DE3429736A1 - Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt

Info

Publication number
DE3429736A1
DE3429736A1 DE19843429736 DE3429736A DE3429736A1 DE 3429736 A1 DE3429736 A1 DE 3429736A1 DE 19843429736 DE19843429736 DE 19843429736 DE 3429736 A DE3429736 A DE 3429736A DE 3429736 A1 DE3429736 A1 DE 3429736A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
adsorption
krypton
xenon
adsorption section
temperature
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.)
Granted
Application number
DE19843429736
Other languages
English (en)
Other versions
DE3429736C2 (de
Inventor
Wolfgang 5172 Linnich Frommelt
Kurt 5170 Jülich Hein
Martin 5000 Köln Meßler
Helmut Dipl.-Ing. Dr. 5162 Niederzier Ringel
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.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Kernforschungsanlage Juelich GmbH
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 Kernforschungsanlage Juelich GmbH filed Critical Kernforschungsanlage Juelich GmbH
Priority to DE19843429736 priority Critical patent/DE3429736A1/de
Priority to US06/735,378 priority patent/US4816041A/en
Priority to FR858507540A priority patent/FR2564816B1/fr
Publication of DE3429736A1 publication Critical patent/DE3429736A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE3429736C2 publication Critical patent/DE3429736C2/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/02Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography
    • B01D53/04Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by adsorption, e.g. preparative gas chromatography with stationary adsorbents
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/04Purification or separation of nitrogen
    • C01B21/0405Purification or separation processes
    • C01B21/0433Physical processing only
    • C01B21/045Physical processing only by adsorption in solids
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B23/00Noble gases; Compounds thereof
    • GPHYSICS
    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21FPROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/02Treating gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2253/00Adsorbents used in seperation treatment of gases and vapours
    • B01D2253/10Inorganic adsorbents
    • B01D2253/102Carbon
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2256/00Main component in the product gas stream after treatment
    • B01D2256/18Noble gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/10Single element gases other than halogens
    • B01D2257/102Nitrogen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2257/00Components to be removed
    • B01D2257/10Single element gases other than halogens
    • B01D2257/104Oxygen
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2259/00Type of treatment
    • B01D2259/40Further details for adsorption processes and devices
    • B01D2259/402Further details for adsorption processes and devices using two beds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2210/00Purification or separation of specific gases
    • C01B2210/0043Impurity removed
    • C01B2210/0078Noble gases
    • C01B2210/0084Krypton

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Of Gases By Adsorption (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Description

