermöglicht es, die Reinigungstechnologie bedeutend zu vereinfachen, Beimengungen von stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen an zwei Adsorptloncm.it te !schichten aus dem Ausgangsgemisch vollständig zu entfernen und das reine Heon-Hellum-Gemisch herzustellen, das mohr als 99»9% Hauptprodukte enthält. Durch stufenweise Desorption laßt sich das Aus bringen von ITeon und Helium aus dem ursprünglichen Keon-Helium-Gemisch erhöhen. Die Verwirklichung der vorwiegend isotherrnlschen Desorption führt die wesentliche Steigerung der V/irksacikeit des ganzen Prozesses herbei,
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Reinigung des Neon-Helium-Gemisches wird wie folgt durchgeführt·
Das Keon-iielium-Gemisch, welches beispielsweise einem Lufttrennung sapparat entnommen wird und 2 bis 7 Vol% Neon, 1 bis J5 VoIg Helium, 0,5 bis 1,5 Vo 1# Wasserstoff, 88,5 bis 96,5 Vol%
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Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und. Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält, wird einem. Dephlegmator · EOgeführt, in dem die Dephlegmatlon von Stickstoff durch Sieden
des flüssigen Stickstoffs als Kältemittel erfolgt. Die Dephlegmatlon von stickstoff aus dem iieon-Helluni-Geoilsch wird zwischen 66 und 67°K verwirklicht, wobei die Temperatur durch Druckänderung füber flüssigem Stickstoff als Kältemittel mit Hilfe einer Vakuumpumpe geregelt wird. Das ursprüngliche Äeon-Hellum-Geniisch kann dem Dephlegmator Im Gleichstrom oder Gegenstrom zugeführt
werden· Der Gtrömungsdruck des Heon-Heilum-Gemisches im Bereich
von 4 bis 7 kp/cm richtet sich m diesem HPaXl nach der Betriebsart des üuuptapparats für die I-ufttrennung·
Das ITe on-He Ii um-Ge misch, das 68 bis 74 VoI^ lieon, 22 bis 24 Vol% Helium, 1 bis 2 VoIJS Wasserstoff, 1 bis 8 Vo 1% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen enthalt, gelangt
aus dem Dephlegmator In einen der zwei zusammenarbeitenden Adsorptionsapparate, in den das Gemisch von Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen an der Schicht von mikroporösen
Msorptionsmitteln mit J> bis 9 A großen EiE.trittsöffnungen (Mikroporen) zwischen 67 und 770K bei einem Druck von 4 bis 7 kp/cm
gereinigt wird·
Zur vollständigeren Reinigung des iieon-Hellum-Gemisches von Wasserstoff ist die .Adsorption von Beimengungen an zwei Adsorptlonsmittelschlchten zweckmäsigervjelse durchzuführen·
Die erste Schicht des mikroporösen iidsorptlonsmlttels mit
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5 bis 9 A großen Emtritts&ffnungen adsorbiert Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffe mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen, während die zweite Schicht mit 3 bis 5 A großen Kikroporen den Wasserstoff aufnimmt·
Als mikroporöse Adsorptionsmittel mit 5 bis 9 A großen Eintrittsöffnungen können synthetische Zeolithe von Typ ITaX, CaX, CaA oder ultramikroporöse Gläser zur Verwendung kommen, und als
O .
mikroporöse Adsorptionsmittel mit J bis 5 A großen Eintrittsöffnungen lassen sich polymere Aktivkohlen mit einer entwickelten ultramikroporösen Struktur benutzen· line jede Schicht besitzt eine Selektivität gegenüber den aufzunehmenden Bestandteilen· Das
Schichthöhenverhältnis beträgt 1:1 bis 1:10 und hängt vom Mengenverhältnis hauptsächlich zwischen Stickstoff und Wasserstoff am Adsorptionsapparateingang, vom Typ der Adsorptionsmittel und von Betriebsparametern des Reinigungsprozesses ab·
Unter Betriebsbedingungen erfolgt m einem der Adsorptionsapparate die Reinigung des Neon-Hellum-Gemlsches von Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen und im zweiten Adsorptionsapparat die Desorption der genannten Beimengungen·
Die Desorption von Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen wird bei einer Adsorptionstemperatur (67 bis 770K) durch Druckerniedrigung in drei Etappen verwirklicht:
2 2
1· Druckerniedrigung von 4· bis 7 kp/cm auf 2 bis 5 kp/cm
und Abzug eines Teils von lieon und Helium, welche den lntergranu-
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lasen. Baum, des .Adsorptionsapparats ausfüllen, und eines Teils von dabei desorbierten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffen; Einleiten des genannten neon- und heliumangereicherten Gemisches in den parallelen Adsorptionsapparat, wo es mit dem aus dem Dephlegmator kommenden ITe on-Hellum-Ge misch vermischt wird. Die erste Etappe der adsorption erhöht auf solche Weise das Ausbringen von Neon und Helium; die Druckerniedrigung um 25 bis 50% führt außerdem nur zu geringen Desorption von Stickstoff, Y/asserstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen und wirkt sich auf den Weiterbetrieb des parallelen Adsorptionsapparats nicht aus.
2. Druckerniedrigung von 2 bis ·? kp/cm auf dön Zitmospharendruck und Entfernung von desorbiertem Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff, Kohlenwasserstoffen aus dem Adsorptionsapparat sowie eines Teils von Neon und Helium, welche den mtergranularen Kaum des Adsorptionsapparats ausfüllen, aus dem Adsorptionsapparat· Die desorbierten Gase werden m die Atmosphäre ausgeworfen oder m einen Gasbehälter eingeleitet und dann mit dem ursprünglichen Keon~Helium-Gemisch vermischt·
5· Druckerniedrigung von dem Atmospharendruck auf 10 bis 10 Torr und Entfernung von des or bier tem Stickstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen sowie eines Teils von Heon und Helium aus dem Adsorptionsapparat. Die Druckerniedrigung erfolgt mit Hilfe einer Vakuumpumpe, und die desorbierten Gase werden in die Atmosphäre ausgeworfen. '
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Die·isotherme Desorption läßt sich außerdem in zwei
Etappen nach zwei Varianten verwirklichen.
2 1· Man setzt den Druck von 4 bis 7 kp/cm auf den Atmosphä-
rendruck herab und entfernt Neon, Helium und desorbiertai Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff aus, dem Adsorptionsapparat^vermindert den Druck von atmosphärischen auf 10 ' bis 10 Torr und entfernt die genannten desorbierten Gase aus dem .Adsorptionsapparat in die Atmosphäre·
2, Man vermindert den Druck von 4 bis 7 kp/cm auf 2 bis
ο
5 kp/cm , entfernt Neon, Helium und desorbierte Gase aus dem
Adsorptionsapparat und vermischt mit dem ursprünglichen Heon-
2 —1
Helium-Gemisch? man setzt den Druck von 2 bis 5 kp/cm auf 10
—2
bis 10 Torr herab und entfernt die genannten .desorbierten Gase ·
Im Laufe des Adsorptions-Desorptions-Prozesses wird das Adsorptionsmittel auf eine zwischen 67 und 770K liegende Temperatur abgekühlt, die im genannten Bereich durch Druckänderung Ubersiedendem flüssigen Stickstoff als Kältemittel mit Hilfe der Vakuumpumpe geregelt wird·
