DE1009166B

DE1009166B - Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff oder Wasserstoff aus Gemischen dieser Gase mit Stickstoff oder Edelgasen

Info

Publication number: DE1009166B
Application number: DEB24650A
Authority: DE
Inventors: Thomas John Webster
Original assignee: British Oxigen Ltd
Current assignee: BOC Group Ltd
Priority date: 1952-03-21
Filing date: 1953-03-09
Publication date: 1957-05-29
Also published as: NL89211C; GB730014A; FR1073174A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff oder Wasserstoff aus Gemischein dieser Gase mit Stickstoff oder Edelgasen durch Zusatz von ungefähr stöchiometrischen Mengen von Wasserstoff bzw. Sauerstoff und nachfolgende Um-Setzung des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff. Solche Verfahren sind an sich bekannt.

Das erfindungsgemäße Verfahren unterscheidet sich von diesen bekannten Verfahren dadurch, daß die Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff in zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe die Hauptumsetzung¹ vorgenommen wird, wobei diel Menge des dem unreinen Gasgemisch hinzuzusetzenden Wasserstoffs oder Sauerstoffs gemäß dem Gehalt des die erste Stufe verlassenden Gasgemisches an dem zu entfernenden Gas geregelt wird.

Irgendwelcher Restsauerstoff oder -wasserstoff in dem die zweite Stufe des Umwandlungsabschnittes verlassenden Gasgemisch kann in an sich bekannter Weise dadurch entfernt werden, daß das Gasgemisch über ein geeignetes Absorptionsmaterial geleitet wird, welches sowohl im oxydierten als auch im reduzierten Zustand bestehen und in diesen Zuständen leicht Wasserstoff bzw. Sauerstoff absorbieren kann.

Der größere Teil sowohl von Sauerstoff als auch von Wasserstoff wird in den Umwandlungsstufen entfernt, so daß nach der vollendeten Umwandlung nur noch eine geringe Menge des einen oder des anderen Bestandteils verbleibt. Überdies kann durch die geeignete Einstellung der automatischen Regelung dieser Überschuß so· gesteuert werden, daß abwechselnd Sauerstoff und Wasserstoff auftritt, so daß das Absorbens automatisch regeneriert wird und auf unbegrenzte Zeit hin brauchbar bleibt.

Die erste Stufe des Umwandlungsabschnittes, in welcher die Masse des Wasserstoffs und Sauerstoffs zu Wasser umgewandelt wird, kann entweder in einem Brenner ausgeführt werden, wenn die Menge der vorhandenen Verunreinigung groß ist, oder aber in Gegenwart eines geeigneten Katalysators für die Reaktion. Die zweite Stufe wird in Gegenwart eines Katalysators ausgeführt. Es wäre möglich, zu diesem Zweck das absorbierende Material zu verwenden, ■ welches gebraucht wird, um die letzten Spuren von Sauerstoff oder Wasserstoff aus dem Gas zu entfernen, vorausgesetzt, daß man sich darauf verlassen kann, daß dieses Material eine katalytische Wirkung auf die Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ausübt, so daß dann also die zweite Umwandlungsstufe und der endgültige Absorptionsvorgang in einen einzigen Arbeitsgang zusammengefaßt werden können. Das durch die Verbindung des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff gebildete Wasser kann aus dem gereinigten Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff

oder Wasserstoff aus Gemischen
dieser Gase mit Stickstoff oder Edelgasen

Anmelder:

The British Oxygen Company Limited,
London

Vertreter: Dipl.-Ing. R. Holzer, Patentanwalt,
Augsburg, Philippine-Welser-Str. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 21. März 1952

Thomas John Webster, London,
ist als Erfinder genannt worden

Gas nach irgendeinem geeigneten bekannten Verfahren entfernt werden.

