CH286642A

CH286642A - Verfahren zur Herstellung eines für die Füllung von Glühlampen geeigneten Argon-Stickstoff-Gemisches aus einer Fraktion der Luftzerlegung durch Rektifikation.

Info

Publication number: CH286642A
Authority: CH
Inventors: Ag Gesellschaft F Eismaschinen
Original assignee: Linde Eismasch Ag
Priority date: 1949-06-09
Filing date: 1950-05-20
Publication date: 1952-10-31
Also published as: NL73908C; BE495786A

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 Verfahren zur Herstellung eines für die Füllung von Glühlampen geeigneten    Argon-      Stickstoff-Gemisches   aus einer Fraktion der Luftzerlegung durch Rektifikation. Es ist bekannt, Argon dadurch zu gewinnen, dass der Niederdrucksäule eines zweistufigen, aus Mitteldruck- und Niederdrucksäule bestehenden Lufttrenners mit Argon    angereicherter      Sauerstoff   entnommen wird. Die Mitteldrucksäule eines solchen Trenners wird mit etwa 6 atü, die Niederdrucksäule mit etwa 0,5 atü betrieben. In einer Anreicherungssäule wird dann der Argongehalt des entnommenen Gemisches auf 50 bis 90% erhöht, worauf der noch im Gemisch verbliebene Sauerstoff mit brennbaren Gasen, wie Wasserstoff oder brennbaren geschmolzenen Stoffen, wie Schwefel, restlos entfernt wird.

   Das verbliebene Argon muss jedoch für die Verwendung als Glühlampenfüllgas noch mit der benötigten Stickstoffmenge und für die l estlose Entfernung der kohlenstoffhaltigen Verunreinigungen durch eine katalytisch oxydierende Behandlung auch noch mit etwa 1% Sauerstoff vermischt werden. 



  Die chemische Umsetzung des verhältnismässig hohen im Argon verbliebenen Sauerstoffanteils, der gesonderte Stickstoff- und Sauerstoffzusatz zum Argon, das nochmals gereinigt und später als Glühlampenfüllgas verwendet werden soll, wird durch das erfindungsgemässe Verfahren erspart. Dieses Verfahren zur Herstellung eines zum Füllen von Glühlampen geeigneten    Argon-Stickstoff-      Gemisches   durch Rektifikation einer bei der Luftzerlegung in zweistufiger, mit Mitteldruck- und Niederdruckstufe arbeitenden Rektifikation in der Niederdrucksäule gewonnenen argonhaltigen Sauerstoff-Fraktion unter Gewinnung einer argonreichen Fraktion, ist dadurch gekennzeichnet, dass aus der Niederdrucksäule des Lufttrenners ein Sauerstoff-Argon-Stickstoff-Gemisch an einer Stelle entnommen wird, wo das Verhältnis Argon zu Stickstoff 15:1 bis 25:

  1 beträgt, und dieses Gemisch durch Rektifizieren bis auf einen Argongehalt von 94   1,5 % angereichert wird, wobei das Gemisch neben 5   1% Stickstoff    noch      einen      Rest      von   1           0,5      %      Sauerstoff      ent-      hält,   der das Mehrfache des Sauerstoffbedarfes der    oxydablen   Verunreinigungen darstellt, worauf diese Verunreinigungen über heissen Oxydationskatalysatoren verbrannt und der hierbei nicht verbrauchte Sauerstoff sowie die Verbrennungsprodukte Kohlensäure und Wasserdampf chemisch aus dem    Argon-      Stickstoff-Gemisch   entfernt - werden.

   Bei höheren Gehalten an Verunreinigungen werden entsprechend höhere Sauerstoffgehalte, zum Beispiel in der Nähe der angegebenen obern Grenze, im    Argon-Stickstoff-Gemisch   belassen. 



  Das Verhältnis von Argon zu Stickstoff in dem aus der Nieder    drucksäule   des    Luft-      trenners   entnommenen    Sauerstoff-Argon-      Stickstoff-Gemisch   kann    vergrössert      bzw.   

