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Patent Searching and Data


Title:
SEPARATION OF GASES CONTAINING SF¿6?
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2000/010688
Kind Code:
A1
Abstract:
According to the invention, it is possible to separate gas mixtures comprised of SF¿6? and N¿2?, which, for example, have been used as insulating filling gas for underground cables, for insulating gas window panes or as filling gas used in automobile tires, and to separate SF¿6?/air mixtures which have been used as protective gas during magnesium casting. Said mixtures can be separated by bringing them into contact with hydrophobic zeolites of a certain pore size used as a selective adsorbing agent for absorbing sulfur hexafluoride. In instances of a higher SF¿6? concentration, the mixture is preferably first of all subjected to a membrane separation method, and the permeate is brought into contact with the adsorbing agent. The invention also relates to a device for carrying out the method. The method can also be used for separating SF¿6? from waste gases.

Inventors:
PITTROFF MICHAEL (DE)
SCHWARZE THOMAS (DE)
BELT HEINZ-JOACHIM (DE)
BARTHELEMY PIERRE (DE)
Application Number:
PCT/EP1999/005886
Publication Date:
March 02, 2000
Filing Date:
August 11, 1999
Export Citation:
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Assignee:
SOLVAY FLUOR & DERIVATE (DE)
PITTROFF MICHAEL (DE)
SCHWARZE THOMAS (DE)
BELT HEINZ JOACHIM (DE)
BARTHELEMY PIERRE (DE)
International Classes:
B01D53/02; B01D53/04; B01D53/22; B01D53/34; B01D53/46; B01D53/68; B01J20/18; C01B17/45; (IPC1-7): B01D53/04; B01D53/68; B01D53/22
Foreign References:
US5720797A1998-02-24
US3675392A1972-07-11
US5192727A1993-03-09
EP0754487A11997-01-22
Attorney, Agent or Firm:
Lauer, Dieter (Solvay Pharmaceuticals GmbH Hans-Böckler-Allee 20 Hannover, DE)
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Claims:
Patentansprüche
1. Verfahren zur Auftrennung von SF6/N2Gemischen oder SF6/LuftGemischen, wobei man das Gemisch in mindestens einer Adsorptionsstufe mit hydrophoben Zeolithen mit einem Si02/Al203Verhältnis von mindestens 80 und einem Porendurch messer von 4 bis 7 A (0,4 bis 0,7 nm) kontaktiert, um SF6 be vorzugt zu adsorbieren und an SF6 verarmtes N2 oder an SF6 verarmte Luft zu gewinnen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man hydrophoben Zeolith mit einem Porendurchmesser von 5 bis 6,5 Å (0,5 bis 0,65 nm) verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man feinteiligen hydrophoben Zeolith verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Adsorption bei einem Druck von maximal 5 atm (abs.) durchführt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Verfahren zur Abtrennung von SF6 aus SF6 enthal tenden Gasen anwendet.
6. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man SF6 enthaltende Abluft oder Abgase, Abgase der Magne siumindustrie, Isoliergas aus Fensterscheiben oder Füllgas aus Reifen einsetzt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gemisch zunächst in mindestens einer Membran trennstufe in ein Retentat mit erhöhtem Gehalt an SF6 und ein Permeat mit verringertem Gehalt an SF6 auftrennt und das Per meat zur weiteren Auftrennung in mindestens einer Adsorpti onsstufe mit hydrophobem Zeolith mit einem Si02/Al203Ver hältnis von mindestens 80 und einem Porendurchmesser von 4 bis 7 Å (0,4 bis 0,7 nm) kontaktiert, um SF6 bevorzugt zu ad sorbieren.
8. Verfahren nach Anspruch 1 oder 7, dadurch gekenn zeichnet, daß man von einem SF6/N2Gemisch mit einem SF6 Gehalt von 5 bis 30 Vol.% oder einem SF6/LuftGemisch von 0,05 bis 2 % ausgeht.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß man zwei oder mehr Membrantrennstufen und zwei oder mehr Adsorptionsstufen vorsieht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Membrantrennstufen vorsieht, das Retentat der ersten Membrantrennstufe der zweiten Membrantrennstufe zu führt, um aus der zweiten Membranstrennstufe als Retentat ein Gemisch mit erhöhtem SF6Gehalt zu gewinnen, man das Permeat der zweiten Membrantrennstufe mit erhöhtem N2Gehalt oder LuftGehalt in die erste Membrantrennstufe rückführt und man das Permeat der ersten Membrantrennstufe mit hohem N2Gehalt oder LuftGehalt einer, zwei oder mehr Adsorberstufen zu führt, um N2 oder Luft mit stark abgereichertem SF6Gehalt zu gewinnen.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man zwei Adsorberstufen vorsieht, um bei Umgebungsdruck N2 oder Luft mit weniger als 10 ppm SF6 zu gewinnen.
12. Vorrichtung zur Trennung von SF6/N2Gemischen, umfas send 1,2,3 oder mehr Membrantrennstufen mit für N2 bevor zugt durchlässigen Membranen und 1,2 oder mehr Adsorber mit einer Schüttung von Zeolithen mit einem Si02/Al203Verhaltnis von mindestens 80 und einem Porendurchmesser von 4 bis 7Ä (0,4 bis 0,7 nm).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 mit 2 Membrantrennstufen und 2 Adsorberstufen, umfassend eine Zuführungsleitung für das aufzutrennende Gasgemisch in die erste Membrantrennstufe, eine Verbindungsleitung für das Retentat zur Einleitung in die zweite Membrantrennstufe, eine Verbindungsleitung zwi schen zweiter und erster Membrantrennstufe zur Einleitung des Permeats der zweiten Membrantrennstufe in die erste Membran trennstufe, eine Abnahmeleitung für das Retentat aus der zweiten Membrantrennstufe mit hohem SF6Gehalt, eine Zufüh rungsleitung für das Permeat der ersten Membrantrennstufe in den ersten Adsorber, eine Zuführungsleitung für das den er sten Adsorber verlassende Gas in den zweiten Adsorber und eine Abnahmeleitung aus dem zweiten Adsorber für das im we sentlichen SF6freie N2Gas.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, umfassend eine dritte Membrantrennstufe mit einer Verbindungsleitung für das Per meat der dritten Membrantrennstufe zur Einleitung in den Ad sorber, eine Verbindungsleitung zur Einleitung des Retentats der dritten Stufe in die erste Membrantrennstufe, einer Ver bindungsleitung zur Einleitung des Permeats der ersten Mem brantrennstufe in die dritte Membrantrennstufe und eine Ver bindungsleitung zur Einleitung des Permeats der zweiten Mem brantrennstufe in die erste Membrantrennstufe.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 in mo biler Form, beispielsweise aufgebaut auf einem Kraftfahrzeug.
Description:
Auftrennung von SF6 enthaltenden Gasen Beschreibung Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Auf- trennung von Gasgemischen, die Schwefelhexafluorid (SF6) ent- halten.

