SU1159606A1 - Способ очистки газовой смеси от водорода - Google Patents

Abstract

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ОТ ВОДОРОДА путем -пропускани  ее над палладиевой мембраной при одновременной подаче под мембрану газа-разбавител , отличающийс   тем, что, с целью повьпиени  степени очистки в качестве газа-разбавител  используют кислородсодержащий газ. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с   тем, что используют газ с содержанием кислорода 25-75 об.% от исходной концентрации водорода в газовой смеси при отношении расхода газа-разбавител  к расходу газовой смеси, равном 2-4.

Description

сд

;о

О5

о 65

1 1 Изобретение относитс  к глубокой очистке газовых смесей от водорода и может быть использовано в химической промыпшенности, например, дл  очистки сьфого гели  от водорода (10 об.%) в процессе получени  его из природного газа. Известен способ очистки газовых смесей от водорода путем пропускани  их над палладиевой мембраной Л . Недостатком такого способа  вл етс  низка  степень извлечени  водорода из газовых смесей, что обусловлено низким перепадом парциальных давлений водорода между раздел емой смесью и продиффундировавшим водородом на выходе смеси из аппарата. Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  способ очистки газовой смеси от водорода пу тем пропускани  ее над палладиевой мембраной при одновременном разбавлении потока продиффундировавшегос  через мембрану водорода другим газом например азотом или вод ным паром. Такое проведение процесса позвол ет уменьшить парциальное давление проди фундировавшего через мембрану водор да, увеличить перепад парциальных давлений через мембрану, вследствие чего степень очистки смеси от водоро да повьшаетс  {jzl. Недостатком известного способа   л етс  низка  степень очистки газовой смеси от водорода. При необходимости добитьс  глубокой степени очистки смесей от водорода необходимо значительное увеличение поверхности мембраны . Цепь изобретени  - повышение степени очистки газовой смеси от водорода . Поставленна  цель достигаетс  тем, что при Способе очистки газовой смеси от водорода путем пропускани  ее над палладиевой мембраной при одновременной подлче под мембрану газа-разбавител , в качестве последнего используют кислородсодержащий газ. При этом концентраци  кислорода в газе-разбавителе составл ет 2575 об.% от исходной концентрации водорода в раздел емой смеси при отношении расхода газа-разбавител  к расходу раздел емой смеси, равном 2-4. 6 Предлагаемый способ позвол ет повысить степень очистки газовой смеси от водорода при сохранении поверхности мембраны и размеров аппарата или уменьшить поверхность и размер диффузионного аппарата при заданной степени очистки. Это обусловлено тем, что вводимый кислород окисл ет водород на поверхности мембраны . При этом увеличение водородопроницаемости (удельной производительности ) мембраны при подаче под мембрану кислорода вместе с газомразбавителем многократно превьшает эффект, св занный с уменьшением парциального давлени  водорода под мембраной за счет его окислени . Исследовани  показывают, что в р де случаев, например, при низких давлени х дл  тонких мембран из палладиевых сплавов лимитирующей стадией проницаемости  вл ютс  процессы , происход щие на поверхност х мембраны. Поскольку скорость окислени  водорода на палладии значительно выше скорости рекомбинации его атомов в молекулы, то окисление продиффундировавшего водорода существенно увеличивает скорость одной из лимитирующих стадий процесса, увеличива  таким образом проницаемость. Минимальна  концентраци  кислорода в газе-разбавителе, из условий св зывани  всего продиффундировавшего водорода, должна составл ть 25 об. от концентрации водорода в раздел емой смеси. Более низка  концентраци  кислорода в газе-разбавителе приводит к снижению степени очистки смеси от водорода на 10-40 отн.% ввиду неполного его окислени  под мембраной при больших исходных концентраци х водорода в раздел емой смеси. Увеличение концентрации кислорода в .fазе-разбавителе свыше 75 об.% может, привести к окислению мембраны и снижению ее проницаемости на 10-70 отн,% При высоких концентраци х водорода в раздел емой смеси. Расход газа-разбавител  должен обеспечить взрывобезопасную среду под мембраной и преп тствовать существенному разогреву мембраны вследствие окислени  водорода. Из условий взрывобезопасности концентраци  инертного газа-разбавител  под мем3

браной не должна быть ниже 95% на тот случай, если водород под мембраной не окислитс .

Таким образом, расход газа-разбавител  должен не менее чем в 2-4 раза превышать расход раздел емой смеси. При расходах газа-разбавител  меньше предлагаемых не обеспечиваетс  условие взрьшобезопасности процесса и не предотвращаетс  разогрев мембраны, а увеличение расхода вьше предлагаемого предела не дает дополнительного положительного эффекта .

Пример 1. Водород вьщел ют ид газовой смеси, содержащей 88 об.% Nj и 12 об.% Hj. Смесь в количестве 70 л/ч подают в диффузионный, аппарат , содержащий трубчатую мембрану с поверхностью 1,25 10 м. Линейна  скорость протока смеси над мембраной , равна  6,3 м/с, обеспечивает достаточную скорость массообVieHa иеаду поверхностью мембраны и  дром раздел емого потока. Давление раздел емой смеси над мембраной 9,2 кг/см, температура 400 и 500С Эксперименты ведут в двух режимах: в первом под мембрану подают азот Iвысокой чистоты при атмосферном :давлении и расходе, равном 140 л/ч, ;во втором режиме под мембрану подают смесь азота с 3 об.% кислорода (25% от исходной концентрации водорода в раздел емой смеси) при том же давлении и расходе в два раза большем расхода водородсодержащей смеси.

1аздел ема  смесь покидает диффузионный аппарат с концентрацией

596064

водорода в первом случае 10,1 об.% при 400°С и 8,9% при , во втором режиме концентраци  водорода в непродиффундировавших газах 7,-2 об.% S при 400°С и 6 об.% при 500°С.

Предложенный способ обеспечивает увеличение ст.епени извлечени  водорода из смеси.

Пример 2. Водород выдел ют О из смеси, содержащей 7 об.% Hj и

93 об.% Nj, подаваемой в диффузионный аппарат при атмосферном давлении.

Поверхность диффузионного аппарата составл ет , расход раздел емой смеси 20 л/ч, скорость ее протока более 10 м/с. Опыты провод т при 5бОС в двух режимах; в первом под мембрану подают азот высокой частоты при атмосферном давлении в количестве 80 л/ч. Концентраци  водорода

0 в непродиффундировавшей смеси 0,018об.%, во втором режиме под мембрану подают смесь 90% азота и 10 об.% кислорода (75% от исходной

5 концентрации водорода в раздел емой смеси), расход зтой смеси составл ет 80 л/ч (в четыре раз больше расхода водородсодержащей смеси), концентраци  водорода в непродиффундировавшей смеси составл ет 0,0095%.

0

Предложенный способ обеспечивает увеличение глубины очистки смесей от водорода.

При внедрении предложенный способ обеспечит технико-зкономический эффект за счет снижени  затрат металла в 10 раз и энергии в 2 раза.

Claims (2)

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ОТ ВОДОРОДА путем пропускания ее над палладиевой мембраной при одновременной подаче под мембрану газа-разбавителя, отличающийс я тем, что, с целью повышения степени очистки в качестве газа—разбавителя используют кислородсодержащий газ.

2. Способ по ri. 1, о т л и чающий с я тем, что используют газ с содержанием кислорода 25-75 об.% от исходной концентрации водорода в газовой смеси при отношении расхода газа-разбавителя к расходу газовой смеси, равном 2-4.