Periodisch nach 1 bis 10 Zyklen wird die .teilweise Regenerierung von Adsorptionsmittel]! unter Erhöhung ihrer Temperatur auf 27O bis 5000K während 4 bis 5 Std. vorgenommen.Dieser Arbeitsgang ermöglicht das vollständige wfderherstellen der ursprünglichen Eigenschaften der Adsorptionsmittel, während ein Teil
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der Aufnahmefähigkeit der Adsorptionsmittel bei der lsothermlschGE Desorption in Laufe der Adsorption nicht benutzt wird·
Die unvollständige Regenerierung geschieht in drei Etappen. Die. erste und die zweite Etappen werden ebenso wie bei der lsothormischen Desorption vorgenommen, und die dritte Etappe verwirklicht man auf folgende 7/eise. Nachdem man die Vakuupumpe eingeschaltet hat, bricht man die Zufuhr von flüssigem Stickstoff m den Hohrraum des Adsorptionsapparats ab und führt dem genannten Rohrraum einen Gaswärmotrager,gewöhnlich Luft oder Stickstoff mit einer Temperatur von 300 bis 35O0K au, indem man die Temperatur von Adsorptionsmittel!! auf 2?0 bis 3000K erhöht* Man nimmt dlo Druckerniedrigung auf 10"^ bis 1O""2 Torr zwischen 2?O und 30O0E wahrend 4 bis 5 std. vor, wonach die Zufuhr von flüssigem Stickstoff erneuert wird. ·
Das auf solche V.'else erhaltene reln3 Heon-HelXua-Geralsch, das'mlndenstens 99,9 Vo 1% Ήβon und Helium (70 YoIjS Neon und 30 Vol% Helium) enthält, kann zur Herstellung von reinem Heon und Helium nach einem der bekannten Verfahren, d.h. durch Kondensation oder Adsorption, ader als Schutzmedlum, balm Arbeiten von Lacksuchern, als Kältemittel usvb· benutzt 'werden·
Zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung -werden, konkrete Beispiele angeführt, die das erflnaungsgemäsa Verfahren naher erläutern·
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Beispiel 1
Das Neon-Hellum-Gemisch, das 7 YoIfS Neon, 5 Vol% Helium, 1,5 Vol% Wasserstoff, 88,5 Vol% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen (A'thylen, Propylen usw.) enthält, wird einem Dephlegmator zugeführt, wo
der Stickstoff aus dem Gemisch bei 670K unter 7 kp/cm Druck entfernt wird·
Man erhält aus dem Dephlegmator das Gemisch, das 75 VoI^o He on, 24 Vol£ Helium, 2 Vo 1% Wasserstoff, 1 VoIjS Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen enthält« Dieses
■ ρ
Gemisch wird unter 7 kp/coT mit 0,5 m/mm Geschwindigkeit m den Bohrraum des Adsorptionsapparats geführt, wobei der Rohrraum mit zwei Schichten von Adsorptionsmittel·!! gefüllt ist, die mittels flüssigem Stickstoffs thermostati-ert sind und eine Temperatur von 670K haben· Die erste Schicht besteht aus synthetischem Zeollth
-NaX mit 9 A sroßen Eintrittsöffnungen, die 3 weit β Schicht besteht aus einer polymeren Aktivkohle mit der entwickelten mikroporösen Struktur, ?;obel Eintritts öffnung en 5 bis 5 A groß sind. Das Schichthöhenverhältnis von Adsorptions alt te In beträgt 1:1. ■ Aus dem Adsorptionsapparat erhält man das gereinigte ITeon-Helium-Geaisch, dessen Gesao:tmenge von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und V/asserstoff 1·10 Volumteile nicht übersteigt. Die Adsorptionskapazität von Zeollth NaX gegenüber Stickstoff beträgt 78 kg/nr, während die Adsorptionskapazität der poly-
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meron .Aktivkohle gegenüber Wasserstoff 56 kg/nr ausmachte
Nimmt die Menge einer der Beimengungen am Adsorptionsapparatatisgang zu, werden die Adsorptionsapparate umgeschaltet, und der funktionierende Adsorptionsapparat wird in den Dasorptionszustand übergeführt»
Die Desorption von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff wird unter Thermostatieren von Adsorptlonsmittein mittels flüssigen Stickstoffs vorgenommen, der eine bei 77 K liegende Temperatur von Adsorptionsmittel durch stufenweise Druckerei niedrigung sichert« Zuerst setzt man den Druck von 7 bis 5 kp/cm herab und zieht dam .Adsorptionsapparat etwa 3Q% Neon-Hellum-GemiscJ: das den lntergranularen Raum des Adsorptionsapparats .füllt-, und desorblerte Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und -IVasserstoff ab und vermischt mit dem zu dieser ilelt in den zusammenarbeitenden Adsorptionsapparat einströmenden Ueon-Helium-Gemisch. Dana vermindert man den Druck von 5 kp/cm auf den Atmosphärondruck und entfernt dabei desorbiertenStiekstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und V/asser stoff·