SF6 enthaltende Gase werden in der Technik für verschie- denste Zwecke eingesetzt. SF6/N2-Gemische bzw. SF6/Edelgasge- mische und SF6/Luft-Gemische werden z. B. im Fensterbau als isolierendes Füllgas, in der Reifenindustrie als druckbestän- diges, geräuschdämmendes Füllgas eingesetzt.

Gemische aus Schwefelhexafluorid und Stickstoff werden als isolierendes Füllgas für Erdkabel verwendet, siehe deut- sches Gebrauchsmuster 297 20 507.2. Üblicherweise enthalten diese Gemische 5 bis 30 Vol.-% Schwefelhexafluorid, Rest auf 100 Vol.-% Stickstoff.

Gemische aus Schwefelhexafluorid und Luft sowie gegebe- nenfalls CO2 werden verwendet als schützendes Gaspolster beim Gießen von Magnesium. In diesen Gemischen ist gewöhnlich SF6 in einer Menge von 0,05 bis 1 Vol.-% enthalten.

Auch SF6-haltige Abluft kann in der Industrie anfallen.

Es ist wünschenswert, diese Gemische nach ihrer Anwen- dung mit dem Ziel der Wiederverwendung des SF6 aufzuarbeiten.

Problematisch dabei ist, daß Stickstoff bzw. Luft einen we- sentlichen Volumenanteil im Gasgemisch einnimmt und eine groie Transportkapazität erfordert. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Auftrennung der o. a.

Gasgemische anzugeben, welches bei der Wiederverwendung des SF6 aus den Gemischen nur geringe Transportkapazität erfor- dert.

Eine weitere Aufgabe besteht in der Zurverfügungstellung einer geeigneten Vorrichtung zur Durchführung des erfindungs- gemäßen Verfahrens.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Auftrennung von SF6 enthaltenden Gasgemischen sieht vor, daß man das Gemisch mit hydrophoben Zeolithen mit einem Si02/Al203-Verhaltnis ("Modul") von mindestens 80 und einem Porendurchmesser von 4 bis 7 Å (0,4 bis 0,7 nm) kontaktiert, um bevorzugt SF6 zu ad- sorbieren. Der im wesentlichen SF6-freie Stickstoff bzw. die SF6-freie Luft kann in die Umwelt entlassen werden.