  • Verfahren und Vorrichtung zum adsorptiven
  • Abtrennen von Xenon und Krypton aus einem Gasgemisch, das neben Xenon und Krypton insbesondere Stickstoff und Sauerstoff enthält.
  • Zusatzanmeldung zu P 34 18 972.6 Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie auf eine Vorrichtung zum adsorptiven Abtrennen von Xenon und Krypton aus einem Gasgemisch, das neben geringen Anteilen von Krypton und Xenon im wesentlichen Luftanteile, nämlich Stickstoff und Sauerstoff enthält, in zumindest zwei vom Gasgemisch nacheinander durchströmten Adsorptionsabschnitten. Der erste der Adsorptionsabschnitte dient zur Adsorption von Xenon, der zweite zur Adsorption von Krypton. Während der Adsorptionsphase werden die Adsorptionsabschnitte auf eine Temperatur unterhalb von Raumtemperatur gekühlt.
  • Bei Desorption werden sie mit einem die Adsorptionsabschnitte in gleicher Richtung wie das Gasgemisch durchströmenden Spülmittel gespült. Dabei werden die Adsorptionsmittel erwärmt. Der für die Adsorption von Krypton vorgesehene zweite Adsorptionsabschnitt ist über eine in Richtung des einströmenden Gasgemisches sich erstreckende Länge L mit einem Krypton und die Luftanteile adsorbierenden Adsorptionsmittel gefüllt, das vom Gaseingang des Adsorptionsabschnittes beginnend mit Krypton nur über eine solche Teillänge Lo der gesamten Abschnittslänge L beladen wird, daß bei Desorption der Adsorptionssäule mit dem Spülmittel getrennt voneinander zunächst nur die Luftanteile, später Krypton vom Gasausgang zu entnehmen sind. Vergleiche Patent (Patentanmeldung P 34 18 972.6).
  • Ein Gasgemisch, das Anteile von Xenon und Krypton in Luft enthält, entsteht in Wiederaufarbeitungsanlagen beim Aufschluß abgebrannter Kernbrennelemente Aus diesem Gasgemisch ist vor allem Krypton wegen der Strahlungsaktivität des Kryptonisotops Kr-85 zu isolieren, das bei der Wiederaufarbeitung des Kernbrennstoffes frei wird. Das Kryptonisotop Kr-85 ist ein ß-Strahler mit einer Halbwertzeit von 10,7 Jahren und ist im Kryptonisotopengemisch mit einem Anteil von 7 Vol% enthalten.
  • Für Krypton und Xenon als Edelgase bieten sich nur physikalische Abtrennprozesse an, von denen sich die Adsorption des Kryptons an Adsorptionsmitteln, wie Aktivkohle oder Molekularsieb, wegen ihrer sicheren und zuverlässigen Betriebsweise für die Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen bevorzugt eignet. Die Wiederaufarbeitung von Kernbrennstoffen erfordert das Arbeiten in Heißer-Zellen-Technologie, d.h. also in Räumen, die gegen den Austritt radioaktiver Strahlung abgeschirmt sind und in denen Arbeitsvorgänge nur ferngesteuert oder über Manipulatoren verrichtet werden können. Es wird deshalb eine einfache Handhabung der Adsorptionsanlagen angestrebt.
  • Im Abgas einer Wiederaufarbeitungsanlage sind neben Xenon, Krypton und Bestandteilen von in die Wiederaufarbeitungsanlage eingeführter Luft noch Gasbestandteile wie NOx, Aerosole, Jod und Wasserdampf enthalten. Vor der Kryptonabtrennung ist das Abgas deshalb vorzureinigen, wobei zunächst die NOx-Anteile, Aerosole und Jod, später restliches NO und Wasserdampf abgetrennt werden.
  • x Das verbleibende Abgas weist Xenon mit einem Anteil von etwa 1 bis 0,1 Vol und Krypton mit einem Anteil von etwa 0,1 bis 0,01 Vol.% und im wesentlichen Stickstoff und Sauerstoff auf.
  • Aus diesem Gasgemisch soll Krypton weitgehend isoliert gewonnen werden, um das zu speichernde Restvolumen soweit wie möglich zu reduzieren.
  • Die Verunreinigung des abzuspeichernden Kryptons - beispielsweise durch Restanteile von Stickstoff, Sauerstoff, Xenon - soll insgesamt nicht mehr als 10 Vol. % betragen.
  • Zur adsorptiven Trennung von Krypton ist es aus DE-PS 2 210 264 bekannt, eine mit Aktivkohle gefüllte Adsorptionssäule zu verwenden, die mit Krypton bis zum Kryptondurchbruch beladen wird. Das adsorbierte Krypton wird aus der Adsorptionssäule durch eine konibinierte Unterdruck- und Spülgasdesorption gewonnen. Nachteilig sind bei diesem Verfahren einerseits die zur Desorption erforderliche zeitlich lange Pumpphase sowie andererseits verhältnismäßig geringe Anreicherungsfaktoren, die bei Desorption der Säule für Krypton im Spülgas erreicht werden. Ein ähnliches Trennverfahren mit Adsorption und Desorption bei Temperatur- und Druckwechsel wird in DE-OS 2 655 936 beschrieben. Bei diesem Verfahren werden allerdings die Edelgase Krypton und Xenon gemeinsam in einer Adsorptionssäule abgeschieden.
