EP0305911A1

EP0305911A1 - Diffusionsverfahren zum kontinuierlichen Zumischen eines leicht permeierenden Gases zu einem unter höherem Druck vorliegenden schwerer permeierenden Gas

Info

Publication number: EP0305911A1
Application number: EP88113909A
Authority: EP
Inventors: Michael Dr. Schunck
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1987-09-03
Filing date: 1988-08-26
Publication date: 1989-03-08
Also published as: DE3729408A1

Abstract

Diffusionsverfahren zum kontinuierlichen Zumischen eines leicht permeierenden Gases, beispielsweise Wasserstoff, zu einem unter höherem Druck vorliegenden schwerer permeierenden Gas, wobei die von den genannten Gasarten durchströmten Räume über eine geeignete Diffusionsmembrane - in Form einer Diffusionszelle - miteinander in Verbindung gesetzt werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diffusionsverfahren zum kontinuierlichen Zumischen eines leicht permeierenden Gases zu einem unter höherem Druck vorliegenden schwerer permeierenden Gas.
In der chemischen Technik besteht häufig die Notwendigkeit, daß eine kleine Gasmenge, die unter niedrigem Druck verfügbar ist, kontinuierlich einer größeren Gasmenge zuzudosieren ist, die unter einem höheren Druck steht.
Bekanntermaßen wird hierzu ein geeigneter Verdichter für das unter niedrigem Druck stehende zuzumischende Gas eingesetzt.
Dies ist sowohl bezüglich Investitions- als auch Betriebskosten aufwendig.
Es stellte sich daher die Aufgabe, das Verfahren so abzuwandeln, daß kein Verdichter benötigt wird.
Soweit es sich bei dem zuzumischenden Gas um Wasserstoff oder ein anders leicht durch Diffusionsmembranen permeierendes Gas handelt und soweit das durch die Zumischung zu konditionierende Gas schwer permeierend ist und soweit geeignete Druckverhältnisse vorliegen, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die von den genannten Gasarten durchströmten Räume über eine geeignete Diffusionsmembrane - in Form einer Diffusionszelle - miteinander in Verbindung gesetzt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Nachstehend erfolgt anhand einer Zeichnung die Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Zeichnung zeigt eine Diffusionszelle mit den entsprechenden Mengenströmen.
Einem Gas G1 mit dem Druck p1 soll kontinuierlich ein zweites Gas G2 mit dem Druck p2<p1 zugemischt werden.
Dies gelingt ohne Einsatz eines Verdichters durch Anwendung einer geeigneten Diffusionsmembran, wenn folgende Voraussetzungen erfüllt sind:

1. Der Partialdruck p2,1 des Gases G2, der nach der Mischung im Gas G1 herrschen soll, muß um einen ausreichenden Betrag niedriger sein als der Druck p2, mit dem das Gas G2 zur Verfügung steht.
2. Die Durchlässigkeit der Diffusionsmembran für das Gas G2 muß in einem ausreichenden Verhältnis größer sein als die Durchlässigkeit für das Gas G1.

Sind diese Voraussetzungen erfüllt, so kann die Zumischung nach dem in der Zeichnung gezeigten Verfahren erfolgen.
Wegen der in Gas G2 vorhandenen, weniger leicht permeierenden Verunreinigungen und der Rückdiffusion von Anteilen aus Gas G1 in das Gas G2 muß ein mehr oder weniger großer Anteil des Gases G2 aus dem System abgezogen werden.
Gas G1 tritt durch den Stutzen 1E in die Diffusionszelle D mit der Diffusionsmembrane M ein und verläßt sie mit dem zugemischten Anteil ΔG2,1 des Gases G2 und vermindert um den nach Gas G2 diffundierten Anteil ΔG1,2 durch den Stutzen 1A.
Gas G2 tritt durch den Stutzen 2E in die Diffusionszelle ein und verläßt sie, vermindert um den in Gas G1 überdiffundierten Anteil ΔG2,1 und vermehrt um den von Gas G1 in Gas G2 rückdiffundierten Anteil WG1,2 durch den Stutzen 2A als Restgas.
Gas 1 durchströmt die Diffuionszelle ungeregelt und erleidet nur einen minimalen Druckverlust, dessen Höhe sich nach der Konstruktion der Diffusionszelle richtet.
Der Zufluß von Gas G2 zur Diffusionszelle wird durch ein Durchfluß-Regelorgan geregelt; der Abfluß des Restgasstromes kann durch eine fest eingestellte Drossel bestimmt werden.
Um die Restgasmenge zu minimieren, kann sie jedoch ebenfalls geregelt werden.

Beispiel

Eine Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff aus Erdgas nach dem Dampfreformierverfahren soll eine Erdgasmenge von 1000 kmol/h einsetzen, dem für die hydrierende Entschwefelung eine Wasserstoffmenge von 100 kmol/h zuzumischen ist.
Der Druck des Erdgases an der Stelle der Zumischung betrage p1abs = 40 bar, der des verfügbaren Wasserstoffs (Reinheit 99 Vol.%, Rest: Methan) p2abs = 20 bar.
Der Wasserstoff-Partialdruck im für die hydrierende Entschwefelung konditionierten Erdgas nach der Zumischung beträgt p2,1 = 4 bar.
Die Diffusionszelle wird im Gegenstrom durchflossen. Dadurch gelingt es, im Restgas eine Wasserstoffkonzentration von ca. 20 % entsprechend einem Partialdruck von p2A = 3 bis 4 bar (je nach Druck in der Diffusionszelle) zu erhalten. Aus dem Ergas diffundiert ein Anteil von 1 % (im wesentlichen Methan) auf die Wasserstoffseite.
Das Restgas enthält daher folgende Mengen:

Methan aus Rückdiffusion 10 kmol/h

Methan aus Wasserstoff (1,0 %) 1,04 kmol/h

Wasserstoff 20 % 2,75 kmol/h

13,79 kmol/h

die einzusetzende Erdagsmenge

1000 + 10 = 1010 kmol/h.
Die Restmenge von 13,79 kmol/h wird zusammen mit Erdgas und weiteren Restgasen aus dem Prozeß zur Unterfeuerung des Reformerofens verwendet; ihr Heizwert bleibt somit dem Prozeß erhalten.

Claims

1. Diffusionsverfahren zum kontinuierlichen Zumischen eines leicht permeierenden Gases, beispielsweise Wasserstoff, zu einem unter höherem Druck vorliegenden schwerer permeierenden Gas, dadurch gekennzeichnet, daß die von den genannten Gasarten durchströmten Räume über eine geeignete Diffusionsmembrane - in Form einer Diffusionszelle - miteinander in Verbindung gesetzt werden.

2. Diffusionsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des für die Zudosierung verwendeten Gases zum Austragen von Verunreinigungen und rückdiffundierten Anteilen aus dem zu konditionierenden Gas von der Diffusionszelle abgezogen wird.

3. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gase in der Diffusionszelle im Gegenstrom zueinander geführt werden.

4. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Restgas-Abzug nach der Analyse des Restgases geregelt wird.

5. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Restgas-Abzug nach der Analyse des konditionierten Gases geregelt wird.

6. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Zufluß an zuzumischendem Gas mit konstantem Druck erfolgt und die zuzumischende Menge durch Drosseln des Restgasstromes geregelt wird.

7. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das leichter permeierende Gas als Komponente in einem Gemisch vorliegt.

8. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 7 dadurch gekennzeichnet, daß ein handelsüblicher Apparat eingesetzt wird, der für die Rückgewinnung von Wasserstoff aus Purgegas einer Ammoniaksynthese entwickelt wurde.

9. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Wasserstoff für die hydrierende Entschwefelung von Erdgas in das unter höherem Druck stehende Erdgas dosiert wird.

10. Diffusionsverfahren nach Ansprüchen 1 bis 6 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zudosierte Wasserstoff ganz oder zum Teil das durch Reformieren des konditionierten und anschließend hydrierend entschwefelten Erdgases in der nachfolgenden Anlage erzeugte Produkt darstellt.