Diese einfache Art der Verfahrensdurchführung eignet sich besonders dann, wenn verhältnismäßig kleine Mengen an Gasgemisch aufgetrennt werden sollen oder wenn der SF6-Gehalt gering ist, z. B. unterhalb 5 Vol.-%. Es ist deshalb beson- ders gut geeignet für die Gemische aus SF6 und Luft sowie ge- gebenenfalls CO2, die aus der Magnesium-Gießerei stammen und üblicherweise 0,05 bis 1 Vol.-% SF6 enthalten. Sofern hier noch zusätzlich Verunreinigungen wie SO2F2, SO2 etc. enthal- ten sind, kann vorab eine Reinigung erfolgen, wie Waschen mit Wasser oder Lauge oder Sorption mittels z. B. A1203. Auch für die Auftrennung von Füllgasen aus Isolierscheiben und Auto- reifen ist diese Verfahrensdurchführung gut geeignet.

Beispielsweise saugt man das Schutzgas der Magnesium- Industrie mit 0,2 Vol.-% SF6, Rest Luft und CO2 ab und trennt die Luft ab. Das sorbierte SF6 und CO2 wird rückgeführt. Mit wenigen Kilogramm Adsorbermaterial kann praktisch die ganze Wochenproduktion an Abgas eines Schmelztiegels gereinigt wer- den. Magnesium kann deshalb weitaus umweltfreundlicher als bisher hergestellt werden. Die Desorbtionszeitdauer ist nicht länger oder sogar kürzer als die Sorbtionszeitdauer.

Zwar liegt bei Isoliergasscheiben der SF6-Gehalt oft bei 10 Vol.-%, aber die Absauganlagen saugen oft Nebenluft an, so daß der effektive SF6-Gehalt bei der Sorbtion geringer ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von SF6-enthaltenden Gasen, insbeson- dere SF6-verunreinigter Luft oder Abluft.

Dieser Aspekt der Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß mit den ausgewählten Zeolithen SF6 generell aus Gasen ab- getrennt werden kann.

Einfache Sorptionsversuche zeigen, ob für ein jeweiliges Gas, aus dem SF6 entfernt werden soll, die Trennung im ge- wünschten Umfang eintritt. Sehr erfolgreich ist die Abtrenn- wirkung, wenn die Moleküle des Gases, aus welchem das SF6 ab- getrennt werden soll, größer oder kleiner als der Porendurch- messer des verwendeten Zeolithen sind. Auf diese Weise können z. B. Gase aus der Produktion gereinigt werden.

Die Methode kann auch zur Reinigung von Luft oder Abluft angewendet werden, welche mit SF6 verunreinigt ist.

Die erfindungsgemäße Verbesserung liegt hier darin, die Reinigung von Luft oder Abluft zu bewirken, die mit SF6 verunreinigt ist.

Sofern noch zusätzlich Verunreinigungen wie SO2F2, SO2 etc. enthalten sind, kann vorab eine Reinigung erfolgen, wie Waschen mit Wasser oder Lauge oder Sorption mittels z. B.

A1203.

Die Reinigung der Abluft, beispielsweise aus Anlagen, in denen SF6 hergestellt oder verwendet wird, erfolgt aus Grün- den des Umweltschutzes.

Die Reinigung von SF6 enthaltender Luft kann wünschens- wert sein, weil SF6 auf technische Prozesse störend wirken kann. Ein Anwendungsgebiet ist deshalb die Reinigung der Luft, die in technischen Anlagen umgewälzt wird.

Der Gehalt an SF6 in solcher Luft ist oft sehr gering (im ppm-Bereich). Deswegen kann üblicherweise auf die Vor- schaltung einer Membrantrennung verzichtet werden. Außerdem ist es angesichts der geringen Mengen an SF6 zwar möglich, die beladenen Sorbenzien zu regenerieren ; sie können aber auch beladen deponiert werden.

Zur Verbesserung der Reinigungswirkung kann man selbst- verständlich auch mehrere Adsorbtionsstufen (2,3 oder mehr) hintereinanderschalten.

Diese erfindungsgemäße Ausführungsform zeichnet sich durch hohe Reinigungswirkung bei SF6-kontaminierter Luft aus.

Die gereinigte Abluft bzw. Luft kann unbedenklich in die Um- welt entlassen werden bzw. in Anlagen geleitet werden und als Umgebungsluft dienen, in welchen SF6 als Kontamination ge- stört hätte.

Das Verfahren kann z. B. auch auf Luft oder Abluft ange- wendet werden, welcher SF6 zugesetzt ist, z. B. als Tracer- Substanz. Auch Luft oder Abluft in SF6 herstellenden oder an- wendenden Betrieben kann gereinigt werden, wenn diese Luft oder Abluft mit SF6 kontaminiert ist.

Eine bevorzugte Ausführungsform betrifft die Aufarbei- tung von SF6/N2-Gemischen, anhand derer die Erfindung weiter erläutert wird.

Sollen größere Mengen aufgetrennt werden oder ist der SF6-Gehalt größer, kann man das SF6/N2-Gemisch zunächst einer Tieftemperaturbehandlung unterwerfen. Vorzugsweise kühlt man das Gemisch auf eine Temperatur im Bereich von-70 °C bis -110 °C, insbesondere auf eine Temperatur im Bereich von -70 °C bis-100 °C ab. Es kondensiert dann SF6 aus, das nur noch einen geringen Anteil an N2 enthält. Außerdem verbleibt eine Gasphase, die überwiegend aus Stickstoff mit geringen Anteilen an SF6 besteht. Die auf diese Weise erhaltene Gas- phase wird dann wie oben beschrieben absorptiv aufgetrennt, so daß im wesentlichen von SF6 freier Stickstoff erhalten wird und in die Umwelt entlassen werden kann. Das SF6 kann recycelt werden.

Eine alternative, bevorzugte Ausführungsform für größere Mengen Gasgemisch bzw. solche Gasgemische, die einen höheren Gehalt an SF6 aufweisen, wird im folgenden beschrieben. Diese Ausführungsform sieht die Kombination von Membrantrennverfah- ren und Adsorption vor. Sie eignet sich sehr gut für Gemische aus SF6 und N2, beispielsweise aus Erdkabeln, welche einen SF6-Gehalt von 5 bis 30 Vol.-% aufweisen.

Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahren sieht vor, daß man ein SF6/N2-Gemisch in mindestens einer Membrantrennstufe in ein Retentat mit erhöhtem Gehalt an SF6 und ein Permeat mit verringertem Gehalt an SF6 auftrennt und das Permeat zur weiteren Auftrennung in mindestens eine Ad- sorptionsstufe mit den oben beschriebenen hydrophoben Zeo- lithen leitet. Bevorzugt ist es, zwei oder mehr Membrantrenn- stufen und zwei oder mehr Adsorptionsstufen vorzusehen.

Der Druck auf der Eingangsseite der Membran bzw. der Membranen liegt üblicherweise höher als der Umgebungsdruck. Beispielsweise kann man das zu trennende Gasgemisch mit einem Druck von bis zu 20 bar aufgeben. Sofern man mehrere Membra- nen vorsieht, ist vor jeder Membran ein Kompressor angeord- net. Das Permeat hat beim Eintritt in die Adsorberstufe dann üblicherweise einen Druck, der in etwa dem Umgebungsdruck entspricht. Gewünschtenfalls kann man das Permeat vor dem Eintritt in die Adsorberstufe komprimieren. Dies ist aber nicht notwendig. Am einfachsten ist es, das Permeat mit dem Druck in die Adsorberstufe zu geben, wie es aus der Membran resultiert. Der Druck liegt dann üblicherweise bis hin zu 4 bar (abs.), vorzugsweise bis hin zu 2 bar (abs.).

Sofern man zwei Membrantrennstufen vorsieht, sieht man zweckmäßig folgende Führung der Gasströme vor : das zu tren- nende Gemisch-beispielsweise ein Gemisch von Schwefelhexa- fluorid und Stickstoff mit 20 Vol.-% SF6 aus Erdkabeln-wird auf die erste Membran aufgegeben. Da die Membran Stickstoff bevorzugt passieren läßt, wird ein Permeat mit hohem Stick- stoffanteil und niedrigem Schwefelhexafluoridanteil erhalten.

Das Permeat wird in den Adsorber eingeleitet, bzw. in den er- sten Adsorber ; das den ersten Adsorber verlassende Gasgemisch wird dann in einen zweiten, sodann gegebenenfalls in einen dritten etc. Adsorber eingeleitet. Experimentell wurde gefun- den, daß bereits nach Passieren einer Membran und zwei, mit hydrophoben Zeolithen gefüllten Adsorbern ein Stickstoff mit weniger als 10 ppm SF6 erhalten wird. Das Retentat der ersten Membran wird in eine weitere Membran eingeleitet. Das aus dieser zweiten Membran resultierende Permeat wird in die er- ste Membran eingeleitet. Das Retentat aus der zweiten Membran stellt Schwefelhexafluorid mit geringen Mengen Stickstoff dar. Es kann nach Verflüssigung mit einem Kompressor zwi- schengespeichert, sofort wiederverwendet werden oder unter weiterer Anreicherung des Schwefelhexafluorids aufgearbeitet werden.

Das Verfahren kann bezüglich der Anzahl an Membranen und Adsorberstufen sehr flexibel durchgeführt werden. Je nachdem, wie weit die Abreicherung an SF6 erfolgen soll, sieht man eine, zwei oder noch mehr Adsorberstufen vor.

Die Anzahl der Membranen und die Anordnung der Membran- kartuschen richtet sich danach, ob ein Gas mit hohem oder niedrigem SF6-Gehalt behandelt werden soll. Bei größerer An- zahl von Membranen ist der Trenneffekt größer, der SF6-Gehalt im Permeat, das adsorptiv behandelt werden soll, geringer als bei Anwendung einer geringen Anzahl von Membranen. Der Adsor- ber kann dann entweder kleiner konstruiert werden, oder die Regeneration ist in längeren Intervallen nötig. Der appara- tive Aufwand kann allerdings höher sein (höhere Zahl an Kom- pressoren).

Es wurde festgestellt, daß bereits ein oder zwei Mem- brantrennstufen und ein oder zwei Adsorberstufen ausreichen, damit ein hochangereichertes Schwefelhexafluorid sowie ein Stickstoffgas mit allenfalls Spuren Schwefelhexafluorid er- halten werden können.

Bevorzugt sind organische, asymmetrische Membranen. Be- kanntermaßen gibt es gummielastische Membranen ("Rubbery Mem- branes") die auf der Basis der Löslichkeit der Permeats tren- nen. Andere Membranen trennen aufgrund der Diffusionsfähig- keit des Permeats ; dies sind nicht-gummielastische, eher kri- stalline Membranen ("Glassy Membranes") ; diese letzteren Mem- branen sind bevorzugt. Die Membran kann in üblicher Form vor- liegen. Membranen in Form eines Bündels von Hohlfasermembra- nen sind sehr gut geeignet. Das Membranmaterial kann bei- spielsweise aus Polysulfon, Polyetherimid, Polypropylen, Cel- luloseacetat, Polyimid, Polyamid, Polyaramid oder Ethylcellu- lose hergestellt sein, wie in der US-A 5,730,779 beschrieben.

Andere brauchbare Membranen werden in der US-A 4,838,904 be- schrieben. Sehr gut geeignet sind beispielsweise Polyimide, Polycarbonate, Polyester, Polyestercarbonate, Polysulfone, Polyethersulfone, Polyamide, Polyphenylenoxide und Polyole- fine. Bevorzugt enthält das Polymermaterial Polyester, Poly- carbonate und Polyestercarbonate. Hervorragend geeignet sind Polycarbonate, die von einem Bisphenol abgeleitet werden, in welchem mindestens 25 % der Bisphenoleinheiten in der Poly- merkette tetrahalogeniert sind, wobei das Halogen Chlor oder Brom ist. Besonders bevorzugte Membranen weisen eine polymere Matrix auf, die zwei poröse Oberflächen aufweist und eine Schicht, die die Trennung des Schwefelhexafluorids von den anderen Gasbestandteilen ermöglicht. Derartige Membranen wer- den im US-Patent 4,838,904 (EP-A-0 340 262) beschrieben. So- fern im Gasgemisch noch zusätzliche Verunreinigungen wie S02F2, SO2 etc. enthalten sind, kann vorab eine Reinigung er- folgen, wie Waschen mit Wasser oder Lauge oder mit Adsorbern.

Jede Membranstufe kann aus mehreren Membrankartuschen (parallel angeordnet) bestehen.

Der Druck auf der Eingangsseite der Membran bzw. der Membranen liegt üblicherweise höher als der Umgebungsdruck. Beispielsweise kann man das zu trennende Gasgemisch mit einem Druck von bis zu 13 bar aufgeben. Vorzugsweise liegt der Ein- gangsdruck bei 10 bis 12 bar. Sofern man mehrere Membranen vorsieht, kann vor jeder Membran ein Kompressor angeordnet sein. Die Temperatur liegt vorteilhaft bei 10 bis 40 °C.

Bei Anwendung dreier Membranstufen ist der Trenneffekt noch besser. Bevorzugt werden die drei Membranen folgenderma- ßen geschaltet : das SF6/N2-Gasgemisch wird auf die 1. Mem- branstufe als Feedstrom aufgegeben. Das Retentat wird als Feedstrom auf eine 2. Membranstufe aufgegeben. Das Retentat dieser 2. Stufe ist hochangereichertes SF6 und wiederverwert- bar. Das Permeat der 1. Membranstufe wird als Feedstrom auf die 3. Membranstufe aufgegeben. Das Permeat dieser 3. Stufe ist N2, fast frei von SF6 und wird nach Passieren des Adsor- bers oder der Adsorber in die Umgebung entlassen. Das Permeat der 2. Membranstufe und das Retentat der 3. Membranstufe wird in den Feedstrom zur 1. Membranstufe eingeleitet.

Es wurde festgestellt, daß mit Zeolithen, die nicht dem erfindungsgemäßen Auswahlkriterium bezüglich Modul und Poren- grole entsprechen, nur schlechtere oder gar keine Adsorption von Schwefelhexafluorid möglich ist, oder da$ diese wesent- lich unselektiver sind. Besonders vorteilhaft ist ein Poren- durchmesser von 5 bis 6,5 Å (0,5 bis 0,65 nm).

Die Regenerierung der Adsorbenzien ist möglich, indem man den Druck absenkt (Druckwechseladsorption) und gegebenen- falls Wärme auf die belegten Adsorbenzien einwirken läßt.

Das freigesetzte Schwefelhexafluorid kann beispielsweise dem Feedstrom in die Membrantrennanlage zugeleitet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch opti- male Aufspaltung des SF6/N2-Gemisches bzw. SF6/Luft-Gemischen aus. Der gereinigte Stickstoff bzw. die gereinigte Luft kann unbedenklich in die Umwelt entlassen werden. Das rückge- wonnene Schwefelhexafluorid kann entweder sofort oder nach weiterer Aufreinigung-gegebenenfalls verflüssigt-wieder- verwendet werden. Die im erfindungsgemäßen Verfahren anzuwen- dende Vorrichtung kann mobil ausgeführt sein. In diesem Fall kann das Gasgemisch, das beispielsweise aus Erdkabeln stammt, an Ort und Stelle aufgetrennt werden.

Zur Erfindung gehört auch eine Vorrichtung. Diese Vor- richtung zur Trennung von Schwefelhexafluorid/Stickstoff- oder SF6/Luft-Gemischen umfaßt eine, zwei, drei oder mehr Membrantrennstufen mit für Stickstoff oder Luft bevorzugt durchlässigen Membranen und ein, zwei, oder mehr Adsorber mit einer Schüttung von Zeolithen mit einem Siliciumdi- oxid/Aluminiumoxid-Verhältnis (Modul) von mindestens 80 und einem Porendurchmesser von 4 bis 7 Å (0,4 bis 0,7 nm). In be- zug auf die Zahl der Membran-und Adsorberstufen gilt das oben Gesagte. Vor jeder Membranstufe ist ein Kompressor ange- ordnet. Eine bevorzugte Vorrichtung weist, wie in Figur 1 er- läutert, zwei Membrantrennstufen und zwei Adsorberstufen auf.

Sie umfaßt weiterhin eine Zuführungsleitung für das aufzu- trennende Gasgemisch, die mit dem Eingang in die erste Mem- brantrennstufe verbunden ist, eine Verbindungsleitung zwi- schen erster und zweiter Membrantrennstufe, die zur Einlei- tung des Retentats aus der ersten Membrantrennstufe in die zweite Membrantrennstufe vorgesehen ist, eine Verbindungslei- tung zwischen zweiter und erster Membrantrennstufe, die zur Einleitung des Permeats der zweiten Membrantrennstufe in die erste Membrantrennstufe vorgesehen ist, eine Abnahmeleitung für das Retentat aus der zweiten Membrantrennstufe, von wel- cher Retentat mit hohem SF6-Gehalt abgenommen werden kann, eine Zuführungsleitung für das Permeat der ersten Membran- trennstufe in den ersten Adsorber, eine Zuführungsleitung für das den ersten Adsorber verlassende Gas in den zweiten Adsor- ber und eine Abnahmeleitung aus dem zweiten Adsorber für das im wesentlichen SF6-freie Stickstoffgas (bzw. die SF6-freie Luft).

Ein weiteres, besonders bevorzugtes System umfaßt drei Membranstufen. Zweckmäßig sind sie wie weiter oben beschrie- ben geschaltet. Figur 2 erläutert es näher. Behälter B (sym- bolisiert die gasisolierte Leitung) weist ein Gemisch von N2 und SF6 auf. Durch die Leitung 1 wird das Gemisch in die 1. Membranstufe 2 geleitet. Das Retentat wird über Leitung 3 in die 2. Membranstufe 4 eingespeist. Das Retentat, hochange- reichertes SF6, der Membranstufe 4 wird über Leitung 5 in den Vorratsbehälter V (Zwischentank) eingeleitet. Das Permeat der 1. Membranstufe 2 wird in eine 3. Membranstufe eingespeist, deren Permeat in den Adsorber (oder die Adsorber) eingeleitet werden kann. Das Retentat der 3. Membrantrennstufe wird über die Leitung 7 in den Feedstrom der 1. Membranstufe 2 einge- leitet wird. Auch das Permeat der 2. Membranstufe 4 wird, über Leitung 9, in den Feedstrom der 1. Membranstufe 2 einge- leitet. Kompressoren vor den Membranstufen, Sonden zur Pro- benanalytik, Durchflußmesser etc. sind der Ubersichtlichkeit halber weggelassen.

Je nach Adsorberkapazität und Zahl der Membrantrennstu- fen kann auch lediglich eine Adsorberstufe vorgesehen sein.

Zwei Adsorberstufen oder mehr sind vorteilhaft, da sie konti- nuierliche Arbeitsweise gestatten, sofern sie parallel ge- schaltet sind.

Die Vorrichtung kann in mobiler Form angeordnet sein, beispielsweise aufgebaut auf der Ladefläche eines Kraftfahr- zeuges (z. B. Lkw). Dann kann das erfindungsgemäße Verfahren an Ort und Stelle durchgeführt werden.

Die Erfindung wird anhand Beispiel 1 unter Bezugnahme auf Figur 1 weiter erläutert.

Beispiel 1 : Kombination von Membrantrennuna und Sorption Verwendet wurde eine Anlage mit zwei Membrantrennstufen und zwei hintereinandergeschalteten Adsorbern. Diese Anlage ist sehr kompakt (Raumbedarf : 30-Fuß-Container) und eignet sich zum Aufbau auf der Ladefläche beispielsweise eines Lkw. Der Einfachheit halber sind die Kompressoren vor jeder Membran weggelassen.

Die verwendeten Membranen waren vom Hohlfasertyp, Hersteller : Aga-Gas, Typ AVIRTM. Verwendet wurde"WessalithR DAZ F20"der Firma Degussa. Es handelt sich um einen Zeolithen vom Penta- sil-Typ, der einer Dealuminierung unterworfen wurde, um das A1203 im Gitter durch Si02 zu ersetzen und auf diese Weise das Modul zu erhöhen. Diese Art der Modifizierung wird auch bei anderen Zeolithen angewendet, um A1203 im Zeolithen durch SiO2 zu ersetzen. Eine Methode sieht hierzu vor, den Zeoli- then mit SiC14 zu kontaktieren, siehe auch W. Otten, E. Gail und T. Frey, Chem.-Ing.-Tech. 64 (1992), Nr. 10, Seiten 915- 925, insbesondere Seiten 915-916.

Der verwendete Zeolith"WessalithR DAZ F20"besitzt ein Modul von über 1.000, eine Porenweite von 0,6 nm und eine Partikel- größe von 2 mm. 500 g dieses Adsorbens wurden eingesetzt.

Durch Vermischen von Stickstoff und Schwefelhexafluorid wurde ein Gasgemisch mit 20 Vol.-% SF6 und 80 Vol.-% N2 erzeugt, die einem beispielsweise in Erdkabeln verwendeten Gasgemisch ent- spricht. Das Gasgemisch mit einem Druck von 13 bar (abs.) wurde über die Leitung 1 in die erste Membrantrennstufe 2 eingeleitet (1 m3/h). Das die erste Membrantrennstufe verlas- sende Permeat enthielt 97 Vol.-% Stickstoff und 3 Vol.-% Schwefelhexafluorid und bei etwa Umgebungsdruck wurde über die Leitung 8 in den ersten Adsorber 9 und das den Adsorber verlassende Gasgemisch über die Leitung 10 in den zweiten Ad- sorber 11 eingeleitet. Über die Leitung 12 wurde ein Gas ab- genommen, welches weniger als 10 ppm Schwefelhexafluorid ent- hielt.

Das Retentat der ersten Membrantrennstufe enthielt 50 Vol.-% Stickstoff und 50 Vol.-% Schwefelhexafluorid und wurde nach Verdichtung auf 13 bar über die Leitung 3 in die zweite Mem- brantrennstufe 4 eingeleitet. Das Permeat aus der zweiten Membrantrennstufe enthielt 81 Vol.-% Stickstoff und 19 Vol.-% Schwefelhexafluorid und wurde über die Leitung 5 in die erste Membrantrennstufe rückgeführt. Das Retentat der zweiten Mem- brantrennstufe enthielt 95 Vol.-% Schwefelhexafluorid und 5 Vol.-% Stickstoff. Es wurde über die Leitung 6 in einen Vor- ratsbehälter 7 eingeleitet. Dieses Produkt ist so rein, daß es unmittelbar zur Wiederverwendung des SF6 verwendet werden kann. Gewünschtenfalls kann es aber auch weiter aufgereinigt werden.

Beispiel 1 wurde wiederholt, diesmal mit 3 Membranen. Das die 3. Membran verlassende Permeat wies noch 1 Vol.-% SF6 auf, bevor es in die Adsorber geführt wurde. Entsprechend länger sind die Intervalle bis zur Regeneration.

Beispiele 2 bis 13 : 12 Zeolithe wurden auf ihre Eignung als Adsorbenzien zur Trennung von SF6/N2-Gemischen untersucht. Ein SF6/N2-Gemisch mit etwa 1 Vol.-% SF6 wurde über 2 in Reihe geschaltete Ad- sorber geleitet, die eine Schüttung von 500 ml des jeweiligen Adsorbens enthielten. Das Gemisch wurde durchgeleitet, bis etwa 10 g an SF6 durchgeleitet waren. Das den 2. Adsorber verlassende Gemisch wurde gaschromatographisch untersucht und die SF6-Konzentration bestimmt. Die 1. Versuchsreihe wurde bei Umgebungsdruck (1 bar) durchgeführt.

In der folgenden Tabelle sind die untersuchten Adsorbenzien, ihre Charakteristika und eine Bewertung ihrer Adsorp- tionsleistung zusammengestellt. Dabei entspricht der Zeolith Nr. 1 dem Beispiel 2 etc.

** Hersteller : Nr. 1, Nr. 4 : Degussa AG ; Nr. 5 : Bayer AG, Leverkusen ; Nr. 3, Nr. 7, Nr. 8 : Chemie Uetikon GmbH, Uetikon (Schweiz) ; Nr. 2 : Sued-Chemie, München ; Nr. 6 : W. R. Grace, Nd. Worms ; Nr. 9 : Solvay ; Nr. 10 : UOP, Nd. Erkrath ; Nr. 11 : Atochem Deutschland, Nd. Düsseldorf ; Nr. 12 : Zeoline, Engis (Belgien) 1) Adsorber 1, gemessen nach 5 min.

2) Adsorber 2, gemessen nach 10 min.

3) Als Extrudat eingesetzt Tabelle 1 : Untersuchte Zeolithe vom , =yf. :,..,, : :....., ;"""...'.., :... :.,. : : :..,. .. : AG4ll : IG. fr : :. y. y ! y 'I 'Hl............. : :l. pr iuw r r. m h. R1 r ntrtta tt. i : S .. : yy , j yY m T 4480 Pentasil ZSM5 90 0, 58 <1 pm3) 1, 62 0, 38 ', F20 ; : : ; : : : : < : : : :. >" : : : ; ; >. : : : ><. : : T 4480 Pentasil ZSM5 90 0 58 < 1 Nm 1,62 0,38 N ! ZSM5, 400 0, 53 x 0,56 ; 0,51 x 2-5 mm 11,48 0,23 l ! BS ! ! NM Na-Form n t-e Na-Form essalith DAY Y-Zeolith >200 0, >200 0, mm 60,98 61,23 Vergielchsbeispiel (FAU) Baylith X in Na-Form 2,5 0,9 2-4 mm 56,02 46,08 Vergleichsbeispiel s =...894 Grace 522A 2,6 0, 5 1,6-2,5 mm 61,93 28,82 Vergleichsbeispiel ; 7 Zeocat FM-8 Mordenit SM 12 0,26-0, 57 ; 0, 65-0, 7 1-2 Nm 61,16 62,26 Vergleichsbeispiel Zeocat 6-08-02 Y-Zeolith 5-6 0, 74 2,45 nm 41,64 56,57 Vergleichsbeispiel ; Sicolith 4A-Granulat 2 0, 4 1-2 mm 61,37 61,21 Vergleichsbeispiel iQ'Molsieb 13x Y-Typ, 1-2 1, 0 1,45-2 mm 1,91 35,19 Vergleichsbeispiel UOP Na-Form ATO Siliporite G5 X-Typ, 1,25 1,0 1,5-1,85 54,82 56,82 Vergleichsbeispiel Na-Form Zeoline Na-Form 2 0, 4 2,7 pm 25,91 55,21 Vergleichsbeispiel Hersteller : Siehe ** Seite 9 Die Tabelle zeigt, daß Zeolithe mit einem Modul >80 und einer Porenweite von 4 bis 7 nm bereits bei Umgebungsdruck gute Ad- sorptionsleistung zeigen.

Beobachtet wurde, daß bei den für das erfindungsgemäße Ver- fahren geeigneten Adsorbenzien die Adsorption von SF6 verbes- sert wird, die Adsorption von N2 jedoch verringert wird, wenn der Druck erhöht wird ; die Selektivität nimmt also zu. Aller- dings ist ein höherer apparativer Aufwand notwendig.

Die Beispiele 2-4 und 6 (Zeolithe Nr. 1-3 und 5) wurden wiederholt bei einem Druck von 2,3 und 4 bar. Der Zeolith Nr. 3 zeigte bereits bei 1 bar so gute Werte, da$ sie beim Arbeiten unter Druck nicht mehr verbessert wurden. Die ande- ren Zeolithe zeigten eine Verbesserung der Adsorption.

Weitere Tests bei einer SF6-Konzentration von 2 und 4 Vol.-% ergaben, daß auch hier der Zeolith Nr. 3 die besten Ergebnis- se lieferte.