Der Druck wird anschließend vom atmosphärischen auf 10 Torr erniedrigt, und aus dem Adsorptionsapparat werden restliches Neon und Helium sowie desorblerte Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und V/asserstoff entnommen. "Verluste an Neon und Helium übersteigen 10 "Vol% nicht»
Im anschließenden Zyklus des Adsorptions-Desorptions-Prozesses
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übersteigt die Gesamtmenge an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und 7/asserstoff im reinen Neon-Hellun-Gemisch 5.10*"^ Voiumteilö nicht. Die Adsorptionskapazität von Zaolith ITaX gegenüber Stickstoff beträgt 21 kg/m , und die Adsorptionskapazität der polymeren Aktivkohle gegenüber Wasserstoff macht 3 auSo
Beispiel 2
Das Neon-Hellum-Gemisch, das 4 Vol% Neon, 2 Vol% Helium,
1 Vol% Wasserstoff, ^ Vol% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und leichten Kohlenwasserstoffen enthält, wird einem Dephlegmator zugeführt, wo der Stickstoff aus dem Gemisch bei 73°& unter 5
kp/cm Druck entfernt wird·
Aus dem Dephlegmator erhält man das Gemisch, das 70»5 Vo1% Neon , 23 Vol% Helium, 1,5 Vol% Wasserstoff, 5 Vo1% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen enthält. Dieses Gemisch wird unter 5 kp/cm Druck mit 0,5 m/mm Geschwindigkeit m den Hohlraum eines Adsorptionsapparats geführt, wobei der Hohrraum mit zwei Schichten νςη Adsorptionsmittel gefüllt ist, die' mittels flüssigen Stickstoffs auf eine Temperatur von 73°K thermostatiert sind. Die erste Schicht besteht aus synthetischem Zeo-
llth CaA mit 5 A großen Eintrittsöffnungen, die zweite Schicht
besteht aus einer polymeren Aktivkohle mit 3 bis ·5 Α großen Eintrittsöffnungen. Das Schichthöhenverhältnis von Adsorptionsmitteln betragt 1:5·
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Aus dem Adsorptionsapparat erhält nan das gereinigte Hellum-Gemlsch, dessen Gesamtmenge an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff 3·1Ο Voiumtelle nicht übersteigt. Die Adsorptionskapazität von Zsollth CaA gegenüber Stickstoff beträgt 71 kg/m , und die Adsorptionskapazität von dar ^polymeren Aktivkohle gegenüber Wasserstoff macht 50 kg/nr aus.
Die Desorption von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff wird unter Thermostatleren von Adsorptionstäitteln mittels flüssigen Stickstoffs auf eine Temperatur von 73°K durch Druckernicdrigung m zv/oi Etappen vorgenommen· Zuerst setzt man den Druck von 5 bis 3 kp/cm" herab und sleht aus dom ädsorptionsapparat etwa 40% Neon-Helium-Geniisch, das den intergranularen Saum des Adsorptionsapparats füllt, sowie desorblerte Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und V/asserst off ab itnd vermischt mit dem au dieser Zeit in den zusammenarbeitenden Adsorptionsapparat einströmenden lieon-Hellum-Gemisch.
2 —Ί —2 Dann vor mindert man den Druck von 3 kp/cm auf 10 bis 10 Torr und entfernt Neon, Helium und desorbierten Stickstoff ,Sauerstoff , Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff·
Nach 1 bis 5 Zyklen des Adsorptlons-Dasorptlons-Prozesses übersteigt die Gesamtmenge von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und V/asserstoff im gereinigten iJeon-Hellüra-Geiaisch 1.10 Volumteile nicht·
Die Adsorptionskapazität von Z^olith CaA gegenüber Stickstoff beträgt 17 kg/ar, und die Adsorptionskapazität der poly-
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deren Aktivkohle gegenüber Wasserstoff macht 13 kg/nr aus· Die Verluste an Neon und Helium übersteigen 8 Vol$ nicht.
Beispiel 5
Das Neon-Helium-Gemisch, das 2 Vo 1% Heon, 1 Vol% Helium, 0,5 Vol% Wasserstoff, 96,5 Vol% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und loichton Kohlenwasserstoffen enthält, wird einem Dephlegmator zugeführt, v;o der Stickstoff aus dem Gemisch bei einer Temperatur
ρ
von 77°K unter 4 kp/ca Druck entfernt wird·
.aus dom Dephlegmator erhält man das Gemisch, das 68 Voi-S Neon, 2j5 VoI^ Helium, 1 Vo 1$ 7/asserstoff, 8 Vo3# Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen enthält. Dieses Gemisch wird unter 4 kp/cm Druck mit 0,5 m/mm Geschwindigkeit m den Eohrraum eines idsorptionsapparats geführt, wobei der Rohrraum, mit zwei Schichten von Adsorptionsmittel eingefüllt ist, die mittels flüssigen Stickstoffs auf eine Temperatur von 77°K thermostatiert sind. Dia arste Schicht besteht aus synthetischem Zeo-
llth CaX mit 9 Λ großen Emtrittsöffnungen, die zweite Schicht besteht aus einer polymeren Aktivkohle mit J> bis 5 ■& großen Eintrittsöffnungen. Das Schichthöhenverhaltnis beträgt 1:10· Aus dem Adsorptionsapparat erhält man das gereinigte ITeon-
Helium-Gemisch, dessen Gesamtmenge von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff 1,10""^ Volumtelle nicht übersteigt· Die Adsorptionskapazität von Zeolith GaX gegenüber Stickstoff beträgt 59 kg/cr^ und die Adsorptlonskapasität der polymeren
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Aktivkohle gegenüber Wasserstoff macht 53 kg/nr aus«
Dig Desorption von Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und "iVasserstoff wird bei 770Ji durch stufenweise Drucker» nle.drigung in drei Etappen vorgenommen· Zuerst setzt man den Druck
p
von 4 bis 2 kp/cm herab und zieht dem Adsorptionsapparat etwa 50% Heonr-Helium-Getaisch, das den mtergranulaien Raum des Adsorptionsapparats füllt, so.vlQ desorblerte Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff ab und vermischt mit dem zu dieser £elt in den parallelen · Adsorptionsapparat eln-
2 strömenden Heon-Helium-Gemlscho Dann wird der Druck von 2 kp/cm auf den atmosphärischen vermindert, und aus dom Adsorptionsapparat werden Neon, Helium und desorblerte Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffe und Wasserstoff entnommen. Anschließend erniedrigt man. den Druck vom atmosphärischen bis 10 Torr, indem man die Zufuhr von flüssigem Stickstoff in den .Rohrraum des Adsorp->tionsapparats abbricht und Luft, deren Temperatur 35O°K beträgt, in den Rohrraum einleitet. Man erhöht die Temperatur von Adsorptionsmittel auf 3000K und hält bei dieser Temperatur während 5Std wonach dlie Zufuhr von flüssigem Stickstoff erneuert wird· Dabei werden die ursprünglichen Eigenschaften von Adsorptionsmittel!!
praktisch vollständig wiederhergestellt·
Im anschlle33nden Zyklus des Jidsorptlons-Desorptlons-Prozesses übersteigt die Gesamtmenge an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen und Wasserstoff im gereinigten ITeon-Hellum-Gemlsch
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2.10 Volumteile nicht· Die Adsorptionskapazität von Zeollth CaX gegenüber Stickstoff beträgt 58 kg/cr, und die Adsorptionskapasltät der polymeren Aktivkohle gegenüber Wasserstoff macht 52,5 kg/mr aus. Verluste an l'Ieon und Helium übersteigen 7 Vol% nicht,
Beispiel 4
Das Neon-Helium-Gemlsch, das 7 Vol% Neon, 3 VoI^ Helium, 0,5 "70.1% Wasserstoff, 89,5 Vol% Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und leichten Kohlenwasserstoffen enthält, wird einem Dephlegmator zugeführt, wo man bol 67°K unter 7 kp/cm Druck den Stickstoff aus dem Gealach entfernt,
Aus däm Dephlegmator erhält man das Gemisch, das 74- Vol% Neon, 24 Vol% Helium, 1 Vol?S Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen enthält. Dieses Gemisch wird unter 7 kp/cnr Druck durch synthetischen Zeollth CaA mit 5 A großen Eintrittsöffnungen geleitet, der mittels flüssigen Stickstoffs auf 670K thermostatiert ist.
Der Gesamtgehalt an,' Stickstoff, Sauerstoff ug.d Ko'ilenwasser-
lut -3
stoffen im gereinigten lieon-Hellum-Gemisch übersteigt 5·10 Volumtolle nicht, wahrend der Wasserstoffgehalt nicht hoher als 1.10 Volumteile liegt.
Die Adsorptionskapazität von Zeollth CaA gegenüber Stickstoff und Wasserstoff betragt 69 bzw· 4,5 kg/m^.
Durch Verwirklichung der Desorption analog zu Beispiel 1 in anschließenden Zyklen des Adsorptions-Desorptions-Prozesses läßt
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sich der Gehalt an Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen auf 4.10""^ Volunitelle und an Wasserstoff auf 5,10" Volumtelle herabsetzen· .
Nach 5 bis 9 Zyklen macht die Adsorptionskapazität von Zeollth CaA gegenüber Stickstoff und Wasserstoff 16 bzwo 0,5 kg/nr aus.
■öle Vorerhitzung von Zeolitli CaA auf 27O°K mittels gasförmigen Stickstoffs, dessen Semperatur 3000K beträgt, stellt die Adsorptionseigenschaften von Zeolithen praktisch vollständig wieder, her und ermöglicht ss, den Gesamtgehalt an Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen im gereinigten Neon-Helium-Gemisch auf 5.10"5 Volumteile und den Wasserstoffgehalt auf 1,5· 10"^ Voluratelle zu vermindern.» Die Adsorptionskapazität "von ä-solith CaA gegenüber Stickstoff und Wasserstoff beträgt 67 bzw. 4· kg/nr „ ·
Die Verluste an Neon und Helium "übersteigen 7 bis 10 Vol$ nicht.
Beispiel 5
Aus dem Neon-Helium-Getaisoh, das 7 Vol% Neon, 3 Vol% Helium, 0,5 Vol% 7/asserstoff, 89»5 VoI^ Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und leichten Kohlenwasserstoffen enthält, wird der Stickstoff durch' Dephlegmation box 77°K unter $ kp/cm2 Druck entfernt.
Man erhält das Gemisch, das 70 Vol# Neon, 20 Yolfo Helium, 1 Yolfo Wasserstoff, 8 Vo3# Stickstoff und Sauerstoff- und J-Ioialonwasserstoffspuron enthält.
Dieses Gemisch wird unter 6 kp/cm Druck durch sjmthetischen
Zeollth NaX mit 9 k großen Sintrittsöffnungen geleitet, der mit-
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tels flüssigst Stickstoffs auf eine Temperatur von 77°K thermostatiert 1st.
Dor Gesamtgehalt an Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen ία gereinigten I-ieon-Hellum-Gemisch und der Wasserstoffgehalt übersteigt 1.1(T^ bzw. 5.1(T4 YoIiPiQlIe nicht. Die Adsorptlonskapazität von Zaollth NaX gegenüber Stickstoff und Wasserstoff -beträgt 60 kg/nr bzw. 3 kg/m .
