DE733079C

DE733079C - Verfahren zur Auftrennung von technischen Gasen

Info

Publication number: DE733079C
Application number: DEB191869D
Authority: DE
Inventors: Dr Ermbrecht Rindtorff
Original assignee: Bergwerksgesellschaft Hibernia AG
Current assignee: Bergwerksgesellschaft Hibernia AG
Priority date: 1940-09-24
Filing date: 1940-09-24
Publication date: 1943-03-18

Description

Verfahren zur Auftrennung von technischen Gasen Es ist bereits bekannt, daß mit Hilfe der thermischen Diffusion Gasgemische entmischt werden können. Über die wissenschaftlichen Grundlagen des Vorganges berichteten Klusius und Dickel in der Zeitschrift für physikalische Chemie I939. Sie kommen im Hinblick auf die technische Verwertbarkeit dieser Methode, d. h. also für die Entmischung der in der Technik vorkonnuenden Gase, zu dem Schluß, daß der hohe Energieverbrauch eine großtechnische Anwendung einer solchen Arbeitsweise ausschließt.
Es ist ferner bekannt, Gasgemische unter Anwendung poröser Wände durch Diffusion zu trennen und die Diffusion durch Einleiten von Waserdampf in die poröse Zelle zu verbessern. Aber auch mit dieser Arbeitsweise ist eine Trennung größerer Mengen eines Gasgemisches, wie sie in der Technik gebraucht werden, nicht möglich.
Es wurde nun gefunden, daß man durch Kombination von thermischer Diffusion mit Diffusion unter Anwendung poröser Wände zu einem Verfahren kommt, das in seiner Leistung die Summierung der beiden Teilverfahren bei weitem übertrifft. Auf diese Weise ist es möglich, unter technisch tragbaren Bedingungen auch größere Gasmengen zu zerlegen.
Bei der thermischen Diffusion wird durch Anwendung eines Temperaturgefälles ein Gasgemisch entmischt, wobei bei den bisher verwandten Anordnungen die Entmischung in zwei Bestandteile in einem Raum geschieht, und aus diesem Raum an zwei verschiedenen Stellen die Gasfraktionen entnommen werden.
Es liegt auf der Hand, daß hierbei leicht wieder eine Vermischung der bereits entmischten Bestandteile unter Einfluß der Wärmekonvektion eintritt, welche dem Effekt der thermischen Diffusion entgegenwirkt.
Nach der vorliegenden Erfindung werden die Gasfraktionen in getrennten Räumen abgezogen, und zwar wird der Diffusionsraum durch Wände bestimmter Porosität aufgeteilt, so daß der Widerstand dieser porösen Wände der nachträglichen Vermischung durch Wärmekonvektion oder Strömungswirbel usw. entgegenwirkt. Gleichzeitig kann man derartig angeordnete poröse Wände benutzen. um zusätzlich eine Gastrennung zu erreichen durch fraktionierte Diffusion. An Stelle poröser Wände können auch Wände aus solchem Material verwendet werden, die im üblichen Sinne nicht als porös angesehen werden, die jedoch unter bestimmten Bedingungen bestimmte Gase durchlassen, z. B. Bleche aus den Metallen der S. Gruppe des periodischen Systems, insbesondere Platin, Palladium, Eisen und Nickel, die Wasserstoff einseitig zu lösen vermögen und auf der anderen Seite wieder abzugeben vermögen.
Den Trennungseffekt ganz man weiter noch dadurch unterstützen, daß man den Raum, in dem die thermische Diffusion stattfindet, mit Füllkörpern, z. B. Raschigringen, Kugeln und ähnlichen, die die Wärmekonvektion der zu spaltenden Gase verringern oder verhindern, teilweise oder ganz füllt, so daß sie der Wiedervermischung der Bestandteile entgegenwirken können. Die geeignete Form und Größe der Füllkörper kann man leicht durch Versuche ermitteln; sie sind abhängig von der Größe des Diffusionsraumes und seiner Gestaltung und Lage sowie der Temperaturdifferenz. Selbstverständlich kann eine vorhandene Wärmekonvektion auch in der Richtung wirken, daß eine günstigere Trennung der Fraktionen eintritt. Es ist deshalb selbstverständlich, die auftretenden Wärmekonvektionen bei der Anordnung und Lage der Trennungsapparate auch in dieser Hinsicht zu berücksichtigen. Zur Trennung von drei und mehr Gasbestandteilen voneinander kann man mehrere poröse Wände hintereinanderschalten und zwischen zwei porösen Wänden Zwischenfraktionen entnehmen. Nilit Vorteil kann man jedoch auch Gasgemische mit zwei Bestandteilen hiermit trennen und gegebenenfalls als Zwischenfraktion ein Gemisch der beiden Bestandteile entnehmen und diese dem Ausgangsgas wieder zusetzen. Eine Ausführungsart des Verfahrens ist in der Abb. I beschrieben: I ist ein Silitstab, der elektrisch auf etwa 6600 erwärmt wird, 2 ein poröser Tonzylinder, der diesen Stab umgibt und durch die Wärmeausstrahlung ebenfalls etwas erwärmt wird und seinerseits wiederum eine thermische Diffusion gegen den gas dichten Behälter 3 bewirkt; bei 4 wird das zu trennende Gasgemisch eingeleitet, bei 5 der schwere Gasbestandteil und bei 6 der leichte Gasbestandteil entnommen.
Eine andere Ausführungsart ist in Abb. 2 beschrieben: I ist ein zunderbeständiges Stahlrohr, das mit Gas von innen geheizt wird.
7 ist ein poröses Tonrohr, dem bei 4 das zu trennende Gasgemisch zugeleitet wird; 3 ist ein gasdichter Behälter, der das Ganze umschließt und dem bei 5 die schwere Gasfraktion elltnommen wird. 2 ist ein poröses Rohr, das um das Heizrohr I angeordnet ist und dem bei 6 die leichte Gasfraktion entnommen wird. Der poröse Behälter 7 ist mit Steinzeugkugeln von 2 cm # gefüllt. Bei 8 kann erforderlichenfalls eine Zwischenfraktion entnommen werden.
Beispiel I In einer Einrichtung nach Äbb. 1 werden bei 4 120 l/h eines Gemisches eingeleitet, das 14% Wasserstoff und 86% Stickstoff enthält. Bei 6 entweicht ein Gemisch, bestehend aus So 01o Wasserstoff und 20 01o Stickstoff. mit einer Strömungsgeschwindigkeit von 16 l/h. Bei 5 läßt sich ein Gemisch abziehen, bestehend aus 4% Wasserstoff und 96% Stickstoff, in einer Menge voll 104 l/h. Der Silitstab hat einen Durchmesser von 10 Ulnl bei einer Länge von 300 mm. was im w esentlichen auch der Länge der Gesamtapparatur entspricht. Der poröse Tonzylinder hat einen Durchmesser von 30 mm, der umgebende gasdichte Behälter 3 einen Durchmesser von 100 mm und besitzt eine Temperatur von 45 während der Silitstab auf 600° erhitzt ist.
Beispiel 2 Ein aus der Butanspaltung stammende Gasgemisch, das 23,8% Wasserstoff, 30,6% Methan und 44,5% Äthylen enthält, wird mit einer Menge von 150 l/h bei 4 der Abb. 2 eingeleitet. Die weiter oben bereits beschriebene Apparatur hatte folgende Abmessungen: Durchmesser des auf 700 C beheizten Stahlrohres 50 mm, Durchmesser des porösen Tonrohres 7 110 mm, Durchmesser des porösen Tonrohres 2 So mm.
Der gasdichte Behälter, der die Apparatur umschließt, hat einen Durchmesser von I40 mm, eine Länge von Soo mm und eine Temperatur von 250 C.
Durch die Auftrennung gemäß der Erfindung entstehen drei Gasfraktionen, und zwar werden abgezogen: I, bei 6 40 l/h eines wasserstoffreichen Gemisches mit 76,0 Olo H2 16,0% CH4 8,0% C2H4, 2. bei 5 83 1/11 eines äthylenreichen Gemisches mit 3,5% H2 2S,3 O/o CH4 6S,2, 0lo C H4, 3. bei 8 27 l/h eines hauptsächlich Methan enthaltenden Gases mit 2,30J0H2 63,5% CH4 34,2% C2H4.

Claims

PATENTANSPRUCHE: I. Verfahren zur vollständigen oder teilweisen Auftrennung von technischen Gasen in die einzelnen Bestandteile, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in an sich bekannter Weise durch poröse Wände diffundieren, wobei zwischen den porösen Wänden und den anderen den Diffusionsraum begrenzenden Wänden ein starkes, z. B. mehrere I00° betragendes Temperaturgefälle aufrechterhalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß Abtrennungsräume ganz oder teilweise mit Füllkörpern gefüllt sind.
3. Verfahren nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle einer porösen Wand im Falle der Amvendung wasserstoffhaltiger Gase eine teilweise durchlässige Wand aus Metallen der S. Gruppe des periodischen Systems, insbesondere Platin, Palladium, Eisen und Nickel, angewandt wird.
4. Verfahren nach Anspruch I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man bei der Trennung eines Gemisches in zwei Bestandteile eine Mitteifraktion abzieht die man dem Ausgangsgas wieder zusetzt.