  • Aus DE-OS 2 326 060 ist ein Verfahren mit kontinuierlicher Abtrennung von Krypton bekannt, bei dem das Adsorptionsmittel eine vom Abgas durchströmte, gekühlte Adsorptionskemmclr und anschließend eine aufgeheizte , die adsorbierten Gasbestandteile freigebende Desorptionskammer durchwandert. Die desorbierten Edelgase Krypton und Xenon werden in einer Rektisorptionsstrecke getrennt.
  • Aufwendig ist auch ein weiteres Adsorptionsverfahren, das in einer internationalen Patentanmeldung beschrieben ist, die vom Deutschen Patentamt unter der Nr. DE 30 49 761 Al veröffentlicht wurde. Bei diesem Verfahren werden in aufeinanderfolgenden Prozeßstufen mit mindestens jeweils zwei Adsorptionssäulen nacheinander zunächst das Xenon, dann Sauerstoff und schließlich Krypton vom Abgas getrennt, so daß am Ende der Adsorptionsschritte reiner Stickstoff übrig bleibt. Zur Durchführung dieses Verfahrens werden ausschließlich zum Teil speziell präparierte Molsiebe eingesetzt.
  • Eine hohe Anreicherung des Kryptons im zu reinigenenden Gasgemisch und eine Trennung durch Anwenden der Gaschromatographie ist aus DE-OS 32 14 825 bekannt.
  • Eine weitere Vereinfachung der Verfahrensführung und Steigerung der Trennleistung wird dadurch erzielt daß das Adsorptionsmittel in dem für die Adsorption von Krypton bestimmten Adsorptionsabschnitt, in dem zugleich Stickstoff adsorbiert, nur teilweise mit Krypton beladen wird und unter Berücksichtigung der Wandergeschwindigkeiten des adsorbierten Kryptons und Stickstoffs im Adsorptionsmittel bei Desorption der Adsorptionssäule mit Spülgas zunächst nur Stickstoff, später Krypton vom Gasausgang des Adsorptionsabschnittes entnehmbar ist. Dieses Verfahren ist Gegenstand des Patents .... (Patentanmeldung (P 34 18 972.6).
  • Ausgehend von dem vorgenannten Verfahren ist es Aufgabe der Erfindung, die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels zu steigern, um das Volumen der Adsorptionsabschnitte zu verringern und eine Reduzierung des Spülstroms zu erreichen.
  • Das Verfahren soll so zu führen sein, daß im Heißen-Zellen-Bereich weitgehend auf verschleißende Maschinen- und Apparateelemente, insbesondere auf Gebläse oder Kompressoren verzichtet werden kann und daß der zur Abtrennung von Xenon und Krypton zur Verfügung zu stellende Heiße-Zellen-Raum insgesamt zu verkleinern ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst. Danach wird das erhebliche Adsorptionsvermögen der Adsorptionsmittel bei tiefen Temperaturen ausgenutzt. Der erste der Adsorptionsabschnitte, der für das Zurückhalten von Xenon vorgesehen ist, wird bis auf eine Temperatur von - 130 C gekühlt, der zweite, für die Adsorption von Krypton bestimmte Adsorptionsabschnitt wird bis auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen - 150°C bis - 180°C eingestellt. Die Temperatur von - 130°C für den ersten Adsorptionsabschnitt ist die niedrigste Temperatur für die Adsorption von Xenon,da unterhalb der genannten Temperatur die gleichzeitige Adsorption (Koadsorption) von Krypton im ersten Adsorptionsabschnitt so erheblich wird, daß sich die gewünschte Xenon-Krypton-Trennung verschlechtert, denn das nach Erwärmen des Adsorptionsabschnittes desorbierte Xenon ist stark mit Krypton verunreinigt. Die für die Krypton-Adsorption einstellbare tiefste Temperatur in der zweiten Adsorptionssäule ist vom Sauerstoffanteil im Gasgemisch abhängig.
  • Der #adsorbierende Sauerstoff verringert die Adsorptionskapazität für Krypton. Je weniger Sauerstoff im Gasgemisch enthalten ist, um so tiefer kann somit die Temperatur gewählt und die steigende Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels ausgenutzt werden. Der erste Adsorptionsabschnitt wird nur teilweise mit Xenon, der zweite teilweise mit Krypton beladen, um bei der Desorption eine Trennung zwischen Luftanteilen, Krypton und Xenon zu erreichen.
  • Zur Desorption werden gemäß der Erfindung beide Adsorptionssäulen unter Zufuhr von Spülmittel stufenweise aufgeheizt. Dabei kommt es für die erste Aufheizphase darauf an, eine Desorptionstemperatur einzustellen, bei der die verschiedenen Wandergeschwindigkeiten von Luftanteilen, Krypton und Xenon im Adsorptionsmittel zueinander in einem solchen Verhältnis stehen, daß am Gasausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes zunächst die desorbierten Luftanteile und anschließend hochangereichertes Krypton entnehmbar ist. Erscheint Krypton am Gasausgang werden beide Adsorptionsabschnitte weiter erwärmt, wobei nach Entnahme von Krypton aus dem zweiten Adsorptionsabschnitt schließlich Xenon abströmt. Zur Xenondesorption ist eine Temperatur von über 800C zweckmäßig.
  • Eine optimale Verfahrensführung bei der Abtrennung von Krypton aus dem Gasgemisch wird bei Desorption dann erreicht, wenn bis zum Durchbruch von Krypton die Temperatur in der ersten Adsorptionssäule nicht höher als - 20°C, in der zweiten Adsorptionssäule nicht höher als - 50°C eingestellt wird, Patentanspruch 2. Bei diesem Temperaturniveau lät sich vom Gasausgang der zweiten Adsorptionssäule nach vollständiger Desorption von Stickstoff und Sauerstoff nur sehr gering verunreinigtes Krypton entnehmen.
  • Wird nach Patentanspruch 3 die Aufheizgeschwindigkeit bis zum Kryptondurchbruch am Gasausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes so eingestellt, daß sich im Adsorptionsmittel ein flaches Temperaturprofil ausbildet, so erfolgt eine sehr gleichmäßige Desorption der Adsorbate, die zu reinen Endprodukten führt.
  • Eine wirtschaftliche Verfahrensweise ergibt sich durch Anwenden des in der Adsorptionsphase vom Gausausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes abströmenden gereinigten Gasgem-isches als Kühlmittel für den ersten Adsorptionsabschnitt, Patentanspruch 4. Lediglich der zweite Adsorptionsabschnitt ist dann noch mit Kühlmitteln, wie flüssigem Stickstoff auf Adsorptionstemperatur zu kühlen.
  • Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Zur Durchführung des Verfahrens ist schematisch eine Vorrichtung angegeben, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist,Die Zeichnung zeigt im einzelnen: Figur 1 Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens; Figur 2 Betriebsdiagramm für einen Adsorptions/Desorptionszyklus eines Adsorptionsstranges der Vorrichtung nach Figur 1.
  • Wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, besteht die Vorrichtung aus zwei parallel geschalteten, identisch aufgebauten Adsorptionssträngen a, b. Die sich jeweils entsprechenden Elemente der Adsorptionsstränge sind in der Zeichnung mit gleichen Bezugsziffern markiert, wobei die Bezugsziffern als Kennzeichen für die Zugehörigkeit des Elementes zu einem der Adsorptionsstränge Indizes a bzw. b erhalten haben. Elemente der wiedergegebenen Vorrichtung, deren Bezugsziffern keine Indizes aufweisen, sind außerhalb der Adsorptionsstränge a, b angeordnet.
  • Der Aufbau eines Adsorptionsstranges wird im folgenden anhand des Adsorptionsstranges a beschrieben.
  • Im Adsorptionsstrang befinden sich zwei vom Gasgemisch nacheinander durchströmbare Adsorbionsabschnitte, die im Ausführungsbeispiel von zwei hintereinander geschalteten Adsorptionssäulen ia, 2a gebildet werden. Das Verfahren läßt sich jedoch abweichend davon auch in einereinzigeaAdsorptionssäule durchführen, bei der in Teilabschnitten unterschiedliche Temperaturen einstellbar sind.
  • Bei Verwendung von zwei getrennten Adsorptionssäulen ist es möglich, das vom ersten Absorptionsabschnitt abströmende vorgereinigte Gasgemisch vor Eintritt in den zweiten Adsorptionsabschnitt zwischenzukühlen. Hierzu ist in der als Ausführungsbeispiel angegebenen Vorrichtung vor jeder Adsorptionssäule la, 2a ein Wärmetauscher 3a, 4a zur Vorkühlung des Gasgemisches vorgeschaltet.