Durch Verwirklichung der Desorption bei 77°K m zwei Etappen analog zu Beispiel 2 in anschließenden 2 bis 5 Zyklen des Adsorptlons-Desorptlons-Prozesses last sich der Gehalt an Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen sowie an Wasserstoff im gereinigten I^eon-Helium-Gemisch auf 5.10 bzw. 1»10 ^ Volumteile herabsetzen. Die Adsorptionskapazität von Zeollth ITaX gegenüber Stickstoff und Wasserstoff wird auf 15 bzw. 0,4 kg/er vermindert*
Die Yorerhitzung von ^eolith ITaX auf e3.ne Temperatur von 2800E mittels 3100E warmer Luft stellt die Msorptionseigenschaften von Zeolith praktisch vollständig wledar:.Jier,d.h. sie ermöglicht es, den Gesamtgehalt an Stickstoff, Sauerstoff, Kohlenwasserstoffen auf 5.10 Yoluratexlo und den Wasserstoff auf 1.10"^ Volumteile herabzusetzen. Die Adsorptionskapazität von Zeollth NaX gegenüber Stickstoff und V/'asserstoff beträgt dabei 60 bzw. 2,5 kg/m5.
Die Verluste an Neon und Helium übersteigen 8 VoI^ nicht.
Bei der Reinigung des liieon-Heiium-^einisches von der Zusammen-
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setzung, die der ita Beispiel 1 angegebenen ähnelt, unter den dem Beispiel 1 entsprechenden Betriebsparametern des Prozesses wurde dor Druck des lie on-Ho Ii um~Ge mische s bei der Desorption einstufig
PP
von 7 kp/cm auf 10 Torr erniedrigt· Die Reinigungsgüte und die
Msorptionskapasitat der Adsorptionsmittel, bei diesem Desorptfconsverfahren waren unverändert.
Die relativen Verluste an ITeon und Helium wurden Jedoch um das Jfache vergrößert*
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Claims (2)

  1. 250Λ653
    Patentansprüche
    φ Verfahren zur Reinigung eines Neon-Helium-Gemisches, das 2 bis 7 Vo 1% ITgon, 1 bis 3 Vo 1% Helium, 0,5 bis 1,5 Vol$ .Vasserstoff, 88,5 bis 96,5 VoIJS Stickstoff, Spuren von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen enthält, von Stickstoff, Sauerstoff und dan genannten KohlenwasserstoffQn m der Welse, daß man den Stickstoff aus dem genannten Heon-Heliuia-Getalsch durch Dephlegraation zwischen 67 und 77°K bei einem Druck
    von 4 bis 7 kp/ca entfernt, ein Gemisch herstellt, das 68 bis 74 Vol% Neon, 22 bis 24 Vol% Helium, 1.,5 bis 2 Vol% Wasserstoff, 1 bis 8 Vo 1% Stickstoff, Spuron von Sauerstoff und den oben genannten Kohlenwasserstoffen enthält, dieses Gemisch durch mikroporöse Adsorptionsmittel unter einem Druck von 4 bis 7 kp/ctn durchläßt, wobei der restliche Stickstoff, Sauerstoff und die erwähnten Kohlenwasserstoffe adsorbiert werden, dann die Desorption von Stickstoff, Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen durch stufen-
    2 —Ί
    weise Druckerniedrigung des Gemisches von 4 bis 7 kp/cm. auf 10 bis 10 Torr durchführt, indem man die Adsorption unt&r Thermostatioren von mikroporösen Adsorptionsmittel mit flüssigen Stickstoff als Kältemittel verwirklicht, dadurch gekennae lehne t,daß man mikriporöse,auch Wasserstoff adsor-
    bierende Adsorptionsmittel mit 3 t>ls 9 A großen Smtrittsoffnungen für die Adsorption verwendet, während die Desorption ebenso unter Thermostatleren von Adsorptionsmitteln mit flüssigem
    509846/0927
    250A653
    Stickstoff erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch. gekennzeichnet , daß man die Adsorption bei einer.-zwischen 67 und 77°K liegenden Temperatur der .adsorptionsmittel durchführt. ■
    2. Verfahren nach .Anspruch 1, 2, dadurch g e k e η η ζ e lehnet ,daß die Adsorption an zwei Schichten von mikroporösen Adsorptionsmittel!! vorgenommen wird, wobei die erste Schicht, gesehen in der Bewegungsrichtung des Heon-Hciium-
    Gemisches, mikroporo'se Adsorptionsmittel mit 5 bis 9 A großen Eintrittsöffnungen und die zweite Schicht dieselben mit 3 bis 5 A groß en Eintrittöffnungen enthalt, wahrend das Schichthöhen-Verhältnis 1:1 bis 1:10 beträgt·
    4, Verfahren nach Anspruch p, dadurch ge-
    kennze lehne t ,daß als mikroporöse Adsorptionsmittel, mit
    5 bis 9 A großen Sintrittsöffnungen synthetische Zeolithe benutzt werden. . .
