DE2736343A1

DE2736343A1 - Verfahren zur herstellung eines gases mit definiertem feuchtigkeitsgehalt

Info

Publication number: DE2736343A1
Application number: DE19772736343
Authority: DE
Inventors: Ruediger Erdmann; Eberhard Dipl Phys Dr Riedel
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1977-08-12
Filing date: 1977-08-12
Publication date: 1979-03-01

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines
Gases mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt.
Gase mit definierten Feuchtigkeitsgehalten werden vor allem zum Kalibrieren von Hygrometern benötigt. Ein weiteres Anwendungsgebiet sind bestimmte Korrosionsprüfungen.
Elektrolytische Hygrometer auf der Basis von Phosphorpentoxid zeigen im Bereich von 1 bis 1000 vpm Wassergehalt Abweichungen der Anzeige vom tatsächlichen Wassergehalt. Die Hygrometer müssen daher für diesen Bereich besonders kalibriert werden.
Diese Kalibrierung kann erfolgen, indem man ein Gas, beispielsweise ein Edelgas, Stickstoff oder Wasserstoff, zunächst durch eine temperierte Feuchtigkeitszelle und anschließend durch das elektrolytische Hyqrometer leitet. Da jeder Temperatur der Feuchtigkeitszelle ein ganz bestimmter Feuchtigkeitsgehalt bei Sättigung des Gases entspricht, z.B.beträgt bei -600C der Feuchtigkeitsgehalt des mit Wasser gesättigten Gases 10 vpm, kann das Gas mit bestimmten, den jeweiligen Temperaturen entsprechenden Feuchtigkeitsgehalten durch das Hygrometer geleitet werden. Aus der Anzeige des Hygrometers und dem tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt erhält man die Kalibrierkurve des jeweiligen Hygrometers. Das Durchmessen einer Kalibrierkurve zwischen 1 und 1000 vpm H2O mit mehreren Kalibrierungspunkten erfordert erheblichen Zeitaufwand und einen Kältethermostaten bis ungefähr -1000C.
Dieses umständliche Durchmessen der Kalibrierungskurve kann vereinfacht werden durch die Verwendung von Gasen oder Gasgemischen, die einen ganz bestimmten Feuchtigkeitsgehalt besitzen. Diese vereinfachte Art der Kalibrierung ist jedoch nur beschränkt möglich, weil die Herstellung, Haltbarkeit und Entnahme derartiger Gemische in bzw.aus Hochdruckgasflaschen mit Schwierigkeiten behaftet ist.
Diese Schwierigkeiten bestehen darin, daß die im Gas enthaltene Feuchtigkeit mit der inneren Oberfläche der Gasflaschen adsorptiv und desorptiv reagiert, und zwar in Abhängigkeit vom Druck. Abhängig vom jeweiligen Entnahme-zustand besitzt das aus der Hochdruckgasflasche entnommene Gas daher vielfach einen Feuchtigkeitsgehalt, der nicht dem Feuchtigkeitsgehalt des in die Flasche eingefüllten Gases entspricht.
Diese Schwierigkeiten vermeidet eine aus der GB-PS 1 403 260 bekannte Kalibriermethode. Hierbei wird anstelle eines Gases mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt ein Inertgas mit einer Beimischung von Sauerstoff und Wasserstoff in die Hochdruckgasflasche gefüllt. Die Beimischung wird so bemessen, daß das entnommene Gas nach der Verbindung von Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt besitzt.
Das Verhältnis des Sauerstoffs zum Wasserstoff ist daher zumindest stöchiometrisch, vorzuziehen ist jedoch ein geringer Wasserstoffüberschuß. Das in-rte Trägergas wird daher primär mit Sauerstoff von 0,5 bis 500 vpm und sekundär mit Wasserstoff von 1 bis 1000 vpm beladen. Die Beladung läßt sich sehr exakt durchführen, weil der Sauerstoffgehalt von Gasen von 1 bis 1000 vpm mit elektrochemischen Geräten sehr genau bestimmt werden kann.
Die Umsetzung des Sauerstoffs und Wasserstoffs zu Wasser erfolgt mit Hilfe eines beheizten Katalysators, der aus 67 Gew.t Silber auf 33 Gew.% Aluminiumoxid besteht. Enthält das aus der Hochdruckgasflasche entnommene Gas z.B. 10 vpm 02, so erhält man nach der Umsetzung im Katalysator ein Gas mit einem Wassergehalt von 20 vpm. Mit diesem Wasserstoff-Gasgemisch kann anschließend ein elektrolytisches Hygrometer kalibriert werden.
Beim Arbeiten mit dem Kontakt nach der GB-PS 1 403 260 hat sich jedoch gezeigt, daß dieser ein beträchtliches Wasserrückhaltevermögen aufweist. Auch nach einem mehrstündigen Betrieb bei 6000C sind die Feuchtigkeitswerte nicht konstant. Wird die Temperatur des Kontakts z.B. um 500C erhöht, so zeigen sich Feuchtigkeits-Peaks, die bis zu 100% überhöhte Feuchtigkeitswerte ergeben können, wenn die Feuchtigkeit gleichmäßig über mehrere Stunden ausgetrieben würde. Da insbesondere dann, wenn man bei höheren Temperaturen arbeitet, Temperaturschwankungen auftreten können, ergibt sich hierdurch eine Beeinträchtigung der Kalibriergenauigkeit, die in vielen Fällen nicht in Kauf genommen werden kann.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Gases mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt, bei dem ein inertes Trägergas mit einer dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Menge Sauerstoff und einer zumindest stöchiometrischen Menge Wasserstoff beladen wird, wonach das Gemisch über einen beheizten, silberhaltigen Katalysator zwecks Umsetzung des Sauerstoffs und Wasserstoffs zu Wasser geleitet wird, zu finden, welches gegenüber Schwankungen der Temperatur des Katalysators unempfindlich, in einem weiten Temperaturbereich des Katalysators keine Speicherung von Feuchtigkeit zeigt und unabhängig von der Heiztemperatur des Katalysators einen der dosierten Sauerstoffmenge genau entsprechenden Feuchtigkeitsgehalt liefert.
Gemäß der Erfindung wird dies erreicht, indem das Gemisch über einen Katalysator aus reinem Silberpulver geleitet wird.
Die geeigneten Temperaturen des Katalysators liegen dabei zwischen 300 und 8500C. Bevorzugt wird der Bereich von 400 bis 7500C.
Als Silberpulver sollte elektrolytisch reines Silber verwendet werden, vorzugsweise in der Form von Dendriten der Korngröße 0,02 bis 4 mm. Der günstigste Bereich für die Korngröße beträgt 0,2 bis 0,6 mm.
Die geeigneten Schütthöhen liegen zwischen 2 und 100 mm.
In der Regel ist eine verhältnismäßig niedrige Schütthöhe von 10 bis 40 mm völlig ausreichend.
Der Kontakt springt bereits bei 3000C an und liefert ab 4000C konstante Feuchtigkeitswerte von 1 bis 1000 vpm, je nach Sauerstoff- und Wasserstoffgehalt. Die Kontakttemperatur kann z.B. stufenweise um 500C bis zu 8000C erhöht werden, ohne daß unliebsame Feuchtigkeit-Peaks auftreten. Vorteilhaft ist auch die eindeutig definierte Kontaktform des Elektrolytsilbers gegenüber komplizierten Trägerkontakten.
Wie folgendes Beispiel zeigt, setzt der Katalysator den Sauerstoff quantitativ um, was auch thermodynamisch zu erwarten ist.
Beispiel 1 Als Prüfgas wurde Stickstoff, beladen mit 440 vpm Sauerstoff und 1580 vpm Wasserstoff, bei 5000C durch einen Katalysator aus elektrolytisch reinem Silberpulver geleitet.Der Gasfluss betrug 230 l(200C/lbar)/hecm2. Mit einem elektrochemischen Sauerstoffanalysator wurde im Abgas ein °2 -Wert C<0,1 vpm gefunden.
Ein chemischer Sauerstoffsensor ergab 02 -Werte 0,01 vpm. Das heißt, daß die Feuchtigkeitsmenge unter den angegebenen Reaktionsbedingungen dem Sauerstoffgehalt äquivalent sein muß.
Die folgenden Beispiele zeigen die Ermittlung einzelner Punkte der Kalibrierkurve eines Hygrometers: Beispiel 2 Stickstoff, beladen mit 8,0 vpm O2 und 29 vpm H2 (H2-Überschuß 81%), wurde bei 400"C durch einen Katalysator aus Elektrolytsilber geleitet.Der Gasfluss betrug 65 1t20°C/lbar)/hX cm7.
Gegenüber dem Sollwert von 16 vpm H2O zeigte das zu kalibrierende elektrolytische Hygrometer eine Abweichung von 7%.
Beispiel 3 Stickstoff, beladen mit 320 vpm O2 und 1100 vpm H2 (H2-Uberschuß 72%), wurde bei 7000C durch einen Katalysator aus Elektrolytsilber geleitet. Der Gasfluss betruq 100 l(200C/lbar)/h.cm2.
Die Abweichung des zu kalibrierenden elektrolytischen Hygrometers betrug 4% gegenüber dem Sollwert von 640 vpm H2O.
Die Zeichnung veranschaulicht ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In der Hochdruckgasflasche 1 befindet sich als inertes Trägergas Stickstoff, der mit dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Mengen Sauerstoff und Wasserstoff beladen ist.
Das aus der Hochdruckgasflasche entnommene Gas strömt zunächst durch einen Molekularsieb-Trockner 2, um eventuell vorhandene Feuchtigkeit zu entfernen. Nach Passieren eines Manometers 3, Druckminderers4 und Ventils 5 gelangt es in das Katalysatorbett 6 aus reinem Silberpulver. Das Silberpulver ist in einem einfachen zylindrischen Edelstahlbehälter untergebracht, der von einem elektrischen Röhrenofen 7 umgeben ist.
Durch den Röhrenofen 7 wird der Katalysator auf die gewünschte Temperatur erhitzt. Der im Trägergas enthaltene Sauerstoff verbindet sich am Katalysator mit Wasserstoff zu Wasser, so daß das aus dem Katalysatorbett 6 austretende Gas den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt hat. Es durchströmt dann das zu kalibrierende Hygrometer 8. Überschüssiges Gas wird durch die mit einem Ventil 9 versehene Leitung 10 abgezogen und kann z.B. einer Gasuhr zugeführt werden.
Für die durchsetzbaren Gasmengen bestehen im wesentlichen nur praktische Grenzen. Es wurden 1 bis 2300 l(200C/lbar)/h.cm2 durch den Katalysator geschickt. Der bevorzugte Bereich liegt zwischen 23 und 230 l(200C/lbar)/h'cm2.

Claims

Kennwort: Silberkontakt Bezeichnung: Verfahren zur Herstellung eines Gases mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt Ansprüche 1. Verfahren zur Herstellung eines Gases mit definiertem Feuchtigkeitsgehalt, bei dem ein inertes Trägergas. mit einer dem gewünschten Feuchtigkeitsgehalt entsprechenden Menge Sauerstoff und einer zumindest stöchiometrischen Menge Wasserstoff beladen wird, wonach das Gemisch über einen beheizten silberhaltigen Katalysator zwecks Umsetzung des Sauerstoffs und Wasserstoffs zu Wasser geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch über einen Katalysator aus reinem Silberpulver geleitet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator auf Temperaturen von 300 bis 8500C, vorzugsweise 400 bis 750"C, erhitzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch über einen Katalysator aus Elektrolytsilber geleitet wird.
4. Katalysator zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber aus Dendriten der Korngröße 0,02 bis 4 mm, vorzugsweise 0,2 bis 0,6 mm, besteht.
5. Katalysator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Silber eine Schütthöhe von 2 bis 100 mm, vorzugsweise 10 bis 40 mm besitzt.