 <Desc/Clms Page number 2> 

 erniedrigt werden, indem das Argon-Stickstoff-Sauerstöff-Gemisch an einer niedriger bzw. höher gelegenen Stelle der    NiederAuck-      säule   entnommen wird. Bei einer Entnahme aus Teilen der Säule, wo stickstoffreichere Gemische vorherrschen, wird das Verhältnis Argon zu Stickstoff    zugunsten   des letzteren verschoben, bei tieferer Entnähme in sauerstoffreicheren Zonen dagegen    zugunsten   des Argons.

   Im allgemeinen erfolgt die Entnahme jedoch unterhalb der Einführungsstelle der    aus   der Drucksäule entnommenen sauerstoffreichen flüssigen Luft, da    nur   in diesem Teil eine stärkere Argonanreicherung (auf etwa das fünf- bis zehnfache gegenüber dem normalen Argongehalt der Luft) herrscht. 



  Die Anreicherung des aus der Niederdrucksäule des Lufttrenners entnommenen argonhaltigen Gemisches erfolgte bisher normalerweise in Apparaten, die unmittelbar mit dem eigentlichen Zerlegungsapparat verbunden waren. Um nun jede Beeinflussung des Zerlegungsapparates durch die Argonzusatzsäule auszuschalten, erfolgt    zweck-      rässigerweise   die Anreicherung des entnommenen-Rohargons auf ein argonr eiches    Argon-      Stickstoff-Gemisch   in einem selbständigen Zerlegungsapparat.

   Die für die Zerlegung benötigte Kälte wird durch einen    besondern   Kältekreislauf, zum Beispiel    zirkulierenden   Stickstoff, erzeugt, der in an sich bekannter Weise abwechselnd komprimiert, im G    egen-      stromwärmeaustausch   mit entspanntem kaltem Gas    vorgekühlt   und unter Kältegewinn entspannt wird. 



  Die gewonnene    stickstoffhaltige   ArgonFraktion kann nunmehr nach Verdampfung und Gegenstromwärmeaustausch mit    warmen   Gasen    gasförmig   abgezogen, komprimiert und der    Endstufe   der Reinigung zugeführt werden. 



  Um zu vermeiden, dass aus den Verdichtern erneut Verunreinigungen in die    Argon-      Fraktion   gelangen, kann die erzeugte    Argon-      Stickstoff-Fraktion   flüssig aus dem Apparat entnommen und entweder flüssig unter Luftabschluss gespeichert oder unter Druck im Vorratsbehälter oder direkt in die Reinigungsapparatur vergast werden. Das erstere geschieht, wenn die Reinigungsapparatur nicht gleichzeitig mit der Entnahme der ArgonFraktion aus dem Apparat in Betrieb genommen wird. 



  Zweckmässig erfolgt die Endreinigung der stickstoffhaltigen Argon-Fraktion mit etwa 1% Sauerstoff, aus der in an sich bekannter Weise die oxydierbaren Verunreinigungen über heissen Oxydationskatalysatoren    und   die überschüssigen Sauerstoffanteile durch katalytisch wirkende reduzierende Stoffe, zum Beispiel durch Reduktion von Kupferoxyd hergestelltes Kupfer, entfernt sind dadurch, dass die Hauptwasserdampfmengen durch Adsorption bei Umgebungstemperatur mittels Silicagel und schliesslich die restlichen Verunreinigungen und Umsetzungsprodukte durch    Adsorptioh   über tiefgekühlten    Adsorp-      tionsmitteln      vollkommen   gebunden werden. Das so gereinigte Gas wird als Glühlampenfüllgas    verwendet.   



  Es wurde ferner durch Versuche gefunden, dass    Oxydationskatalysatoren   dann    besonders   geeignet und bei    wesentlich   niedrigeren Temperaturen, nämlich bei 400 bis    60011,   verwendbar waren, wenn mit technischem Kupferoxydpulver bedeckte oder vermengte poröse -Massen, wie Asbest oder    Kieselgur,   verwendet wurden, die mit    Kupferoxydpulver   vermischt und dann mit Zusatz von Wasser (oder) und andern    Bindemitteln   geformt und verfestigt wurden.

   Die aktive Oberfläche ist auf diese Weise gegenüber den üblichen    Oxydations-      katalysatoren,   wie zum Beispiel Kupferoxyd in Drahtform usw., wesentlich erhöht und reaktionsempfindlicher geworden, so dass eine Temperatursenkung gegenüber den älteren Verfahren    iun   etwa    20011   möglich wird. Besonders zweckmässig sind solche Katalysatoren dieser Gattung, die unter Verwendung von bei gewöhnlicher Temperatur selbst erhärtenden Trägermaterialien, wie zum Beispiel    Betonmischungen,   hergestellt wurden. 



     Eine   weitere Temperatursenkung bei der oxydierenden Behandlung der    argonreichen   

 <Desc/Clms Page number 3> 

 Fraktion erzielt man, wenn man als Oxydationskatalysatoren sauerstoffabgebende, zum Beispiel Braunstein enthaltende Massen mit oder ohne Trägermaterial verwendet. In diesem Fall genügen bereits Temperaturen zwischen 200 und 400  für eine restlose Entfernung der kohlenstoffhaltigen Gase. Der Nachteil der Sauerstoffabgabe fällt hierbei nicht ins Gewicht, da das Gemisch ohnehin Sauerstoff enthält und der allmähliche Verbrauch des Katalysators in Anbetracht des wertvollen Endproduktes und des billigen Braunsteinmaterials, das auch in mineralischer Form verwendbar ist,    vernachlässigt   w erden kann.

   Schliesslich werden zweckmässig hinter dem Oxydationskatalysator    regenerier-      bare      sauerstoffaufnehmende   Katalysatoren angewendet, die durch Wasserstoff wieder aktiviert werden können. 



  Die Rektifikationsstufe sei durch ein Beispiel an Hand der Zeichnung beschrieben. Die auf einen mässigen Druck komprimierte    argon-      haltige   Sauerstoff-Fraktion, die neben einem überwiegenden Sauerstoffanteil einen wesentlichen Argonanteil sowie Stickstoff = 1/2o des Argonanteils enthält und aus der    Nieder-      drueksäule   entnommen wurde, wird bei 1 in einen Gegenströmer 2 eingeführt und im Wärmeaustausch mit der    Argon-Stickstoff-      Fraktion,   die bei 3 aus dem Kondensator 4 der    Anreicherungssäule   5 entnommen und über 6 bzw.

   22 durch den Gegenströmer 2 ihr entgegengeführt wird, vorgekühlt, im Wärmeaustausch mit    entspanntem   Stickstoff in einem weiteren Gegenströmer 7 tiefgekühlt und nach Entspannung über ein Ventil 8 bei 9 in die Anreicherungssäule 5 eingeführt. lier erfolgt die Zerlegung in reinen Sauerstoff einerseits und eine    Argon-Stickstoff-      Fraktion   anderseits. Der Sauerstoff sammelt sich am Boden der Säule 5 bei 25 an und wird bei 10 abgeführt und über Gegenströmer 11 im Wärmeaustausch mit Hochdruckstickstoff verdampft, erwärmt und bei 24 zur Verwendungsstelle geführt. Die Sumpfflüssigkeit 25 wird durch komprimierten Stickstoff beheizt, der bei 12 in den Gegenströmer 11 eingeführt und in der Heizspirale 13 kondensiert wird.

   Nach Unterkühlung des kondensierten Stickstoffes im Gegenströmer 14 und Entspannung im Ventil 15 erfolgt bei 16 die Aufgabe dieses Stickstoffes auf den Kopf der Anreicherungssäule 5. Hier verdampft der eingeführte Stickstoff im indirekten Wärmeaustausch mit dem Argon-Stickstoff-Gemisch, das in den Rohren 17 des Kondensators 4 teilweise kondensiert wird und auf diese Weise Rücklaufflüssigkeit für die Berieselung der Anreicherungssäule liefert.

