DE861852C

DE861852C - Verfahren zur Verfluessigung von unreinem Wasserstoff

Info

Publication number: DE861852C
Application number: DEH9776A
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr Clusius
Original assignee: Andreas Hofer Hochdruck Apparatebau GmbH
Current assignee: Andreas Hofer Hochdruck Apparatebau GmbH
Priority date: 1951-09-19
Filing date: 1951-09-19
Publication date: 1953-01-05

Description

Verfahren zur Verflüssigung von unreinem Wasserstoff Es ist bekannt, daß bei der Verflüssigung von Wassersttiff durch Ausfrieren. der im Wasserstoff selbst bei einer Reinheit von 99,8% noch vorhandenen Spuren an Sauerstoff und Stickstoff (Elektrolyt-Wasserstoff) Betriebsstörungen und Unterbrechungen auftreten, weil die als feste Bestandteile ausfallenden Unreinheiten das Expansionsventil bei den nach dem joule-Thomson Effekt arbeitenden Apparaten verstopfen bzw. bei den mit Expansionsmaschinen arbeitenden Apparaten den Gang der Maschine stören. Bei dem auf chemischem Wege gewonnenen Wasserstoff, der zusätzlich durch Kohlenoxyd u. dgl. verunreinigt! ist, treten die Störungen verstärkt auf und machen häufig eine Verflüssigung unmöglich. Die bisher beschrittenen Wege zur Beseitigung der Unreinheiten, z. B. durch Adsorptionsmittel, die durch flüssige Luft gekühlt werden, oder durch Behandlung des Rohwasserstoffes mit flüssigem reinem Wasserstoff, erfordern zusätzliche Apparaturen, Kosten und Bedienung.
Das hier vorliegende neue Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur der infolge Verflüssigung entzogene Wasserstoffanteil durch unreinen Zusatzwasserstoff ersetzt wird, den man der Niederdruck- bzw. Unterdruckseite des: Wasserstoffkreislaufes im Verflüs@siger erst zuführt, wenn in ihm bereits eine Kondensation der als störende Unreinheiten geltenden Gasbestandteile erfolgt ist, ohne daß jedoch der Wasserstoff selbst dabei flüssig wird, und daß der trockene Ersatzwasserstoff mit annähernd gleich tiefer Temperatur in den nach der Entspannung nicht verflüssigten und in den aus der Flüssigkeit wieder verdäiripfenden Wasserstoffanteil eintritt und am Kreislauf teilniirimt.
Die Durchführung und Arbeitsweise des Verfahrens ist nachstehend an Hand der schematischen Abb. i und :2 beschrieben. Der unreine Zusattzwä,sserstoff wird-.üblichen Handelsflaschen entnommen, über ein Reduzierventil entspannt und strömt ohne wesentlichen Überdruck durch ein mit dem oberen Wärmetauscher des Verflüssigers parallel laufendes Rohr, wobei er langsam abgekühlt wird. Dieses Rohr i (Abt. i) setzt sich in mehreren Windungen fort, die wie die entsprechenden Rohrwindungen für den Hochdruckwasserstoff in einem Bad von flüssiger Luft oder flüssigem Stickstoff im Behälter :2 liegen. Der dort tiefgekühlte unreine Zusatzwasserstoff strömt dann durch die Rohrmündung 3 in einen ringförmigen, zylindrischen Raum q., der den unteren GegenstTomwärmetauscher des Verflüssigers umgibt. Bei den Temperaturen dieser Zone kondensieren sich die als Unreinheiten geltenden Gasbestandteile praktisch quantitativ in fester Form, zur Verflüssigung des Wasserstoffes selbst sind sie nicht ausreichend tief. In dem Raum q. sind ein oder mehrere Rohrschlangen 5 angeordnet, die zweckmäßig außen mit Rippen versehen sein können. Der am unteren Ende des -Raüines 4. ankommende' völlig reine Zusatzwasserstoff strömt von unten her in die Rohrschlange 5 ein, durchströmt diese in Richtung nach oben und tritt in. den Niederdruckteil des Ver= flüssigerkreislaufes über, wo er sich mit- dem nac'der Entspannung durch Ventil 6 nicht verflüssigten und - dem aus der Flüssigkeit im Sammelgefäß- 7 wieder verdampften reinen Wasserstoff vermischt. Die Menge des stündlich zugesetzten Wasserstoffes ist ein Bruchteil der stündlich im Kreislauf befindlichen Wasserstoffmenge, und der Mehrverbrauch äri flüssiger Luft bzw. Stickstoff ist ebenso gering wie der Kälteentzug am Verflüssiger, weil die Rohrschlangen 5 im Raum q. als Gegenstromwärmetauscher wirken. Die große Oberfläche der Rohrschlangen 5 bietet gleichzeitig eine wirksame Kondensationsfläche für die. Verunreinigungen. Die Beseitigung der Unreinheiten erfolgt nach Beendigung der Verflüssigungsperiode, nach Ablassen des flüssigen Wasserstoffes, wenn der Apparat sich wieder langsam erwärmt. Die dann schmelzenden und verdampfenden Unreinheiten werden gasförmig durch -eine Zweigleitung oder durch das Ablaßventil über eine das Eindringen von Luft verhindernde Vorlage in bekannter Weise abgelassen.
Eine andere Ausführungsform zur Durchführung des Verfahrens ist in Abb. 2 schematisch dargestellt, und die gleichartigen Teile sind mit den gleichen Ziffern henannt. Der unreine Zusatzwasserstoff tritt wiederum durch die Rohrmündung 3 aus und durchströmt langsam einen schraubenförmig gewundenen Hohlraum 8, der durch das schraubenförmig gewundene, den entspannten @Niederdrückwasserstoff rückführende Rohr 9 und die ihm eng anliegenden zylindrischen Wände io und i i gebildet wird. Auf der Oberfläche des Rohres 9, welches die Temperaturen des entspannten, nicht verflüssigten und des wieder verdampften flüssigen Wasserstoffes hat, kondensieren die als Unreinheiten geltenden Gasbestandteile, frieren aus und fallen zum Teil in das Sammelgefäß 7, wo sie sich am Boden absetzen. Der völlig reine Zusatzwasserstoff mischt sich mit nicht verflüssigtem und wiederverdampftem Wasserstoff, der durch das am unteren Ende offene Rohr 9 seinen Rückweg nimmt. Die Oberfläche des' Rohres 9 bildet bezüglich der Führung des Zusatzwasserstoffes eine Gegenstromwärmetauschfläche.
Bei Verflüssigern, die mit Expansionsmaschinen arbeiten, ist die Anordnung der Reinigungseinrichtung eine sinngemäß entsprechende.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zum Verflüssigen von unreinem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils nur der infolge Verflüssigung entzogene Wasserstoffanteil durch unreinen Zusatzwasserstoff ersetzt wird, - den man der Niederdruck- bzw. Unterdruckseite des Wässerstoffkreislaüfes - im VerflüssigeT erst zuführt, wenn in ihm bereits eine Kondensation und Ausfrierung der als störende Unreinheiten geltenden Gasbestand-- erfolgt ist, ohne daß der Wasserstoff selbst dabei flüssig wird, und daß der trockene Ersatzwasserstoff mit annähernd gleich tiefer Temperatur in den nach der Entspannung nicht verflüssigten und den aus der Flüssigkeit wieder verdampfenden Wasserstoffanteil eintritt und am Kreislauf teilnimmt.
2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung aus einem den Verflüssiger umgebenden ringförmigen zylindrischen Hohlraum (q. Abb. i) mit darin angeordneten spiralförmigen, unten offenen und - gegebenenfalls außen mit Rippen versehenen Rohrschlange (5 Abb. i) besteht, derart, daß letztere eine Gasführung im Gegenstrom bewirken und am oberen Ende in den Niederdruckraum des, Verflüssigers einmünden. 1
3. Vorrichtung zur ;Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung durch ein zwischen zwei zylindrischen Wänden (io und ii Abb. 2) schraubenförmig gewundenes Rohr (9 Abb.2) gebildet wird, das gleichzeitig einem Gegenstromwärmetauscher des Verflüssigers angehört und gemeinsam mit den zylindrischer' Wänden einen schraubenförmig gewundenen Hohlraum (ä Abb. 2) entstehen läßt.