DE1171398B

DE1171398B - Process for feeding back a suspended or dissolved catalyst during isotope exchange

Info

Publication number: DE1171398B
Application number: DEU6967A
Authority: DE
Inventors: Hans Jaenicke; Dipl-Phys Dr Siegfried Walter
Original assignee: Uhde GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp Industrial Solutions AG
Priority date: 1960-03-11
Filing date: 1960-03-11
Publication date: 1964-06-04

Description

Verfahren zur Rückspelsung eines suspendierten oder gelösten Katalysators beim Isotopenaustausch Beim Austausch zwischen einem Gas und einer Flüssigkeit oder Dampf ist bei vielen Systemen für eine ausreichende Austatischgeschwindigkeit ein Katalysator erforderlich. Solche Katalysatoren werden für ein Gas-Flüssigkeits-System in der flüssigen Phase suspendiert oder gelöst mitgeführt, während sie bei einem Austausch zwischen Dampf und Gas als Festbettkatalysatoren angeordnet sind.Process for backwashing a suspended or dissolved catalyst during isotope exchange during exchange between a gas and a liquid or Steam is on for sufficient static speed in many systems Catalyst required. Such catalysts are used for a gas-liquid system suspended or dissolved in the liquid phase while they are in a Exchange between steam and gas are arranged as fixed bed catalysts.

Die Vervielfachung des elementaren Austauscheffektes erreicht man ähnlich wie bei der Rektifikation in Gegenstromkolonnen.The multiplication of the elementary exchange effect is achieved similar to rectification in countercurrent columns.

Die Phasenumkehr, d. h. die überführung des anzureichernden Produktes aus der flüssigen in die Gasphase, kann beispielsweise bei der Isotopentrennung durch einen chemischen Prozeß oder beim Vorhandensein einer negativen Temperaturabhängigkeit der Gleichgewichtskonstanten durch eine heiße Gegenstromkolonne erreicht werden.The phase inversion, i.e. H. the conversion of the product to be enriched from the liquid to the gas phase can be achieved, for example, in the case of isotope separation by a chemical process or in the presence of a negative temperature dependence of the equilibrium constants by a hot countercurrent column.

Während bei der Phasenumkehr durch einen chemischen Prozeß, z. B. beim System H 20/1-L2 durch eine Elektrolyse, die überführung des angereicherten Deuteriums vollständig durchgeführt wird, ist dies bei einer heißen Kolonne nur teilweise erfüllt. Hieraus folgt, daß der Aufwand für die eigentliche Anreicherungskolonne bei der Phasenumkehr durch einen chemischen Prozeß wesentlich geringer ist. Dabei tritt jedoch das technische Problem der Kontaktabscheidung aus der flüssigen Phase auf. Der abgeschiedene Kontakt wird der auf dem Kopf der Kolonne aufgegebenen Flüssigkeit wieder beigemischt.While in the phase inversion by a chemical process, e.g. B. in the system H 20/1-L2 by electrolysis, the transfer of the enriched Deuterium is completely carried out, this is only in the case of a hot column partially fulfilled. It follows that the effort for the actual enrichment column when the phase is reversed by a chemical process, it is much lower. Included However, the technical problem of contact deposition from the liquid phase occurs on. The deposited contact becomes the liquid deposited on top of the column mixed in again.

Es ist bei der Durchführung dieses bekannten Verfahrens jedoch unumgänglich, große Katalysatormengen in den Kreislauf einzubringen, da bei der vorgesehenen Verdunstungstrocknung lange Verweilzeiten des Katalysators in der Trockenapparatur erforderlich sind. Trocknungsversuche haben beispielsweise ergeben, daß die notwendige Katalysatormenge bei etwa zehnfacher Anreicherung um rund das zwanzigfache gegenüber einer unmittelbaren Rückführung des Katalysators an den Kopf der Austauschkolonne vergrößert wird.However, when performing this known method, it is essential Bring large amounts of catalyst into the circuit, since the intended evaporative drying long residence times of the catalyst in the drying apparatus are required. Drying tests have shown, for example, that the necessary amount of catalyst with about tenfold enrichment by around twenty times compared to an immediate one Recirculation of the catalyst to the top of the exchange column is increased.

Zur Abtrennung bedient man sich bekannter Ver7 fahrenssehritte, beispielsweise des Filtrierens, bei denen der Kontakt nur mehr oder weniger stark eingedickt wird.Known procedural steps are used for the separation, for example of filtering, in which the contact is only thickened to a greater or lesser extent.

Die am Kontakt haftende Flüssigkeit hat bei dieser Verfahrensweise einen höheren Deuteriumgehalt als die auf den Kopf der Trennsäule aufgegebene Flüssigkeit, der der Katalysator wieder zugeführt werden soll. Führt man nun den eingedickten Katalysator der Ausgangsflüssigkeit zu, die eine um den Trenneffekt der gesamten Austauschkolonne niedrigere Deuteriumkonzentration als das Fußprodukt besitzt, so erfolgt eine Isotopenrückvermischung. Das spezifische Anlagevolumen, d. h. die Anlagengröße, bezogen auf die Produktion, die im wesentlichen durch das Kolonnenvolumen gegeben ist, erhöht sich bei dieser Verfahrensführung erheblich gegenüber einer idealen Abscheidung des Kontaktes von der Flüssigkeit. Man kann diese teilweise Trennung des Kontaktes von der Flüssigkeit am Fuß nüt anschließender Rückverrnischung am Kopf der Kolonne auch als eine zusätzliche, für den Hersteller nicht nutzbare Produktentnahme bezeichnen.In this procedure, the liquid adhering to the contact has a higher deuterium content than the liquid applied to the top of the separation column to which the catalyst is to be returned. If the thickened catalyst is now fed to the starting liquid, which has a deuterium concentration that is lower than the bottom product by the separation effect of the entire exchange column, isotope backmixing takes place. The specific investment volume, d. H. the size of the plant, based on the production, which is essentially given by the column volume, increases considerably in this process procedure compared to an ideal separation of the contact from the liquid. One can refer to this partial separation of the contact of the liquid at the bottom nüt subsequent Rückverrnischung at the top of the column as an additional, not usable for the producer product removal.

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es notwendig, den verbleibenden Flüssigkeitsanteil am Katalysator so gering wie möglich zu halten. Denkbar wäre nach der Eindickung des Katalysators eine Vakuumtrocknung bei erhöhter Temperatur. Dieser Weg scheidet allerdings auf Grund des erheblichen energetischen und apparativen Mehraufwandes aus.To avoid this disadvantage, it is necessary to use the remaining To keep the proportion of liquid on the catalyst as low as possible. Would be conceivable after the catalyst has thickened, vacuum drying at elevated temperature. However, this path differs due to the considerable energetic and apparatus-related Additional effort.

Nach der deutschen Patentschrift 1046 590 wird der Katalysator vor der Rückführung in die Austauschkolonne nicht einer Trocknung bei hoher Temperatur oder einer Vakuumtrocknung, sondern einer Verdunstungstrocknung in einem Strom isotopenarmen Wasserstoffgases unterworfen. Durch diese Behandlung werden hohe, den Katalysator gegebenenfalls schädigende Temperaturen bei der Entfernung des Wassers vermieden und die am Katalysator haftende Flüssigkeit während der Verdunstung an Deuterium abgereichert.According to German Patent Specification 1,046,590 the catalyst prior to recirculation in the exchange column is not to drying at high temperature or vacuum drying, but a drying is subjected to evaporation in a stream isotope poor hydrogen gas. This treatment avoids high temperatures during the removal of the water, which may damage the catalyst, and the liquid adhering to the catalyst is depleted of deuterium during evaporation.

Nach der deutschen Patentschrift 1054 969 ist es möglich, die einer Katalysatorsubstanz anhaftende Restfeuchtigkeit nach dem Filtrieren sehr weitgehend abzutreiben und dem Prozeß wieder zuzuführen. Dabei kann ein heißes Spülgas durch die Katalysatorsuspension geblasen und anschließend durch in entgegengesetzter Richtung einströmendes Frischwasser die Katalysatorsubstanz in den Isotopenaustauscher zurückgeführt werden. Diese Behandlung kann, falls erforderlich, mehrfach wiederholt werden, wobei das Spülgas vorzugsweise im Kreislauf geführt wird. Als Spülgas wird an geeigneter Stelle aus der Deuteriumgewinnungsanlage erhaltener Wasserstoff verwendet.According to the German patent specification 1,054,969 it is possible to very substantially expel the adhering a catalyst substance Residual moisture content after filtering and fed to the process again. A hot flushing gas can be blown through the catalyst suspension and the catalyst substance can then be returned to the isotope exchanger by fresh water flowing in in the opposite direction. This treatment can, if necessary, be repeated several times, the flushing gas preferably being circulated. Hydrogen obtained from the deuterium recovery plant is used as the purge gas at a suitable point.

Bei einem Verfahren zur Rückspeisung eines suspendierten oder gelösten Katalysators beim Isotopenaustausch zwischen einer Flüssigkeit und einem Gas oder Dampf in einer offenen oder mit voller oder teilweiser Phasenumkehr arbeitenden Trennsäule können die technischen, verfahrens- und energiemäßigen Nachteile und der apparative Aufwand vermieden werden, wenn erfindungsgemäß die Trennsäule in bezug auf die Flüssigkeitsführung unterteilt wird und der Katalysator am Fuß eines jeden Trennsäulenteiles eingedickt abgezogen und am Kopf dieses Trennsäulenteiles mit der Flüssigkeit aus dem vorhergehenden Trennsäulenteil vermischt und wieder aufgegeben wird.In a process for the recovery of a suspended or dissolved Catalyst in the isotope exchange between a liquid and a gas or Steam in an open or fully or partially reversed phase Separation column can have the technical, procedural and energy-related disadvantages and the outlay on equipment can be avoided if, according to the invention, the separation column in is divided with respect to the liquid flow and the catalyst at the foot of one Each part of the separating column is thickened and pulled off at the top of this part of the separating column mixed with the liquid from the previous part of the separation column and again is abandoned.

Zweckmäßig wird die Unterteilung der Kolonne durch einen Einsatzboden vorgenommen.It is expedient to subdivide the column by an insert tray performed.

Während es beispielsweise bei der Rückführung des gesamten eingedickten Katalysators vom Fuß der Isotopenaustauschkolonne an deren Kopf selbst bei einer unendlich langen Kolonne nicht möglich ist, einen Anreicherungsfaktor von a. = 10 bei einer vorgegebenen Ausbeute des Ausgangswassers und Eindickung des Katalysators zu erzielen, ist das Volumen einer erfindunggemäß einmal in zwei gleiche Längen unterteilten, d. h. mit zweifacher Rückspeisung arbeitenden Kolonne nur um weniger als 8% größer als das Volumen einer Kolonne, bei der der Katalysator in idealer Weise völlig frei von Restfeuchtigkeit vom Fuß an den Kopf der Kolonne zurückgeführt wird. Bei optimalerzweifacherLängenaufteilung und Isotopenentnahme vergrößert sich das spezifische Kolonnenvolumen für einen Anreicherungsfaktor von a,=lo gegenüber einer idealen Abtrennung nur noch um 4,8%.While, for example, when returning the entire thickened catalyst from the foot of the isotope exchange column to its top, even with an infinitely long column, it is not possible to use an enrichment factor of a. = 10 to achieve a given yield of the starting water and thickening of the catalyst, the volume of a divided into two equal lengths according to the invention, ie. H. with double feed back column only less than 8% larger than the volume of a column in which the catalyst is ideally returned from the bottom to the top of the column completely free of residual moisture. With an optimal double length division and isotope removal, the specific column volume for an enrichment factor of a, = lo increases by only 4.8% compared to an ideal separation.

Bei mehrfacher Unterteilung geht das spezifische Volumen asymptotisch gegen den Indealwert, der durch völlige Trennung des Kontaktes von der Flüssigkeit erreicht werden könnte.In the case of multiple subdivisions, the specific volume is asymptotic against the ideal value, which results from complete separation of contact from the liquid could be achieved.

Es ist also bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens möglich, in überraschender und einfacher Weise den gleichen oder fast den gleichen Effekt zu erzielen, der sich bisher nur mit großem Aufwand und einem Inkaufnehmen technischer und verfahrensmäßiger Nachteile erzielen ließ.It is therefore possible when using the method according to the invention in a surprising and simple way the same or almost the same effect to achieve, which has so far only been technical with great effort and acceptance and procedural disadvantages.

Ferner wird bei der Anwendung des vorliegenden Verfahrens die mit der wiederholten Trocknung oder Erhitzung des Katalysators gegebenenfalls beachtliche Schädigung und Verringerung seiner Lebensdauer vermieden.Furthermore, when using the present method, the with the repeated drying or heating of the catalyst may be considerable Damage and reduction in its service life avoided.

Die Zeichnung zeigt eine schematische Darstellung der erfliidungsgemäßen Verfahrensweise. Das Wasser wird über eine Mischvorrichtung M, am Kopf der Kolonne eingetragen. Die Kolonne ist in n Stufen unterteilt. Nach Durchlaufen der Stufe 1 wird der in dem Wasser enthaltene Katalysator in einer Abscheideanlage A, von der Flüssigkeit eingedickt abgezogen und in die MischvorrichtungM, zurückgeführt, wo er wiederum dem Frischwasser zugegeben wird. Das aus der Abscheideanlage A l austretende katalysatorfreie Wasser wird über eine zweite Mischvorrichtung M, der folgenden Stufe der Kolonne zugeführt. Die an deren Fuß austretende Katalysatorsuspension wird erneut durch eine Abscheidevorrichtung geleitet und der dort eingedickt abgetrennte Katalysator der zweiten Kolonnenstufe vorgeschalteten Mischvorrichtung M# wieder zugef ührt. Dieser Vorgang kann nach Bedarf wiederholt werden. Das aus der letzten Kolonnenstufe austretende und von der Katalysatorsubstanz befreite Wasser wird einer Phasenumkehr PU zugeführt. Der dort gewonnene Wasserstoff wird im Gegenstrom durch die gesamte Kolonne geführt und am Kopf der Kolonne abgezogen. Zwischen der Phasenumkehr und dem Faß der gesamten Austauschkolonne wird das Produkt zur Weiterverarbeitung abgeleitet und gegebenenfalls eine entsprechende Menge Wasserstoff dem durch den Isotopenaustauscher strömenden Wasserstoff hinzugegeben.The drawing shows a schematic representation of the procedure according to the invention. The water is introduced via a mixer M at the top of the column. The column is divided into n stages. After passing through stage 1 , the catalyst contained in the water is drawn off in a separation system A, thickened by the liquid, and returned to the mixing device M, where it is again added to the fresh water. The catalyst-free water emerging from the separation system A 1 is fed via a second mixing device M to the following stage of the column. The catalyst suspension exiting at its foot is again passed through a separation device and the catalyst which has been thickened off there is fed back to the mixing device M # upstream of the second column stage. This process can be repeated as needed. The water emerging from the last column stage and freed from the catalyst substance is fed to a phase reversal PU. The hydrogen obtained there is passed through the entire column in countercurrent and drawn off at the top of the column. Between the phase inversion and the barrel of the entire exchange column, the product is diverted for further processing and, if necessary, a corresponding amount of hydrogen is added to the hydrogen flowing through the isotope exchanger.

Soll in einer offenen Trennsäule, die nur einmal von derselben Flüssigkeit und demselben Gas durchströmt wird, der Kontakt am Fuß abgeschieden und am Kopf beigemischt werden, so fällt in der obigen Darstellung nur die Phasenumkehr weg.Should be in an open separation column that only once of the same liquid and the same gas is flowing through it, the contact is deposited on the foot and on the head are added, only the phase reversal is omitted in the above illustration.

Claims

Claims: 1. A method for feeding back a suspended or dissolved catalyst during Isoto13e exchange between a liquid and a gas or vapor in an open separating column or working with full or partial phase inversion, characterized in that the separating column is subdivided with respect to the liquid flow and the catalyst is drawn off thickened at the foot of each part of the separation column and is mixed with the liquid from the previous part of the separation column and returned at the top of this part of the separation column.

2. The method according to claim 1, characterized in that the subdivision of the column is carried out by an insert tray.