   Das hier gewonnene Argon-Stickstoff-Gemisch kann entweder gasförmig, wie oben beschrieben, bei 3 dem Kondensator 4 entnommen und bei 22 hinter dem Gegenströmer 2 abgeführt werden, oder es wird flüssig bei 18 abgezapft, worauf es über Ventil 19 in entsprechende Vorratsbehälter gefüllt werden kann oder in    sogenannte   Warmvergaser, aus denen es unter    Luftab-      sehluss   in Vorratsbehälter oder in die Reinigungsapparatur vergast wird. Der verdampfte Kühlstickstoff wird bei 20 vom Kopf der Säule entnommen und über das Ventil 21 sowie die    Gegenströmer   14, 7 und 11 bei 23 zurückgeführt, das heisst er wird von einem nicht gezeichneten Verdichter    angesaugt,   verdichtet, gekühlt und erneut bei 12 in den    Gegenströmer   11 eingeführt. 



  Die Vorteile des beschriebenen Verfahrens gegenüber den bisher    bekannten   Verfahren beruhen vor allem auf der Vereinfachung und Verbilligung der Herstellung von sogenanntem    Glühlampenargon.

Claims

PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Herstellung eines zum Füllen von Glühlampen geeigneten Argon- Stickstoff-Gemisches durch Rektifikation einer bei der Luftzerlegung in zweistufiger, mit. Mitteldruck- und 1,#Tiederdruekstufe arbeitender Rektifikation in der Niederdrucksäule gewonnenen argonhaltigen Sauerstoff-Frak- tion unter Gewinnung einer argonreichen Fraktion, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Niederdrucksäule des Lufttrenners ein Sauerstoff-Argon-Stickstoff-Gemisch an einer Stelle entnommen wird, wo das Verhältnis Argon zu Stickstoff 15:1 bis 25:

1 beträgt, <Desc/Clms Page number 4> und dieses Gemisch durch Rektifizieren bis auf einen Argongehalt von 94 1,5% angereichert wird, wobei das Gemisch neben 5 1% Stickstoff nach einen Rest von 1 0,5% Sauerstoff enthält, der das Mehrfache des Sauerstoffbedarfes der oxydablen Verunreinigungen darstellt, worauf diese Verunreinigungen über heissen Oxydationskatalysatoren verbrannt und der hierbei nicht verbrauchte Sauerstoff sowie die Verbrennungsprodukte Kohlensäure und Wasserdampf aus dem Argon -Stickstoff-Gemisch entfernt werden. UNTERANSPRÜCHE: 1.

Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffgehalt des Argon-Stickstoff-Sauerstoff-Gemisches in einem selbständigen Zerlegungsapparat auf 1 0,5% gesenkt wird und die für die Zerlegung benötigte gälte durch im Kreislauf geführten Stickstoff erzeugt wird, wobei der Stickstoff komprimiert, im Gegenstromwärmeaustausch mit entspannten kalten Gasen vorgekühlt und unter Kälteleistung entspannt wird. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem selbständigen Zerlegungsapparat erzeugte Argon-Stickstoff-Fraktion mit 1 0,5% Sauerstoff diesem Zerlegungsapparat flüssig entnommen, in Druckbehälter vergast und hier gespeichert wird, ehe sie über die heissen Oxydationskatalysatoren geleitet wird. 3.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Druckbehältern gespeicherte Argon-Stickstoff-Fraktion mit 1 0,5% Sauerstoffgehalt über heissen Oxydationskatalysatoren von oxydablen Verunreinigungen und anschliessend durch katalytisch wirksame, reduzierende Stoffe von überschüssigem Sauerstoff befreit und durch Adsorption bei Umgebungstemperatur mittels Silicagel von der Hauptmenge des Wasserdampfes und über tief gekühlten Adsorptions- mitteln von den restlichen Verunreinigungen vollkommen befreit wird. 4.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxydationskatalysatoren poröse, mit technischem Kupfer Oxyd durchsetzte Massen bei Temperaturen zwischen 400 und 600 C verwendet werden. 5.

Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Oxydationskatalysatoren Braunstein enthaltende Massen bei Temperaturen zwischen 200 und 40011 C verwendet werden und im Argon-Stickstoff-Gemisch verbliebene Sauerstoffreste von durch Reduktion von Kupferoxyd hergestelltem Kupfer, das auf poröse Massen aufgebracht ist, gebunden werden.