DE628140C - Gewinnung von Krypton und Xenon unmittelbar aus der Luft - Google Patents

Description

• Gewinnung von Krypton und Xenon unmittelbar aus der Luft Bei der Bestimmung des Gehaltes der Luft an den schweren Edelgasen Krypton und Xenon ist man gelegentlich in Laboratorien in der Weise vorgegangen, daß man eine bestimmte Menge Luft über mit flüssiger Luft gekühlte Adsorptionsmittel leitete, um das Krypton und Xenon zurückzuhalten. Für die technische Gewinnung von Krypton und Xenon aus Luft ist das Verfahren in der Weise, in der es angewendet wurde, jedoch wirtschaftlich nicht durchführbar, da j e Kubikmeter der Edelgase bei höchster Ausbeute mindestens i Million cbm Luft verarbeitet werden müssen.
• Es ist außerdem vorgeschlagen worden, Krypton und Xenon aus dem aus Luftzerlegungsanlagen abziehenden Sauerstoff, in dem diese Edelgase angereichert sind, durch Adsorption etwa bei der Siedetemperatur des Sauerstoffes zu gewinnen. Dieses Verfahren ist an die Zerlegung von Luft, also die Gewinnung von Stickstoff oder Sauerstoff, gebunden, so daß die auf diesem Wege gewinnbare Kryptonmenge ziemlich beschränkt ist.
• DurchVersuche wurde überraschenderweise gefunden, daß sich die schweren Edelgase (im folgenden kurz als Krypton bezeichnet) schon bei beträchtlich höheren Temperaturen durch Adsorption sogar unmittelbar aus Luft anreichern lassen, obwohl Krypton in ihr nur in einer Konzentration von i: i Million und Xenon von etwa i: io Millionen enthalten sind. Dieses unerwartete Ergebnis ermöglicht es, Krypton in wirtschaftlicher Weise unmittelbar aus Luft durch Adsorption zu gewinnen, während man es mit erträglichen Kosten bisher nur als Nebenprodukt bei der Luftzerlegung erhalten konnte.
• Praktisch durchführbar wird das Verfahren nur, wenn man erfindungsgemäß gleichzeitig die Kühlung der Luft bis auf die Adsorptionstemperatur in periodisch gewechselten Kältespeichern vornimmt, da in diesem Fall die kostspielige Reinigung der Luft erspart und der Energie- und Kältebedarf auf ein erträgliches Maß herabgedrückt werden kann. Schließlich wird das Adsorptionsmittel in möglichst langer Schicht angewendet und nach der Beladung zwecks Desorption der Edelgase von einem Ende her fortschreitend erwärmt, um in einem Arbeitsgang zusammen mit Adsorption und Desorption gleichzeitig eine weitgehende Fraktionierung und damit Anreicherung der Edelgase zu erzielen. Durch die Vereinigung der voranstehend geschilderten Maßnahmen wird es möglich, Krypton und Xenon unmittelbar aus Luft mit einem Kostenaufwand zu gewinnen, der nicht höher als der bei der Gewinnung des Kryptons als Nebenprodukt des Sauerstoffes ist.
• An Hand der Figur wird das Verfahren für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die Luft wird ohne irgendwelche Vorreinigung in dem Regenerator i bzw. 2 bis auf die Adsorptionstemperatur gekühlt, die je nach der Menge des Adsorptionsmittels und der Strömungsgeschwindigkeit der Luft zwischen -,0o bis -,So' liegt. Die kalte Luft tritt in den langgestreckten Behälter 5, der mit Adsorptionsmitteln, wie Silicagel oder Aktivkohle, gefüllt ist. Das Adsorptionsmittel hält das Krypton aus der Luft zurück. Um im Beharrungszustand die tiefe Temperatur der Adsorption trotz der Adsorptionswärme und der Kälteverluste aufrechterhalten zu können, wird die Luft vor Eintritt. in die Regeneratoren zweckmäßig auf einen geringen Überdruck von einigen zehnteln Atmosphären verdichtet und nach ihrem Austritt aus dem Adsorptionsmittel in der Expansionsmaschine oder Turbine 6 entspannt. Die kalte Luft wird. gegebenenfalls durch Röhren durch den Adsorptionstrog 5 hindurchgeleitet und strömt durch den Regenerator 2 bzw. i wieder hinaus.
• Nach einer bestimmten Zeit, wenn das Adsorptionsmittel nicht mehr für Krypton aufnahmefähig bzw. die Aufnahmegeschwindigkeit zu gering geworden ist, wird der Behälter mit dem Adsorptionsmittel aus dem Luftstrom ausgeschaltet.
• Bei einer Temperatur von etwa -ioo' sind beispielsweise zur Adsorption von i 1 Krypton bzw. für iooo cbm verarbeitete Luft mindestens 5o kg Aktivkohle notwendig. Bei einer stündlich verarbeiteten Luftmenge von io ooo cbm kann man daher 5oo kg Kohle höchstens i Stunde bzw. rooo kg höchstens 2 Stunden von der Luft durchströmen lassen.
• Mit dem Krypton wird jedoch gleichzeitig eine etwa io ooomal größere Menge Luft durch Adsorption in dem Adsorptionsmittel zurückgehalten. Die unmittelbare Gewinnung von Krypton durch Adsorption aus Luft läßt sich daher nur dann in wirtschaftlicher Weise durchführen, wenn die Desorptiori so geführt wird, daß' eine weitere wesentliche Anreicherung mit ihr verbunden wird. Erfindungsgemäß wird däher das Adsorptionsmittei, sobald es aus dem- Luftstrom ausgeschaltet ist, noch in der Kälte evakuiert. Es wurde gefunden, daß sich bei den tiefen Temperaturen eine große Menge der Luft durch Abpumpen entfernen läßt, während das Krypton praktisch überhaupt nicht von der- Kohle abgegeben wird. Weiterhin wird die Aufwärmung des Adsorptionsmittels von einem Ende des Rohres her mit dem Adsorptionsmittel nach dem anderen Ende zu fortschreitend vorgenommen, und zwar zweckmäßig von dem 'Ende, durch das die Luft in das Adsorptionsmittel eintrat. Hierdurch wird eine weitere Anreicherung des Kryptons erzielt, da das an dem erwärmten Ende mit der Luft ausgetriebene Krypton von dem noch kalten übrigen Rest des Adsorptionsmittels selektiv zurückgehalten wird: Für diese Fraktionierung ist es zweckmäßig, das Adsorptionsmittel in möglichst länger Schicht anzuwenden. Wenn eine vollständige Desorption des Kryptons aus dem Adsorptionsmittel erreicht werden soll,: so ist eine Anwärmung auf etwa ioo°. beispielsweise mit Wasserdampf, notwendig.
• Die in dem Adsorptionsmittel enthaltene Kälte braucht man bei der Aufwärmung bis auf Raumtemperatur nicht verlorenzugeben, sondern kann sie jedenfalls teilweise wiedergewinnen. In den Adsdrptionsgefäßen werden hierfür eine Anzahl von Rohren vorgesehen, durch die Luft oder andere Gase zum Zwecke der Wärmeübertragung hindurchgeleitet werden können. Um kontinuierlich arbeiten zu können, werden mehrere, mindedestens 2 Adsorptionsbehälter (S a, 5 b usw. der Figur) verwendet und nach der Ausschaltung des einen aus dem Luftstrom seine Kälte auf einen warmen Behälter übertragen.
• Wesentlich ist für das neue Verfahren, daß die Adsorption des Kryptons in einem weiten Temperaturbereich durchführbar ist. Es braucht daher ein neu eingeschaltetes Adsorptionsgefäß nicht so kalt zu sein wie ein annähernd gesättigtes, das abgeschaltet wird, da das frische Adsorptionsmittel schon bei wesentlich höheren Temperaturen das Kryptun. weitgehend aus der Luft zurückhält. Es ist eventuell zweckmäßig, gegen Ende jeder Adsorptionsperiode die Temperatur der Adsorption etwas zu senken, um die Aufnahmefähigkeit des Adsorptionsmittels zu steigern. Für diese Arbeitsweise und für eine schnelle Abkühlung des Adsorptionsmittels ist es zweckmäßig, die Entspannung der Luft in der Turbine vor ihrem Eintritt in das Adsorptionsmittel vorzunehmen.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung-von Krypton und Xenon aus Luft oder anderen Gasen mit geringem Krypton- und Xenongehalt durch Adsorption,, dadurch gekennzeichnet, daß die in periodisch gewechselten Kältespeichern gekühlte Luft über ein Adsorptionsmitfel in möglichst langer Schicht geleitet wird, welches, nach seiner Sättigung mit den Edelgasen aus dem Gasstrom ausgeschaltet wird, worauf die Edelgase durch von einem Ende her fortschreitende Erwärmung des Adsorptionsmittels unter gleichzeitiger weiterer Aireicherung ausgetrieben werden.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Gasstrom ausgeschaltete gesättigte Adsorptionsmittel kalt unter Unterdruck gesetzt wird, um die Hauptmengen der zusammen mit den schweren Edelgasen adsorbierten Luft selektiv zu desorbieren.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Adsorption der Edelgase aus der Luft bei Temperaturen unter -ioo° und die Desorption bei Temperaturen über o bis -f- ioo° erfolgt. q.. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kälteverluste bei der Durchführung des Verfahrens dadurch gedeckt werden, daß die Luft vor oder nach dem Adsorptionsmittel unter Arbeitsleistung um einige zehntel Atmosphären entspannt wird.