DE876537C - Trennung technischer Gase mittels Thermodiffusion - Google Patents

Description

• Trennung technischer Gase mittels Thermodiffusion Die Erfindung bezieht sich auf die Zerlegung von Gasgemischen in Gemischkomponenten unterschiedlicher Molekulargewichte durch Thermodiffusion. Hierbei erhalten die Wandungen des Zerlegungsraumes unterschiedliche Temperaturen, und die Gemischkomponente höheren Molekulargewichtes sammelt sich in der Nähe der kälteren Wände, die Komponente geringeren Molekulargewichtes in der Nähe der heißeren Wände. Man hat bei der Thermodiffusion bereits von der Wirkung des Auftriebes in der Weise Gebrauch gemacht, daß die heißeren und kälteren Flächen in senkrechten Ebenen liegen. In den von diesen Flächen gebildeten Trennräumen herrscht dann eine aufwärts bzw. abwärts gerichtete Gasströmung, und die leichtere Gemischkomponente kann am oberen Ende, die schwerere Komponente am unteren Ende des Trennraumes abgezogen werden.
• Die bekannten Vorrichtungeri bestehen in der Regel aus einem oder mehreren hintereinandergeschalteten senkrechten engen Rohren mit einem zentralen Glühdraht, der auch durch ein beheiztes Innenrohr ersetzt werden kann. Man hat den Zerlegungsraum auch schon kastenförmig ausgeführt und dabei eine Seitenwand beheizt und die gegenüberliegende Wand gekühlt. Bei beiden Ausführungsformen ist der Abstand zwischen den heißeren und kälteren Flächen sehr gering. Infolgedessen haben die bekannten Vorrichtungen eine entsprechend kleine Durchsatzleistung. Ein Versuch, durch Parallelschaltung mehrerer solcher Vorrichtungen die Durchsatzleistung zu steigern, hat nicht zum Erfolg geführt.
• Uberraschenderweise wurde gefunden, Idaß man bei bestimmter Anordnung paralleler, abwechselnd beheizter und gekühlter senkrechter Platten bei hoher Durchsatzleistung eine ausgezeichneteTrennwirkung erreichen kann. Erfindungsgemäß sind in dem Trennraum gut wärmeleitende parallele Platten, deren Höhe ein Vielfaches ihrer Breite beträgt, reihenweise in der Art angeordnet, daß beheizte und gekühlte Platten miteinander abwechselnd kammartig ineinandergreifen. Bei dem so ausgebildeten Gastrennraum muß das Verhältnis der Höhe zur waagerechten Erstreckung in Richtung des Temperaturgefälles sehr groß sein und soll zwischen 50: I und 2000: 1 liegen. Es empfiehlt sich, die senkrechte Gasgeschwindigkeit im Trennraum zwischen etwa 0,3 und 25 cm/s zu halten.
• Besonders vorteilhaft ist es, die beheizten Platten an einer Seite mit einer gemeinsamen Heizkammer und die gekühlten Platten an der gegenüberliegenden Seite der Trennvorrichtung mit einer gemeinsamen Kühlkammer in wärmeleitende Verbindung zu setzen. Die Temperatur der beheizten Platten nimmt dabei in der Richtung, quer zur senkrechten Gasströmung nach - ihrem freien Ende zu ständig etwas ab. Im gleichen Maß nimmt die Temperatur der gekühlten Platten nach ihrem freien Ende hin ständig etwas zu. Obwohl sich also die absoluten Temperaturen in der Breitenrichtung verschieben, bleibt das Wärmegefälle zwischen den einander gegenüberliegenden Stellen zweier benachbarter Platten immer gleich. Da es auf dieses Wärmegefälle ankommt, wird in den Spalträumen zwischen je zwei Platten eine gleichmäßige laminare Strömung des Gasgemisches aufrechterhalten.
• Durch getrennte Gasdruckregelung an den oberen und unteren Gasabgängen der Trennvorrichtung kann man ein bestimmtes Mengenverhältnis zwischen den bei der Zerlegung anfallenden Gemischkomponenten erzielen. Das ist besonders wertvoll bei der Zerlegung von Mehrstoffgemischen, aus welchen technische Gase in der Regel bestehen. So enthalten die bei der Ent- und Vergasung von Brennstoffen entstehenden Gase neben -den. Hauptbestandteilen Wasserstoff und Kohlenoxyden noch weitere teils wertvolle, teils Verunreinigungen bildende Gas arten. Mittels der erfindungsgemäßen unterschiedlichen Gasdruckregelung kann man: das Trennverfahren so steuern,, daß diese Gasarten zum größten Teil nur mit einer Hauptgemischkomponente abgeschieden werden. Man erhält dadurch die andere Hauptgemischkomponente in sehr reiner Form.
• Die Gaszerlegung kann auch unter Überdruck -erfolgen, insbesondere dann, wenn- das Ausgangsgemisch ohnehin unter Überdruck steht oder eine bzw. beide der anfallenden Gemischkomponenten unter Druck Verwendung finden sollen. Durch den Überdruck wird die Moleküldichte in dem Trennraum erhöht und die Wirksamkeit der Apparatur vergrößert. Vor allem kommt die Anwendung von Überdruck in Frage im Zusammenhang mit der Druckvergasung oder -synthese und metallurgischen Reduktions- oder Oxydationsvorgängen, die unter Druck stattfinden.
• Der Energieaufwand zur Förderung des Gases durch die Trenneinrichtung ist sehr gering, da der Druckabfall gewöhnlich nur wenige Millimeter WS beträgt. Er bleibt auch verhältnismäßig klein, wenn man stufenweise arbeitet, d. h. eine bereits angereicherte Gemischkomponente einer weiteren Zerlegung utiter Anwendung der Thermodiffusion unterwirft. Das Wärmegefälle zwischen den heiBen und kalten Platten kann verhältnismäßig gering sein und soll vorzugsweise zwischen 40 und 4000 C liegen. Als Heizmittel kann man daher Abdampf oder Abgase von Industrieöfen benutzen, z. B. von Koksöfen oder Öfen der eisenverarbeitenden Industrie. Als Kühlmittel kann Fluß wasser und bei Mangel an solchem insbesondere Rückkühlwasser verwandt werden.
• In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Abb. I eine Seitenansicht einer zur Zerlegung technischer Gase mittels Thermodiffusion dienenden Vorrichtung und Abb. 2 einen waagerechten Schnitt durch die Vorrichtung.
• An einer Seite der kastenförmigen Trennkammer befindet sich eine Heizkammer IS, der das Heizmittel bei I7 zugeleitet und aus der es bei I8 abgezogen wird. Auf der gegenüberliegenden Seite ist ein Kühlraum I9 vorgesehen, dem das Kühlmittel bei 20 zugeführt und aus dem es bei 21 abgeleitet wird. Die senkrechten Heizplatten 23 ragen in den Heizraum und erstrecken sich in den Gaszerlegungsraum 22. Die senkrechten Kühlplatten 24 ragen in den Kühlraum und erstrecken sich ebenfalls in den Zerlegungsraum 22. Heiz- und Kühlplatten liegen miteinander abwechselnd reihenweise im Zerlegungsraum 22 nebeneinander und greifen kammartig ineinander. Die im Verhältnis zu ihrer waagerechten Erstreckung sehr hohen Heiz- und Kühlplatten lassen zwischen sich schmale Räume mit großer senkrechter Erstreckung frei, durch die das zu behandelnde Gasgemisch strömt. Zu seiner Zuleitung in den Raum 22 dient ein Rohr 25 mit seitlichen Öffnungen innerhalb jedes Raumes zwischen einer benachbarten Heiz- und Kühlplatte.
• Die sich bildende leichtere Gemischkomponente wird bei 26 am oberen Ende, die schwerere Gemischkomponente bei 27 am unteren Ende aus dem Zerlegungsraum 22 abgezogen.

Claims (4)

1. Das Gaszuleitungsrohr kann in mittlerer Höhe des Raumes 22 angeordnet sein, wie in der Zeichnung dargestellt ist. Man kann es aber auch mehr nach dem oberen oder dem unteren Gasabgang hin verlegen: Hierdurch läßt sich die Zusammensetzung der Gemischkomponente weitgehend beeinflussen, ebenso wie durch unterschiedliche Regelung des Gasdruckes an den Abgängen 26 und 27, wodurch man einen stärkeren oder schwächeren Abzug der Gemischkomponenten am oberen oder unteren Ende des Zerlegungsraumes erreicht PATENTANSPRUCHE: I. Vorrichtung zum Trennen von Gasgemischen mittels Thermodiffusion in großtechnischem Maßstab, bei der das zu behandelnde Gasgemisch zwischen senkrechten beheizten und gekiihlten Wänden in im wesentlichen senkrechter Richtung strömt und die leichtere Gemischkomponente am oberen, die schwerere Komponente dagegen am unteren Ende der Vorrichtung abgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß gut wärmeleitende parallele Platten, deren Höhe ein Vielfaches ihrer Breite beträgt, reihenweise in der Art angeordnet sind, daß beheizte und gekühlte Platten miteinander abwechselnd kammartig ineinandergreifen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beheizten Platten an einer Seite der Vorrichtung mit einer gemeinsamen Heizkammer und die gekühlten Platten an der gegenüberliegenden Seite mit einer gemeinsamen Kühlkammer in wärmeleitender Verbindung stehen.
3. 3. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch Regelung des Gasdruckes an den Gasabgängen ein bestimmtes Mengenverhältnis zwischen den bei der Zerlegung anfallenden Gemischkomponenten aufrechterhalten wird.
4. 4. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach. Anspruch I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gastrennung unter Überdruck vorgenommen wird.

   Angezogene Druckschriften: Klemenc, »Die Behandlung und Reindarstelw lung von Gasen«, 2. Aufl., Kap. F; »Ergebnisse der exakten Naturwissenschaften«, Bd. 20, S. 121 bis I82, I942; deutsche Patentschrift Nr. 70I OI6.