DE3729408A1 - DIFFUSION METHOD FOR CONTINUOUSLY CONVERTING A LIGHT-PERMEENTING GAS TO A HEAVY-PERMEABLE GAS UNDER HOEHEREM PRESSURE - Google Patents
DIFFUSION METHOD FOR CONTINUOUSLY CONVERTING A LIGHT-PERMEENTING GAS TO A HEAVY-PERMEABLE GAS UNDER HOEHEREM PRESSUREInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum kontinuierlichen Zumischen eines leicht permeierenden Gases zu einem unter höherem Druck vorliegenden schwerer permeierenden Gas.The invention relates to a diffusion method for continuous Admixing a slightly permeating gas to a higher pressure present heavier permeating gas.
In der chemischen Technik besteht häufig die Notwendigkeit, daß eine kleine Gasmenge, die unter niedrigem Druck verfügbar ist, kontinuierlich einer größeren Gasmenge zuzudosieren ist, die unter einem höheren Druck steht.In chemical engineering there is often the need for a small amount of gas available under low pressure, continuous To meter in a larger amount of gas, which is under a higher pressure stands.
Bekanntermaßen wird hierzu ein geeigneter Verdichter für das unter niedrigem Druck stehende zuzumischende Gas eingesetzt.As is known, this is a suitable compressor for the under low pressure gas zuzumischende used.
Dies ist sowohl bezüglich Investitions- als auch Betriebskosten aufwendig.This is expensive both in terms of investment and operating costs.
Es stellte sich daher die Aufgabe, das Verfahren so abzuwandeln, daß kein Verdichter benötigt wird.It was therefore the task of modifying the process so that no Compressor is needed.
Soweit es sich bei dem zuzumischenden Gas um Wasserstoff oder ein anderes leicht durch Diffusionsmembranen permeierendes Gas handelt und soweit das durch die Zumischung zu konditionierende Gas schwer permeierend ist und soweit geeignete Druckverhältnisse vorliegen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von den genannten Gasarten durchströmten Räume über eine geeignete Diffusionsmembrane - in Form einer Diffusionszelle - miteinander in Verbindung gesetzt werden.As far as the zuzumischenden gas is hydrogen or another easily permeated by diffusion membranes gas and as far as the is difficult to permeate by admixture to be conditioned gas and as far as suitable pressure conditions are present, this task becomes According to the invention solved that of the mentioned types of gas flowed through spaces via a suitable diffusion membrane - in the form of a Diffusion cell - be contacted with each other.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further features of the invention are the subject of the dependent claims.
Nachstehend erfolgt anhand einer Zeichnung die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.Below is a description of the inventive method.
Die Zeichnung zeigt eine Diffusionszelle mit den entsprechenden Mengenströmen.The drawing shows a diffusion cell with the corresponding Flow rates.
Einem Gas G₁ mit dem Druck p₁ soll kontinuierlich ein zweites Gas G₂ mit dem Druck p₂<p₁ zugemischt werden. A gas G ₁ with the pressure p ₁ is continuously a second gas G ₂ with the pressure p ₂ < p ₁ be admixed.
Dies gelingt ohne Einsatz eines Verdichters durch Anwendung einer geeigneten Diffusionsmembran, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind:This is achieved without the use of a compressor by applying a suitable diffusion membrane, if the following conditions are met:
- 1. Der Partialdruck p 2,1 des Gases G₂, der nach der Mischung im Gas G₁ herrschen soll, muß um einen ausreichenden Betrag niedriger sein als der Druck p₂, mit dem das Gas G₂ zur Verfügung steht.1. The partial pressure p 2.1 of the gas G ₂, which is to prevail after the mixture in the gas G ₁, must be lower by a sufficient amount than the pressure p ₂, with which the gas G ₂ is available.
- 2. Die Durchlässigkeit der Diffusionsmembran für das Gas G₂ muß in einem ausreichenden Verhältnis größer sein als die Durchlässigkeit für das Gas G₁.2. The permeability of the diffusion membrane for the gas G ₂ must be greater than the permeability to the gas G ₁ in a sufficient ratio.
Sind diese Voraussetzungen erfüllt, so kann die Zumischung nach dem in der Zeichnung gezeigten Verfahren erfolgen.If these conditions are fulfilled, then the admixture can be carried out according to the Drawing shown method.
Wegen der in Gas G₂ vorhandenen, weniger leicht permeierenden Verunreinigungen und der Rückdiffusion von Anteilen aus Gas G₁ in das Gas G₂ muß ein mehr oder weniger großer Anteil des Gases G₂ aus dem System abgezogen werden.Due to the presence in the gas G ₂, less readily permeating impurities and the back diffusion of components from gas G ₁ in the gas G ₂ a more or less large proportion of the gas G to be withdrawn from the system ₂.
Gas G₁ tritt durch den Stutzen 1E in die Diffusionszelle D mit der Diffusionsmembrane M ein und verläßt sie mit dem zugemischten Anteil Δ G 2,1 des Gases G₂ und vermindert um den nach Gas G₂ diffundierten Anteil Δ G 1,2 durch den Stutzen 1A.Gas G ₁ enters through the nozzle 1 E in the diffusion cell D with the diffusion membrane M and leaves it with the admixed proportion Δ G 2.1 of the gas G ₂ and reduced by the gas G ₂ diffused fraction Δ G 1.2 by the nozzle 1 A.
Gas G₂ tritt durch den Stutzen 2E in die Diffusionszelle ein und verläßt sie, vermindert um den in Gas G₁ überdiffundierten Anteil Δ G 2,1 und vermehrt um den von Gas G₁ in Gas G₂ rückdiffundierten Anteil Δ G 1,2 durch den Stutzen 2A als Restgas.Gas G ₂ enters through the nozzle 2 E in the diffusion cell and leaves it, reduced by the gas G ₁ ₁ over-diffused portion Δ G 2.1 and increased by the back of gas G ₁ in gas G ₂ back-diffused portion Δ G 1.2 through the nozzle 2 A as residual gas.
Gas G₁ durchströmt die Diffusionszelle ungeregelt und erleidet nur einen minimalen Druckverlust, dessen Höhe sich nach der Konstruktion der Diffusionszelle richtet.Gas G ₁ flows through the diffusion cell unregulated and suffers only a minimal pressure drop, the height of which depends on the construction of the diffusion cell.
Der Zufluß von Gas G₂ zur Diffusionszelle wird durch ein Durchfluß-Regelorgan geregelt; der Abfluß des Restgasstromes kann durch eine fest eingestellte Drossel bestimmt werden.The influx of gas G ₂ to the diffusion cell is controlled by a flow control member; the outflow of the residual gas stream can be determined by a fixed choke.
Um die Restgasmenge zu minimieren, kann sie jedoch ebenfalls geregelt werden.However, to minimize the amount of residual gas, it can also be regulated become.
Eine Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas nach dem Dampfreformierverfahren soll eine Erdgasmenge von 1000 kmol/h einsetzen, dem für die hydrierende Entschwefelung eine Wasserstoffmenge von 100 kmol/h zuzumischen ist. A plant for the production of hydrogen from natural gas after the Steam reforming process should use a natural gas volume of 1000 kmol / h, for hydrogenating desulfurization, a hydrogen amount of 100 kmol / h is to be mixed.
Der Druck des Erdgases an der Stelle der Zumischung betrage plabs=40 bar, der des verfügbaren Wasserstoffes (Reinheit 99 Vol.-%, Rest: Methan) p 2abs=20 bar.The pressure of the natural gas at the point of admixture amounts to plabs = 40 bar, that of the available hydrogen (purity 99 vol.%, Remainder: methane) p 2abs = 20 bar.
Der Wasserstoff-Partialdruck im für die hydrierende Entschwefelung konditionierten Erdgas nach der Zumischung beträgt p 2,1=4 bar.The hydrogen partial pressure in the conditioned for hydrodesulfurization natural gas after admixture is p 2.1 = 4 bar.
Die Diffusionszelle wird im Gegenstrom durchflossen. Dadurch gelingt es, im Restgas eine Wasserstoffkonzentration von ca. 20% entsprechend einem Partialdruck von p 2A=3 bis 4 bar (je nach Druck in der Diffusionszelle) zu erhalten. Aus dem Erdgas diffundiert ein Anteil von 1% (im wesentlichen Methan) auf die Wasserstoffseite.The diffusion cell is flowed through in countercurrent. This makes it possible to obtain in the residual gas, a hydrogen concentration of about 20% corresponding to a partial pressure of p 2A = 3 to 4 bar (depending on the pressure in the diffusion cell). From the natural gas, a proportion of 1% (essentially methane) diffuses to the hydrogen side.
Das Restgas enthält daher folgende Mengen:The residual gas therefore contains the following quantities:
Die einzusetzende Wassermenge ist somitThe amount of water to be used is thus
die einzusetzende Erdgasmengethe quantity of natural gas to be used
1000+10=1010 kmol/h.1000 + 10 = 1010 kmol / h.
Die Restmenge von 13,79 kmol/h wird zusammen mit Erdgas und weiteren Restgasen aus dem Prozeß zur Unterfeuerung des Reformerofens verwendet; ihr Heizwert bleibt somit dem Prozeß erhalten.The residual amount of 13.79 kmol / h will be combined with natural gas and others Residual gases from the process used to underfire the reformer furnace; their calorific value thus remains in the process.
Claims (10)
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1987
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1988
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