DE1467079B - Vorrichtung zur Abtrennung von Was serstoff aus Wasserstoff enthaltenden Gasgemischen - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Stärkungsglieder, welche deren Poren umgeben, ein-

Wasserstoff-Diffusionselement, bestehend aus einem genommen wird, und daß zum anderen die poröse

dünnwandigen Rohr aus wasserstoffdurchlässigem Struktur des Verstärkungsgliedes selbst dem gasför-

Material, z. B. Palladium oder einer Palladiumlegie- migen Medium, aus dem der Wasserstoff abgetrennt

rung, in dessen Innerem zum Schutz gegen Verfor- 5 werden soll, einen Widerstand entgegensetzt. Ein

mungeh bei erhöhter Temperatur und erhöhtem weiterer Nachteil solcher Verstärkungseinrichtungen

Druck Verstärkungsglieder angeordnet sind. besteht in ihrer Herstellung aus gepulverten und ge-

Bei der Abtrennung von Wasserstoff aus Gas- sinterten Materialien, die mit erheblichen ICosten vergemischen oder bei der Reinigung von Wasserstoffgas bundenist. ' ',$'·
wird das Gasgemisch oder das verunreinigte Wasser- io Auch die USA.-Patentschriften 2 6ψ 933 und stoffgas mit einem Material, gewöhnlich Palladium, 1 174 631 beschreiben innen abgestützte Diffusionsin Berührung gebracht, das für Wasserstoff selektiv elemente, die ebenfalls kontinuierlich entlang der gedurchlässig ist und wie ein Filter wirkt, indem es den samten Länge der inneren Oberfläche des ι Diffusionsreinen Wasserstoff durchtreten läßt, während es den rohres abgestützt sind. Auch diese. Verstärkungsein-Durchtritt der Verunreinigungen in dem Gas oder 15 richtungen stellen feste, poröse Stäbe oder Teile mit der übrigen Bestandteile des Gasgemisches verhin- anderem Querschnitt mit den damit Verbundenen dert. , Nachteilen dar.

Bei der praktischen Anwendung dieses Verfahrens Die Anmelder sind diesem Problem nachgegangen ist der Filter gewöhnlich als an einem Ende offenes und haben festgestellt, daß die Neigung von Wasser-Rohr ausgebildet, wobei das Rohr oder vorzugsweise 20 stoff-Diffusionsrohren zu Verformung odei Abflachung eine Vielzahl solcher Rohre in einem Außengehäuse beim Gebrauch wesentlich vermindert, wenn nicht austtrqstfreiem Stahl oder einem anderen Material ganz vermieden werden kann, und zwar auf eine angebrächt sind, das gegenüber der Einwirkung des verhältnismäßig einfache Art und Weise. .
Gases oder Gasgemisches indifferent ist. Auf diese Das Ziel dieser Erfindung besteht in der Ausschal-Wei.se.wird eine Diffusionseinheit oder -zelle gebildet. 25 tung der obigen Nachteile und in der Entwicklung Das verunreinigte Wasserstoffgas oder das Gasge- eines verbesserten Wasserstoff-Diffusionsrohres oder misch wird unter Druck in das Genäuse geschickt einer Diffusionseinheit, die oder deren einzelne Rohre und gelangt dort mit der Außenfläche, des Rohres der Verformung und Abflachung weniger ausgesetzt oder der Rohre in Berührung, wobei der reine Was- sind als die Diffusionsrohre bestehenden Typs,
serstoff durch die Wand oder die Wände des Rohres 30 Darüber hinaus soll das Wasserstoff-Diffusionsoder der Rohre in deren Inneres diffundiert, von wo rohr lange Zeit benutzt werden können, ohne daß er.durch das offene Ende oder die Enden des Rohres die Ausbeute an reinem Wasserstoff wesentlich ver- oder der Rohre ausströmt und außerhalb der Einheit mindert wird,
gesammelt wird. Erfindungsgemäß ist daher ein Wasserstoff-Diffu-

Das Diffusionsrohr oder die -rohre können aus 35 sionselement, bestehend aus einem dünnwandigen

reinem Palladium oder einer Palladiumlegierung, bei- Rohr aus wasserstoffdurchlässigem Material, z. B.

spielsweise einer 25%>igen Silber-Palladiumlegierung Palladium oder einer Palladiumlegierung, in dessen

hergestellt sein und werden beim Gebrauch gewöhn- Inneren zum Schutz gegen Verformungen bei erhöh-

lich auf eine Temperatur von mindestens 300° C, oft ter Temperatur und erhöhtem Druck Verstärkungs-

aber bis auf 700° C erhitzt. 40 glieder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß

Bei der Verwendung eines Diffusionsrohres oder das Verstärkungsglied aus einem spiralig gewunde-

einer Diffusionseinheit oder -zelle der oben beschrie- nen Metallstreifen oder Metallstäbchen bzw. Metall-

benen Art stellte es sich heraus, daß die' gemeinsame draht besteht. ;

Einwirkung von Temperatur, der das Rohr oder die. Vorzugsweise wird ein einziges spiralig gewunde-

Rohre aus Palladium oder einer Palladiumlegierung 45 nes Verstärkungsglied oder eine -einlage verwendet,

ausgesetzt sind, und Druckdifferenz, die zwischen die durch die ganze Länge des Rohres hindurchreicht

außen und innen besteht, dafür verantwortlich ist, und als Schraubenfeder oder spiralig gewundener

daß das einzelne Rohr oder die Rohre eine Verfor- Metallstreifen bzw. Metalldraht aus rostfreiem Stahl

mung und Abflachung erleiden. Das führt zu einer oder einem anderen brauchbaren Metall, wie Nickel,

Verminderung der wirksamen Diffusionsfläche des 50 ausgebildet ist. Das Diffusionselement kann auch

Rohres oder der Rohre, wodurch die Ausbeute an mehrere solcher Verstärkungsglieder enthalten,

reinem Wasserstoff erniedrigt oder sogar ein Zer- Es ergibt sich zwangsläufig, daß bei Verwendung

brechen des Rohres oder der Rohre möglich gemacht von Einlagen, die die Form einer Schraubenfeder

und somit die Einheit unbrauchbar wird. haben, diese einen Außendurchmesser haben kön-

Daher ist schon in der USA.-Patentschrift 2 958 391 55 nen, der dem Innendurchmesser des Diffusionsrohres ein Diffusionsrohr beschrieben, das im Innern einen gleich ist oder von ihm abweicht. Im ersten Falle ist Stützkörper enthält, der entweder die Form' einer das Rohr so gut wie ganz gegen Verformung oder hohlen Platte oder die Form eines Zylinders haben Abflachung geschützt; im letzteren Falle kann noch kann. Diese Verstärkungskörper stellen gesinterte eine gewisse Verformung oder Abflachung erfolgen, Körper dar, welche den inneren Hohlraum der höh- 60 und zwar irr einem Ausmaß, das durch den Unter-Ien Platte oder des Zylinders ausfüllen. Solche ge- schied zwischen den Durchmessern bestimmt wird, sinterten Verstärkungsglieder stützen zwar wirksam Die Erfindung ist an Hand von Beispielen durch die für Wasserstoff durchlässige Membran, sie setzen die schematische Darstellung erläutert:
der Diffusion des Wasserstoffs durch die Membran F i g. 1 ist ein Teilaufriß eines erfindungsgemäßen jedoch einen beträchtlichen Widerstand entgegen, 65 Wasserstoff-Diffusionselementes;
was insbesondere auf zwei Faktoren zurückzuführen F i g. 2 ist eine seitliche Teilansicht einer Wasserist, daß nämlich einmal ein beträchtlicher Teil der stoff-Diffusionseinheit oder -zelle, die eine Vielzahl Oberfläche der Membran durch jene Teile der Ver- von erfindungsgemäßen Diffusionselementen enthält.

Wie F i g. 1 deutlich zeigt, besteht das Wasserstoff-Diffusionselement aus einem längeren Rohr 1, das aus Palladium oder einer 25%igen Silber-Palladiumlegierung hergestellt sein kann und das an einem Ende 2 geschlossen ist. Der Innendurchmesser des Rohres 1 kann im Bereich von etwa 1,4 bis 6,3 mm liegen, und die Wanddicke des Rohres kann etwa 76 bis 130 μ betragen. Um ein Zerbrechen dieses dünnwandigen Rohres 1 von geringer lichter Weite beim Gebrauch zu verhindern, ist eine Schraubenfeder 3 aus rostfreiem Stahl in die Bohrung des Rohres 1 eingesetzt, _% und zwar so, daß sie mindestens durch die ganze Länge der Bohrung hindurchreicht. Diese Schraubenfeder 3, die unter den Arbeitsbedingungen des Rohres 1 ihre radiale Steifheit behält, verhindert, daß die Wand des Rohres 1 so weit abgeflacht wird, daß der Durchtritt des Wasserstoffs durch die Bohrung gehemmt würde.

F i g. 2 zeigt die Art und Weise, in der eine Anzahl von in F i g. 1 gezeigten Diffusionselementen in einem Außengehäuse angeordnet sein kann, wie es gewöhnlich bei den bestehenden Typen von Wasserstoff-Diffusionszeilen benutzt wird und eine Diffusionseinheit bildet.

In dem offenen Ende 4 a eines zylindrischen Ge- «5 häuses-A aus rostfreiem Stahl ist ein Becher 5 angebracht, durch dessen öffnungen in dem\Boden 6 die · offenen Enden einer Vielzahl von Diffusionsrohren 1 hindurchgeführt sind, wobei acht solcher Rohre auf der Zeichnung zu sehen sind. Das offene Ende 4 α des Gehäuses 4 wird durch eine Endkappe 7 verschlossen, die in der Mitte eine öffnung 8 besitzt, welche eine Austrittsöffnung für den aus den Rohren 1 herauskommenden Wasserstoff bildet. Die Rohre 1 sind um ein Rohr 4 b herum angeordnet, das in dem Gehäuse 4 angeordnet ist und an einem Ende 4 c mit einer Eintrittsöffnung 4 d für das Gas in Verbindung steht.

In jedes Rohr 1 ist eine Schraubenfeder 3 als Verstärkung eingesetzt, die von dem geschlossenen Ende 2 des Rohres 1 durch die Bohrung des Rohres führt und außerhalb des offenen Endes auf'die Innenfläche la der Kappe 7 trifft.

Es ist anzunehmen, daß die Art und Weise, in der die oben beschriebene Einheit in Gebrauch genommen wird, dem Fachmann geläufig ist, und eine ins einzelne gehende Beschreibung wird nicht für nötig erachtet. Es möge genügen, wenn darauf hingewiesen wird, daß beim Gebrauch der zu reinigende Wasserstoff oder ein Wasserstoff enthaltendes Gemisch unter Druck durch die Eintrittsöffnung 4 d in das Gehäuse 4 eingeführt wird und nach Durchströmen des Rohres 4 b in das Innere des Gehäuses 4 eintritt und dort mit den Diffusionselementen 1 in Berührung gelangt. Die selektive Durchlässigkeit des Palladiums oder der Palladiumlegierung, aus der die Rohre 1 hergestellt sind, bewirkt, daß der Wasserstoff in dem Gas oder Gasgemisch durch die Wände der Rohre in deren Inneres einströmt, während das übrige Gas oder die Gase in dem Gehäuse bleiben und durch die Austrittsöffnung 4 e abgezogen werden. Der Wasserstoff strömt jetzt durch die Rohre 1 hindurch, durch deren offene Enden hinaus in das Innere des Bechers 5 und von dort durch' die Austrittsöffnung 8 in der Verschlußkappe 7 nach, außen.

Bei den bisher verwendeten Diffusionseinheiten würde die gemeinsame Einwirkung der Temperatur, bei der die Einheit in Betrieb genommen wird, und der Druckdifferenz, die zwischen dem Äußiren und dem Inneren der Diffusionsrohre besteht, normalerweise ausreichen, um eine Verformung bder Abflachung der einzelnen Rohre zu bewirken; was zu einer Verminderung der verfügbaren wirksamen Diffusionsfläche und dadurch bedingt zu einer Herabsetzung der Ausbeute an reinem Wasserstoff führen müßte. Bei einer erfindungsgemäßen Wasserstoff-Diffusionseinheit wird jedoch eine solche Verformung oder Abflachung wirksam vermindert, wenn nicht ganz ausgeschaltet durch die Anwesenheit des Verstärkungsgliedes oder der -glieder. >

Dieser Sachverhalt wird deutlich durch folgenden Versuch demonstriert: , 1

Ein Diffusionsrohr mit einem" Außendurchmesser von 1,6 mm und einer Wanddicke von 76 μ ohne jede Einlage hielt beim Gebrauch einem Maximaldruck von nur 21 kg/cm² bei einer Temperatur von 300° C stand.

Das gleiche Rohr aber hielt ohne Verformung oder Abflachung Arbeitsbedingungen mit einem Druck von bis zu 56 kg/cm² bei einer Temperatur von 600° C aus, wenn es erfindungsgemäß mit Schraubenfedern aus rostfreiem Stahl verstärkt worden war. Erfindungsgemäße Diffusionsrohre können deshalb zuverlässig bei einem Druck von 35 kg/cm² bei einer Temperatur von 500° C in 'Betrieb genommen werden.

Es ist selbstverständlich, daß bei der Anwendung der Erfindung auf eine Diffusionseinheit odex -zelle der oben beschriebenen Art, die eine Vielzahl von Diffusionsrohren enthält, jedes der beteiligten Diffusionsrohre mit einer erfindungsgemäßen Einlage oder mit Einlagen zur Verhinderung einer Verformung versehen ist, und die Erfindung soll daher in ihren Bereich auch eine Diffusionseinheit oder -zelle einschließen, die eine Vielzahl von, erfindungsgemäßen einzelnen Diffusionsrohren vereinigt.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Wasserstoff-Diffusionselement, bestehend aus einem dünnwandigen Rohr aus wasserstoffdurchlässigem Material, z. B. Palladium oder einer Palladiumlegierung, in dessen Innerem zum Schutz gegen Verformungen bei erhöhter Temperatur und erhöhtem Druck Verstärkungsglieder angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstärkungsglied aus einem spiralig gewundenen Metallstreifen oder Metallstäbchen bzw. Metalldraht besteht.

2. Wasserstoff-Diffusionselement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spiralig gewundene Metallstreifen oder das Metallstäbchen bzw. Metalldraht aus rostfreiem Stahl odei aus Nickel' besteht und daß es mehrere solcher Verstärkungsglieder enthält.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen