DE2553554B2 - Verfahren zur Entfernung von Spurenverunreinigungen aus Edelgasen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Spurenverunreinigungen in Form von Sauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff aus Edelgasen durch Chemisorption und Inkontaktbringen mit heißen Metallen. Unter Spurenverunreinigungen sind dabei Verunreinigungen von maximal jeweils 10 vpm zu verstehen. Die Entfernung dieser Spurenverunreinigungen soll bis auf vpm-BruchteUe erfolgen.

In Forschung und Technik besteht ein zunehmender Bedarf an hochreinen Edelgasen, besonders an Helium und Argon. Neben den vielfältigen und sich ständig verändernden Anwendungsbereichen in der wissenschaftlichen Forschung — es sei z. B. die Untersuchung von Wechselwirkungen von Gasen und Feslkörperoberflächen genannt — ist die Verwendung hochreiner Edelgase als hochreine Trägergase und als Null-Gase in der Analytik, z. B. Gaschromatographie und Spetralanalyse, von besonderer Bedeutung.

Derartii? hochreine Rdf»Imicp mit hpctpn Oacnualitä. ten von maximal 03 vpm als Summe aller Verunreinigungen können nicht in Stahlflaschen abgefüllt werden, da beim Abfüllvorgang z. B. aus dem Kompressor und den Verschraubungen unvermeidlich wieder Verunreinigungen in das hochreine Edeigas gelangen. Doch selbst wenn es gelänge, derartige: hochreine Edelgase ohne Verunreinigung in Stahlflaschen abzufüllen, könnten die Gase nicht in der ursprünglichen Reinheit entnommen werden, da aus der Behälterwand Verunreinigungen, insbesondere Wasserdampf, desorbiert werden. Schließlich sind für die Entnahme von komprimiertem Gas Armaturen und Leitungsanschlüsse nötig, die Spurenverunreinigungen verursachen, die anschließend im entnomenen Gas enthalten sind. Es ist daher oft erforderlich, das aus Stahlflaschen entnommene hochreine Edelgase einer Nachreinigung zu unterziehen. Es ist bekannt, diese Nachreinigung durch fnkontaktbringen der zu reinigenden Edelgase mit heißen Metallen, insbesondere mit Titan, zu bewerkstelligen. Eine solche Verfahrensweise mit Titan als Absorptionsmittel ist beispielsweise jus der deutschen Patentschrift 1 ί 77 624 bekannt Die Reinigung durch Inkontaktbringen mit heißem Titan fand auch in industriellen Anlagen bereits Anwendung. Bei diesen bekannten Verfahren werden gleichzeitig Stickstoff und Sauerstoff absorbiert Dies hat jedoch schwerwiegende Nachteile. Es ist nämlich zrm einen die sehr hohe Reaktionstemperatur von ca. 1000⁰C erforderlich. Besonders im industriellen Dauerbetrieb sind die derartig hohen Temperaturen ausgesetzten Anlagenteile starkem Verschleiß unterworfen.

Noch schwerwiegender ist aber der Nachteil, daß bei gleichzeitiger Absorption von Stickstoff und Sauerstoff der Sauerstoff bevorzugt absorbiert wird. Dadurch wird die Stickstoffabsorption behindert Es werden große Mengen Absorbermaterials und, wie erwähnt, hohe Temperaturen benötigt, um überhaupt eine ausreichende Stickstoffentfernung zu bewirken. Trotz dieser Maßnahmen isi es bisher in großen, industriellen Anlagen nicht gelungen, auf Dauer eine befriedigende Stickstoffentfernung zu erreichen. Die bekannt gewordenen Anlagen dieser Art sind daher meist schon nach kuizer Betriebszeit wieder stillgelegt worden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift 16 67 129 ist ein Verfahren bekannt, mit dem u.a. aus Edelgasen Sauerstoff und Wasserdampf bis auf Bruchteile eines vpm durch Chemisorption entfernt werden können. Die Chemisorption erfolgt hierbei an der aktiven metallischen Komponente, vorzugsweise Chrom, einer Masse, die aus einem wärmebeständigen oxydischen Träger mit großer Oberfläche besteht auf dem sich die aktive metallische Komponente als Oberflächenverbindung befindet Die Herstellung dieser ObCrHaC* enverbindung erfolgt durch eine bestimmte Behandlung mit Sauerstoff und reduzierenden Gasen, die Gegenstand dieser Offenlegungsschrift ist Neben Sauerstoff können nach dem Verfahren dieser Offenlegungsschrift viele andere hoüiogeü gelöste Beimengungen aus Gasen oder Flüssigkeiten entfernt werden, jedoch kein Stickstoff.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Entfernung von Spuren von Sauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff aus Edelgasen, bei dem der Sauerstoff und der Wasserdampf durch Chemisorption an der aktiven metallischen Komponente einer Masse entfernt wird, die aus einem wärmebeständigen oxidischen Träger mit großer Oberfläche und einer auf dem Träger als Oberflächenverbindung enthaltenen metallischen Komponente besteht, zu schaffen, welches u/irkcamprp Fntfprnuna Hpc

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ermöglicht und den Bedarf an Absorptionsmatertal verringert

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß anschließend an die Chemisorption das verbleibende Edeigas zur Entfernung des Stickstoffs mit auf 400 bis 80b°C erhitztem Titan oder Barium in Kontakt gebracht wird.

es Vorzugsweise wird hierbei das Titan in Form von Titanschwarnm bzw. das Barium in Form von mit Barium beschichteten Füllkörpern verwendet. Als aktive metallische Komponente für die Chemisorption

wird vorzugsweise eine chromhaltige Masse verwendet. Im Ausgangsgas sollten zweckmäßigerweise die Spurenverunreinigungen Sauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff jeweils nicht mehr als 10 vpm betragen, da sich derartige Reinheiten mit herkömmlichen Verfahren ohne weiteres erreichen lassen und das erfindungsgemäße Verfahren dadurch in wirtschaftlicher Weise lediglich für die Entfernung der Spurenverunreinigungen eingesetzt wird. Falls in den zu reinigenden Edelgasen auch Kohlenwasserstoffe als Spurenverunreinigungen enthalten sind, sollte ihr Anteil höchstens 5 vpm betragen. Die Kohlenwasserstoffe werden dabei gleichzeitig mit dem Stickstoff an dem heißen Titan oder Barium absorbiert. Das erfindungsgt.näSe Verfahren wird vorzugsweise bei Drücken zwischt. '· und 11 bar betrieben.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des ej.'isdungsgemäßen Verfahrens besteht aus einem die Chemisorptionsmasse enthaltenden Behälter m_: Daseintritts- und Gasaustrittssiutzen, dessen Ga^ custnUsstutzen mit dem Gaseintrittsstutzen eines titan- «rier bariumgefüllten elektrisch beheizbaren Röhrenofens verbunden ist Um nach erfolgter Reinigung das heiße Edelgas abzukühlen ist der Gasaustrittssiutzen des Röhrenofens zwefJcmäßig mit der Eintrittsöffnung eines Gebläse-Gaskühlers verbunden. Die Austrittsöffnung des Gebläse-Gasküh-IeFS ist zweckmäßigerweise noch mit einem Filter verbunden.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß infolge der vorherigen Sauerstoffent- so fernung durch Chemisorption die Stickstoffabsorption an heißem Titan oder Barium bei geringerer Temperatur, nämlich 400 bis 800°C und zugleich mit geringeren Metallmengen erreicht wird. Eine Behinderung der Stickstoffabsorption durch Sauerstoff ist ausgeschlossen. Dadurch steigt die Stickstoffkapazität des Absorbermaterials-

Ein Ausführungsbeisniel der Erfindung wird anhand der Zeichnung, die ein vereinfachtes Verfahrensschema darstellt, erläutert

Das zu reinigende Edelgas tritt durch die mit einem Ventil 1 versehene Leitung 2 in den die Chemisorptionsmasse enthaltenden Behälter 3 ein, der mit einem Gaseintrittsstutzen 3a und mit einem Gasaustrittsstutzen 3b versehen ist Hier erfolgt bei Umgebungstemperatur die Entfernung von Sauerstoff und Wasserdampf durch Chemisorption. Das von diesen Spurenverunreinigungen befreite Edelgas strömt durch die Leitung 4 in den Gaseintrittsstutzen 5a eines elektrisch beheizbaren Röhrenofens 5. Durch die elektrische Heizung 6 wird der im Röhrenofen befindliche Titanschwamm 7 auf 400 bis 800° C erhitzt An diesem Titanschwamm wird der im zu reinigenden Edelgas enthaltende Stickstoff absorbiert, desgleichen, falls vorhanden, die im Edelgas als Spurenverunreinigung enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Das auf 400 bis 800° C erhitzte und gereinigte Edelgas gelangt durch die Leitung 8 in einen Gebläse-Gaskühler 9. wo es abgekühlt wird. Anschließend sfömt es durch ein Filter 10 und die mit einem Absperrventil 11 versehene Leitung 12 wieder aus der Anlage heraus.

Auf diese Weise wurde Argon gereinigt, das als Spurenverunreinigungen 9,7 vpm Stickstoff, 8,5 vpm Sauerstoff, J 1,4 vpm Wasserdampfund 4,6 vpm Kohlenwasserstoffe enthielt Das erfindungsgemaß gereinigte Argon enthielt weniger als 0,1 vpm Stickstoff, weniger als 0,05 vpm Sauerstoff, 0,1 vpm Wasserdampf und weniger als 0,05 vpm Kohlenwasserstoffe. Das Verfahren wurde dabei durchgeführt mit einen Gasfluß von maximal 180 NI/h und einem Druck von 2 bar. Mit einer Titanfüllung von 100 g konnten 260 Nm³ Argon mit den genannten Spurenverunreinigungen durchgesetzt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Spuren von Sauerstoff, Wasserdampf und Stickstoff aus Edelgasen, bei dem der Sauerstoff und der Wasserdampf durch Chemisorption an der aktiven metallischen Komponente einer Masse entfernt wird, die aus einem wärmebeständigen oxidischen Träger mit großer Oberfläche und einer auf dem Träger als Oberflächenverbindung enthaltenen metallischen Komponente besteht, dadurch gekennzeichnet, daß anschließend das verbleibende Edelgas zur Entfernung des Stickstoffs mit auf 400 bis 800⁰C erhitztem Titan oder Barium in Kontakt gebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Entfernung der Spurenverunreinigungen bei Drücken von 1 bis 11 bar erfolgt

3. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach Anspruch t oder 2, gekennzeichnet durch einen die Chemiscrptionsmasse enthaltenden Behälter (3} mit Gaseintritti (3a) und Gasaustrittsstutzen (3b dessen Gasaustrittsstutzen (3b) mit dem Gaseintrittsstutzen (5a) eines mit Titan oder mit Füllkörpem, die mit Barium beschichtet sind, gefüllten elektrisch beheizbaren Röhrenofens (5) verbunden ist

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet daß der Gasaustrittsstutzen (5b) des Röhrenofens (5) mit der Eintrittsöffnung eines Gebläse-Gaskühlers (9) verbunden ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung des Gebläse-Gaskühlers (9) mit einem Filter (10) verbunden ist