    5· Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet ,daß synthetischer Zeolith CaA zur Verwendung kommt«
    6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch geken'nze lehnet ,daß man synthetischen Zeolith NaX verwendet.
    7. Verfahren nach Anspruch 3Ȋadurch ge-
    509846/092 7"
    - 26 kennzeichnet ,daß als mikroporöse Adsorptionsmittel
    mit 3 bis 5 A großen Eintrittsoffnungen eine polymere Aktivkohle zum Umsatz gelangt,
    8, Verfahren nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet ,daß die stufenweise Druckernicdrigung bei der Desorption in zwei Stappen erfolgt: und zwar setzt man zu-
    er_st_ den P
    fXJruck von 4 bis 7 kp/cm auf den Atmosphärendruck Iiorab, indem man man den dabei desorblerten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und die oben genannten Kohlenwasserstoffe abzieht, wonach der Druck vom atmosphärischen auf 10"' bis 10 Torr vermindert wird, wobei die dabei desorbiarton Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe entfernt werden·
    9· Verfahren nach Anspruch 1,dadurch Gekennzeichnet ,daß dia stufenweise Druckerniedrigung bei der Desorption in zwei Stappen erfolgt: Zuerst setzt man den
    2 2
    Druck von Ψ bis 7 kp/cm auf 2 bis 5 kp/cm herab, indem man die dabei desorblerten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und oben genannten Kohlenwasserstoffe abzieht und mit dem ursprünglichen
    ■" ■ 2
    ^eon-Helitia-Gemisch vermischt, wonach der Druck von 2 bis 5 kp/cni
    —1 —2
    auf 10 bis 10 Q?orr vermindert wird, wobei die desorblerten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und !kohlenwasserstoffe entfernt worden.
    10. Verfahren nach Anspruch 1,dadurch ge- —
    kennzeichnet ,daß die Dr uckemledr igung bei der Desorp-
    tion m drei Etappen erfolgt: Zuerst setzt man den Druck von 4·
    509846/0927
    2 2
    bis 7 kp/cm auf 2 bis 5 kp/ca herab,. indem nan die dabei dasorbierten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und oben genannten Kohlenwasserstoffe abzieht und mit dem ursprünglichen Ueon-
    Höliuta-Gaoiisoh vermischt, wonach der Druck von 2 bis 5 kp/c.ü auf don itüiosphSrendruck vermindert v/ird, wobei die desorbierten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe entfernt werden, wonach nian den Druck vom atmosphärischen auf 10 bis 10 0?orr erniedrigt, indem man die dabei dosorbiorten Stickstoff, Sauerstoff, Wasserstoff und Kohlenwasserstoffe entfernt.
    13· Verfahren nach .Anspruch 10, dadurch £ e --
    kennz e lehne t ,daß nan nach der zweiten Desorptlonsetappe das Thoriaostc.tieren cit flüssigen Stickstoff abbricht und lie «Adsorptionsmittel nit einem G-aswärtnetra^erthermostatiert, mdea man dia Temperatur von mikroporösen .adsorptionsmittel auf 270 bis 50O0K erhöht, -wonach das Thor taos tat leren mit flüssige;! Stickstoff erneuert wird· .
    12· Verfahren nach .Anspruch 11, dadurch g.e~ kennze lehnet ,daß als Gaswärmeträger Luft oder Stickstoff, deren bzw. dessen temperatur zwischen 300 und p50°IC liest, angewendet wird·
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