Способ очистки газовой смеси от водорода

 

1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ СМЕСИ ОТ ВОДОРОДА путем -пропускания ее над палладиевой мембраной при одновременной подаче под мембрану газа-разбавителя , отличающийс я тем, что, с целью повьпиения степени очистки в качестве газа-разбавителя используют кислородсодержащий газ. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что используют газ с содержанием кислорода 25-75 об.% от исходной концентрации водорода в газовой смеси при отношении расхода газа-разбавителя к расходу газовой смеси, равном 2-4.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (l9) () I) 4(g)) В 01 D 53/22

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3629571/23-26 (22) 04.08.83 (46) 07.06.85. Бюл. N 21 (72) Ю.M. Баранов, Ю.К. Байчток, В.П. Семенов и М.Х. Сосна (53) 661. 961. 965 (088. 8) (56) 1. Патент Великобритании

)) 1174528, кл. В 01 D 53/18, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР

У 229460, кл. В 01 0 53/22, 1969 (прототип). (54) (57) 1. СПОСОБ ОЧИСТКИ ГАЗОВОЙ

СМЕСИ ОТ ВОДОРОДА путем.пропускания ее над палладиевой мембраной при одновременной подаче под мембрану газа-разбавителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения степени очистки в качестве газа-разбавителя используют кислородсодержащий газ.

2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что используют газ с содержанием кислорода 25-75 об.7. от исходной концентрации водорода в газовой смеси при отношении расхода газа-разбавителя к расходу газовой смеси, равном 2-4.

1 11596

Изобретение относится к глубокой очистке газовых смесей от водорода и может быть использовано в химической промышленности, например, для очистки сырого гелия от водорода 5 (10 об. 7) в процессе. получения его из природного газа.

Известен способ очистки газовых смесей от водорода путем пропускания их над палладиевой мембраной f1) .

Недостатком такого способа является низкая степень извлечения водорода из газовых смесей, что обусловлено низким перепадом парциальных давлений водорода между разделяемой смесью и продиффундировавшим водородом на выходе смеси из аппарата.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ очистки газовой смеси от водорода путем пропускания ее над палладиевой мембраной при одновременном разбавлении потока продиффундировавшегося через мембрану водорода другим газом, 5 например азотом или водяным паром.

Такое проведение процесса позволяет уменьшить парциальное давление продиффундировавшего через мембрану водорода, увеличить перепад парциальных 30 давлений через мембрану, вследствие чего степень очистки смеси от водорода повышается j2) .

Недостатком известного способа является низкая степень очистки газовой З5 смеси от водорода. При необходимости добиться глубокой степени очистки смесей от водорода необходимо значительное увеличение поверхности мембраны. 40

Цель изобретения — повышение степени очистки газовой смеси от водорода.

Поставленная цель достигается тем, что при способе очистки газовой 45 смеси от водорода путем пропускания ее над палладиевой мембраной при одновременной подаче под мембрану газа-разбавителя, в качестве последнего используют кислородсодержащий газ.

При этом концентрация кислорода в газе-разбавителе составляет 2575 об.Х от исходной концентрации водорода в разделяемой смеси при отно- 51 шении расхода газа-разбавителя к расходу разделяемой смеси, равном

2-4.

06

Предлагаемый способ позволяет повысить степень очистки газовой смеси от водорода при сохранении поверхности мембраны и размеров аппарата или уменьшить поверхность и размер диффузионного аппарата при заданной степени очистки. Это обусловлено тем, что вводимый кислород окисляет водород на поверхности мембраны. При этом увеличение водородопроницаемости (удельной производительности) мембраны при подаче под мембрану кислорода вместе с газомразбавителем многократно превышает эффект, связанный с уменьшением парциального давления водорода под мембраной за счет его окисления.

Исследования показывают, что в ряде случаев, например, при низких давлениях для тонких мембран из палладиевых сплавов лимитирующей . стадией проницаемости являются процессы, происходящие на поверхностях мембраны.

Поскольку скорость окисления водорода на палладии значительно выше скорости рекомбинации его атомов в молекулы, то окисление продиффундировавшего водорода существенно увеличивает скорость одной из лимитирующих стадий процесса, увеличивая таким образом проницаемость.

Минимальная концентрация кислорода в газе-разбавителе, из условий связывания всего продиффундировавшего водорода, должна составлять 25 об.7 от концентрации водорода в разделяемой смеси. Более низкая концентрация кислорода в газе-разбавителе приводит к снижению степени очистки смеси от водорода на 10-40 отн,X ввиду неполного его окисления под мембраной при больших исходных концентрациях водорода в разделяемой смеси.

Увеличение концентрации кислорода в .газе-разбавителе свыше 75 об.7 может. привести к окислению мембраны и снижению ее проницаемости на

10-?О отн,7 при высоких концентрациях водорода в разделяемой смеси.

Расход газа-разбавителя должен обеспечить взрывобезопасную среду под мембраной и препятствовать существенному разогреву мембраны вследствие окисления водорода. Из условий взрывобезопасности концентрация инертного газа-раэбавителя под мем1159606

Составитель Л. Быховер

Редактор А; Шандор Техред О.Ващишииа

Корректор Е, Сирохман

Заказ 4749 Тираж 659

ВНИИПИ Государственного комитета СССР . по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород. ул. Проектная, 4 браной не должна быть ниже 95Х на тот случай, если водород под мембраной не окислится.

Таким образом, расход газа-разбавителя должен не менее чем в 2-4 ра- 5 за превышать расход разделяемой смеси. При расходах газа-разбавителя меньше предлагаемых не обеспечивается условие взрывобезопасности процесса и не.предотвращается разогрев мембраны, а увеличение расхода выше предлагаемого предела не дает дополнительного положительного эффекта.

Пример 1. Водород выделяют 15 из газовой смеси, содержащей 88 об.X

М и 12 об.X Н2. Смесь s количестве

70 л/ч подают в диффузионный. аппарат, содержащий трубчатую мембрану с поверхностью 1, 25 ° 10 З м . Линей- 20 ная скорость протока смеси над с мембраной, равная 6,3 м/с, обеспечивает достаточную скорость массообМена ыежду поверхностью мембраны и ядром разделяемого потока. Давление разделяемой смеси над мембраной

9,2 кг/см, температура 400 и 500 С.

Эксперименты ведут в двух режимах: в первом под мембрану подают азот высокой чистоты при атмосферном 30 .давлении и расходе, равном 140 л/ч, во втором режиме под мембрану подают смесь азота с 3 об.7 кислорода (257 от исходной концентрации водорода в разделяемой смеси) при том же давле- З5 нии и расходе в два раза большем расхода водородсодержащей смеси.

Разделяемая смесь покидает диффуэионный аппарат с концентрацией водорода в первом случае 10,1 об.% при 400 С и 8,9Х при 500 С, во втором режиме концентрация водорода в непродиффундировавших газах 7,.2 об.7 при 400 С и 6 об.% при 500 С.

Предложенный способ обеспечивает увеличение степени извлечения водорода из смеси.

Пример 2. Водород выделяют из смеси, содержащей 7 об.X H u

93 o6.X N подаваемой в диффузионный аппарат при атмосферном давлении.

Поверхность диффузионного аппарата составляет 20 ° 1(Г м, расход разде3 ляемой смеси 20 л/ч, скорость ее протока более 10 м/с. Опыты проводят при 500 С в двух режимах; в первом под мембрану подают азот высокой частоты при атмосферном давлении в количестве 80 л/ч. Концентрация водорода в непродиффукдировавшей смеси

0,018 об.Х, во втором режиме под мембрану подают смесь 907. азота и

10 об.X кислорода (75X от исходной концентрации водорода в разделяемой смеси), расход этой смеси составляет

80 л/ч (в четыре раза больше расхода водородсодержащей смеси), концентрация водорода в непродиффундировавшей смеси составляет 0,0095Х, I

Предложенный способ обеспечивает увеличение глубины очистки смесей от водорода.

При внедрении предложенный способ обеспечит технико-экономический эф- . фект за счет снижения затрат металла в 10 раз и энергии в 2 раза.