DE1152999B - Verfahren zur Anreicherung von Deuterium im Ammoniak durch Isotopenaustausch zwischen Wasserstoff und Ammoniak in Gegenwart von Kaliumamid - Google Patents

Description

Ein besonders gutes Verfahren für die Deuterium-Anreicherung ist die Isotopenaustauschreaktion zwischen gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Ammoniak, bei welcher das Deuterium eine Anreicherung in der Ammoniakphase auf Kosten der Wasserstoffphase erfährt. Der Austausch verläuft bei Temperaturen von etwa — 60° C in Gegenwart eines Katalysators, besonders Kaliumamid, der im flüssigen Ammoniak gelöst ist, besonders gut.

Die von der Temperatur abhängige Austauschgeschwindigkeit ist jedoch sehr klein, so daß sich der Gleichgewichtszustand nur relativ langsam einstellt. Das ist insbesondere bei kontinuierlich arbeitenden Gegenstrom-Austauschanlagen, in denen die großtechnische Anreicherung vorgenommen wird, von Nachteil.

Es hat sich nun herausgestellt, daß der Austausch von Wasserstoffisotopen zwischen gasförmigem Wasserstoff und flüssigem Ammoniak in Gegenwart von Kaliumamid dadurch erheblich gefördert werden kann, daß man dem flüssigen Ammoniak ein primäres oder sekundäres aliphatisches Amin, z. B. Methylamin, Dimethylamin oder Diäthylamin, zusetzt. Eine noch größere Förderung des Austauschs wird erreicht, wenn das Amin ein vollhydriertes zyklisches Sekundäramin, wie Pyrrolidin, oder Homologene derselben, z. B. 2-Methyl-Pyrrolidin, ist. Das bevorzugte Amin ist Pyrrolidin.

Es ist von wesentlicher Bedeutung, daß das dem flüssigen Ammoniak zugesetzte Amin möglichst frei von oxydierenden Verunreinigungen, wie Wasser und Sauerstoff, ist, da diese Stoffe den Amidkatalysator angreifen.

Die folgenden Beispiele dienen der Verdeutlichung der Erfindung.

Beispiel I

Zu 100 ml flüssigen Ammoniak, das 1,82 g Kaliumamid enthielt, wurden 100 ml Dimethylamin zugesetzt. Durch das in einer Vertikalsäule befindliche Gemisch wurde bei — 46° C Wasserstoff geleitet, der durch eine Glasfritte dem Boden der Säule zugeführt wurde. Die Menge Deuterium, die vom Wasserstoff zum Ammoniak übertragen wurde, wurde massenspektographisch ermittelt. Sie betrug 40 % der Menge, die übertragen worden wäre, wenn man den Gleichgewichtszustand erreicht hätte. Ein gleichartiges Experiment, bei welchem die gleiche Vorrichtung verwendet wurde, man aber flüssigen Ammoniak ohne Zusatz von Dimethylamin benutzte, ergab eine Deuteriumüberführung, deren Menge nur 3% derjenigen betrug, die beim Gleichgewichts-Verfahren zur Anreicherung von Deuterium im Ammoniak durch Isotopenaustausch

zwischen Wasserstoff und Ammoniak
in Gegenwart von Kaliumamid

Anmelder:

United Kingdom Atomic Energy Authority, London

Vertreter: Dipl.-Ing. E. Schubert, Patentanwalt, Siegen, Oranienstr. 14

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 4. Februar und 22. September 1960

(Nr. 4087 und Nr. 32 679)

Albert Raymond Kenyon, London,
und Arthur John Birch, Stockport, Cheshire

(Großbritannien),
sind als Erfinder genannt worden

zustand übertragen worden wäre. Somit wurde durch das erfindungsgemäße Verfahren eine Uberführungsverbesserung von Deuterium entsprechend einem Faktor von etwa 13 erreicht.

Das nachfolgende Beispiel veranschaulicht die Verwendung von Pyrolidin als Amin.

Beispiel II

Zu 210 ml flüssigen Ammoniak, enthaltend 7 g Kaliumamid, wurden 40 ml Pyrrolidin zugefügt. Wasserstoff wurde in Form von Blasen durch das in einer Säule befindliche Gemisch bei -44⁰C hindurchgeleitet, wobei man eine Glasfritte benutzte, um das Gas am Boden der Säule zu verteilen. Die Säule war außen gekühlt, um das Sieden des Ammoniaks zu vermeiden. Die Menge Deuterium, die vom Wasserstoff zum Ammoniak übergeführt wurde, betrug 23,6 % der Menge, welche übertragen worden wäre, hätte man den Gleichgewichtszustand erreicht.

Ähnliche Experimente, bei welcher die gleiche Vorrichtung benutzt wurde, die indessen einmal mit

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Ammoniak ohne Zusatz von Pyrrolidin und beim zweiten Mal flüssiges Ammoniak versetzt mit 48 Volumprozent Diethylamin enthielt, ergaben, daß die Mengen übergeführten Deuteriums nur 4,5 bzw. 14% der Menge entsprachen, die bei Erreichen des Gleichgewichtszustands übergeführt worden wäre.

Daraus ergibt sich zweifelsfrei, daß durch die Verwendung von Pyrrolidin eine weitere Übertragungszunahme von Deuterium erreicht werden kann, wobei diese Zunahme einem Faktor von etwa 5 ent- ίο sprach, wenn man 16% Pyrrolidin verwandte, verglichen mit nur etwa 3, wenn man 48% Dnnethylamin benutzte.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist von dem besonderen Vorteil, wenn es bei einem Zweifach-Temperatur-Austauschsystem Anwendung findet, bei welchem ein Strom von flüssigem Ammoniak hintereinander durch auf zwei verschiedene Temperaturen gehaltenen Vorrichtungen hindurchgeschickt wird, in denen es in Kontakt mit einem Gegenstrom aus gasförmigem Wasserstoff gebracht wird und sowohl der Ammoniak, als auch der Wasserstoffstrom in Wiederumlauf gebracht werden.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Anreicherung von Deuterium im Ammoniak, bei dem Wasserstoff mit Kaliumamid als Katalysator enthaltenden flüssigen Ammoniak in Kontakt gebracht wird, dadurch ge kennzeichnet, daß das mit dem Wasserstoff in Kontakt zu bringende Ammoniak außer dem Amidkatalysator noch ein primäres oder sekundäres aliphatisches Amin enthält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es mit einem ein zyklisches sekundäres AmJn₃ besonders Pyrrolidin, enthaltenden Ammoniak durchgeführt wird.

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