NL192104C

NL192104C - Inrichting en werkwijze voor het zuiveren van stikstof.

Info

Publication number: NL192104C
Application number: NL8601692A
Authority: NL
Original assignee: Getters Spa; Taiyo Sanso Co Ltd
Priority date: 1985-06-28
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1997-02-04
Also published as: CA1300346C; JPS623006A; DE3621013C2; KR870000237A; FR2584062B1; SE8602870D0; KR930006690B1; BE904998A; NL8601692A; IT1204420B; SE8602870L; GB8615619D0; JPH0456763B2; DE3621013A1; GB2177080A; IT8620963A0; NL192104B; FR2584062A1; SE463149B; GB2177080B

Description

Inrichting en werkwijze voor het zuiveren van stikstof 1 192104

De uitvinding heeft betrekking op een zuiveringsinrichting voor een gas bestaande uit een buitenmante! voorzien van een inlaat voor het te zuiveren gas, een uitlaat voor het gezuiverde gas, een gasstroom-5 passage die de gasinlaat en uitlaat verbindt, ten minste één gasbinderkamer gepakt met een gasbinder, welke kamer in het midden van de gasstroompassage is opgesteld, alsmede een verhitterorgaan om de gasbinder op de temperatuur waarbij deze gewenst functioneert te handhaven.

Een dergelijke inrichting is bekend uit het Belgische octrooischrift 792.561 voor waterstofgas en gassen ais helium, neon, en dergelijke.

10 Als gasbinder worden verschillende materialen genoemd waaronder verschillende metalen, zoals aluminium, alkali- en aardalkalimetalen, uranium en zirkonium. In dit document wordt niet beschreven hoe stikstofgas gezuiverd kan worden.

Het doel van de uitvinding is het verschaffen van een inrichting die een werkwijze voor het verregaand zuiveren van stikstof mogelijk maakt. Dit doel wordt bereikt door de gasbinderkamer van de bekende 15 inrichting te pakken met een bepaalde gasbinder en het te zuiveren gas voor te behandelen met een metaaloxidekatalysator.

De inrichting wordt volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat het te zuiveren gas stikstofgas is, «feit de gasbinder bestaat uit 15-30 gew.% ijzer en 85-70 gew.% zirkonium, en dat een voorbehandelings-eenheid ter verwijdering van koolwaterstoffen is toegevoegd, die een metaaloxidekatalysator voor oxidatie 20 omvat.

Stikstof is een bruikbaar gas dat steeds meer in veel sectoren van de industrie wordt gevraagd, met inbegrip van elektronica, chemicaliën, ijzer- en staalfabricage en scheepsbouw. Een algemeen industrieel proces voor de bereiding van stikstof bestaat eruit herhaaldelijk lucht door een compressor samen te persen en de samengeperste lucht adiabatisch te laten expanderen tot vloeibare lucht wordt verkregen, waarna 25 deze aan hoge druk gefractioneerde destillatie wordt onderworpen en vloeibare stikstof met hoge zuiverheid wordt verkregen.

Het product wordt hetzij in vloeibare of gasvormige vorm in cilinders gevuld en verhandeld.

Als typerend inherent gas wordt stikstof algemeen op de voomoemde gebieden toegepast om een atmosfeer voor de warmtebehandeling van metalen, voor de fabricage van halfgeleiders enz. te leveren.

30 Voor gebruik bij extrafijne microtechnieken, zoals in de elektronica, moet het echter onmiddellijk vóór gebruik nog verder worden gezuiverd. Voor grootschalig gebruik in industriële processen is het gebruikelijk vloeibare stikstof te verdampen en het verkregen gas door pijpleidingen te leveren. Het probleem is hier hoe men zo snel mogelijk onzuiverheden, zoals zuurstof, waterstof, koolmonoxide, kooldioxide, waterstof, koolwaterstof en water uit de stikstofgas kan verwijderen.

35 Ter verwijdering van deze onzuiverheden en voor het zuiveren van stikstof tot een hoge zuiverheidsgraad zijn tot nu toe verschillende stikstofgas-reinigingsinrichtingen op de markt gebracht en gebruikt.

Eén van de aanvragers, Taiyo Sanso Co, heeft sinds 1974 gaszuiveringstoestellen verkocht (modellen TIP-10, -30, -60, -100, -200, -300, -400 en -500). Bij deze en andere in de handel verkrijgbare gaszuiveringstoestellen worden oxidatiekatalysatoren van metaaloxiden, zoals nikkel, chroom en koper gebruikt 40 om koolmonoxide, koolwaterstoffen, waterstof en dergelijke te oxideren tot kooldioxide en water en daarna de onzuiverheden door adsorptie met een zeoliet moleculaire zeef, actieve houtskool en dergelijke te verwijderen. Aangezien eenvoudig zeer zuivere stikstof wordt verkregen zijn deze gaszuiveringstoestellen geschikt en gemakkelijk en derhalve algemeen in gebruik.