  • Eine Gasleitung 5a verbindet die Wärmetauscher und Adsorptionssäulen. Über die Gasleitung 5a strömt das zu reinigende Gasgemisch oder ein Spülmittel in gleicher Strömungsrichtung durch den Adsorptionsstrang, wobei zunächst der Wärmetauscher 3a und die Adsorptionssäule ia, anschließend der Wärmetauscher 4a und die Adsorptionssäule 2a durchströmt werden.
  • Adsorptionssäulen und Wärmetauscher sind mittels eines Kühlmittels, im Ausführungsbeispiel mittels flüssigem Stickstoff kühlbar. Das Kühlmittel fließt jeweils in hierfür vorgesehenen Mantelräumen der Adsorptionssäulen und Wärmetauscher.
  • Die Mantelräume sind in der Zeichnung mit Bezugszeichen 6a, 7a, 8a, 9a markiert. In den Mantelräumen 6a, 7a der Adsorptionssäulen la, 2a fließt das Kühlmittel im Gleichstrom, in den Mantelräumen 8a, 9a der Wärmetauscher 3a, 4a im Gegenstrom zum Gasgemisch bzw. Spülmittel. Das Kühlmittel fließt für beide Adsorptionssäulen aus einem gekühlten Vorratsbehälter 1o über eine Zentralleitung 11 in die Mantelräume der Adsorptionssäulen ein. An der Zentralleitung i1 sind für den Adsorptionsstrang a Zufuhrleitungen 12a, 13a angeschlossen, die in die Mantelräume 6a, 7a münden. Von Ausgang 14a, 15a der Adsorptionssäulen führen Verbindungsleitungen 16a, 17a zu den Mantelräumen 8a, 9a. Die Verbindungsleitungen münden in die Mantelräume 8a, 9a im Bereich von Gasausgängen 18a, 19a der Wärmeübertrager 3a, 4a.
  • Das Kühlmittel durchströmt somit die Wärmeübertrager erst nach der Kühlung der Adsorptionssäulen. Es wird über Kühlmittelausgänge 22a, 23a abgeführt, die jeweils am Gaseingang 20a, 21a der Wärmeübertrager #a, 4a angeschlossen sind. Um den Kühlmittel fluß der gewünschten einzustellenden Temperatur in den Adsorptionssäulen anpassen zu können, sind in den Kühlmittelausgängen 22a, 23a Durchflußregler 24a, 25a eingesetzt, die in Wirkverbindung mit Temperaturfühlern 26a, 27a stehen.
  • Mit den Temperaturfühlern, die im Mantelbereich der Adsorptionssäulen angebracht sind, wird eine Referenz temperatur für die Isttemperatur im Adsorptionsmittel in den Adsorptionssäulen gemessen.
  • Die Gasleitung 5a ist vor dem Gaseingang 20a des ersten Wärmeübertragers 3a an einem Dreiwegeventil 28a angeschlossen, über das entweder zu reinigendes Gasgemisch aus einer für beide Adsorptionsstränge a, b zentralen Gasgemischleitung 29 oder Spülmittel aus ebenfalls zentralen Spülmittelleitungen 30 für Helium (Spülleitung 30') und Luft (Spülleitung 30'' alternierend in die Adsorptionsstränge a, b einleitbar sind.
  • Von dem Gasausgang 15a der zweiten Adsorptionssäule 2a führt eine Gasleitung 31a die Gase ab, die während der Adsorptionsphase oder bei Desorption vom Adsorptionsstrang a abströmen.
  • Die Gasleitung 31a ist mittels eines Ventilsystems 32a, das in der Zeichnung lediglich schematisch wiedergegeben ist, entweder mit einer Abgasleitung 33a für gereinigtes Gasgemisch, mit einer Kryptonleitung 34a oder mit einer Xenonleitung 35a verbindbar.
  • In die Kryptonleitung und die Xenonleitung strömt zusammen mit gewonnenem Krypton oder Xenon das Spülmittel ab. Vom Spülmittel lassen sich Krypton und Xenon beispielsweise durch Ausfrieren trennen.
  • Die hierfür erforderlichen Vorrichtungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Über die Abgasleitung 33a strömen sowohl die bei Adsorption gewonnenen als auch die bei Desorption als erste Gaskomponenten abgetrennten Luftanteile ab.
  • Die Adsorptionsstränge a, b werden alternativ betrieben, wobei jeweils eine der Adsorptionsstränge in adsorbierender Phase, der andere Adsorptionsstrang in desorbierender Phase betrieben werden.
  • Es ergibt sich somit ein quasi kontinuierliches Abtrennen für Xenon und Krypton aus dem zu reinigenden Gasgemisch.
  • Im Ausführungsbeispiel bestanden die Adsorptionssäulen aus einem von einem Kühlmantel umgebenen Kupferrohr, das als Adsorptionsmittel mit Aktivkohle gefüllt war. Es wurde eine für Gaschromatographen übliche Aktivkohle verwendet. Das Kupferrohr wies einen inneren Durchmesser dI von 3,5 cm, eine Länge L von 52 cm auf. Die Adsorptionssäulen wurden mit flüssigem Stickstoff gekühlt und konnten mittels einer elektrischen Mantelheizung 100a, 100b, 101a, 101b erwärmt werden. Die Wärmetauscher bestanden aus einem Doppelrohr, in dessen Ringspalt flüssiger Stickstoff einleitbar war.
  • In die Adsorptionssäulen wurde als Gasgemisch Luft mit 0,1 Vol% Xenon und 0,01 Vol% Krypton eingeleitet.
  • Die Temperatur im Adsorptionsmittel der ersten Adsorptionssäule war auf - 130 OC, die Temperatur in der zweiten Adsorptionssäule auf - 170 0C eingestellt.
  • In der Adsorptionsphase betrug der Gasdurchsatz 1 Normkubikmeter pro Stunde. Die Adsorptionssäulen werden mit Xenon und Krypton nur über eine Teillänge beladen, so daß bei Desorption eine Trennung der Gasanteile erreicht wird.
  • Nach Durchlauf einer Gascharge von 2 Normkubikmetern wurden die Zufuhr vom Gasgemisch abgeschaltet und die Adsorptionssäulen desorbiert. Dabei wurde bis zur vollständigen Desorption von Krypton mit 1 Liter Helium pro Minute, anschließend mit Luft gespült. Die Adsorptionsmittel wurden dabei erwärmt. Während der ersten Desorptionsphase betrug die Aufheizgeschwindigkeit 3,5°C pro Minute.
  • Nach Erreichen von - 25°C in der ersten Adsorptionssäule und - 65 0C in der zweiten Adsorptionssäule wurde die elektrische Mantelheizung abgestellt.
  • Bei weiterhin strömendem Spülgas und der damit eingebrachten Wärme stieg die Adsorptionssäulentemperatur noch geringfügig weiter an. Unmittelbar vor dem Kryptondurchbruch am Ausgang der zweiten Adsorptionssäule waren in der Aktivkohle in der ersten Adsorptionssäule - 20°C, in der zweiten Adsorptionssäule - 50°C erreicht.
  • Nach vollständiger Desorption von Krypton wurde statt Helium mit Luft gespült. Dabei wurden die Adsorbtionssäulen bis auf 120°C erwärmt. Für die Xenon-Desorption ergibt sich bereits bei etwa 800C eine ausreichende Wandergeschwindigkeit im Adsorptionsmittel.
  • Zu Fig. 2 ist ein Betriebsdiagramm für einen Adsorptions/Desorptions-Zyklus für einen Adsorptionsstrang der beschriebenen Vorrichtung angegeben. Im Betriebsdiagramm sind in Abhängigkeit von der Betriebszeit t in Minuten sowohl der Temperaturverlauf im Adsorptionsmittel der Adsorptionssäulen (Temperatur in OC), als auch die Konzentration der Gasanteile des vom Gasausgang der zweiten Adsorptionssäule ausströmenden Gases angegeben (Konzentration in Vol% in logarith.
  • Maßstab).
  • Wie sich aus dem Betriebsdiagramm ergibt, besteht in der Adsorptionsphase, bei der innerhalb von zwei Stunden zwei Normkubikmeter Gasgemisch (Luft; 0,1 Vol% Xe; 0,01 Vol% Kr) die Adsorptionssäulen durchströmen das Gasgemisch am Gasausgang der zweiten Adsorptionssäule aus ca. 80 Vol% Stickstoff und ca. 20 Vol Sauerstoff. Die Temperaturen T 1a' T 2a in den Adsorptionssäulen 1a, 2a betragen während dieser Adsorptionsphase, wie bereits angegeben, - 120 0C und - 150 OC. Vom Beginn der Desorptionsphase an sinkt der Stickstoff- und Sauerstoffanteil in abströmenden Spülgas, es wird mit Helium gespült bei allmählich ansteigender Temperatur in den Adsorptionssäulen. Die Temperaturen T1a, T2a übersteigen zunächst jedoch - 20 °C bzw. - 50 °C nicht. Bricht Krypton am Gasausgang der zweiten Adsorptionssäule durch, sind die meßbaren Konzentrationen der Luftbestandteile Stickstoff und Sauerstoff bereits sehr klein, Vom Krypton-Durchbruch an werden die Adsorptionssäulen (im Ausführungsbeispiel mit einer Aufheizgeschwindigkeit von 9,2 0C pro Minute) bis zur Endtemperatur von 120 0C erwärmt. Ist alles Krypton desorbiert, wird von Helium- auf Luftspülung umgeschaltet und mit der Luft Xenon abgeführt.
  • Im Anschluß daran werden die Adsorptionssäulen erneut durch Einleiten von flüssigem Stickstoff bis auf - 120 0C bzw. - 170 0C gekühlt. Der dann abgeschlossene Adsorptions/Desorptionszyklus dauert insgesamt 4 Stunden.
  • Statt die ersten Adsorptionssäulen 1a, 1b und die Wärmetauscher 3a, 3b mit flüssigem Stickstoff zu kühlen, ist es wirtschaftlicher, die während der Adsorptionsphase vom Gasausgang der zweiten Adsorptionssäulen 2a, 2b abströmenden gereinigten Luftanteile als Kühlmittel für die vorgenannten Aggregate der Adsorptionsstränge zu nutzen. Die gereinigte Luft wird dann über die Gasleitungen 33a, 33b unmittelbar in die Mantelräume der Adsorptionssäulen und Wärmetauscher geführt.
  • - Leerseite -

