DE2950731C2 - Vorrichtung zum Reinigen eines Gases - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Reinigen eines Gases von Verunreinigungsgasen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Vorrichtungen werden in Industrie und Technik z. B. dazu verwendet, ein etwa in sogenannten Handschuh-Boxen verwendetes Schutzgas zu reinigen, das in der Handschuh-Box während des darin manipulierten Prozesses durch andere Gase verunreinigt ist.

Ein Beispiel ist z. B. die Reinigung von Argon, das durch Stickstoff verunreinigt ist, in einem Reaktionsgefäß mit Hilfe von körnigem Titanschwamni als Reaktionsstoff bei hohen Temperaturen.

Eine bekannte Vorrichtung zum Absondern von Stickstoff aus einem Argon-Stickstoffgemisch ist in F i g. 4 im Querschnitt gezeigt. Diese Vorrichtung weist ein Isolatorgefäß 1 auf, in das ein zylindrisches Reaktionsgefäß 2 eingesetzt ist. Das Reaktionsgefäß weist eine zentrale Zuführ- und Ableiteinrichtung 3 auf, die gleichzeitig als Wärmetauscher dient. Das Reaktionsgcfäß ist mit einem mit dem Wärmetauscher verbundenen Deckel 4 abgeschlossen, wobei Deckel und Reaktionsgefäß in einer Flanschverbindung 5 an der Oberseite des Reaktionsgefäßes miteinander verbunden sind. Der rohrförmige Wärmetauscher 3 reicht mit einem Innenrohre bis nahe an den Boden des Reaktionsgefäßes. Um dieses Innenrohr sind Zuführrohre 7 gelegt, über die das zu reinigende Gasgemisch dem Reaktionsgefäß zugeführt wird. Diese Zuführrohre gehen von einer außerhalb des Isolatorgefäßes gelegenen Verteilerkammer 8 aus, die das Innenrohr druckdicht umgibt, und münden in der unteren Hälfte des Reaktionsgefäßes bei T in eine Reaktionskammer 9. Der Raum in dem Reaktionsgefäß oberhalb der Reaktionskammer ist durch Einsatzstückc 10 ausgefüllt, die den Wärmetauscher 3 konzentrisch umgeben.

In die Reaktionskammer 9 ist ein das Innenrohr 6 des Wärmetauschers 3 konzentrisch umgebender Aufnahmekorb 11 aus Lochblech eingesetzt, in den körniger Titanschwamm 12 als Reaktionssioff eingefüllt ist. der nahezu die gesamte Reaktionskammer 9 ausfüllt. Die Unterseite des Aufnahmekorbes liegt etwa in der Höhe des unteren Endes 6' des Innenrohrs 6 des Wärmetauschers. Um das Reaktionsgefäß 2 ist im Bereich der Reaktionskammer 9 eine elektrische Heizung 13 gelegt,

die über Anschlußdrähte 14 mit Energie versorgt wird.

Vor Gebrauch des Reaktionsgefäßes wird dieses Ober das Innenrohr und ein Umschaltventil 15 mittels einer Vakuumpumpe 16 evakuiert Die mit einer Zuführleitung 17 über die Verteilerkammer 8 verbundenen Zuführrohre 7 sind hierbei mit einem Absperrventil 17 abgesperrt Wenn das Reaktionsgeiiß evakuiert ist, wird das Absperrventil 18 geöffnet und in das Reaktionsgefäß 2 das Argon-Stickstoff-Gasgemisch eingeleitet.

Zugleich wird das Umschaltventil 15 umgeschaltet und verbindet das Innenrohr 6 mit einem Ableitrohr 19. Das Gasgemisch strömt danach über die Verteilerkammer 8 und die Zuführrohre 7 in die mit Titanschwamm 12 gefüllte Reaktionskammer 9, durchströmt diese, wie durch Pfeile angedeutet, wobei hier der Stickstoff aus dem Gasgemisch durch den Titanschwamm absorbiert wird; das gereinigte Argon tritt dann am unteren Ende 6' in das Innenrohr 6 ein und wird über dieses aus dem Reaktionsgefäß geführt und danach über das Umschaltventil 15 und das Ableitrohr 19 weitergeleitet Das Reaktionsgefäß 2 ist mit der Heizung 13 im Bereich der Reaktionskammer auf die Reaktionstemperatur von etwa 900⁰C aufgeheizt, so daß durch den Titanschwamm 12 der in dem Gasgemisch enthaltene Stickstoff absorbiert und das gereinigte Argongas durch das Innenrohr 6 aus dem Reaktionsgefäß abgeleitet wird.

Um die Reaktionstemperatur zumindest in einer Reaktionszone Z zu erreichen, muß die Heizung auf eine wesentlich höhere Temperatur eingestellt werden, da die Heizleistung über die Wände des ReaktionsgefäSes und die Wände des Aufnahmekorbes erst dem Titanschwamm zugeführt werden muß. In der Reaktionskammer entsteht daher ein Temperaturgefälle zwischen der Wand des Reaktionsgefäßes und dem Innenrohr 6. Die tatsächliche Reaktionstemperatur wird dabei nur in einer begrenzten Reaktionszone erreicht Durch die hohe Temperaturbelastung der Wand des Reaktionsgefäßes und der Wand des Aufnahmekorbes können sich in diesem Bereich, z. B. ausgelöst durch Staubkörnchen von Titanschwamm, Überhitzungspunkte Zp bilden, an denen die Temperatur so hoch wird, daß hier die angrenzenden unterschiedlichen Materialien miteinander verbacken, so daß z. B. der Aufnahmekorb mit der Behälterwand an einem derartigen Oberhitzungspunkt durch das Verbackungsmaterial verbunden wird. Dies führt jedoch zu Schwierigkeiten bei der Auswechselung des nach einer gewissen Zeit verbrauchten Reaktionsstoffes, d. h. hier des Titanschwammes. Hierzu muß nämlich nach Lösen der Flanschverbindung zwischen Deckel und Reaktionsgefäß und Herausnahme des Wärmetauschers sowie der Einsatzstücke auch der Aufnahmekorb für den Reaktionsstoff aus dem Reaktionsgefäß herausgenommen werden, wonach der Reaktionsstoff entfernt und der Aufnahmekorb erneut mit Reaktionsstoff gefüllt und danach wieder in das Reaktionsgefäß eingesetzt wird. Wenn der Aufnahmekorb mit der Wand des Reaktionsgefäßes verbacken ist, kann der Aufnahmekorb nur schwierig aus dem Reaktionsgefäß herausgezogen werden. Unter Umständen muß sogar der Aufnahmekorb und auch das Reaktionsgefäß dabei zerstört bzw. zumindest beschädigt werden.

Die Temperatur an der Wand des Reaktionsgefäßes kann an den erwähnten Überhitzungspunkten zudem so hoch werden, daß die Gefäßwand durchbrennt und das Reaktionsgefäß zerstört wird. Hierdurch entsteht eine offene Verbindung zwischen dem Reaktionsgefäß und dem Isolatorgefäß. Gasförmige Stoffe in dem Isolatorgefäß können über diese Verbindung in Kontakt mit Gasen oder Stoffen in dem Reaktionsgefäß gelangen. Bei der erwähnten Argonreinigung von Stickstoff kann z. B. Sauerstoff aus dem üblicherweise nicht evakuierten Isolatorgefäß mit dem Titan in dem Reaktionsgefäß in Berührung kommen, wodurch in einer exothermen Reaktion Titanoxid gebildet wird Diese exotherme Reaktions führt zur weiteren Überhitzung und schließlich zur .Zerstörung des Reaktionsgefäßes und der gesamten ίο Vorrichtung.

Hinzu kommt, daß die Temperatur in der Reaktionskammer wegen des hohen Temperaturgradienten zwischen der Wand des Reaktionsgefäßes und dem Innenrohr nur in einem begrenzten und dazu noch schwankenden Bereich der tatsächlichen Reaktionstemperatur entspricht Durch den hohen und unregelmäßigen Temperaturgradienten kann die Temperatur innerhalb der Reaktionskammer nur in groben Temperaturbereichen und auch dann nur sehr träge geregelt werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Konstruktion einer Vorrichtung der in Rede stehenden Art dahingehend zu verbessern, daß die Temperatur in der gesamten Reaktionskammer annähernd gleich ist und zuverlässig überwacht werden kann.
Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst

Im Gegensatz zu der bekannten Vorrichtung, bei der der Reaktionsstoff auf Reaktionstemperatur aufgeheizt wird, wird gemäß der Erfindung zunächst lediglich das Gasgemisch in einer Heizkammer innerhalb des Reaktionsgefäßes auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt, durchströmt dann den Reaktionsstoff und heizt diesen ebenfalls bis auf die Reaktionstemperatur auf. Durch eine Zwangsführung des Gasgemisches innerhalb der Heizkammer mithilfe eines Gasleit- bzw. Strahlbleches längs der Heizung, z. B. einer Heizfläche, hat das Gasgemisch beim Eintritt in die Reaktionskammer bzw. in den Reaktionsstoff eine konstante, der Reaktionstemperatür entsprechende Temperatur, die auch über den gesamten Bereich der Reaktionskammer im wesentlichen aufrechterhalten wird; dies insbesondere dann, wenn das Gasgemisch über einen Wärmetauscher durch die Reaktionskammer in die Heizkammer geleitet wird, durch den zur Vorheizung des Gasgemisches zumindest im Bereich der Reaktionskammer das aufgeheizte gereinigte Gas geleitet wird. Durch die Einleitung des Gasgemisches in die Reaktionskammer nach der Zwangsführung entlang der Heizfläche mit einer konstanten Temperatur und die Vorheizung des Gasgemisches entstehen in der Reaktionskammer nur geringe Temperaturgradienten. Eine Überhitzung wie bei bekannten Einrichtungen kann durch die direkte Aufheizung des Gasgemisches nicht entstehen, da die auf die Reaktionstemperatur abgestimmte Eintrittstemperatur des Gasgemisches in die Reaktionskammer gleichzeitig die Maximaltemperatur ist.

Die Temperatur am Ende der Zwangsführung des Gasgemisches längs der Heizung kann als Regelgröße zur Regelung der Temperatur in dem Reaktionsgefäß verwendet werden. Hiermit können die Aufheizung des Gasgemisches und die Temperatur in dem Reaktionsgefäß sehr feinfühlig geregelt werden.

\l~ der Aufteilung des Reaktionsgefäßes in eine Heizkammer und in eine Reaktionskammer resultieren weitere Vorteile:

Das Reaktionsgefäß kann insgesamt kleiner gebaut werden, da in der Reaktionskammer kein eigener aus-

wechselbarer Aufnahmekorb für den Reaktionsstoff notwendig ist; vielmehr kann hier ein fester Siebboden vorgesehen werden. Das Reaktionsgefäß kann dadurch direkt oberhalb der Reaktionskammer mit einem den Wärmetauscher konzentrisch umfassenden angeschweißten Deckel abgeschlossen sein. Mit diesem Dekkel ist dann ein direkt an den Wärmetauscher anliegen der Hals verschweißt und nach oben, d. h. von der Reaktionskammer weg bis in eine nicht allzu stark belastete Temperaturzone gezogen; dort wird dann das Reaktionsgefäß mit einer verhältnismäßig kleinen Dichtung abgedichtet Im Gegensatz dazu müssen bekannte Reaktionsgefäße mit sehr großen und auch stark wärmebelastbaren Dichtungen abgesperrt werden.

Die Erfindung ist in zwei Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert In dieser stellt dar

F i g. 1 einen Querschnitt durch eine Einrichtung gemäß der Erfindung zum Reinigen von durch Stickstoff verunreinigtem Argon mit Hilfe von Titanschwamm mit einem Reaktionsgefäß sowie einer kombinierten, als Wärmetauscher ausgebildeten Zuführ- und Ableiteinrichtung für die Gase;

F i g. 2 einen Querschnitt entsprechend F i g. 1 mit entferntem Wärmetauscher, jedoch mit einem in das Reaktionsgefäß eingesetzten Füllkörper;

F i g. 3 einen Querschnitt durch eine gegenüber der F i g. 1 leicht abgewandelte Einrichtung gemäß der Erfindung;

Fig.4 einen Querschnitt durch eine bekannte und oben beschriebene Einrichtung zum Reinigen von durch Stickstoff verunreinigtem Argon.

In einem Isolatorgefäß 101 ist ein Reaktionsgefäß 102 enthalten, in das ein Wärmetauscher 3 eingetaucht, der als kombinierte Zuführ-Ableiteinrichtung für zu reinigendes Argon dient, das durch Stickstoff verunreinigt ist Das Reaktionsgefäß 102 hat Flaschenform und weist einen unteren zylindrischen Teil 102' und einen oberen Halsteil 102" auf, der aus dem Isolatorgefäß geführt ist Der Hals 102' des Reaktionsgefäßes umfaßt den Wärmetauscher 103 und ist mit einem Deckel 104, der mit dem Wärmetauscher 103 verbunden ist, außerhalb des Isolatorgefäßes mit einer Flanschverbindung 105 verbunden. In der Flanschverbindung sind Dichtungsringe 105' enthalten, so daß das gesamte Reaktionsgefäß 102 eine abgeschlossene und abgedichtete Einheit bildet, die wie oben beschrieben vor Inbetriebnahme evakuiert werden kann.

Der rohrförmige Wärmetauscher 103 weist in seinem Inneren mehrere Zuführrohre 107 auf, die von mäanderförmig gestalteten Ableitkanälen 106 umgeben sind. Der untere Teil 102' der Reaktionskammer 102 ist unterteilt in eine Reaktionskamnier 109. in der körniger Titanschwamm 112 enthalten ist, und eine in Bodennähe des Reaktionsgefäßes angeordnete Heizkammer 121. In dieser Heizkammer ist eine in einer flachen Spirale gewickelte Heizung 113 vorgesehen, die über Anschlußdrähte 114 mit Energie versorgt wird.

Der rohrförmige Wärmetauscher 103 reicht bis in die Heizkammer 121, in die die Zuführrohre 107 münden. Der Wärmetauscher ist hier mit einer Lochplatte 122 abgeschlossen, deren Löcher mit den Zuführrohren in Verbindung stehen, wohingegen die dazwischenliegenden Ableitkanäle 106 gegen die Heizkammer 121 verschlossen sind.

Die Heizkammer 121 ist von der Reaktionskammer 109 durch ein Gasleit- bzw. Strahlblech 123 getrennt, das parallel zu dem Boden des Reaktionsgefäßes 102 oberhalb der Heizung 113 angeordnet ist Das Strahlblech 123 liegt bündig an dem Umfang des Wärmetauschers 103 an und weist im achsenfernen Bereich des Reaktionsgefäßes Einleitschlitze 124 auf, über die die Heizkammer 121 mit dem Reaktionsgefäß 109 in Verbindung steht Diese Einleitschlitze 124 laufen nahezu über den gesamten Innenumfang des unteren Teiles 102' des Reaktionsgefäßes.

Direkt oberhalb des Strahlbleches 123 ist parallel zu diesem ein festes Sieb 125 angeordnet, das an dem rohrförmigen Wärmetauscher anliegt und mit der zylindrischen Außenwand des Reaktionsgefäßes 102 verbunden ist. Dieses Sieb 125 bildet den Boden der den übrigen unteren Teil 102' des Reaktionsgefäßes ausfüllenden Reaktionskammer 109, in die der Reaktionsstoff, in diesem Fall Titanschwamm eingefüllt ist, so daß dieser auf dem Sieb 125 aufliegt. Mit dem Strahlblech 123 und dem Sieb 125 ist noch eine den Wärmetauscher 103 umgebende Zylinderhülse 126 fest verbunden, die sich über die Länge der Reaktionskammer 109 nahezu erstreckt.

Der rohrförmige Wärmetauscher ist in der Gegend des oberen Endes der Reaktionskammer 109, d. h. dort, wo der untere Teil 102' der Reaktionskammer in den Hals 102" übergeht, mit Ableitöffnungen 127 versehen, die mit den Ableitkanälen 106 in Verbindung stehen.

Zur Reinigung von Argongas, das durch Stickstoff verunreinigt ist, wird das Reaktionsgefäß 102 zunächst wie oben beschrieben evakuiert Danach wird die Heizung 113 eingeschaltet und auf Reaktionstemperatur, in diesem Fall etwa 900° aufgeheizt Das zu reinigende Gasgemisch wird darauf über die Zuführrohre 107 des Wärmetauschers 103 in Achsennähe des Reaktionsgefäßes 102 in dessen Heizkammer 121 eingeleitet Das Gasgemisch strömt dann, geleitet durch das Strahlblech 123 an den Spiralenwindungen der Heizung 113 entlang in Richtung auf die achsenfemen Einleitschlitze 124. Während das Gasgemisch an der Heizung 113 zwangsgeführt entlangströmt, wird es auf die erforderliche Reaktionstemperatur von etwa 900° C aufgeheizt Mit dieser Reaktionstemperatur tritt das Gasgemisch durch die Einleitschlitze 124 in die mit Titanschwamm ausgefüllte Reaktionskammer 109 ein und durchströmt diese. Bei der Durchströmung des Titanschwarrsmes wird aus dem Argon-Stickstoff-Gasgemisch der Stickstoff entfernt, so daß gereinigtes Argongas in die Ableitöffnungen 127 des Wärmetauschers 103 einströmt Durch die achsenferne Einleitung des Gasgemisches und die achsennahe Ableitung des gereinigten Gases ergeben sich für das Gasgemisch im wesentlichen gleiche Strömungsweglängen durch den Reaktionsstoff, so daß dieser gleichmäßig von dem aufgeheizten Gasgemisch durchströmt und auf die Reaktionstemperatur aufgeheizt wird.

Das gereinigte Argongas wird nach Einströmen in die Ableitöffnungen 127, die mit den Ableitkanälen 106 in Verbindung stehen, nach unten in Richtung auf den Boden des Reaktionsgefäßes umgeleitet Das aufgeheizte Argon heizt demnach in diesem Bereich das durch die Zuführrohre 107 der Heizkammer zugeführte Gasgemisch auf. Im Bereich der Lochplatte 122 am unteren Ende des Wärmetauschers wird das Argon erneut umgelenkt und strömt dann mäanderförmig um die Zuführrohre 107 geleitet nach oben durch den Wärmetauscher, bis es oberhalb des Deckels 104 über eine hier nicht dargestellte Verteilerkammer in einem Ableitrohr gesammelt wird. Das Argongas heizt während seines Weges durch die Ableitkanäle 106 im Bereich der Reaktionskammer 109 und im Bereich des Halses 102" das zu reinigende Gasgemisch in den Zuführrohren 107 vor, so daß dieses bei Eintritt in die Heizkammer bereits eine in

der Nähe der Reaktionstemperatur liegende Temperatur hat. Für den beschriebenen Fall der Argonreinigung von Stickstoff tritt das Gasgemisch in die Heizkammer 121 durch diese Vorheizung mit einer Temperatur von bereits etwa 750⁰C ein.

In der Nähe der Einleitschlitze 124 sind ein oder mehrere Temperaturfühler 128 angeordnet, mit denen die Einleittemperatur des Gasgemisches in die Reaktionskammer gemessen wird. Der Meßwert der Temperaturfühler 128 wird zur Regelung der Heizung 113 verwendet, so daß diese und auch die Temperatur des Gasgemisches sehr genau und mit geringer Trägheit geregelt werden kann.

Der als Reaktionsstoff verwendete Titanschwamm ist nach einer gewissen Zeit verbraucht und kann nicht mehr weiter zur Reinigung des Argongases benutzt werden. In diesem Fall wird der Wärmetauscher 103 aus dem Reaktionsgefäß gezogen und der körnige Titanschwamm z. B. mittels eines Staubsaugers aus dem Gerät entleert Über den Anschlußschlauch des Staubsaugers kann der Behälter auch wieder gefüllt werden; jedoch kann auch wie in F i g. 2 gezeigt, ein im Querschnitt rhombusförmiger Füllkörper durch den Hals 102' des Reaktionsgefäßes abgelassen werden und innerhalb der Zylinderhülse 126 so plaziert werden, daß nach oben an die Zylinderhülse anschließend der obere Kegel des Füllkörpers 129 angeordnet ist Wenn danach frischer körniger Titanschwamm in den Hals 102' geschüttet wird, so gleitet dieser entlang den oberen Kegelflächen des Füllkörpers und fällt danach in die Reaktionskammer 109. Nach Auffüllen wird der Füllkörper 129 wieder herausgezogen und an dessen Stelle der Wärmetauscher gesetzt, so daß das Reaktionsgefäß erneut in Betrieb genommen werden kann. Durch diesen Füllkörper wird vermieden, daß Teile des Reaktionsstoffes in die Heizkammer 121 fallen, wo sie beim Betrieb an den Heizschlangen 113 anbacken könnten; in diesem Falle wäre es denkbar, daß die Heizschlange bei dieser hohen Temperatur an dieser Stelle durchbrennt

In F i g. 3 ist ein weiteres Reaktionsgefäß für die Reinigung von Argon dargestellt Dieses Reaktionsgefäß ähnelt demjenigen in den vorigen Figuren, so daß gleiche oder gleichwirkende Teile mit den Bezugsziffern aus den F i g. 1 und 2 bezeichnet werden. Im Gegensatz zu dem obigen Ausführungsbeispiel ist bei diesem Reaktionsgefäß der Wärmetauscher 103 fest in das Reaktionsgefäß eingebaut, so daß bei diesem Reaktionsgefäß der Hals 102" in den F i g. 1 und 2 sowie die dort dargestellte Zylinderhülse 126 fortfallen. Der Wärmetauscher 103 ist im Inneren so aufgebaut, wie dies auch zu den F i g. 1 und 2 beschrieben worden ist, so daß sich eine weitere Beschreibung erübrigt Auch dieses Reaktion:* gefäß ist in eine Reaktionskammer 109 und eine Heizkammer 121 mit einer darin befindlichen Heizung 113 aufgeteilt, die beide denselben Aufbau wie oben zu F i g. 1 beschrieben aufweisen. Der Wärmetauscher 103 weist in einem oberen Ende noch einen Anschlußflansch 130 auf, an dem ein entsprechender Rohrverteiler zur Zufuhr des Gasgemisches in das Reaktionsgefäß und zum Ableiten aus dem Reaktionsgefäß angeschlossen werden kann. Zum Füllen und Auswechseln des körnigen Titanschwammes 112 ist an der Oberseite der Reaktionskammer am Ausgang .des Reaktionsgefäßes ein Steigrohr 131 angeschweißt, das ebenfalls aus; dem hler nicht dargestellten Isolatorgefäß 101 herausführt und ah der Oberseite einen Flansch 132 trägt Die Öffnung des Steigrohres an dem Flansch wird mit einem Deckel 133 verschlossen, der mit einer Ringdichtung 134 gegen den Flansch abgedichtet ist. Mit dem Deckel ist über einen Draht 135 ein Abschlußdeckel 136 verbunden, der die Einmündung des Steigrohres 131 gegen die Reaktionskammer 109 abschließt.

Soll der Titanschwamm aus dem Reaktionsgefäß ausgeleert werden, so wird der Deckel 133 sowie über den Draht 135 auch der Abschlußdeckel 136 entfernt und in das Steigrohr ein Schlauch einer Saugvorrichtung bis in die Reaktionskammer 109 eingeschoben, wonach dann

ίο der Titanschwamm aus dieser abgesaugt wird. Der Schlauch der Saugvorrichtung ist so flexibel, daß er in der Reaktionskammer verschoben werden kann, so daß die gesamte Reaktionskammer ausgesaugt werden kann. Selbstverständlich ist es auch möglich, den Schlauch in bestimmter Weise vorzuformen oder so zu gestalten, daß er an seinem in die Reaktionskammer reichenden Ende manipulierbar ist

Ist der Titanschwamm 112 aus der Reaktionskammer abgesaugt, so wird nach Entfernen des Schlauches der Saugvorrichtung oder auch direkt über diesen Schlauch Titanschwamm durch das Steigrohr 131 erneut in das Reaktionsgefäß eingeführt. Nach Verschließen des Steigrohres 131 kann das Reaktionsgefäß erneut in Betrieb genommen werden.

Ein derart gestaltetes Reaktionsgefäß hat den Vorteil des einfachen Aufbaues, da nur wenige Teile verwendet sind, die fest verschweißt werden. Die bei diesen hohen Temperaturen kritischen Stellen, d. h. insbesondere die Dichtungen sind weit von der Reaktionskammer entfernt, wobei der Querschnitt, der zu diesen führenden Wärmeleitflächen nur sehr klein ist

Dadurch herrschen hier nur geringe Temperaturen und es ergeben sich an den abzudichtenden Stellen erhebliche Vereinfachungen, so daß einfache und billige handelsübliche Dichtungen verwendet werden können. Im Gegensatz hierzu liegen bei bekannten Einrichtungen die Dichtungen in einem Bereich mit wesentlich höheren Temperaturen.
Eine Einrichtung gemäß der Erfindung ist ferner sehr leicht zu regeln, da durch die Zwangsführung des Gasgemisches an der Heizung entlang lediglich das Gas auf Reaktionstemperatur zu bringen ist Diese Temperatur ist einfach und eindeutig an der Einleitstelle des heißen Gasgemisches in die Reaktionskammer zu messen. Im normalen Betrieb kann eine Überhitzung des Reaktionsgefäßes nicht auftreten, da die Einleittemperatur zugleich die maximale Temperatur ist Gleichwohl ist jedoch die Reaktionskammer in all ihren Bereichen auf dieser Reaktionstemperatur, da durch die achsenfeme Einleitung des Gasgemisches in die Reaktionskammer und die achsennahe Ableitung aus der Reaktionskammer sich sins nshezu vollständige Durchströniung der Reaktionskammer ergibt Der darin enthaltene Titanschwamm oder ein anderer Reaktionsstoff können da- mit vollständig verwertet werden. Bei bekannten Einrichtungen sind durch die Aufheizung des Reaktionsgefäßes und des Reaktionsstoffes hingegen lediglich einzelne Zonen innerhalb des Reaktionsstoffes auf Reaktionstemperätur.

Durch die direkte Aufheizung des Gasgemisches und die sehr trägheitsarme Regelmöglichkeit der Temperatur in der Reaktionskammer ergibt sich noch ein weiterer Vorteil: Sollte z.B., wie oben erwähnt, durch ein Leck in der gesamten Anlage Sauerstoff in das Reakuonsgefäß eindringen können, so steigt durch die exotherme Reaktion zwischen Sauerstoff und Titan die Temperatur in der Reaktionskammer nahezu schlagartig an. Dadurch wird das Gasgemisch in der Reaktions-

p 9

Γ: kammer ebenfalls stark aufgeheizt und heizt dann sei-

:' nerseits nach Eintritt in den Wärmetauscher das über

■s. diesen der Heizkammer zugeführte Gasgemisch stark

,ρ auf. Dessen Temperatur wird bei Eintritt in die Reak-

' tionskammer von den Temperaturfühlern gemessen,

; wobei durch diese Konstruktion die Verzögerung nach

·;: dem Temperatursprung in der Reaktionskammer bis

j_;. zur Messung der Eintrittstemperatur des überhitzten

;| Gasgemisches nur sehr gering ist Aufgrund des hohen

$ Meßwertes des Temperaturfühlers wird dann sofort die

t' Heizung abgestellt und, da diese wegen der geringen

Masse und Trägheit sehr schnell reagiert, wird auch dem Gasgemisch ab diesem Zeitpunkt kaum mehr Wärme

über die Heizung zugeführt Der Temperaturanstieg in der Reaktionskammer kann dadurch sehr gut be herrscht werden, ohne daß es zu Beschädigungen des

Reaktionsgefäßes in Folge von Überhitzung kommt Im

Gegensatz hierzu ist bei der oben geschilderten bekannten Einrichtung wegen der großen Trägheit der Heizung eine kontrollierte Reaktion auf den Temperatur-

sprung innerhalb kurzer Zeit nicht möglich. Durch die Umleitung des abgeleiteten gereinigten

Gases in dem Wärmetauscher zunächst nach unten in

den Bereich der Reaktionskammer wird das über den

Wärmetauscher in die Heizkammer zugeführte zu reini-

gende Gasgemisch bereits sehr stark aufgeheizt, so daß auch die erforderliche Heizleistung der Heizung selbst nur verhältnismäßig gering sein muß. Da im Gegensatz zu bekannten Einrichtungen das Gasgemisch zudem direkt aufgeheizt wird, ist die Heizleistung einer Einrich- tung gemäß der Erfindung gegenüber derjenigen für bekannte Einrichtungen um weit über die Hälfte kleiner.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

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Claims (10)

Paten tansprüche:

1. Vorrichtung zum Reinigen eines Gases von Verunreinigungsgasen, bestehend aus einem Reaktions- s gefäß, in dem ein mit den Verunreinigungsgasen bei hoher Reaktionstemperatur reagierender Reaktionsstoff enthalten ist, mit einer in das Reaktionsgefäß mündenden Zuführeinrichtung für das Gasgemisch, einer aus dem Reaktionsgefäß führenden Ab- leiteinrichtung für das gereinigte Gas sowie mit einer Heizung zum Aufheizen der Reaktionszone des Reaktionsstoffes auf Reaktionstemperatur, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß (102) eine Heizkammer (121) mit einer etwa auf Reaktionstemperatur gehaltenen Heizung (113) aufweist, daß die Zuführeinrichtung (»03) einen in dir. Heizkammer (121) mündenden Auslaß (122) für das Gasgemisch aufweist, daß eine Zwangsführung (Gasleitblech 123) für das Gasgemisch durch die Heizkammer (121) längs der Heizung (113) vorgesehen ist, und daß am Ende der Zwangsfühmng Einleitöffnungen (124) zum Einleiten des aufgeheizten Gasgemisches in den den Reaktionsstoff (112) enthaltenden Teil (Reaktionskammer 109) des Reak- tionsgefäßes(102) vorgesehen sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizkammer (121) am Boden des Reaktionsgefäßes (102) angeordnet ist, und daß für die Zwangsfühmng des zugeführten Gasgemisches durch die Heizkammer mindestens ein Gasleitblech (123) vorgesehen ist, das die Heizkammer (121) gegen die Reaktionskammer (109) trennt

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (103) das Gas- leitblech (123) der Heizkammer (121) durchstößt, so daß der Auslaß für das Gasgemisch in der Heizkammer (121) mündet, und daß das Gasleitblech (123) an den in bezug zu dem Auslaß der Zuführeinrichtung äußeren Kanten Eintrittsöffnungen (134) zur Verbindung der Heizkammer mit der Reaktionskammer (109) zum Einleiten des aufgeheizten Gasgemisches in diese aufweist.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung für das zu reinigende Gasgemisch einen Wärmetauscher (103) aufweist, und daß das aus der Reaktionskammer (109) abgeleitete Gas zur Vorheizung des der Reaktionskammer (109) zuzuführenden Gasgemisches in den Wärmetauscher (103) einleitbar ist

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (103) im Bereich der Reaktionskammer (109) eine Zwangsführung (106) für das aus der Reaktionskammer (109) abgeleitete Gas aufweist, und daß die Zwangsführung Ableitkanäle (106) aufweist, durch die das aus der Reaktionskammer (109) abgeleitete Gas den Wärmetauscher (103) im Gereich der Reaktionskammer (109) zunächst in der gleichen Richtung wie das zugeführte Gasgemisch und nach einer erneuten Umlenkung entgegen der Richtung des zugeführten Gasgemisches durchströmt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden der Reaktionskammer (1Ö9) ein Sieb (125) vorgesehen ist, auf dem der Reaktionsstoff (112) aufliegt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgefäß (102) aus einem die Rcakiionskammcr (109) sowie die Heizkammer (121) aufnehmenden unteren Teil (102') und einem sich daran anschließenden halsförmigen Teil (102") zusammengesetzt ist, und daß die Zuführeinrichtung (103) durch don Halsteil des Reaktionsgefäßes in die Hci/.kanimcr (121) reicht

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Zuführeinrichtung (103) aus dein Halsteil (102") herausnehmbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß in dem Halsteil (102') des Reaktionsgefäßes (102) die Zuführeinrichtung (103) fest eingebaut ist

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß an dem Reaktionsgefäß (102) ein in der Reaktionskammer (109) mündendes und verschließbares Steigrohr (131) zum Entleeren und Auffüllen der Reaktionskammer (109) vorgesehen ist