DE528676C

DE528676C - Verfahren zur Trennung von Edelgasgemischen durch Adsorption und Austreiben mittels bzw. aus Adsorptionsmitteln

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Publication number: DE528676C
Application number: DE1930528676D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1930-01-08
Filing date: 1930-01-08
Publication date: 1931-07-02
Also published as: NL30290C; US1906917A

Description

Bekannt ist die Gewinnung von Kryptonxenongemischen nach einem Verfahren, das auf Adsorption dieser Gemische beruht. Danach wird krypton- und xenonhaltiges Rohargon mit Holzkohle in Berührung gebracht, die auf — I2O° gekühlt ist, wobei-Krypton und Xenon relativ stark und Argon nur wenig adsorbiert werden soll. Nach einem anderen Verfahren wird der gasförmige, gekühlte

ίο Sauerstoff einer Lufttrennungsanlage über Adsorptionsmittel zur Anreicherung von Krypton und Xenon geleitet, und gemäß einer weiteren bekannten Arbeitsweise werden Gasgemische bei einer Temperatur, die ungefähr dem Siedepunkt des niedrigst siedenden Gases entspricht, mittels Holzkohle adsorbiert, sodann die Temperatur der Holzkohle langsam gesteigert und die Gase, die aus der Holzkohle bei der Temperatursteigerung wieder frei werden, getrennt aufgefangen. Eine quantitative Trennung der Gasgemische wird jedoch durch diese Verfahren ebensowenig erreicht wie durch fraktionierte Destillation. Auch eine kombinierte Verwendung anderer bekannter Verfahren führt nur zu .einer teilweisen Gewinnung der schweren Edelgase.

Durch vorliegende Erfindung ist es möglich, Gasgemische quantitativ in ihre einzelnen Komponenten zu zerlegen unter restloser Gewinnung sämtlicher Bestandteile. Das Wesentliche und Neue des Verfahrens beruht darauf, daß das Gasgemisch bei tiefer Temperatur mittels ausreichender Mengen von Adsorptionsmitteln, z. B. aktive Kohle oder aktive Kieselsäure, adsorbiert wird, und daß die Entfernung der einzelnen Komponenten durch Abpumpen bei stark vermindertem Druck erfolgt, wobei die Temperatur so gewählt wird, daß der. leichter flüchtige Bestandteil schon einen zur restlosen Entfernung aus dem Adsorptionsmittel ausreichenden Druck hat, während der schwerer flüchtige Bestandteil noch keine merkliche Tension über dem Adsorbens aufweist. Von zwei Tatsachen wird bei diesem Verfahren Gebrauch gemacht:

ι. daß die Adsorption eine gewisse Zeit erfordert, so daß beim Überleiten eines Gasgemisches über ein gekühltes Adsorptionsmittel nur bei äußerst langsamer Strömungsgeschwindigkeit eine merkliche Anreicherung der schweren Bestandteile zu erzielen ist. Die Trennung ist nur vollkommen zu erzielen, wenn dazu nicht der Adsorptionsvorgang benutzt, sondern die Entfernung des Adsorbates durch Erwärmen bewirkt wird;

2. daß die Tensionskurven der Gase über dem Adsorptionsmittel einen exponentiellen Verlauf zeigen.

Bei einem hohen Gesamtdruck des Gasgemisches, -wie er z. B. beim Überleiten bei Atmosphärendruck vorhanden ist, also bei den üblichen Verdrängungsverfahren, ist das Verhältnis des Partialdruckes des schwereren zu dem des leichteren Anteils in der Regel so groß, daß bei einer geringen Gesamtmenge des schwereren Anteils dieser restlos mit dem leichteren Anteil verlorengehen kann. Wählt

ίο man dagegen die Temperatur so niedrig, daß der schwerere Anteil über dem Adsorbens noch keinen merklichen Druck besitzt, so ist das Verhältnis des Partialdrucks des schwereren zu dem des leichteren Anteils, was sich auch theoretisch aus dem Verlauf der Tensionskurven ergibt, um ein Vielfaches kleiner. Der Druck des leichteren Anteils kann somit schon zur restlosen Entfernung desselben ausreichend sein, während der schwerere Anteil quantitativ adsorbiert bleibt. Je nach der Art der Gase ist das Temperaturgebiet, in dem eine solche quantitative Trennung möglich ist, größer oder kleiner. Für jedes Gasgemisch ist eine einmalige Ermittlung desselben erforderlich. Für die Trennung Neon-Helium, Argon, Krypton und Xenon haben wir diese Temperaturen wie folgt ermittelt (s. Tabelle):

30 Temperatur-· gebiet	Optimale Tem peratur	Zwischen 0,0 r und ίο mm Hg über dem Adsorptionsmittel	nicht entfernbar
35 —.129 bis — 92⁰ — 92 bis — 72⁰ ⁴⁰ — 72 bis + 6o°	— 185° - 93° — 78⁰ + 6o°	quantitativ abtrennbar	Ar₁Kr₁X Kr₁X X
Ne-He Ar Kr X

Auf welche Weise bzw. mittels welcher Adsorptionsmittel die Adsorption erfolgt, ist gleichgültig. Mit besonderem Vorteil verwendet man aktive Kieselsäure oder Adsorptionskohle, die während des Luftverflüssigungs- oder -trennungsprozesses an geeigneten Stellen der Rektifikationsapparatur eingebracht wird.

Ausführungsbeispiel 1

Ein Gemisch von 100 Teilen Argon, 1 Teil Krypton und 0,1 Teil Xenon wird bei der Temperatur der flüssigen Luft von 3 g aktive Kohle für je 100 cm³ Gasgemisch adsorbiert und unter dauerndem Pumpen die Temperatur der Kohle (z. B. mit Hilfe eines Aluminiutnblockthermastaten) allmählich erhöht. Bei etwa —93⁰ wird die Temperatur so lange konstant erhalten, bis sich kein Gas mehr abpumpen läßt. (Als Pumpe wird zweckmäßig eine Quecksilberdiffusionspumpe verwendet, die je nach der zu fördernden Gasmenge eine rotierende Ölkapselpumpe oder eine Quecksilberhubpumpe als Vorvakuum hat.) Das bis —93⁰ abgepumpte Gas ist reines Argon, das bis — 78⁰ abgepumpte Gas ist reines Krypton, der Rest reines Xenon. Die Operation läßt sich je nach der verwendeten Menge Adsorptionsmittel und der Menge Gasgemisch in ¹J₂ bis 3 Stunden zu Ende führen.

Ausführungsbeispiel 2

Ein aus 40,4 cm³ reinem Argon und 10,4 cm³ reinem Krypton hergestelltes Gasgemisch jwurde bei — 185⁰ an iog aktive Kohle adsorbiert. Es wurde bei —93⁰ und bei —78⁰, wie bei Ausführungsbeispiel 1, abgepumpt. Bei — 93⁰ wurden 40,5 cm³ eines Gases mit der Dichte 1,378 (Argon), bezogen auf Luft= ι, beimit der Dichte 2,82 erhalten.

-78⁰ 10,3 cm³ Krypton

Ausführungsbeispiel 3

100 cm³ flüssiges Argon mit einem theoretisch angenommenen Gehalt von 0,01 °/₀ Krypton undo.ooi "/„Xenon werden bei—185⁰ mit iog Adsorptionskohle in Berührung gebracht und ¹J₂ Stunde- damit in Berührung gelassen. Dann wird durch Pumpen mit einer Ölpumpe Argon abgepumpt, wobei darauf geachtet wird, daß die Temperatur der Adsorptionskohle nicht über —93⁰ steigt. Der Rest des adsorbierten Gases besteht aus fast reinem Krypton und Xenon, die sich wie oben trennen lassen.

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Trennung von Edelgasgemischen durch Adsorption mit Adsorptionsmitteln bei tiefen Temperaturen und Wiederaustreiben durch Erwärmen, gekennzeichnet durch fraktionierte Austreibung des adsorbierten Gasgemisches bei stark vermindertem Druck und solchen Temperaturen, bei denen die Tension des einen Adsorbates nahezu Null ist, während die des anderen Adsorbates zu seiner Entfernung aus dem Adsorptionsmittel ausreicht.

2. Verfahren zur Trennung von Argon, Krypton und Xenon nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den mit diesen Gasen angereicherten. Adsorptionsmitteln bei stark vermindertem Druck,

z. B. 0,1 mm Hg zunächst das Argon bei einer Temperatur zwischen — 129⁰ und — 92⁰, sodann das Krypton bei einer

Temperatur zwischen — 92⁰ und — 78⁰ und schließlich das Xenon bei höherer Temperatur abgepumpt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangsmaterial für die Gewinnung von Krypton und Xenon Adsorptionsmittel verwendet werden, die in bekannter Weise an geeigneter Stelle von Luftverflüssigungs- und Luftrektifikationsapparaten mit schweren Edelgasgemischen angereichert sind.