Claims (5)

  1. Patentansprüche 1. Verfahren zum adsorptiven Abtrennen von Xenon und Krypton aus einem Gasgemisch, das neben geringen Anteilen von Krypton und Xenon im wesentlichen Luftanteile, nämlich Stickstoff und Sauerstoff enthält, in zumindest zwei vom Gasgemisch nacheinander durchsträtten Adsorptionsabschnitten, die bei Adsorption unter Rauntemperatur gekühlt und bei Desorption mit einem die Adsorptionsabschnitte in gleicher Richtung wie das Gasgemisch durchstrsmenden Spülmittel gespült und erwähnt werden und von denen der erste Adsorptionsabschnitt zur Adsorption von Xenon, der zweite zur Adsorption von Krypton dient, wobei der zweite Adsorptionsabschnitt über eine in Richtung des einströmenden Gasgemisches sich erstreckende Länge L mit einem Krypton und die Luftanteile adsorbierenden Adsorptionsmittel gefüllt ist, das vom Gaseingang des Adsorptionsabschnittes beginnend mit Krypton nur über eine solche Teillänge Lo der gesarnten Abschnittslänge L beladen wird, daß bei Desorption des Adsorptionsabschnittes mit dem Spülmittel getrennt voneinander zunächst nur Luftanteile, später Krypton van Gasausgang des Adsorptionsabschnittes entnehmbar sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h -n e t , daß bei Adsorption auch Xenon im ersten Adsorptionsabschnitt - in gleicher wie Krypton im zweiten Adsorptionsabschnitt - nur über eine solche Teillänge des ersten Absorptionsabschnittes adsorbiert wird, daß bei Desorption Xenon isoliert entnehmbar ist, und daß das Adsorptionsmittel des ersten Adsorptionsabschnittes auf eine Temperatur von nicht tiefer als - 1 3O0C, das Adsorptionsmittel des zweiten Adsorptionsabschnittes auf eine Temperatur im Temperaturbereich zwischen - 150 bis - 180°C gekühlt wird, daß die Adsorptionsmittel beider Adsorptionsabschnitte zur Desorption unter Zufuhr des Spülmittels stufenweise aufgeheizt werden, wobei unterhalb von Raumtemperatur zunächst eine Temperaturstufe eingestellt wird, bei der die Luftanteile und Krypton vom Gasausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes getrennt abströmen, und nach Durchbruch von Krypton am Ausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes eine weitere Aufheizung über Raumtemperatur zur Desorption von Xenon erfolgt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n -z e i c h n e t , daß bis zum Durchbruch von Krypton am Ausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes der erste Adsorptionsabschnitt nicht höher als - 20°C, der zweite Adsorptionsabschnitt nicht höher als - 500C erwärmt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Aufheizgeschwindigkeit für die Adsorptionsabschnitte bis zum Kryptondurchbruch so eingestellt ist, daß sich im Adsorptionsmittel ein flaches Temperaturprofil ausbildet.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß bei Adsorption das dem Gasausgang des zweiten Adsorptionsabschnittes entströmende gereinigte Gasgemisch zur Kühlung des ersten Adsorptionsabschnittes dient.
  5. 5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden PatentanspGu~che mit zwei hintereinander geschalteten Adsorptionssäulen, deren Adsorptionsmittel zur Adsorption unter Raumtemperatur kühlbar und zur Desorption erwa~zmbar sind, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß jeder Adsorptionssäule ein Wärmetauscher zur Vorkühlung des zu reinigenden Gasgemisches vorgeschaltet ist.
DE19843429736 1984-05-22 1984-08-13 Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt Granted DE3429736A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843429736 DE3429736A1 (de) 1984-08-13 1984-08-13 Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt
US06/735,378 US4816041A (en) 1984-05-22 1985-05-17 Process and installation for the adsorptive separation of krypton from a krypton nitrogen gas mixture
FR858507540A FR2564816B1 (fr) 1984-05-22 1985-05-20 Procede et dispositif pour la separation par adsorption de krypton d'un melange gazeux krypton/azote

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19843429736 DE3429736A1 (de) 1984-08-13 1984-08-13 Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE3429736A1 true DE3429736A1 (de) 1986-02-13
DE3429736C2 DE3429736C2 (de) 1990-02-01

Family

ID=6242938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19843429736 Granted DE3429736A1 (de) 1984-05-22 1984-08-13 Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE3429736A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480688C2 (ru) * 2011-07-06 2013-04-27 Виталий Леонидович Бондаренко Способ получения ксенонового концентрата из ксеноносодержащего кислорода и установка для его реализации
RU2650177C1 (ru) * 2017-06-30 2018-04-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Способ криогенного концентрирования радона

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2210264A1 (de) * 1972-03-03 1973-09-20 Bergwerksverband Gmbh Verfahren zur abtrennung und gewinnung von krypton- und xenonnukliden aus solche enthaltenden abgasen

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2210264A1 (de) * 1972-03-03 1973-09-20 Bergwerksverband Gmbh Verfahren zur abtrennung und gewinnung von krypton- und xenonnukliden aus solche enthaltenden abgasen

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Kerntechnik 20 (1978), Heft. 10, S. 450-456 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2480688C2 (ru) * 2011-07-06 2013-04-27 Виталий Леонидович Бондаренко Способ получения ксенонового концентрата из ксеноносодержащего кислорода и установка для его реализации
RU2650177C1 (ru) * 2017-06-30 2018-04-11 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова" Способ криогенного концентрирования радона

Also Published As

Publication number Publication date
DE3429736C2 (de) 1990-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69218293T2 (de) Verfahren und Apparat zum Konzentrieren von Chlorgas
EP0307581B1 (de) Adsorptionseinrichtung zur Gastrennung
DE2309447C3 (de) Verfahren zum Abtrennen und Konzentrieren von Krypton 85
DE2426764C2 (de) Verfahren zum Abtrennen von Krypton aus einem radioaktiven Abgasgemisch und Gastrennanlage zum Durchführen des Verfahrens
DE1181674B (de) Vorrichtung zur Trennung von Gas- oder Fluessigkeitsgemischen
DE2457842A1 (de) Verfahren zur reinigung des argons vom sauerstoff
DE1817004B2 (de) Verfahren zur Herstellung von Sauerstoff aus gewöhnlicher Luft durch Adsorption
DE69907557T2 (de) Ozon-Lagerungs- bzw. Wiedergewinnungsverfahren und Vorrichtung hierfür
DE2655936A1 (de) Gas-abtrennsystem
DE3122701A1 (de) Verfahren zur trennung von gasgemischen mittels druckwechseltechnik
DE3127799C2 (de) Verfahren zur Überwachung eines radioaktiven Abgasstroms einer Nuklearanlage
DE2729558C3 (de) Adsorptions/Desorptionsverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff
DE19808199A1 (de) Verfahren zum Herstellen superreiner Luft
DE69213547T2 (de) Gastrennungsverfahren
EP0075663A2 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von hochreinem Stickstoff
EP0113049A1 (de) Auf dem Prinzip der Gaschromatographie arbeitende Einrichtung zum Trennen von Wasserstoffisotopen
DE10032385B4 (de) Verfahren zur Regenerierung von mit organischen Substanzen beladenen elektrisch leitfähigen Adsorbentien
DE3429736A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum adsorptiven abtrennen von xenon und krypton aus einem gasgemisch, das neben xenon und krypton insbesondere stickstoff und sauerstoff enthaelt
DE4004831A1 (de) Druckwechseladsorptionsanlage zum trennen von gasgemischen
DE1140377B (de) Verfahren zur Herstellung von Kapillarsaeulen fuer die Gaschromatographie
EP0049782B1 (de) Verfahren zur zyklischen Desorption von zyklisch mit Adsorbaten beladenen Adsorptionsmitteln
DE3418972C2 (de)
DE2548290A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum zerlegen von luft
DE1794140C3 (de) Kontinuierliches Verfahren zur Trennung eines Gasgemisches mit Hilfe von Adsorbent
DE1619936A1 (de) Verfahren zur grosstechnischen Gewinnung von reinen Gasen

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8162 Independent application
D2 Grant after examination
8327 Change in the person/name/address of the patent owner

Owner name: FORSCHUNGSZENTRUM JUELICH GMBH, 5170 JUELICH, DE

8364 No opposition during term of opposition
8320 Willingness to grant licences declared (paragraph 23)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee