DE1268109B

DE1268109B - Vorrichtung zur Diffusionsreinigung eines Gases

Info

Publication number: DE1268109B
Application number: DEP1268A
Authority: DE
Inventors: Edward J Emerson; Lionel Kantrowitz; Niels E Scholer
Original assignee: Engelhard Industries Inc
Current assignee: Engelhard Industries Inc
Priority date: 1964-02-06
Filing date: 1965-02-05
Publication date: 1968-05-16
Also published as: FR1423496A; US3279154A; GB1059204A; CH418307A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

BOId

Deutsche Kl.: 12 e-3/04

Nummer:
Aktenzeichen:
Anmeldetag:
Auslegetag:

P 12 68 109.3-43
5. Februar 1965
16. Mai 1968

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diffusionsreinigung eines Gases, mit einer Kammer mit Auslaß und nichtporösen Metallrohren in der Kammer, wobei jedes Rohr unter Bildung zweier parallellaufender Schenkel zurückgebogen und jeder dieser Schenkel an der gleichen Wand der Kammer befestigt ist.

Es ist bekannt, daß bestimmte Gase, wie Sauerstoff und Wasserstoff, durch bestimmte Metalle hindurchdringen oder hindurchdiffundieren, beispielsweise diffundiert Sauerstoff durch Silber und Wasserstoff durch Palladium und Palladiumlegierungen, wie Palladium-Silber, Palladium-Bor, Palladium-Gold. Eine besonders geeignete Legierung für Wasserstoffdiffusion besteht aus 75 Gewichtsprozent Palladium und 25 Gewichtsprozent Silber.

Diese Eigenschaft wird in einer Vorrichtung zum Reinigen von Gasen wie Wasserstoff und Sauerstoff dadurch ausgenutzt, daß ein Gasgemisch, welches das zu reinigende Gas enthält, unter Wärme- und Druckanwandung mit einer dünnen unporösen Wand des Metalls in Kontakt gebracht wird, durch welche das aus dem Gemisch zu trennende Gas hindurchdiffundiert.

Die Erfindung ist besonders für Vorrichtungen vom »Ein-Aus-Typ« geeignet, der nachstehend näher beschrieben wird. Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einer Vorrichtung beschrieben, die Palladiumlegierungsrohre zum Reinigen von Wasserstoff aufweist.

Selbstverständlich können jedoch die Diffusionsrohre aus anderen Metallen zum Reinigen von Wasserstoff oder anderen Gasen hergestellt werden.

Reinigungsvorrichtungen, bei denen Rohre aus einem gasdurchlässigen Metall verwendet werden, sind gewöhnlich von einem von zwei Haupttypen, nämlich von dem »Ein-Aus-Typ« oder von dem »Aus-Ein-Typ«. Bei beiden Typen erstreckt sich das Diffusionsrohr (oder die Diffusionsrohre) in eine Kammer, wobei die Bohrung des Rohrs gegenüber der Kammer abgedichtet ist. Beim Ein-Aus-Typ wird das unreine zugeführte wasserstoffhaltige Gas in die Bohrung des Rohrs unter Druck eingeleitet und der Wasserstoff diffundiert nach außen in die Kammer. Beim Aus-Ein-Typ findet die Diffusion in der entgegengesetzten Richtung statt. Das zugeführte Gas ' wird in die Kammer unter Druck eingeleitet und der Wasserstoff diffundiert in die Bohrung des Rohres. Die Diffusionsgeschwindigkeit wird auf einem großtechnisch brauchbaren Wert dadurch gebracht, daß die Diffusionsrohre und das mit diesen in Kontakt gebrachte Beschickungsgas erhitzt werden und ein Vorrichtung zur Diffusionsreinigung eines Gases

Anmelder:

Engelhard Industries, Inc.,

Newark, N. J. (V. St. A.)

Vertreter:

Dr.-Ing. W. Abitz und Dr. D. Morf,

Patentanwälte,

8000 München 27, Pienzenauer Str. 28

Als Erfinder benannt:
Edward J. Emerson, Florham Park, N. J.;
Lionel Kantrowitz, Cliff side Park, N. J.;
Niels E. Scholer, Union, N. J. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. ν. Amerika vom 6. Februar 1964 (342 965)

Druckunterschied zwischen der Innenseite und der Außenseite der Rohre erzeugt wird.

Ein Rohr kann normalerweise einen höheren Innendruck als Außendruck aufnehmen. Eine Ein-Aus-Diffusionsvorrichtung, bei welcher der höhere Druck innerhalb der Diffusionsrohre ausgeübt wird, kann daher mit einem höheren Druckunterschied betrieben werden und ein größeres Wasserstoffvolumen je Einheit der Rohrfläche während einer gegebenen Zeit bei einer gegebenen Temperatur reinigen als eine Aus-Ein-Vorrichtung, bei welcher der höhere Druck an der Außenseite der Rohre wirksam ist.

Bei herkömmlichen »Ein-Aus«-Vorrichtungen ist jedes Rohr normalerweise durch die Wände der Kammer an zwei Stellen befestigt und abgedichtet, entweder unter Bildung einer Rohrschlange an entgegengesetzten Enden der Kammer (USA.-Patentschrift 2 911 057), wobei beide Enden jedes Rohres für das an einem Ende zuzuführende wasserstoffhaltige Gas und das am anderen Ende ausströmende nicht diffundierte Gas außerhalb der Kammer münden, oder unter Verwendung einfacher Rohrbögen, die an dem gleichen Kammerende ein- und austreten (französische Patentschrift 1305 419). Durch die Ausdehnung und Zusammenziehung der Rohre zwischen den Stellen, an welchen die Rohre durch die Wände geführt werden, treten in der erstgenannten Anordnung hohe Spannungen an den Rohren im Bereich der Abdichtungen auf. Infolge der Anordnungen der Rohrwindungen zur Erzielung einer besseren

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Raumausnutzung übt das unter Druck stehende Gas sionsrohrs 16 münden daher außerhalb der Kammer

in den Windungen einen Bourdon-Rohr-Effekt aus. 10, und die Bohrung des Rohrs ist gegenüber der

Das heißt, das Gas im Rohr übt auf die Windungen Kammer abgedichtet. Das Kopfrohr 19 außerhalb

einen Druck aus, welcher das Bestreben hat, die der Kammer 10 ist mit einem (nicht gezeigten) VorWindungen aufzuwickeln und zu strecken. Hier- 5 rat des wasserstoffhaltigen Beschickungsgases ver-

durch treten hohe Verdrehungsbeanspruchungen an bunden und das Abgas aus dem Diffusionsprozeß

den Abdichtungen auf. strömt durch das Kopfrohr 18 aus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine In F i g. 1 ist nur ein DifEusionsrohr 16 einer Kamverbesserte »Ein-Aus«-Gasreinigungsvorrichtung zu merlO gezeigt, jedoch können mehrere Diffusionsschaffen, bei welcher die im Bereich der Dichtungen io rohre in der Kammer angeordnet werden, wie in an den Diffusionsrohren auftretenden starken Bean- Fig. 2 dargestellt. In diesem FaU können zusätzliche spruchungen auf ein Mindestmaß herabgesetzt Rohre 26 und 36 von in sich selbst zurückgewickelter werden. . und wendelartiger Form wie das Rohr 16 vorgesehen Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Vorrichtung und so verbunden sein, daß sie in der gleichen Weise erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die 15 wirken, jedoch haben Spiralen 31 und 41 der zusätzparallellaufenden Rohrschenkel schraubenförmig im liehen Rohre 26 und 36 andere Durchmesser, damit gleichen Sinn gewunden sind. die Spiralen der zusätzlichen Rohre konzentrisch in Durch die erfindungsgemäße Ausführung wird die Spiralen 21 des Rohrs 16 passen. Wie gezeigt, außer einer günstigen Raumausnutzung erreicht, daß münden die offenen Enden der Rohre 16, 26 und 36, sich das freiliegende Rohrende bei einem Ausdehnen 20 die durch die Endwand 14 abgedichtet sind, an ihrem und Verkürzen der Rohrschlange frei in der Kammer einen Ende in das Kopf rohr 19 für den Eintritt des bewegen kann. Beschickungsgases und an ihrem anderen Ende in

Bei Erwärmung der erfindungsgemäßen Vorrich- das Kopfrohr 18 für den Gasaustritt, tang haben die einzelnen Abschnitte einer Rohr- Wie erwähnt wird die Diffusionsgeschwindigkeit schlange zwar ebenfalls das Bestreben sich abzu- 25 durch Wärme und durch die Erzeugung eines Druckwickeln, aber das dabei auftretende Moment, das in Unterschieds zwischen der Bohrung des Rohrs 16 der bekannten Anordnung auf den Rohreinlaß über- und der Kammer 10 erhöht. Der Druckunterschied tragen wird, wird nunmehr durch die Bewegung der wird normalerweise dadurch erzeugt, daß das Bedazwischenliegenden Abschnitte der Rohrschlange schickungsgas in das Diffusionsrohr 16 unter Druck aufgenommen. Außerdem besteht durch das abwech- 30 mit einer nicht gezeigten herkömmlichen Pumpvorselnde Wickeln der Windungen der jeweiligen Sehen- richtung gepumpt wird. Die Wärmezufuhr zur Kamkel die Neigung zurTemperaturangleichung zwischen mer kann durch elektrische Widerstandsheizdrähte dem Schenkel, in welchen das Beschickungsgas ge- 22, welche in einem Mantel 23 aus Isoliermaterial leitet wird und dem anderen Schenkel, aus welchem um den Tank U herum eingebettet sind, oder durch das nicht diffundierte Gas austritt. Diese Tempe- 35 andere herkömmliche Heizeinrichtungen erfolgen, raturangleichung in verschiedenen Teilen des Rohrs Es ist allgemein erwünscht, denjenigen Teil der verringert die Spannung zwischen den verschiedenen Kammer 10, durch welchen die Enden des Rohrs 16 Teilen, die durch verschiedene Drücke und Tempe- (und der Rohre 26 und 36) abgedichtet sind auf einer raturen über die Länge des Rohrs beim Betrieb der niedrigeren Temperatur als den Hauptkörper der Vorrichtung verursacht wird.. 40 Kammer zu halten, und die Spannung an den Ab-In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel dichtungen infolge der Ausdehnung des Rohrs zu der Erfindung dargestellt. Es zeigt verringern. Daher ist es außer den anderen Vorteilen Fig. 1 eine Seitenansicht teilweise im Schnitt einer der erfindungsgemäßen Vorrichtung einfacher, die erfindungsgemäßen Wasserstoffreinigungsvorrichtung Zone benachbart den Abdichtungen auf einer niedrimit einem einzigen Diffusionsrohr und 45 geren Temperatur als den Körper der Kammer zu Fig. 2 eine der Fig. 1 ähnliche Ansicht, welche halten, wenn beide Enden des Rohrs durch das jedoch die Vorrichtung mit mehreren Diffusions- gleiche Ende der Kammer, wie gezeigt, abgedichtet rohren zeigt. sind.

Die in den Zeichnungen gezeigte erfindungsgemäße Bei der beschriebenen und gezeigten in sich selbst Vorrichtung besitzt im wesentlichen eine Kammer 50 zurückgeführten und wendeiförmigen Anordnung 10, die durch einen Tank 11 mit Seitenwänden 12 des Diffusionsrohrs 16 kann sich das Ende der Reihen und Enden 13 und 14 gebildet wird, wobei durch die von Windungen am Verbindungsteil 17 des Rohrs Endwand 13 ein Auslaß 15 aus der Kammer heraus- frei in der Längsrichtung in der Kammer bewegen, führt. Der Tank 11 und der Auslaß 15 sind zweck- so daß sich das Rohr bei Wärmezufuhr ausdehnen mäßig aus korrosionsbeständigem Stahl hergestellt. 55 kann und sich die Windungen 21 unter der Wirkung Ein Diffusionsrohr 16 aus unporösem, wasserstoff- des Bourdon-Effekts des Drucks im Rohr teilweise durchlässigem Metall, wie Palladium oder einer Le- aufwickeln können. Die Spannungen am Rohr und gierung hiervon, tritt in die Kammer 10 durch die an den Dichtungen durch die Wand 14, welche durch Endwand 14 ein und durch diese aus, die Ausdehnung und den Bourdon-Effekt verursacht Das Diffusionsrohr 16 wird durch eine Rohrlänge 60 werden, werden hierdurch weitestgehend aufgehoben, gebildet, die in sich selbst so zurückgewickelt ist, daß Im Betrieb wird unreines wasserstoffhaltiges Bezwei Schenkel 16 α und 16 b mit einem gekrümmten ' schickungsgas dem Schenkel 16 b des Diffusionsrohrs Verbindungsteil 17 zwischen diesen erhalten werden. 16 zugeführt. Das Gas strömt durch die Windungen Die Schenkel 16a und 16b können durch die End- 21 des Schenkels 16& durch den gekrümmten Teil wand 14 durch Verschweißen oder andere herkömm- 65 17, durch die Windungen des Schenkels 16 a und aus liehe Mittel abgedichtet sein und münden jeweils in dem Kopfrohr 18 heraus. Die Richtung der Gas-Kopfrohre 18 und 19, die an der Endwand 14 be- strömung in den in Fig. 2 gezeigten zusätzlichen festigt sind. Die Schenkel 16« und 16b des Diffu- Rohren 26 und 36 ist natürlich die gleiche, wie die

der Strömung durch das Rohr 16. Während der Strömung des Gases durch das Diffusionsrohr 16 dringt der im Gas enthaltene Wasserstoff durch die Wände des Rohrs hindurch und diffundiert in die Kammer 10, aus welcher der neue Wasserstoff aus dem Auslaß 15 zu der Stelle der Verwendung oder zu einer geeigneten Lagereinrichtung strömt.

Claims

Patentanspruch:

Vorrichtung zur Diffusionsreinigung eines Gases, mit einer Kammer mit Auslaß und nichtporösen Metallrohren in der Kammer, wobei jedes Rohr unter Bildung zweier parallellaufender Schenkel zurückgebogen und jeder dieser Schenkel an der gleichen Wand der Kammer befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die parallellaufenden Rohrschenkel schraubenförmig in gleichem Sinn gewunden sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Französische Patentschrift Nr. 1305 419;
USA.-Patentschrift Nr. 2 911057.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

809 549/361 5. «5 © Bundesdruckerei Berlin