DE1926094C3

DE1926094C3 - Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid in Gegenwart von Wasserdampf aus einem Edelgasstrom

Info

Publication number: DE1926094C3
Application number: DE19691926094
Authority: DE
Inventors: Ernst Bruessel-Etterbeek Roemberg (Belgien)
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1968-05-21
Filing date: 1969-05-21
Publication date: 1979-01-11
Also published as: BE733130A; LU58684A1; FR2011499A1; NL6907773A; CH519929A; DE1926094A1; DE1926094B2; GB1270258A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid in Gegenwart von Wasserdampf aus einem Edelgasstrom, insbesondere aus einem in einem graphitmoderierten Kernreaktor strömenden Edelgas-Kühlmittelstrom.

Bei graphitmoderierten Kernreaktoren können in dem Edelgaskühlmittel neben beispielsweise Wasserstoff oder Kohlenmonoxid auch Wasserdampf und Kohlendioxid als Verunreinigungen vorliegen. Es wird angestrebt, alle diese Verunreinigungen entweder aus dem Kreislauf auszuscheiden oder mindestens in ihrer Konzentration so weit herabzusetzen, daß ein Schaden an den Bauteilen des Kernreaktors vermieden wird.

Auch aus der DE-AS 12 52 187 ist ein Verfahren zur Reinigung von gasförmigem Helium bekannt, bei dem Verunreinigungen in der Gasphase umgesetzt und anschließend durch Filter abgeschieden werden. Dabei wird ein Oxidationsmittel benutzt, um die Verunreinigungen Wasserstoff und Kohlenmonoxid zu oxidieren. Anschließend erfolgt eine Filterung mittels eines Molekularsiebes.

Das für Anwendungen bei Kernreaktoren in Betracht kommende Material des Molekularsiebes kann aus synthetischen Zeolithen bzw. vielfältigen Kristallstrukturen bestehen.

Beim Durchströmen des Molekularsiebes werden die Verunreinigungen durch dessen Teilchen adsorbiert. und der aus dem Bett strömende Gasstrom weist wesentlich weniger Verunreinigungen auf, sei es Kohlendioxid oder Wasserdampf.

Bei Raumtemperatur und unter Gleichgewichtsbedingungen ist die Kapazität des Molekularsiebes für die Adsorption von Kohlendioxid relativ klein im Verhältnis zu seiner Adsorptionskapaziläl für Wasserdampf. In einem dynamischen System kann die tatsächliche Kapazität darüber hinaus auf ein Fünftel der Kapazität bei Gleichgewicht vermindert werden. Das bedeutet. daß von Kohlendioxid mit seinem im Vergleich /u anderen Verunreinigungen geringen Partialdruck. durch das Molekularsieb nur weniger als ein halbes Prozent seines Gesamtgewichtes aufgenommen werden kann, bis eine Regeneration der Zeolithe notwendig ist. Das ist nur ca. '/m bis¹/™ der Wasserdampfmenge, die unter gleichen Bedingungen von den Zeolithen adsorbiert werden könnte,

Es besteht daher Grund zu der Annahme, daß die freie Adsorptionsenergie für Kohlendioxid viel geringer ist .ils die für Wasserdampf, der Verglichen mit Kohlendioxid in jeder Hinsicht praktisch als chemisch aktiv angesehen werden kann,

Molekularsiebe können zwar eine ausreichende Kapazität für die Abscheidung eines einzelnen Stoffes aus einem Gasstrom mit zwei oder mehr Verunreinigungen haben. Da aber eine gewisse Konkurrenz zwischen dem letzteren im Hinblick auf die freien Plätze auf dem Siebmaterial besteht, und ferner eine Verunreinigung die andere verdrängen kann wie hier der Wasserdampf das adsorbierte Kohlenmonoxid, ist die nach diesem Verfahren praktisch erzielbare Aufnahmefähigkeit des Molekularsiebes für Kohlendioxid neben Wasserdampf zu gering.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Abscheidung auch größerer Mengen von Kohlendioxid neben Wasserdampf aus einem Edelgasstrom zu ermöglichen, wobei das Abscheideverfahren so beschaffen sein soll, daß diese Verunreinigungen gleichzeitig neben anderen Verunreinigungen ohne gegenseitige Behinderung abgeschieden werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß daöjrch gelöst, daß der Wasserdampfund Kohlendioxid als Verunreinigungen enthaltende Edelgasstrom mit einer flüchtigen Aminoverbindung oder Ammoniak versetzt und durch ein als Filter wirkendes Molekularsieb geführt wird.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren reagiert der Zusatz mit einer Verunreinigung in der Gasphase, um eine Verbindung zu bilden, die wiederum mit einer zweiten Verunreinigung oder weiteren Verunreinigungen reagiert. Das Endprodukt kann dabei durch ein Molekularsieb erfaßt werden, das damit als Filter arbeitet. Ein möglicherweise nicht als Filter arbeitender Bereich des Molekularsiebes stellt dabei Plätze für die Adsorption der Verunreinigungen oder von Anteilen davon bereit, die gegebenenfalls an den erwähnten Reaktionen nicht teilgenommen haben. Die verbleibenden Verunreinigungen können als solche adsorbiert werden und/oder durch eine geeignete Einstellung der Bedingungen mit den obenerwähnten nichtflüchtigen Stoffen an den Molekularsieboberflächen reagieren.

Bei einem solchen Edelgasstrom wurde ein Ammoniaknebel kontinuierlich in einen Einlaßkanal eingesprüht, der einen Heliumgasstrom mit Kohlendioxid und Wasserdampf hoher Konzentrationen als Verunreinigungen in ein Filter führte.

Die folgenden Reaktionen liefen in den Edelgasstrom ab:

NH, t H,O ■ ■ NII₄OlI (I)

NH₄OII t CO₂ · NII₄IICO, (2)
2NII₄II(O, * (NH₄I₂(O, t H₂O ι CO₂

Das Ergebnis aus Gleichung (1) ist eine Base, die sich mit dem Kohlendioxid nach den Gleichungen (2)/(3) zu einem Karbonat verbindet, das leicht mittels des Molekularsiebes ausfilterbar ist. Das Reaktionsergebnis, nämlich das Karbonat, liegt in einer besser erfaßbaren Form vor, als seine Bestandteile.

Bei einem weiteren, unter ähnlichen Bedingungen für Strömung, Temperatur usw, ausgeführten Experiment waren die Konzentrationen der Verunreinigungen Kohlendioxid und Wasserdampf und der zugefügten Aminobase auf einen viel niedrigeren Wert herabgesetzt (bezogen auf Volumenteile pro Million). In diesem Fall spielte sich der beschriebene Prozeß im wesentlichen auf dem und im Molekularsiebmalerial ab.

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Es ist offensichtlich, daß in beiden Fällen — chemisch mit der Verbindung oder als (Cristallwasser

einschließlich aller möglichen Zwischenstufen — die gebunden ist, zurückzuhalten.

Abscheidung von Kohlendioxid nennenswert vergrö- Pas Bett wurde regeneriert, indem das Molekular-

ßert und tatsächlich nur durch die physikalischen siebmaterial allmählich auf eine Temperatur oberhalb

Eigenschaften des Adsorber- und/oder Filterbettes (d. h. i 100⁰C, bei der NH4HCO3 und (NH-O₂CO₃ zerfallen, und

Pruckverlust längs des Bettes, Adsorpiionsrate usw.) abschließend auf 35O⁰C im Vakuum oder Edelgasstrom

begrenzt wird. Das Verfahren nach der Erfindung gebracht wurde,
verbessert ferner die Fähigkeit, Wasserdampf, der

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Abscheidung von Kohlendioxid in Gegenwart von Wasserdampf aus einem Edelgasstrom, insbesondere aus einem in einem graphitmoderierten Kernreaktor strömenden Edelgas-Kühlmittelstrum, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserdampfund Kohlendioxid als Verunreinigungen enthaltende Edelgasstrom mit einer flüchtigen Aminoverbindung oder Ammoniak versetzt und durch ein als Filter wirkendes Molekularsieb geführt wird.