De onzuiverheden in het gas, dat door deze bestaande apparatuur is gezuiverd, zijn volgens de 45 brochures van de fabrikant algemeen als volgt:

Bestanddeel Zuurstof Koolwaterstof Kooldioxide Vocht dpm < 0,1 < 0,1 < 0,4 < 0,5 (dauwpunt -80X) 50 -

Voor dit doel is de toepassing van waterstof-insluitende legeringen, namelijk Ti-Mn, Ti-Fe en zeldzame aarde-Ni-legeringen in de Japanse octrooi publicatie nr. 156.308/1982 voorgesteld. Men kan hiermee stikstof echter niet tot voorbij het bovengenoemde niveau zuiveren.

De commercieel verkrijgbare gaszuiveringsinrichtingen als bovenvermeld zijn eenvoudig, gemakkelijk en 55 efficiënt voor het verkrijgen van zeer zuiver stikstofgas. Door de recente ontwikkelingen in de halfgeleider-industrie waardoor steeds nauwkeuriger microtechnieken nodig zijn is echter stikstofgas met nog betere zuiverheid voor de toekomstige productie van hoog-geïntegreerde ketens vereist. In feite bestaat er reeds 192104 2 een sterke vraag naar zeer zuiver stikstofgas voor onderzoeksdoeleinden.

De werkwijze volgens de uitvinding is gebaseerd op een werkwijze voor het zuiveren van stikstof waarbij eerst op gebruikelijke wijze onzuiver stikstofgas wordt gezuiverd door het door een bed van een metaaloxi-dekatalysator ter oxidatie bij een oxidatietemperatuur te passeren en daarna door een adsorbensbed van 5 een zeoliet moleculaire zeef en dergelijke, waarna de resterende onzuiverheden door adsorptie uit het stikstofgas met lage zuiverheid worden verwijderd door dit verder door een gasbinderbed te passeren gepakt met een gasbinder van een legering bestaande uit 15-30 gew.% ijzer en 85-70% gew.% zirkonium, die op een temperatuur van 20-500°C wordt gehandhaafd. Als gasbinder ten gebruike in de uitvinding kan een legering bestaande uit 15-30 gew.% ijzer en 85-70 gew.% zirkonium, als beschreven in het Ameri-10 kaanse octrooischrift 4.306.887, worden gebruikt.

Met het oog op de eigenschap van de gasbinder bestaande uit de ijzer-zirkoniumlegering, die geen stikstof maar wel andere onzuiverheden selectief adsorbeert, is in het bijzonder een gasbinder gewenst, bestaande uit een legering van 22-25 gew.% ijzer en 75-78% gew.% zirkonium.

De gasbinder van een dergelijke ijzer-zirkoniumlegering is nagenoeg een niet-adsorbens voor stikstof 15 maar adsorbeert vrijwel volledig en verwijdert onzuiverheden, zoals kooldioxide, vocht en waterstof bij een temperatuur tussen 20 en 500°C.

Het is gewenst dat de ijzer-zirkoniumsamenstellingen 15-30 gew.% ijzer en 85-70 gew.% zirkonium bevat. Bij hogere zirkoniumpercentages begint de legering significante hoeveelheden stikstof te sorberen, het gas dat men wenst te zuiveren en niet te sorberen, terwijl bij lagere percentages zirkonium het 20 rendement van de verwijdering (sorptie) van actieve gassen uit de stikstof aanzienlijk wordt verminderd.

Het is wenselijk dat de legering in de vorm van een intermetallische verbinding wordt toegepast die gemakkelijk verpulverbaar is en gemakkelijk kan worden gehanteerd. Bovendien wordt het poedervormige materiaal door het verhoogde specifieke oppervlak actiever.

De werkwijze voor het bereiden van een dergelijke legering kan in het algemeen gelijk lopen met de 25 procedures beschreven in het Amerikaanse octrooischrift nr. 4.312.669 dat de bereiding van een temaire ijzer-zirkonium-vanadiumlegering beschrijft.

Onder het vrijwel volgen van dezelfde procedure maar met weglating van de toevoeging van vanadium kan een gewenste legering worden gemaakt. In de handel verkrijgbare producten, gemaakt en verkocht door SAES Getters, S.p.A., Milaan, Italië, zijn voor dit doel geschikt.

30 De binaire legeringsgetter wordt in ten minste één bedzone, voorzien in het midden in een gasstroom-passage, die een inlaat voor onzuiver stikstofgas en een uitlaat voor het gezuiverde stikstofgas van een buitenmantel verbindt, aangebracht.

Het gasbinderbed wordt gecombineerd met een verhitterorgaan verbonden met de buitenmantel om de gasbinder op zijn adsorptieve reactietemperatuur te houden, welke de essentiële onderdelen van de 35 stikstof-zuiveringsinrichting volgens de uitvinding zijn. Te zuiveren stikstof wordt door deze zuiveringsinrichting geleid en wel zodanig dat zijn onzuiverheden in contact worden gebracht met de gasbinder en door adsorptie worden verwijderd.

De in de kamer te plaatsen gasbinder heeft bij voorkeur de vorm van pellets in plaats van fijne deeltjes aangezien bij de eerste gemakkelijker voldoende tussenruimtes daartussen voor de gasstroom aanwezig 40 zijn. Tevens kan men met de gasbinder in de vorm van pellets met uniforme afmeting, in plaats van kleine klonten met onregelmatige grootte, gemakkelijker een constante lege-ruimte-verhouding in het gasbinderbed handhaven. Hoewel aldus in de gasbinder fijne deeltjes of kleine klonten niet bezwaarlijk zijn heeft toepassing van een gepelletiseerde gasbinder, samengeperst uit het legeringspoeder, de voorkeur aangezien duidelijk beter wordt tegemoet gekomen aan de eisen van het industrieel ontwerpen en 45 fabriceren van de stikstofgasinrichting voor verregaande zuivering.

Het in de inrichting van de uitvinding op te nemen verhitterorgaan, om de gasbinder heet genoeg te houden om de adsorptiereactie te laten plaatsvinden, kan verschillende vormen aannemen zoals later in samenhang met voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding zal worden toegelicht. De verhittingsmethode kan elektrisch of indirect onder toepassing van een verhittingsmedium, dat in een dubbele wandstructuur 50 wordt gecirculeerd, en dergelijke zijn. Tevens kan de verhittingszone op een geschikte plaats worden gekozen, bijvoorbeeld in het gasvóórverhittingsgebied stroomopwaarts van het gasbinderbed of de kamer of rondom of binnen de gasbindermassa. Aangezien voldoende verhitting gewenst is om een gemakkelijke adsorptiereactie van de gasbinder met het gas tot stand te brengen en een zo uniform mogelijke temperatuurverdeling te produceren, kan de combinatie van de verhittingsmethode en zone zonodig worden 55 gevarieerd om het beste dit doel te bereiken. Hoewel het mogelijk is dat de gasbinderkamer in de inrichting van de uitvinding in de buitenmantel wordt voorzien, bijvoorbeeld direct gepakt in de laatste, is de voorkeursopstelling zodanig dat het gasbinderbed bestaat uit ten minste één patroon gepakt met het gasbinder- 3 192104 materiaal, dat is aangepast om losneembaar voor gemakkelijke vervanging te passen in de buitenmantel.

De gasbindercomponenten volgens de uitvinding adsorberen en verwijderen onzuiverheden uit stikstof-gas door chemische adsorptie waarin chemische veranderingen zijn betrokken. Zij worden derhalve stoechiometrisch verbruikt en hebben een beperkte levensduur. Na gebruik gedurende een voorafbepaalde 5 periode moet de gasbinder door een nieuwe worden vervangen; anderszins zal het doel van het verregaand zuiveren van stikstofgas niet meer worden bereikt. Voor dit doel kan de zuiveringsinrichting met inbegrip van de buitenmantel gepakt met de gasbinder als een enkele eenheid worden gehanteerd en als zodanig van tijd tot tijd worden vervangen. Het is tevens mogelijk in plaats daarvan de gasbinder in een patroon op te vullen en het patroon uit de buitenmantel te demonteren en op geschikte tijdsintervallen te vervangen. Het 10 patroontype is voor een grootschalige apparatuur praktischer.

Voor het patroon wordt gewenst gebruik gemaakt van een metalen huls die zodanig is geperforeerd dat de gasstroom wordt vergemakkelijkt.

Omdat de inrichting voor verregaande zuivering volgens de uitvinding bestemd is voor het zuiveren van stikstofgas tot de concentraties van elk van zijn ingrediënten als onzuiverheden tot 0,1 dpm of minder is 15 gereduceerd is het raadzaam dat het binnenwandgedeelte van de inrichting, waarmee het gezuiverde gas dat uit de gasbinderkamer ontwijkt, in aanraking komt gemaakt wordt uit een metaal waarvan het oppervlak zodanig is gepolijst dat het een kleine korrel heeft en glad genoeg is om gasadsorptie minimaal te maken, terwijl evenmin door corrosie poeder zal worden gevormd. Dergelijke materialen omvatten bijvoorbeeld, maar zijn niet beperkt tot, roestvrijstaalsoorten en beschermde legeringen zoals Hastelloy, Incoloy en Monel 20 metaal. Elk ander metaalmateriaal dat aan de bovenstaande eisen voldoet kan geschikt worden gekozen en toegepast. Het gekozen metaal kan vóór het gebruik worden verhit of ’’gebakken” om het volume gas dat uit het metaalmateriaal zelf wordt afgegeven te verminderen.

Als bovenvermeld is het wenselijk dat het binnenwandmateriaal van de inrichting, dat in contact komt met het gezuiverde stikstofgas, een dicht en gladgepolijst oppervlak heeft om de gasadsorptie minimaal te 25 maken. De gewenste graad van gladheid van het gepolijste oppervlak wordt numeriek gedefinieerd en is zodanig dat de ruwheid van het binnenwandoppervlak bij het contact met stikstofgas 0,5 micrometer of bij voorkeur 0,25 micrometer of minder is, uitgedrukt in middellijn gemiddelde hoogte (Ra) (Japanse Industriële norm (JIS) B 0601-1970). Dit numerieke traject is niet altijd kritisch maar wordt als een betrouwbaar veilig traject aanbevolen.

30 Hoewel het gepolijste binnenwandmateriaal met voordeel wordt toegepast in de zone waar het gas dat uit de patroonkamer stroomt, mee in aanraking komt is het uiteraard ook mogelijk dit materiaal in de zone te gebruiken waar het gas dat door het patroon stroomt mee in aanraking komt. In veel gevallen is het nogal ongemakkelijk het gepolijste materiaal alleen in een zone te gebruiken waar het gas dat door het patroon is gestroomd, daarmee in contact komt. Het polijsten en bakken van het oppervlak zal opmerkelijk de 35 tijdsperiode die nodig is alvorens sterk gezuiverd gas met constante snelheid wordt verkregen, verkorten, zelfs voor nieuwe apparatuur.

Het is duidelijk dat de uitvinding niet beperkt is tot de specifieke uitvoeringsvormen en dat verscheidene modificaties kunnen worden aangebracht zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

In de werkwijze van de uitvinding is het essentieel dat het te zuiveren stikstofgas door een bed van 40 metaaloxide-oxidatiekatalysator bij zijn oxidatiereactietemperatuur wordt gepasseerd. Dit komt door het ontbreken van adsorbeerbaarheid van de gasbinder die in de uitvinding wordt toegepast met betrekking tot methaan en andere koolwaterstoffen, zodat de koolwaterstoffen en koolmonoxide, die in het stikstofgas aanwezig zijn, in water en kooldioxide moeten worden omgezet en het merendeel daarvan door adsorptie door passage door een adsorbensbed van een zeoliet moleculaire zeef en dergelijke wordt verwijderd.

45 Het stikstofgas dat volgens het bekende zuiveringsproces tot lage onzuiverheidsniveaus is gezuiverd wordt door een gasbinderbed geleid, die gevuld is met een gasbinder van een legering bestaande uit 15-30 gew.% ijzer en 85-70% gew.% zirkonium, en op een temperatuur in het traject van 20-500°C wordt gehandhaafd zodat de onzuiverheden in de stikstof worden weggeadsorbeerd.

Indien de reactietemperatuur waarbij de onzuiverheden uit het stikstofgas door adsorptie in het gas-50 binderbed worden verwijderd beneden 20°C ligt, worden de onzuiverheden door het gasbinderoppervlak geadsorbeerd maar zij diffunderen niet in de gasbindermassa. Aldus komt de adsorptie praktisch tot staan in de verzadigingstoestand aan het oppervlak, zonder dat men volledig gebruik maakt van de capaciteit van de gasbinder. In het specifieke traject van 20-500°C oefent de gasbinder een volledige adsorptie uit, omdat onzuiverheden daarin worden gediffundeerd. De schijnbare levensduur van de gasbinder wordt aldus 55 eveneens verlengd.

Wanneer daarentegen de temperatuur boven 500°C ligt wordt het stikstofgas gemakkelijk door de gasbinder geadsorbeerd. Aldus is het instellen van een reactietemperatuur hoger dan 500°C ongewenst.

192104 4

Binnen het genoemde temperatuurtraject van 20-500°C heeft een nauw traject van 350-450°C de meeste voorkeur. De temperatuur in het laatste traject is de temperatuur die voor de reactie het meest kan worden aanbevolen aangezien daardoor een hogere adsorptiesnelheid en een hoge diffusie van de onzuiverheden in het bed van de gasbinder worden verkregen zonder de mogelijkheid tot waterstofdesorptie.

5

Uitvoeringsvormen

De uitvinding zal nu in meer bijzonderheden worden toegelicht in samenhang met uitvoeringsvormen daarvan.

Inrichtingen voor verregaande zuivering van stikstofgas volgens de uitvinding worden geïllustreerd in 10 figuren 1-9. Figuur 1 toont een stikstofgaszuiveringsinrichting bestaande uit een buitenmantel 3 gemaakt van roestvrijstalen buis (kwaliteit SUS 304 TP volgens de Japanse Industriële norm JIS G 3448) met een stikstofgasinlaat 1 bij de top en een stikstofgasuitlaat 2 bij de bodem, welke mantel over het gehele oppervlak is bedekt met een warmte-isolerende mantel 12; een deksel 14 bevestigd boven de buitenmantel 3; een verhitter 6 die door het deksel 14 is ingebracht in de ruimte 25 binnen de mantel; een bed van 15 gasbinder 4 gepakt in de ruimte vastgelegd onder verhitter 6 tussen boven- en onderluchtstroomverdeler 16, 15; en een geperforeerde plaat 7 gesteund door een drager 13 die op zijn beurt is bevestigd aan de binnenwand van de buitenmantel en het bed alsmede de geperforeerde plaat ondersteunt. De toegepaste gasbinder was een ijzer (22-25 gew.%) zirkonium (75-78%) legeringsgasbinder vervaardigd en verhandeld door SAES Getters S.p.A., in de vorm van kolomvormige pellets met een diameter van 3 mm en een hoogte 20 van 4 mm.

De luchtstroomverdelers aangegeven bij 16 en 17 bestaan elk uit een laag kleine aluminiumoxidebolletjes met een diameter van 4 mm gepakt tot een hoogte van ongeveer 5 cm. Zij corrigeren elke eventuele niet-uniforme gasstroming door het gasbinderbed, voorkomen dat de fijne deeltjes van de gasbinder worden verspreid en geven een uniforme temperatuurverdeling.

25 Hoewel in de beschreven uitvoertngsvorm gebruik wordt gemaakt van kleine aluminiumoxide-bolletjes bij het vormen van de luchtstroomverdelers, kunnen in plaats daarvan ook kleine roestvrijstalen kogels of een stapeling van fijne mazen en roestvrijstalen mazen of schermen worden toegepast. Tevens behoeven de luchtstroomverdelers niet altijd te worden gebruikt; een luchtstroomverdelerloze uitvoeringsvorm zal later worden beschreven.

30 In de bovendelen van de luchtstroomverdelers 15, 16 zijn kokers 20, 19 ingebed die resp. thermometers 17 en 18 bevatten. Chromel-Alumel thermokoppels worden als thermometers gebruikt.

Het te zuiveren stikstofgas 9 wordt in het vat via inlaat 1 ingevoerd, door verhitter 6 verhit, door de bovenste luchtstroomverdeler 16 geleid en vandaar als een uniforme stroom door een bed van de gasbinder 4 geleid waar het door adsorptie wordt bevrijd van onzuivere gassen. Het gezuiverde gas wordt door 35 geperforeerde plaat 7 geleid en uit het vat verwijderd door uitlaat 2.

Figuur 2 en de volgende figuren tonen andere uitvoeringsvormen van de uitvinding. In al deze figuren hebben gelijke delen gelijke cijfers en wordt de beschrijving daarvan weggelaten of voor elk daarvan zo kort mogelijk gemaakt.

Figuur 2 toont een zuiveringsinrichting met dezelfde constructie als de uitvoeringsvorm van figuur 2 met 40 uitzondering dat een elektrische verhitter 21 rondom de buitenmantel 3 is gewikkeld en een thermokoppel 22 is geïnstalleerd voor het meten van de verhittertemperatuur. Door deze modificatie wordt de temperatuurregeling van het gasbinderbed vergemakkelijkt.

Hoewel figuren 1 en 2 illustraties zijn van uitvoeringsvormen waarbij het bed 4 direct is gepakt in de buitenmantel 3, kan het bed eveneens afzonderlijk worden voorzien.

45 Figuur 3 toont een opstelling van patroon 5 waarbij de gasbinder 4 en luchtstroomverdelers 15, 16 zijn opgenomen in één cilinder aan beide uiteinden uitgerust met geperforeerde platen 7. Na gebruik gedurende een bepaalde periode kan het patroon 5 worden weggenomen door het deksel 14 te verwijderen en een nieuw patroon in te brengen. Hierdoor is een meer efficiënte behandeling mogelijk dan bij de opstellingen van figuren 1 en 2.

50 Figuur 4 toont een andere uitvoeringsvorm 11 waarin de buitenmantel een dubbelwandige constructie heeft, die bestaat uit een binnenwand 24 en een buitenwand 23. De ruimte tussen de wanden levert een passage waardoor een verhittingsmedium, zoals stoom uit een verhittingsmediuminlaat 30 naar een uitlaat 31 vloeit.

In de ruimte die wordt vastgelegd door de binnenwand is een patroon 5 opgenomen dat een gasbinder 4 55 bevat, waarbij een wikkeling van een elektrische verhitter 6 in de gasbinder is ingebed. De verhitter 6 is aan een uitwendige spanningsbron, niet weergegeven, via draden 8 (waarvan er slechts een wordt getoond) en een contactdoos 10 bevestigd. Het patroon 5 bevat inwendige en uitwendige poreuze wanden 26 die 5 192104 concentrisch in een onderlinge ruimtelijke verhouding worden vastgehouden door een drager 13. De binnenwand 24 van de buitenmantel steunt bij zijn onderkant tegen een bodemplaat met de flens 27, waardoor een gasinlaatpijp 1 en uitlaatpijp 2 lopen. De pijp 2 dient tevens ter ondersteuning van patroon 5. Het te zuiveren stikstofgas 9 wordt door de inlaat 1 in de buitenruimte 25 gevoerd, daar tot een juiste 5 temperatuur verhit en vandaar door de poreuze wand 26 in de gasbinderiaag 4 geperst voor zuivering. Het gezuiverde gas stroomt weg in de inwendige ruimte 25' en wordt afgevoerd via uitlaat 2.

Figuur 5 toont nog een andere uitvoeringsvorm van de inrichting voor verregaande zuivering 11. De buitenmantel 3 heeft opnieuw een dubbelwandige constructie, waarbij daartussen een ruimte is gevormd waarin een verhittingsmedium, dat bij een inlaat 30 wordt ingevoerd, wordt gecirculeerd en wordt afgevoetd 10 bij een uitlaat 31 om temperatuurregeling tot stand te brengen. Binnen de inwendige wand is een pafeoon 5 opgesteld gepakt met een gasbinder 4 tussen geperforeerde platen. Aan beide kanten van het patroon zijn verhittere 6 opgesteld die op een uitwendige spanningsbron zijn aangesloten via draden 8. Onzuiver stikstofgas 9 wordt bij inlaat 1 toegevoerd, vóórverhit door het verhittingsmedium, gezuiverd door passage door gasbindermassa 4, die op een gegeven temperatuur wordt gehouden door verhittere 6, en daarna via 15 een uitlaat 2 afgevoerd.

Nog een andere uitvoeringsvorm van de zuiveringsinrichting 11 wordt in figuur 7 weergegeven. Door eert cilindrische buitenmantel 3 wordt een patroon 5 gesteund door middel van boven- en onderplaten (niet weergegeven). Het patroon 5 omvat een ingebouwde elektrische verhitter 6 met draden 8 en een gasbindermassa 4 opgevuld in de ruimte tussen de geperforeerde boven- en onderplaten of luchtstroomverrtefertagen 20 waarbij de verhitter daartussen is ingebed.

Figuur 7 illustreert een andere inrichting 11 van de uitvinding. Een inwendige cilinder wordt geplaatst binnen een buitenmantel 3 die bestaat uit binnen- en buitenwanden en een warmte-isolator 12, die de ruimte tussen de wanden opvult. Een gasbinder 4 is in de ruimte tussen de inwendige cilinder en de buitenmantel gepakt, terwijl elektrische verhitter 6 rondom een keramische staaf 36 is gewikkeld en in de 25 centrale ruimte in de inwendige cilinder wordt ingebracht. Het te zuiveren stikstofgas 9 treedt het vat bij inlaat 1 binnen, passeert door een gasbinder 4 waarbij het gezuiverde gas het vat bij uitlaat 2 veriaat.

Figuur 8 toont weer een andere uitvoeringsvorm die een modificatie van de inrichting voor verregaande zuivering geïllustreerd in figuur 3 is en die wordt gekenmerkt door middelen voor het terugwinnen van de warmte van het gezuiverde stikstof. Het te zuiveren stikstofgas 9 treedt in warmtewisselaar 28 binnen, die 30 onder het huis van de zuiveringsinrichting is geïnstalleerd, ondergaat wamnte-uitwisseling met het uitgaande gas waarbij het aldus voorverhitte gas door een pijp 29, omringd door een warmte-isolator 12, en door een, bovenste inlaat 1 in het bed van gasbinder 4 arriveert. Het gezuiverde gas wordt in de warmtewisselaar gekoeld en verlaat de zuiveringsinrichting bij de uitlaat 2.

Figuur 9 illustreert een andere uitvoeringsvorm. De buitenmantel 3 is een dubbelwandige cilinder,: het 35 verhittingsmedium wordt in de ruimte tussen de wanden ingevoerd bij inlaat 33 en afgevoerd via uitfaat 34. Binnen de buitenmantel 3 bevindt zich een gasdicht patroon 35. De ruimte in de patroonhuls is horizontaal door een veelvoud van geperforeerde platen 7 verdeeld waarbij een veelvoud van gasbinderbedden 4 wordt gevormd, die elk de ruimte, gevormd door een paar van geperforeerde platen, opvult. In de bedden» zijn elektrische verhittere 6 ingebed, één per bed, met elektrische aansluitdraden 37 en 38. Het te zuiveren 40 stikstofgas 9 stroomt bij inlaat 1 naar binnen terwijl het gezuiverde gas bij uitlaat 2 wegstroomt.

Voorbeelden van de uitvinding waarbij een specifieke gasbindersamenstelling wordt gebruikt worden nu toegelicht. De voor de gasanalyses in de voorbeelden gebruikte instrumenten waren de volgende:

Gasanalyse-instmment: Gaschromatografie-massaspectrometer, model TE-360 B (vervaardigd door Anelca Corp.).

45 Vochtmeten Hygrometer, model 700 (vervaardigd door Panametric Corp.)

Oppervlakteruwheidsmeter: Surfcorder, model SE-3H (vervaardigd door Kosaka Laboratory Co., Lid.)

Voorbeeld I

Een niet-verdampbare getteriegeringspoeder met een gewichtssamenstelling van 76,6% zirkonium en 23,4% 50 ijzer en een deeltjesgrootte tussen 50 en 250 micrometer werd in de inrichting voor verregaande zuivering voor stikstof weergegeven in figuur 1 gebracht. De roestvrijstalen (handelsaanduiding SUS 304) cüfinder had een buitendiameter van 21,7 mm en een binnendiameter van 17,5 mm, bij een lengte van 350 mm.. De lengte van de cilinder ingenomen door het gasbindermateriaal was 200 mm terwijl de hoogtes van de boven- en onderiuchtstroomverdelers van de aluminiumoxidebolletjes 5 cm elk waren. Onzuiver sfifestofgas 55 werd in de inrichting voor verregaande zuivering bij een temperatuur van 25°C en een overdruk van 6 kg/cm2 (bij een stroomsnelheid van 0,17 l/min ingevoerd. De stikstof stroomde door het bed dat op 375®C werd gehouden en trad bij een overdruk van 4 kg/cm2 uit de uitlaat. Het onzuiverheidsniveau werd voor 192104 6 verschillende gassen 40 minuten na het begin van de gasstroom gemeten. De resultaten van Tabel A werden verkregen.

TABEL A

5 -

Onzuiverheid Onzuiverheidsniveau inlaat (dpm) Onzuiverheidsniveau uitlaat (dpm) 02 0,4 0,006 CH4 0,01 0,01 10 CO 0,06 0,008 C02 0,04 0,007 H20 3,0 geen spoor 15 Het niveau van onzuiverheden in het uitlaatgas bleef gedurende 1030 uur constant.

Voorbeeld II

Er werden pellets geproduceerd met een diameter van 3 mm en een hoogte van 4 mm door een niet-verdampbare getteriegering met een samenstelling en deeltjesgrootte identiek aan die van de legering van 20 voorbeeld I samen te persen en te pelletiseren. De pellets werden in een inrichting voor verregaande zuivering volgens figuur 2 geladen. De roestvrijstalen (SUS 304) cilinder had een buitendiameter van 89,1 mm bij een binnendiameter van 83,1 mm. De lengte daarvan was 660 mm. De lengte van de cilinder bezet door de pellets van het gasbindermateriaal met inbegrip van de diktes van de boven- en onderluchtstroom-verdelers (van aluminiumoxide-bolletjes) elk met een bedhoogte van 5 cm, was 185 mm. Er werd onzuivere 25 stikstof in de inrichting voor verregaande zuivering ingevoerd bij een temperatuur van 25°C en een overdruk van 4 kg/cm2 bij een stroomsnelheid van 12 l/min. De onzuivere stikstof vloeide door het niet-verdampbare bed dat op een temperatuur van 375°C werd gehouden door middel van een weerstandspiraalverhitter en trad uit bij een overdruk van 3,95 kg/cm2 uit de uitlaat. Het onzuiverheidsniveau werd voor verschillende gassen 40 minuten na de start van de stikstof stroming gemeten. De verkregen resultaten worden in tabel B 30 aangegeven.

TABEL B

Onzuiverheid Onzuiverheidsniveau inlaat (dpm) Onzuiverheidsniveau uitlaat (dpm) 35 - 02 11,29 0,006 CH4 0,01 0,01 CO 8,8 0,008 C02 8,3 0,007 40 H20 5,0 geen spoor

Het niveau van de onzuiverheden in het uitlaatgas bleef gedurende 760 uur constant.

45 Voorbeeld III

Er werden zoals in voorbeeld II pellets geproduceerd die in het patroon weergegeven in figuur 3 werden aangebracht. Het patroon had een buitendiameter van 80 mm, een binnendiameter van 78 mm en een lengte van 244 mm. Dezelfde massa pellets als in voorbeeld II werd toegepast. Het patroon werd daarna in een cilinder geplaatst die identiek was aan die van voorbeeld II (Met uitzondering dat zijn lengte 719 mm 50 was). Men liet de onzuivere stikstof door de inrichting voor verregaande zuivering bij dezelfde inlaatdruk, temperatuur en stroomsnelheid als beschreven in voorbeeld II stromen. Het patroon werd op 375°C gehouden. De uitlaatgasdruk en de samenstelling bleken identiek te zijn aan die aangetroffen in voorbeeld II op het tijdstip van 40 minuten na het begin van de stikstofstroming. Het niveau van onzuiverheden in het uitlaatgas bleef opnieuw gedurende 760 uur constant.

7 192104

Voorbeeld IV

In dit voorbeeld werd de procedure van voorbeeld II geheel gevolgd met uitzondering dat de ruwheid van het inwendige oppervlak van de cilinder Ra = 0,5 micrometer was (normaal Ra = 2,5 micrometer) terwijl de roestvrijstalen uitlaatpijp een buitendiameter van 9,5 mm, een binnendiameter van 7,5 mm en een 5 inwendige oppervlakteruwheid van Ra = 0,2 micrometer had. De in tabel C aangegeven resultaten werden 40 minuten na het begin van de stikstof stroming verkregen.

TABEL C

10 Onzuiverheid Onzuiverheidsniveau inlaat (dpm) Onzuiverheidsniveau uitlaat (dpm) 02 11,29 0,003 CH4 0,01 0,01 CO 8,8 0,008 15 COz 8,3 0,003 H20 5,0 geen spoor

20

Voorbeeld V

In dit voorbeeld werd het te zuiveren stikstofgas eerst geleid door een roestvrijstalen (SUS 304) cilinder met een buitendiameter van 89,1 mm, een binnendiameter van 83,1 mm en een lengte van 660 mm gevuld tot een bedhoogte van 185 mm met pellets (3 mm diameter en 4 mm lengte) en op een temperatuur van 450°C 25 gehouden. Daarna werd het waterdampgehalte van het te zuiveren stikstofgas verminderd door dit door een drooginrichting te leiden bestaande uit een roestvrijstalen (SUS 304) cilinder met een buitendiameter van 89,1 mm, een binnendiameter van 83,1 mm en een lengte van 660 mm, tot een bedhoogte van 200 mm gevuld met een moleculaire zeef type 5-A, waarvan de pelletafmeting 3,2 mm dwars en 24 mm lang bedroeg. Dit gas werd volgens de procedure van voorbeeld II behandeld. De uitlaatdmk uit het droogbed en 30 derhalve de inlaatdruk naar de inrichting voor verregaande zuivering was 4 kg/cm2 (overdruk). De temperatuur werd gevarieerd om het effect van verschillende gasbindertemperaturen waar te nemen. De resultaten worden in tabel D weergegeven.

TABEL D

35 -

Onzuiverheidsniveau inlaat (dpm) Onzuiverheidsniveau uitlaat (dpm) bij temperatuur

20°C 250°C 375°C 500°C

02 11,29 0,006 0,006 0,006 0,004 40 CH4 3,7 0,009 0,009 0,009 0,009 CO 8,8 0,008 0,008 0,008 0,004 C02 8,3 0,007 0,007 0,007 0,004 H20 5,0 geen spoor geen spoor geen spoor geen spoor 45 Uitlaatgas constant gedurende 21 uren 1050 uren 2330 uren 2390 uren

Energieverbruik gasbindercil. 0 0,61 kW/uur 1,1 kW/uur 1,7 kW/uur 50 De tabel toont aan dat de gasbinder van de uitvinding een uitstekende zuiveringscapaciteit in het temperatuurtraject van 20-500°C vertoont.

Voorbeeld VI en VII

Er werden pellets met een diameter van 3 mm en een lengte van 4 mm geproduceerd door het samenper-55 sen van niet-verdampbaar gasbinderpoeder bestaande uit een legering van Zr 84% en Fe 16% (gewichts-procent) (voorbeeld VI) en een legering van Zr 71% en Fe 20% (gewichtsprocent) (voorbeeld VII) met deeltjesgroottes van 50-250 micrometer (150 micrometer gemiddeld). Deze pellets worden in een inrichting

Claims

192104 8 voor verregaande zuivering met dezelfde opbouw als in voorbeeld II geladen. Het stikstofgas met onzuiverheden werd in de inrichting voor verregaande zuivering ingevoerd bij een temperatuur van 25°C, een overdruk van 4 kg/crn2 en een stroomsnelheid van 12 l/min. Het onzuiverheden-bevattende stikstofgas werd door het bed van de niet-verdampbare gasbinder geleid die op een temperatuur van 375°C werd gehouden 5 door middel van een weerstandspiraal en kwam uit de uitlaat te voorschijn bij een overdruk van 3,95 kg/cm2. Het onzuiverheidsniveau werd 40 minuten na de start van de stroming van het stikstofgas gemeten, waarvan de resultaten in tabel E worden aangegeven. TABEL E 10 - Gas Onzuiverheid inlaat (dpm) Onzuiverheid uitlaat Voorbeeld VI (dpm) Voorbeeld Vil (dpm) 02 11,29 0,003 0,01 15 CH4 0,01 0,01 0,01 CO 8,8 0,005 0,009 C02 8,3 0,005 0,01 HzO 5,0 geen spoor geen spoor 20 De uitlaatonzuiverbeidsniveaus waren gedurende respectievelijk 960 en 690 uren constant. 25

1. Zuiveringsinrichting voor een gas bestaande uit een buitenmantel voorzien van een inlaat voor het te zuiveren gas, een uitlaat voor het gezuiverde gas, een gasstroompassage die de gasinlaat en uitlaat verbindt, ten minste één gasbinderkamer gepakt met een gasbinder, welke kamer in het midden van de gasstroompassage is opgesteld, alsmede een verhitterorgaan om de gasbinder op de temperatuur waarbij 30 deze gewenst functioneert te handhaven, met het kenmerk, dat het te zuiveren gas stikstofgas is, dat de gasbinder bestaat uit 15-30 gew.% ijzer en 85-70 gew.% zirkonium, en dat een voorbehandelingseenheid ter verwijdering van koolwaterstoffen is toegevoegd, die een metaaloxidekatalysator voor oxidatie omvat.

2. Werkwijze voor de verregaande zuivering van een gas, met het kenmerk, dat stikstofgas gezuiverd wordt door het te leiden in een inrichting volgens conclusie 1, waarbij de gasbinder op een temperatuur van 35 20-500°C gehouden wordt.

3. Werkwijze volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de gasbinder op een temperatuur van 350-450°C wordt gehouden. Hierbij 3 bladen tekening