Die Reguliervorrichtung kann einen geeigneten Analysator umfassen, der direkt nach der ersten Umwandlungsstufe angeordnet wird und so eingerichtet ist, daß derselbe automatisch und indirekt eine Vorrichtung betätigt, welche den Zusatz des Wasserstoffs oder des Sauerstoffs zu dem unreinen Gas bzw. Gasgemisch regelt. Dort z. B., wo Sauerstoff aus rohem Argon, erzeugt durch die Zerlegung atmosphärischer Luft, entfernt werden soll, kann ein Sauerstoff analysator verwendet werden. Da überdies der größere Teil des anwesenden Sauerstoffs in der ersten Stufe des Umwandlungsabschnittes entfernt wird, braucht der Sauerstoff analysator nur auf eine kleinen Bereich der Sauerstoffkonzentration anzusprechen, obwohl die Sauerstoffkonzentration des ursprünglichen unreinen Gases in weiten Grenzen schwanken kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann so· ausgestaltet werden, daß es im Betrieb vollautomatisch und kontinuierlich arbeitet. Da überdies der Zusatz der stöchiometrischen Menge an Wasserstoff oder Sauerstoff zu dem ursprünglichen unreinen Gas lediglich durch die Konzentration der ursprünglichen Verunreinigung im Gas, nachdem die Hauptmasse dieser Verunreinigung in der ersten Stufe des Umwandlungsabschnittes entfernt wurde, reguliert wird, ist.es nicht notwendig, die Durchflußmenge oder die Zusammensetzung des zu reinigenden Gases oder die Durchflußmenge des zugesetzten Wasserstoffs oder Sauerstoffs zu bestimmen. Ebensowenig ist es not-

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wendig, irgendeines der dem Umwandlungsabschnitt zugeführten Gase auf konstantem Druck zu halten, vorausgesetzt natürlich, daß die Gase einen genügend hohen Druck besitzen, um den Druckabfall durch die Reinigungsanlage hindurch zu überwinden.

In der zweiten Stufe kann ein katalytisches Material verwendet werden, das gleichzeitig den Überschuß an Sauerstoff bzw. Wasserstoff binden kann.

Als katalytisches Material, welches sich im Rahmen

zeitig sowohl als Katalysator und als Absorptionsmittel arbeitet.

Falls für die Entfernung niedriger Konzentrationen

was die Nachstellung des Reglers 6 erforderlich macht. Wenn in dem in die Stufe 1 eintretenden Gas Sauerstoff und Wasserstoff in genauen stöchiometrischen Konzentrationen vorhanden sind, dann ist in dem den Punkt 10 passierenden Gas kein Sauerstoff oder Wasserstoff mehr vorhanden; es erübrigt sich damit eine weitere Einstellung des Reglers 6. Hat das ίπι die Stufe 1 eintretende Gas einen geringen. Überschuß an Sauerstoff, dann entfernt das Absorbens in

der vorliegenden Erfindung zum Gebrauch eignet, io Stufe 2 denselben, bis das Absorbens völlig oxydiert kann beispielsweise Palladium Verwendung finden, ist, worauf am Punkt 10 Sauerstoff auftritt. Dem welches auf Platingaze niedergeschlagen ist. Als ge- kann unverzüglich durch Nachstellen des Reglers 6 eignetes Absorptionsmaterial hat sich eine Mischung abgeholfen werden, so daß an dem Punkt 7 ein aus Kupfer und Kupferoxyd erwiesen, während es kleinerer Sauerstoffgehalt oder ein größerer Wassersich gezeigt hat, daß eine Mischung von Manganoxyd 15 stoffgehalt, als man ihn zuvor erhalten hatte, fest-(MnO) und Manganperoxyd (Mn₃O₄) sehr gut gleich- gestellt wird. Bringt die neue Einstellung am Regler 6

einen Überschuß an Wasserstoff in dem in die Stufe 1 einströmenden Gas hervor, dann wird dieser Wasserstoff durch das oxydierte Absorbens in Stufe 2 völlig

von entweder Wasserstoff oder Sauerstoff nach der 20 entfernt, und zwar so lange, bis das Absorbens völlig Ausscheidung der Hauptmasse der Verunreinigungen reduziert worden ist, worauf am Punkt 10 Wassergesorgt wird, braucht die Empfindlichkeit der Vor- stoff auftritt. Dem kann sofort durch die Nachstellung richtung, welche den Zusatz von Wasserstoff oder des Reglers 6 abgeholfen werden, so daß am Punkt 7 Sauerstoff regelt, nicht so groß zu sein, daß dadurch ein höherer Sauerstoffgehalt oder ein niedrigerer die Konzentrationen dieser Gase im Gemisch in ge- 25 Wasserstoffgehalt erscheint, als man ihn. vor der nauer Übereinstimmung mit den stöchiometrischen Nachstellung erhalten hatte. Wird die Kapazität für Erfordernissen gehalten werden. die Entfernung von Sauerstoff und Wasserstoff in der

Die Erfindung wird nunmehr unter Bezugnahme Stufe 2 angemessen groß gewählt, dann braucht die auf die Zeichnung ausführlicher beschrieben werden. Nachstellung des Reglers 6 nur in längeren Zeit-Diese Zeichnung zeigt schematisch eine Form der 30 räumen zu erfolgen. Da der Zusatz von Wasserstoff Apparatur zur Verwendung gemäß dem vorliegenden oder Sauerstoff lediglich durch die Konzentration, der Verfahren., und zwar für kontinuierlichen, vollauto- in dem die Stufe 1 verlassenden Gas enthaltenen Vermatischen Betrieb. unreinigungen reguliert wird, ist es nicht notwendig,

Es sind zwei Reinigungsstufen 1 und 2 vorgesehen, die Durchflußmenge oder die Zusammensetzung des von denen die erstere einen Brenner oder einen Kata- 35 zu reinigenden Gases oder die Durchflußmenge des lysator oder einen kombinierten Brenner und Kataly- hinzugesetzten Sauerstoffes oder Wasserstoffes festsator umfaßt, welche in der Lage sind, die Haupt- zulegen.

masse des in die Stufe einströmenden Wasserstoffs Die Empfindlichkeit des Katalysators 7 einerseits

und Sauerstoffs zur Bildung von Wasser miteinander und der Regeleinrichtung 6 andererseits braucht zu verbinden. Die zweite Stufe umfaßt einen Kataly- 40 nicht sehr groß zu sein, da der hinzugefügte Wassersator, welcher fähig ist, die Reaktion zwischen dem stoff bzw. Sauerstoff nicht genau stöchiometrisch die erste Stufe verlassenden Wasserstoff und Sauer- gleich der Sauerstoffmenge bzw. Wasserstoffmenge zu stoff zu vollenden, woran sich ein Absorptionsvorgang sein braucht, die in dem verunreinigten Gas enthalten anschließt, um die letzten Spuren von Sauerstoff oder ist, weil jeder Wasserstoffüberschuß bzw. Sauerstoff-Wasserstoff, die nach der völligen Ausscheidung ent- 45 Überschuß, der nach der ersten Verfahrensstufe noch weder des gesamten Sauerstoffs oder des gesamten verbleibt, in der zweiten Verfahrensstufe beseitigt Wasserstoffs in dem Katalysierungsabschnitt zurück- wird.

geblieben sind, zu entfernen. Hat das in Stufe 2 ver- Obwohl die vorliegende Erfindung in vorstehendem

wendete Absorbens auch die Wirkung, die Reaktion unter besonderer Bezugnahme auf die eine Form der zwischen Wasserstoff und Sauerstoff katalytisch zu 50 Apparatur beschrieben wurde, und zwar eine solche beeinflussen, dann entfällt die Notwendigkeit für die für den kontinuierlichen, automatischen Betrieb, ist es

doch selbstverständlich, daß der Erfindungsbereich dadurch in keiner Weise beschränkt wird.

Verwendung eines zusätzlichen Katalysators in dieser Stufe. Durch die Rohrleitung 3 eintretender Wasserstoff oder Sauerstoff wird dem Rohgas, welches durch die Rohrleitung 4 in die Stufe 1 eintritt, beigemischt. Die Menge des Zusatzes des beigemengten Wasserstoffs oder Sauerstoffs wird reguliert durch ein automatisches Ventil 5, welches gesteuert wird durch einen Regler 6, der an einen in der Austrittsgasleitung 8 der Stufe 1 angeordneten, Sauerstoff-Wasserstoff-Analysator 7 angeschlossen ist. Das teilweise gereinigte Gas strömt durch die Leitung 8 in die Stufe 2, in welcher aller im Gas noch verbleibender Sauerstoff oder Wasserstoff, wie es vorher beschrieben wurde, völlig entfernt wird. Das die Stufe 2 durch die Rohrleitung 9 verlassende gereinigte Gas wird an dem Punkt 10 auf Sauerstoff und Wasserstoff analysiert. Wenn nach einer gewissen Betriebsdauer das in Stufe 2 befindliche Absorbens völlig oxydiert worden ist, tritt am Punkt 10 Sauerstoff auf,

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Entfernung von Sauerstoff oder Wasserstoff aus Gemischen dieser Gase mit Stickstoff oder Edelgasen durch Zusatz von ungefähr stöchiometrischen Mengen von, Wasserstoff bzw. von Sauerstoff und nachfolgende Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Umsetzung des Sauerstoffs mit dem Wasserstoff in, zwei Stufen erfolgt, wobei in der ersten Stufe die Hauptumsetzung vorgenommen, wird, und daß die Menge des dem unreinen Gasgemisch beizufügenden, Wasserstoffs oder Sauerstoffs gemäß dem Gehalt des die erste Stufe verlassenden, Gasgemisches an dem zu entfernenden! Gas geregelt wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch ge- ■ kennzeichnet, daß die besagte erste Stufe des Umwandlungsabschnittes in einem Brenner oder in Gegenwart eines Katalysators für die Umwandlung vor sich geht und daß die besagte zweite Stufe des Umwandlungsabschnittes in Gegenwart eines solchen Katalysators erfolgt.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß irgendwelcher restlicher Sauerstoff oder Wasserstoff in dem die zweite Stufe des Umwandlungsabschnittes verlassenden Gasgemisch in an sich bekannter Weise dadurch entfernt wird, daß das Gasgemisch über ein geeignetes absorbierendes Material geleitet wird, welches sowohl in einem oxydierten als ¹S auch in einem reduzierten Zustand bestehen und in diesen Zuständen laicht Wasserstoff bzw. Sauerstoff absorbieren kann.

4. Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von Wasserstoff a° oder Sauerstoff zu dem unreinen Gas bzw. Gasgemisch so gesteuert wird, daß man in dem die zweite Stufe des Umwandlungsabschnittes ver-

lassenden Gas abwechselnd einen Überschuß an Sauerstoff und Wasserstoff erhält, wodurch das Absorbens nach der Oxydation automatisch regeneriert wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Stufe ein katalytisches Material verwendet wird, das gleichzeitig den Überschuß an Sauerstoff bzw. Wasserstoff binden kann.

6. Verfahren gemäß irgendeinem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zusatz von Wasserstoff oder Sauerstoff zu dem unreinen Gas bzw. Gasgemisch automatisch geregelt wird, und zwar mittels eines geeigneten Analysators, welcher direkt nach, der ersten Stufe des Umwandlungsabschnitteis angeordnet wird und so ausgebildet ist, daß er eine Vorrichtung zur Regelung des Wasserstoff- bzw. Sauerstoffzusatzes automatisch betätigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 295 572.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen