DE1925582A1

DE1925582A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Trennen von Stoffgemischen in ihre Bestandteile mittels Diffusion

Info

Publication number: DE1925582A1
Application number: DE19691925582
Authority: DE
Inventors: Klein Dr Phil Guenter; Neumann Dipl-Ing Johann
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 1969-05-20
Filing date: 1969-05-20
Publication date: 1970-12-03
Also published as: DE1925582B2; BE750553A; NL7007287A; US3651618A; GB1309404A; FR2048563A5; CA921406A; DE1925582C3; JPS4945142B1

Description

Verfahren und Vorrichtung sun Trennen von Stoffgealtohen Its Ihr« Beetandttl· X· mittel« Diffusion

Dl* Erfindung betrifft «In Verfahren und «in· Vorrichtung xua ,_; Trennen von Stofftt*l«oh*iv In Ihr« BeiUndtell· altt·!· |! DIffusion duroh tin« dUnn· Mtabren*

! St let btlunnt, dal Waeeeretoff duroh dünn· htlit || Palladluabltoht nit «uftrordtntllthtr Oeiohwindlgktlt lilniufth· i| diffundiert. Ditttn Bfftkt hat aioh dlt TtoHnlH «ohon atit

j! rauewr ZtIt aunuti« geeaoht, um Vaaaeratoff aua wea««ratoff·

Il halt if en QatgtsltohtA ab tut rennen.

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j! ■

ι! effekte auoh fur dlt Abtrennung anderer Oatt «it Hilft anderer

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BAD ORIGINAL

•tttPttrG&vrw'S' »*^-ιντ.*·^-<τ!»?ψι'^

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UNO· AKTilNOISeLLSCHAFT

sealperaeabler Materialien xu erreichen. So let ·* z.B. au· der Deutschen Auslegesohrlf t 1 269 096 bekannt» zur Abtrennung von Xenon und Krypton aus «in·· Oeaisoh «it Stickstoff einen dünnen Slllkonkautaohukf Um als semipermeable Meabran su verwenden.

PUr ·1η·η groftechnlaohen Blneats xur Trennung von Stoffgeeitchen beliebiger Art sind Jedoch die bieher bekannt ge» wordenen Membranen voreeheHoh deswegen nicht geeignet· Nell ale iwar einen deutlich eeflbaren Trenneffekt zeigen, jedooh Stoffdurehgangasahlen besitzen, die Ip Durohaohnitt für eine wirtsohaftlloh sinnvolle Ausnutzung ua einige Oröfenordnungen zu klein aind.

Ea lat die Aufgab· der vorliegenden Erfindung» diese Maohteile au vereeiden und ein Verfahren anzugeben, welches eine Trennung beliebiger Stoffgeeische alt einer wirtschaftlich vertretbaren Geschwindigkeit ereöglicht.

Die·· Aufgabe wird erfindungsgeell dadurch gelöst, das ala NeMbra« eine aoleh· au· eine« gesinterten lyophoben Kunststoff verwendet wird, die einseitig alt einer den Kunststoff nioht benatzenden riQaaigkelt oder deren Daapf beaufsohlegt lat.

Der Erfindung liest die Beobachtung zugrunde, dafl durch Meabranen, die au· lyophoben Kunatstoffen duroh Sintern hergeatellt sind, eine lebhafte Diffusion von Oasen oder Flüssigkeiten stattfindet, sobald ein· Seit· der Heebran entweder

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BAD ORIGiNAt

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mit einer den Kunststoff nicht benetzenden Flüssigkeit oder deren Dampf beaufschlagt wird. Dabei erfolgt die Diffusion von der nicht-mit der Flüssigkeit bzw. deren Dampf beaufschlagten Seite der Membran in Richtung auf die andere Seite. Die Permeabilität dieser Membranen liegt« wie eingehende Versuche ergeben haben, um einige Zehnerpotenzen Über denen bekannten Membranen.

Der Stoffdurchgang kann durch Variation der Temperatur bedeutend gesteigert werden. Je größer die Temperaturdifferenz zwischen der nicht beaufschlagten und der beaufschlagten Seite der Membran - «it der höheren Temperatur auf der beaufschlagten Seite - 1st« desto größer 1st der Stoffdurohgang. Daneben 1st die Groß· des Stoffdurchgange aber auch von dem absoluten Tempsraturnlveau abhängig und zwar in de« Sinne, daß sie bei höheren Temperaturen zunimmt.

Ein weiteres wesentliches Merkaal der erfindungsgemMfien Membran besteht darin» daß fUr das Einsetzen der Diffusion durch die Membran keine Druckdifferenz zwischen der angeströmten Seite und der Qegenselte herrschen swtfi. Hierdurch unterscheidet sich die erflndungegemiee Membran von allen bisher bekannten* da bei diesen als treibende Kraft für die Diffusion ein Druckgefälle zwischen der angeströmten Seite und der abgewandten Seite der Membran unerlässlich war. Diese Eigenschaft der erflndungsgemMßen Membran führt zu einem außerordentlich

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BAÖ OFiIQtNAU

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überraschenden und neuartigen Effekt, nMmlich dazu, daß beispielsweise bei der Diffusion eines Oases durch die Membran J. auf der mit Flüssigkeit oder deren Dampf beaufschlagten Seite _{l der Membran ein überdruck gegenüber dem auf der nicht beaufschlagten Seite der Membran herrschenden aufgebaut werden kann.

ι' Andererseits läßt sich der Stoffdurchgang durch die der Erfindung zugrundeliegenden lyophoben Membranen erhöhen, wenn zur Verschiebung des sich vor und hinter der Membran einstellenden Druckgleichgewichts auch auf der angeströmten Seite der Druck des Stoffes oder Stoffgemisches erhöht wird.

Ein weiteres wesentliches Erfordernis außer der Eigenschaft der Lyophobie ist, daß die erfindungegemKßen Membranen eine Mikroporenstruktur aufweisen mUssen, denn nur beim Vorhandensein durch die Membran durchgehender feinster Kanäle kann sich der Effekt der Beaufschlagung mit einer die Membran nicht benetzenden Flüssigkeit bzw. deren Dampf auswirken.

Als Musterbeispiel eines erfindungsgema*0en Merabran-FlUssigkeits-Paares kann eine hydrophobe Kunststoffmembran, die •Inseitig mit Wasser bzw. Wasserdampf beaufschlagt ist, gelten. Eingehende Versiehe haben gezeigt, daß für den Diffusions Vorgang durch hydrophobe Membranen Wasser bzw. Wasserdampf unerllfilioh ist. Wie weiter unten gezeigt werden wird, bewirkt sowohl eine Trookenhaltung der Membran als auch die Beseitigung der Hydrophobie, beispielsweise durch Behandlung mlfc einem

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BAD

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ii *

;■ Netzmittel, daß der Stoffdurchgang auf beinahe Null zurückgeht.

|| Die mit hydrophoben Membranen und Wasser durchgeführ- ;' ten Versuche lassen den Schluß zu, daß die hierbei beobachteten ' Effekte auch bei anderen Membran-FlUssigkeits-Paaren auftreten, sobald die Bedingung der Nichtbenetzbarkeit durch die angewandte !' Flüssigkeit erfüllt ist. Dies 1st beispielsweise bei allen gesinterten Kunststoffolien und-Quecksilber bzw. geschmolzenen Alkalimetallgemischen, vorzugsweise eutektischen,der Fall.

Gleichzeitig mit der außerordentlich energischen Diffusion verschiedener Stoffe durch die erfindungsgemäße Membran tritt auch beim Einsatz von Stoffgemischen₉ beispielsweise ; bei Gasgemischen, eine Stofftrennung ein, die auf untersohied- ^! liehe Stoffdurchgangszahlen der einzelnen Gemischbestandteile i^; zurückzuführen ist. Für technische Zwecke empfiehlt es sich, ,; mehrere Membranen hintereinander anzuordnen, um auf diese Weise die erzielbaren Trenneffekte zu vervielfachen.

:; Eine Membran, die den Bedingungen der Erfindung genügt, kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden}

Polytetrafluoräthylen-Pulver wird mit einer wäßrigen

I Silikonharz-Emulsion, z.B. einer 25 £igen wäßrigen Emulsion,bis zur Bildung einer breiigen Konsistenz, gegebenenfalls unter Zu-

: führung von destilliertem Wasser, durchgemischt und danach unter häufigen. Falten geknetet und unter Formgebung ausgewalzt.

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BAD ORIGINAL

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, Die Menge des zugemischten Silikonharzes betrügt dabei im fer- ! tigen trockenen Produkt etwa 5 bis 20 Gewichtsprozent. Das Auewalzen erfolgt beispielsweise in kalten Walzen, wobei die vorgeknetete Formmasse mit ein oder mehreren Stichen ausgewalzt und das Walzprodukt danach an der Luft, in Trockenöfen, in Durchlaufofen oder auch auf Trockenwalzen getrocknet wird. Besonders vorteilhaft ist es, den Walzvorgang unter einstellbarer Zugeinwirkung auf das auszuwalzende und auf das aufzuwickelnde Gut durchzuführen, wodurch sich besondere Vorteile bezüglich des Dehnungsverhaltens der hergestellten Folie ergeben.

Statt mit wäßriger Silikonharz-Emulsion kann das PoIytetrafluoräthylen-Pulver auch mit Ol angeteigt und In der Wärme ausgewalzt werden, wonach das öl mit einem Lösungsmittel, beispielsweise Benzol, extrahiert wird.

Für das Verfahren der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, den Membranen eine aufgerauhte strukturierte Oberfläche, sei es durch nachträgliches Verformen in der Wärme, sei es durch Einschaltung von Walzen mit entsprechend ausgebildeter Oberfläche im letzten Walzvorgang, zu geben. So präparierte Membranen weisen höhere Durchgangszahlen auf als Membranen mit glatter Oberfläche.

Durch das Verfahren der Erfindung gelingt es, nicht nur beispielsweise Wasserstoff von anderen Gasen, wie Stickstoff

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BAD ORIGINAL

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-ν-

oder Kohlenoxid, abzutrennen« sondern es 1st auch möglich, gasförmige Kohlenwasserstoffgemische zu zerlegen und Salzlösungen von ihrem Salzgehalt zu befreien« somit also das erflndungsgemäße Verfahren auch fUr die Meerwasserentsalzung einzusetzen.

Die Erfindung sei weiterhin anhand einiger Zahlenbeispiele näher erläutert;

Beispiel 1

Es wurde der Durchgang einer Reihe von Oasen durch eine wasserbedeckte Polytetrafluoräthylen-Mcmbran gemessen. Die Versuchsapparatur bestand aus einem größeren Gefäß mit einer Gaszuleitung« innerhalb dessen eine oben und unten abgeschlossene« etwa rohrförmige Polytetrafluoräthylen-Membran mit wesentlich kleinerem Durchmesser angeordnet war. Durch den oberen Verschlußdeclcel stand die rohrförnige Membran mit einem Manometer bzw. wahlweise einer Gasuhr in Verbindung. Die Membran war innen mit Wasser gefüllt, das beheizt werden konnte. Außerdem waren Temperaturmeßstellen vorhanden, die es gestatteten, die Temperatur des Wassers und die Temperatur des Gases in dem wesentlich größeren Gefäß zu messen. Die Membran hatte eine Dicke von etwa 0,15 au.

Die Ergebnisse der Messungen sind in Tabelle 1 wiedergegeben. Dabei bedeuten Tj_180n " Wassertemperatur - Temperatur

des Gases nach der Diffusion, T_{v r} " Gastemperatur vor der Diffusion, ΔΡ * Überdruck nach der Diffusion, wenn kein Gas ent· j' nonmen wird.

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BAD ORIGINAL =■.

LINDE AKTIENGESELLSCHAFT Tabelle

Vers.	Gai	^Tnaoh	T vor	ΔΡ	Gasdurchgang	Permeabilität
		⁰C	⁰C	on WS	NnrVm². h	Ncm .cm/cm .see.Δcm Hg
1	h	60	35	112	0,82	32 . 10"⁶
2	He	60	36	113	0,61	24 . 10~⁶
3		83	39	900	3,47	41 . 10"⁶
4	Ke	58	34	60	0,14	6,1 . 10"⁶
5	Ar	60	24	51	0,13	4,3 . 10"⁶
6		73	35	102	0,27	5 . ΙΟ'⁶
7		86	40	348	0,68	7,3 . 10"⁶
8	N₂	60	28	53	0,15	5,15 . 10'⁶
9		82	35	342	0,98	1,2 . 10"⁶
10	CO	60	29	48	o,o8	2,8 . 10"⁶
11		87	42	348	0,59	6 . 10"⁶
12	CO₂	60	27	25	0,038	1,3 . ΙΟ"⁶
13		82	33	226	0,68	8,1 - 10"⁶
14	CH₄	60	30	44	0,09	3,2 . 10"⁶
15		83	35	264	0,73	8,4 , 10"⁶
16		60	30	29	0,058	2,1 . 10"⁶
17		84	36	197	0,51	5,7 . 10"⁶
18	C₂H₄	6o	34	32	0,071	2,7 . 10"⁶
19		86	39	• 268	0,52	5,4 . 10"⁶
20	C₅Hg	60	30	17	0,026	0,93 . 10"⁶
21		85	36	190	0,29	3,1 . 10"⁶

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Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß die TcIeinatoraigen Oase, wie Wasserstoff und Helium*sehr viel rascher diffundieren {! als größere Atome, wie z.B. die von Neon oder Argon. Es ist

weiterhin zu erkennen, daß, wie die Vergleiohsmessungen mit Argon bei verschiedenen Temperaturen ergeben, der Gasdurchgang alt steigender absoluter Temperatur des Gases nach der Diffusion außerordentlich stark ansteigt. Schließlich lKfit die Tabelle auch erkennen« daß sich innerhalb der rohrförmigen Membran gegenüber dem Druck im Außenraum, wenn aus dem Außenraum kein Gas entnommen wird, ein Überdruck einstellt, der zum Teil insbesondere bei höherer absoluter Temperatur recht beträchtliche Werte annehmen kann (bei Helium und 83 ⁰C beispielsweise 900 mm WS)>

Beispiel 2

Mit der gleichen Versuohsapparatur wurden weiterhin Versuche mit verschiedenen Gasen durchgeführt, wobtl jedoch sum Untersohied von Beispiel 1 die Art der Füllung der rohrförmigen Membran, die im Beispiel 1 aus Wasser bestand« variiert wurde. Alt Meubran wurde wltdtr eint 0,15 iss starke Polytttrafluor-Ithylen-Meeibran verwendet. DIt Ergtbnlsst sind in Tabelle 2 xusamenges teilt·

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BAD ORIGINAL LINDE AKTIENGESELLSCHAFT Tabelle 2

Vers	Gas	T vor	T ^xnach	ΔΡ	Gasdurchgang	Füllung
		⁰C	⁰C	mm WS	Nur /m · h
1	N₂	19	47	7	0	Aceton
2	N₂	28	75	0	0	Acetessigester
3	He	26	76	14	0,049	Al-Pulver trocken
4	He	20	48	9	0	Aceton
5	He	25	72	4	0	Acetessigester
6	He	30	78	29	0,033	Tri
7	He	28	81	6	0	Maschinenöl 3,8 ⁰P
8	He	53	86	1100	2,8	Wasser
9	He	22	63	298	0,58	Wasser,Wasserstand * 12 cn
10	He	22	63	332	0,58	Wasser, - 18 cm
11	He	22	63	196	0,58	Wasser, - 7 cdi
12	^N2	22	60	18	0,0068	Wasser + 0,5 % Nekal
13	N₂	32	82	154	0,037	Wasser + 0,5 % "
14	N₂	22	62	29	0,03	60 Gew.% NaNO-z-Lösung
15	CO₂	23	60	84	0,023	1 n-HCl-Lösung
16	Ng	100	220		0,1	Quecksilber

! Aus Tabelle 2 ergibt sich der außerordentlich deutliche Ii und überraschende Einfluß der Anwesenheit von reinem Wasser bzw. ¹ Wasserdampf auf die Diffusion durch eine hydrophobe Membran. Bei ; einseitiger Benetzung der Nenbrsn mit wasserfreie» Aceton oder

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BAD ORiGINAL

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ff *

., Aoetessigester oder Maschinenöl, sämtlich Flüssigkeiten, die die ; Membran zu benetzen vermögen, wurde Überhaupt kein Gasdurchgang beobachtet. Weiterhin 1st bemerkenswert, daß der Zusatz von Nekal oder Salzen zum Wasser eine starke Verringerung des Gasdurchganges bewirkt. Die Tabelle 2 IKBt weiterhin erkennen, daß es auf • die Höhe des Wasserstandes in der rohrförmigen Membran, d.h. allgemein gesprochen, auf den Anteil der mit flüssigem Wasser benetzten Flüche nicht oder zumindest weniger ankommt, als auf die Tatsache, daß in dem Raum, in den das Gas hineindiffundiert, Überhaupt eine wasserdampfgesättigte Atmosphäre, die Über der Wasseroberfläche inner gegeben ist, herrscht. Anders würden sich die gleichen Gasdurchgangezahlen bei den Versuchen 9, 10 und der Tabelle 2 bei den verschiedenen Wasserständen von 12, 18 und 7 cm nicht erklären lassen. Aus Versuch 16 ist schließlich ersichtlich, daß der Gasdurchgang bei der Beaufschlagung der Membran mit Quecksilber fast so gut wie bei Wasser 1st. Die Permeabilität beträgt in diesem Fall 13 . 10 Near* . ora/cm² . see . £om Hg.

Beispiel 3

, Mit der gleichen Versuchsanordnung, wie sie bereit· bei den BtI* spielen 1 und 2 verwendet wurde, wurde außerdem der Stoffausjj tausch an einer wasserbedeokten PolytetrafluorMthylen-Membran von

0,15 mm Stärke gemessen. Bei den folgenden Versuchsergebnissen beziehen sieh die alt dem Index A versehenen Angaben auf dl« trockene Seite der Membran und dl· alt dem Index B versehenen Angaben auf die alt Wasser bedeckte Seite der Menbran.

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BAD ORDINAL LINDE AKTIENGESELLSCHAFT

Vera. 1 Gast

28°

P. etwa 1 ata
GaBdurchtritt (A nach B) Wasserdurchtritt (B nach A)

63.5° C

^PB"^PA "

1,2 NnrVm² · h 10,6 I/o² . h

Vers. 2 Gast N,

T_A - 45° C
F. etwa 1 ata
Gaedurchtritt (A nach B) Waseerdurchtrltt (B nach A)

- 83° C

P_B-P_A - 340 ma WS -4,4 HaP/m² . h - 18 1/m² . h

Vers. 3 Gas ι He

T_A - 38° C
P_A etwa 1 ata

Gasdurchtritt (A nach B) Wasserdruchtritt (B nach A) ^LB

- 61° C

^PB"^PA - ¹¹²

WS

- 3#O5 Ua?/m² . h

- 8,7 1/ni² . h

Vers. 4 Gass He

P, etwa 1 ata
Gaedurohtritt (A nach B)-Waeaerdruchtritt (B nach A) t_b - 81° c P_B-r_A « 850

- 12,4 H·⁵/»²

- 19,ε l/a² .

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« -ar-

Die Wirksamkeit der erfindungagemHßen lyophoben Diffusions-Membran sei weiterhin anhand einiger mit Hilfe einer Polytetrafluoräthylen-Membran experimentell gewonnener Diagramme dargestellt.

Figur 1 zeigt die Abhängigkeit des Durchgangs verschiedener Gase von der Temperatur der wasserbenetzten Seite einer Polytetrafluoräthylen-Membran von 0,15 mm Stärke. Auf der Ordinate ist die Temperatur der wasserbenetzten Seite aufgetragen und auf der Abszisse die durchgetretene Menge des jeweiligen Oases in NmVm Membranfläche . h. Die Temperaturdifferenz zwischen der wasserbenetzten Seite der Membran und dem an die trockene Seite der Membran angrenzenden Raum betrug bei allen Versuchen etwa 30° C. Aus den ungefähr parallel verlaufenden :j Kurven ist ersichtlich« daß leichtsiedende Gase, wie Wasserstoff j: und Helium, etwa um 1,5 Zehnerpotenzen schneller durchtreten V als beispielsweise Propan. Außerdem 1st zu erkennen, daß eine i'i Tempera tür Steigerung um etwa 25° C eine Erhöhung des Gasdurch-

j ganges von etwa einer Zehnerpotenz bewirkt. Figur 2 zeigt den Vergleich zweier Gase, nämlich Helium und Kohlendioxid, hinsiohtlich des beim Durchtritt durch eine wasaerbenetzte Polytetrafluoräthylen-Membran entstehenden Überdrucks. Wie bei den in Figur 1 gewonnenen Daten betrug die Temperaturdifferenz zwischen der wasserbenetzten und der trockenen Seite der Membran etwa 20° C und die Dicke der Membran

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0,15 mm. Auf der Ordinate ist wieder die Temperatur der wasser- ; benetzten Seite der Membran aufgetragen, während auf der i Abszisse der gegenüber dem Außenraum erreichbare Druck in mm WS angegeben ist. Aus den beiden Kurven ergibt sich, daß der Druckanstieg gegenüber dem Außenraum beim kleinen Heliumatom etwa : eine halbe Zehnerpotenz größer ist als bei der vergleichbaren ¹ Temperatur beim wesentlich größeren Kohlendioxidmolekül.

Aufgrund der wesentlich größeren Gasdurchgangszahl des Wasserstoffs gegenüber beispielsweise Stickstoff (vergleiche Beispiel 1 und Figur 1) bietet sich das erfindungsgemäße Verfahren für die Abtrennung von Stickstoff aus Wasserstoff an. ■ Stickstoff-Wasserstoff-Gemische entstehen z.B. bei der Aufar- ! beitung von Koksofengas oder anderen wasserstoffreichen Gasen [ durch Tieftemperaturzerlegung und anschließendes Waschen mit " flüssigem Stickstoff. Auch wenn eine Stickstoffwäsche bei nied-

rigen Drucken und demzufolge niedrigen Temperaturen betrieben j wird, gelingt es nicht, am Kopf der StickstoffwaschsMule einen . stickstoffreien Wasserstoff zu gewinnen. Vielmehr enthält dieser

i in der Regel einige Prozent Stickstoff. Zur Gewinnung von Rein-I.

wasserstoff muß dieser aus dem Gasgemisch entfernt werden, wozu

j· das erfindungsgemäße Verfahren in ausgezeichnetem Maße geeignet ji ist.

Zur Veranschaulichung ist in Figur 3 das Diffusionsgleichgewicht zwischen Stickstoff und Wasserstoff an einer was-

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BAD ORIGINAL

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serbedeokten Polytetrafluoräthylen-Membran «lner Dioke von

0,15 um bei etwa 80° C der wasserbedeckten Membranselte und "einer Temperaturdifferenz von etwa 30° C zur trockenen Seite dargestellt. Auf der Ordinate let die Zusammensetzung des Oases nach Durchtritt durch die Membran und auf der Abszisse die Zusanmensetzung dee Oases vor dem Durchtritt durch die Membran aufgetragen. In dem Diagramm gilt die ausgezogene Kurve für das Gas vor dem Durchtritt durch die Membran* die gestrichelte Kurve fUr das Gas nach dem Durchtritt.

, In Figur 4 ist eine Anlage zur Stofftrennung in der Gasphase mittels Diffusion durch wasserdampfbeaufschlagte hydrophobe Kunststoffmembranen schematisch dargestellt.

Dabei sind 1« 2 und 3 Diffusionszellen» in denen sich die hydrophoben Membranen 4, 5 und 6 befinden und die in ihren unteren Teilen mit Wasser beschickt sind. Zwischen den Diffusions· zellen befinden sioh KUhIer 7 und 8 und EntspannungsventiIe 9 und 10. Das bei 1t in den oberen Teil der Diffusionszelle 1 Bit einer Temperatur von etwa 30° C eintretende Gas diffundiert je nach den Durchgangszahlen seiner Bestandteile von oben nach unten durch die von unten alt Wasserdampf beaufschlagte Membran Die Temperatur im unteren Teil der Diffusionszelle beträgt etwa i< 80° C. Die diffundierten Oasanteile gelangen dann zusammen mit Wasserdampf in den Kühler 7, wo der Wasserdampf durch Kondensation abgeschieden wird und treten dann Über das Entapannungs-

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veatil 9 nit etwa 50° C in den oberen Teil der Diffusionezel» Ie 2 ein. Nach Diffusion durch die Membran 5 erfolgt wieder «in© Abscheidung von Wasser im Kühler 8, wonach das Gas im Ventil

j; entspannt wird und in den oberen Teil der Diffusionezelle 3 eintritt. Nach Passieren der Membran 6 tritt es bei 12 aus.

Nicht durch die Membran 4 diffundiertes Gas wird aus j! der Diffusionszelle 1 durch Leitung 13 abgeführt, die su einer

in der Zeichnung nicht dargestellten, gegebenenfalls davor an-■i

geordneten Diffusionszelle führt, während nicht durch die Mem»

'. bran 5 diffundierte Gasanteile durch Leitung 4 wieder vor die ; Dlffuslonszelle 1 zurückgeführt werden. Eine gleiche Rückführung 1st auch zwischen den Diffusionszellen 3 und 2 über die Lei· tung 15 vorgesehen. Leitung 16 1st eine Rückführung aus einer gegebenenfalls hinter der Diffuslonszell· 3 angeordneten« aber in der Zeichnung nicht dargestellten weiteren Dlffuslonszelle.

Ausgehend von einem Gas mit 95 % H₂ und 5 % N₂ wurde In einer der beschriebenen Mhnllohen Anordnung mit 4 Diffusions» kammern eine Anreicherung des Wasserstoffs auf 99 % erzielt. Die hierfür benötigte Membranflltohe betrug pro Zelle 10 m²/Nnr .h.

Bei einem anderen Versuch wurde ein Gasgemisch, bestehend aus 62 % H₂, 34,5 % CO₂, 2,6 % CO, Rest CH^, andere Kohlenwasserstoffe, H₂S und COS, umgewandelt in «in Oemiach, bestehend aus 99 % H₂ und 1 % CO₂, wobei etwa 12 Diffusionszellen

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notwendig waren, dl· mit je 10 m Folie/Nnr . h ausgestattet waren.

Gerade das letztgenannte Beispiel zeigt die außerordentlichen Vorteile« die mit dem «rfindungsgemMßen Verfahren verknüpft sind* Selbst wenn von dem Gas letztlich ein CO-Gehalt im ppm-Bereloh verlangt wird« genUgt das erfindungsgemäße Verfahren zur Zerlegung des Gasgemisches vollauf und vermag eine KupferlaugenwKsöhe mit anschließender Tieftemperaturzerlegung zu ersetzen.

10 Patentansprüche
4 Blatt Zeichnungen

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Claims

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(^H 524) *· - *r- H 69/027

8%/ha 20. Mel 1969

Patentansprüche

1. Verfahren 21» Trennen von Stoffgemisciien in ihre Bestandteile mittels Diffusion durch eine dünne Membran, dadurch gekennzeichnet« daß als Membran eine solche aus einem gesinterten lyophoben Kunststoff verwendet wird, die einseitig mit einer den Kunststoff nicht benetzenden Flüssigkeit oder deren Dampf beaufschlagt 1st.

2. Verfahren nach Anspruoh 1₉ dadurch gekennzeichnet, daß As Membran eine solche aus einem gesinterten hydrophoben Kunst· stoff verwendet wird« die einseitig mit flüssigem Wasser oder gesättigtem Wasserdampf beaufschlagt ist.

,. jj. Verfahren nach Anspruch 1« dadurch gekennzeichnet« daß die

Il Beaufsohlagung alt der Flüssigkeit oder deren Dampf auf der

·■ der angeströmten Seite der Membran gegenüberliegenden Seite

Il erfolgt.

. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet« daß zwischen der nicht angeströmten Seite der Mem-

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bran und der angestruattn Seit® üb Teeperaturgeffclle aufrechterhalten wird.

5» Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen« daduroh gekennzeichnet« daß zwischen der angeströmten Seite der Meabran und der gegenüberliegenden ein Druckunterschied aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen» daduroh gekennzeichnet, daB die Membran eine künstlich vergrößerte Oberfläche hat.

7. Verfahren nach den vorhergehenden Ansprüchen« daduroh gekennzeichnet, daß die Membran eine Mikroporerwtruktür hat.

8. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1« gekennzeichnet duroh «ine von einer lyophoben Kunststoffmembran (4) in swil TellrKume unterteilte Diffuaionsztlle (1) mit einer OaszufUhrungeleitun« (11) im einen Raum und einer Oaeabfuhrungaleitung im anderen Kaum.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8« gekennzeichnet duroh die HinterelnanderBchaltung mehrerer DIffuslonszeIlen (1» 2« 3)# wobei der aasabfUhrraum jeder davor befindlichen Diffuaionstelle

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(1, 2) ait dtaa GaszufUhrraum der nichettn Diffusionszelle (2, 3) über Kühler (7, 8) und Entepannungeventlle (9, 10) verbunden ist.

10.Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch Verbindungsleitungen (14, 15) zwischen dem Qaβzufuhrraum Jeder Diffusionszelle (2, J) nit dea OftssufUhrraum jeder im Gasstrom davor angeordneten (1* 2).

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