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Verfahren zur Gewinnung von reinem Wasserstoff aus Wassergas.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Erzeugung von reinem Wasserstoff mittels Wassergas, das aus Koks, Braunkohle, Torf od. dgl. kohlenstoffreichen Brennstoffen ohne Zutritt äusserer Luft in einem von aussen her geheizten Generator erzeugt wird, in den überhitzten Dampf eingeblasen wird, u. zw. entsprechend der Reaktionsgleichung C + H2 0 = CO + 2 H, die dann stattfindet, wenn der Generator zur Weissglut erhitzt ist.
Das dann erzeugte Gas wird mit Wasserstoff angereichert, indem dasselbe durch eine mit einstellbarer Heizung versehene, eine Verlängerung des unteren Generators bildende Säule hindurchgeleitet wird, die aus feuerfestem Lehm und Holzkohle hergestellte Scheidewände besitzt. Die Anreicherung
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hervorgerufen.
Das angereicherte Gas wird dann in einen bekannten, Kalkmilch enthaltenden Kondensationsreiniger geleitet, indem die Kohlensäure und der mitgerissene Kohlenstaub sowie andere Verunreinigungen abgetrennt werden, während die bleibenden Gase in einem Reiniger geleitet werden, der aus einer Anzahl von aussen geheizten, schlangenförmig miteinander verbundenen Rohre zusammengesetzt und mit einer neuartigen, im nachstehenden beschriebenen Natronkalkmasse angefüllt ist, die die noch im Wasserstoff vorhandene Gesamtmenge von CO und CO2 zurückhält, während der aus diesem Reiniger austretende Wasserstoff in einen Gasometer geleitet wird.
Das Oxydieren deb \Vassergases findet in einer Säule statt, die mit groben, feuerfeste, wellenförmige Flächen bildenden Lehmschichten angefüllt ist. In den Lehmschichten sind körnige Holzkohlen derart eingebettet, dass die unteren, den höheren Temperaturen ausgesetzten Schichten den geringsten Prozentsatz Holzkohle, die oberen, allmählich geringeren Temperaturen ausgesetzten Schichten jedoch einen allmählich stärkeren Prozentsatz Holzkohle enthalten, was zur Folge hat, dass das im Generator erzeugte, durch die Säule hindurchgeleitete Wassergas und der in die Säule eingeblasene Wasserdampf infolge der durch die Lehmschichten gebildeten Prallwände und unter dem Einfluss des Druckes, der Temperatur, der Geschwindigkeit und der Menge des eingeblasenen Dampfes energisch durcheinander gemischt werden,
wobei die chemische Reaktion zwischen den Gasen und dem Wasserdampf in Gegenwart von Holzkohle unter den günstigsten Bedingungen vor sich geht. Die zur Heizung der Säule erforderliche Wärme wird durch die den Generator heizenden Gase geliefert.
Das neue Verfahren und die Vorrichtung sollen in nachstehendem an Hand der beigegebenen, die ganze Anlage schematisch darstellenden Zeichnungen erläutert werden.
Die Vorrichtung besitzt nach Fig. 1 eine mittlere Retorte oder Generator 1, der mit einem feuerfesten, eine ringförmige Heizkammer 3 um die Retorte herum bildenden Mantel 2 versehen ist. Der Generator wird auf der ganzen Höhe durch etagenartig angeordnete Brenner 4 geheizt und mittels eines oberen, mit Register 6 versehenen Fülltrichters 5 mit Brennstoff (Koks, Braunkohle, Torf, Holzkohle u. dgl.) gespeist.
Das Wasser wird als überhitzter Dampf durch eine untere Leitung 7 zugeführt, wobei die Temperatur des Dampfes ausreichend ist, um den stark erhitzten Brennstoff nicht abzukühlen. Der Zutritt kalter Luft wird sorgfältig verhindert, und es wird stark genug geheizt, um bei 2 Wassergas zu erzeugen, was eine praktische Wiedergewinnung von 70% Wasserstoff ermöglicht.
Die Temperatur des Brennstoffes ist keiner Veränderung ausgesetzt, da letzterer von aussen her dauernd durch dieselbe Anzahl Brenner geheizt wird und die Menge des überhitzten Dampfes auch stets gleich bleibt, so dass Menge und Zusammensetzung des erzeugten Wassergases dauernd konstant bleibt.
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Die Retorte-oder'Generator 1 ist nach oben durch eine Säule 9 verlängert, in der das aus dem 'Generator kommende'Wassergas mit Wasserstoff angereichert wird.
Zum Zuleiten bzw. Ansaugen des Wassergases in die Säule 9 kann eine Venturiröhre in die Leitung 11 für den in die Säule eingeblasenen Wasserdampf eingeschaltet werden, wobei die Anreicherung des Wasser- gases in Wasserstoff den höchsten Grad. erreicht.
Die zur Heizung der Masse erforderliche Wärme wird durch die heissen Gase des unteren Generators 1 geliefert.
Die Verbrennungsgase entweichen bei 12 und dienen z. B. zum Überhitzen des Dampfes. Selbst- redend kann die Retorte sowie die Säule auch durch andere Mittel geheizt werden, vorausgesetzt, dass die Heizung von aussen her stattfindet. Das aus der Säule 9 austretende Gas wird durch eine Leitung. M durch einen Kondensationsreiniger bekannter Art 17 geleitet, der Kalkmilch (Regenerierungsabfälle) zur
Trennung des Kohlendioxydes und des Kohlenstaubs enthält, und von da in einen besonderen Reiniger, in dem der Wasserstoff restlos von Kohlenstoffoxyd und andern Gasen befreit wird. Dieser Reiniger besteht, wie aus Fig. 2 und 3 ersichtlich, aus senkrechten, miteinander verbundenen Röhren 14-15-16, die in einer mit feuerfestem Material 19 umgebenen Kammer 18 (Schnitt A-A) angeordnet sind.
Die Kammer 18 wird auf eine durch Erfahrung bestimmte Temperatur durch etagenförmig angeordnete Brenner 20 geheizt, n. zw. auf ungefähr 8000 C. Das aus dem Reiniger 17 austretende Gas gelangt durch die Leitung 21 in die erste Röhre 18, strömt aufwärts, dann abwärts durch die Röhre 15, . dann wieder aufwärts durch die Röhre 16, wodurch den Gasen ein langer Weg geboten wird, bevor die- selben in den nicht dargestellten Gasometer gelangen. Die Pfeile zeigen den Weg des Gases. Die Rohre sind mit eigenartig hergestelltem Natron oder Kalikalkhydrat gefüllt, das die geringsten Mengen Kohlen- oxyd und andere im Wassergas vorhandenen Verunreinigungen ausscheidet.
Dieses Natronkalkhydrat wird wie folgt hergestellt :
Es handelt sich darum, Kali oder Natronkalk in der Weise zu bearbeiten, dass derselbe, in Gestalt von Briketts od. dgl., die Reinigungsretorten 14-16 anfüllt, wobei diese Briketts derart porös sind, dass der von Kohlenoxyd zu reinigende Wasserstoff durch dieselben hindurchfiltriert und dabei das Kohlen- oxyd gründlich zersetzt wird.
Zu diesem Zweck wird der ungelöschte Natronkalk, der in den Retorten 14-16 während der
Regenerationsperiode kalziniert wird (s. unten), mit einer 5% igen Alkalilösung bei einer Temperatur - von 950 C gelöscht, u. zw. werden 800 g Lösung angewandt zum Löschen von einem Kilo ungelöschten Natronkalkes, wobei eine pulverförmige Substanz, also Natronkalkmehl, erhalten wird.
Dieses Mehl wird alsdann gebeutelt, um die eventuell nicht gelöschten Teile auszuscheiden, welche beim Reinigungsverfahren des unreinen Wasserstoffes die Röhren 14-16 verstopfen könnten.
Darauf wird das Mehl durch eine selbsttätig arbeitende Vorrichtung in Formen mit abnehmbaren
Boden und einem in rechtwinklige Abteilungen eingestellte Rahmen eingeschüttet, welche Formen auf einem endlosen, sich langsam bewegenden Band aufgestellt sind, über welch letzterem eine Anzahl durch- löcherte Röhrehen angebracht sind, durch welche eine auf 50 C geheizte Alkalihydroxydlösung in die auf dem sich bewegenden Band und mit Mehl gefüllten Abteilungen herabtröpfelt, und dies in ununter- brochener Reihenfolge, wodurch das Mehl allmählich betröpfelt wird, ohne dass sich dabei ein wässeriger
Teig bildet.
Die Zahl der Besprengungen des Mehles in den Abteilungen ist so berechnet, dass in jeder
Abteilung die Flüssigkeit einer vorherigen Besprengungsröhre gänzlich durch das Mehl hindurehgesickert ist, bevor die Abteilung unter die folgende Besprengungsröhre gelangt, so dass das Mehl schliesslich an das Ende des endlosen Bandes in Gestalt von weichen Briketts angelangt, welche aus den Formen durch den abnehmbaren Boden abgenommen und auf Hürden zum Trocknen ausgesetzt werden, was einige Stunden in Anspruch nimmt, da durch Aufnahme der Kohlensäure aus der Luft die äusseren Flächen sich mit einer äusserst dünnen Schale von Karbonaten überdecken, während die innere Feuchtigkeit in den Briketts verbleibt.
Nun werden die Röhren 14-16 mit solchen Briketts gefüllt und alsdann der zu reinigende Wasserstoff in die auf 8000 C geheizten Röhren eingeleitet.
Der Wasserstoff filtriert durch die äusserst porösen Briketts und das Kohlenoxyd wird restlos zersetzt.
Es sei bemerkt, dass das Natronkalkmehl eine Temperatur von 95 C besitzt und ferner mit einer Natriumlösung bei 500 C getränkt ist, so dass das Erhärten der Briketts schnell von statten geht und ferner der Feuchtigkeitsgrad derselben genau berechnet werden kann.
Wenn die Briketts gänzlich in Karbonate verwandelt sind, wird die Reinigungsoperation eingestellt und nunmehr wird zur Regeneration des Natron-bzw. Kalikalkes geschritten.
Zu diesem Zweck wird die Temperatur der Röhren 14-16 von 800 auf 8500 C erhöht, wobei sämtliche in Karbonate verwandelte Hydrate u. dgl. gemäss obiger Reaktion nunmehr ihre Kohlensäure abgeben, und der in den Röhren verbleibende Kalk und Natron bzw. Kali zu einer neuen Verwendung, wie beschrieben, in das Verfahren eintreten. Dadurch ist das Verfahren äusserst billig.
Dieses Verfahren zur Zubereitung von Kali oder Natronkalle unterscheidet sich wesentlich von dem in der österr. Patentschrift Nr. 57697 beschriebenen, indem ein Überschuss von 5% iger Lauge
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angewandt wird und dabei ein pulverförmiger Natron- (oder Kali-) kalk-erhalten wird, der in Formen gegossen, und mit Natronlauge übergossen, in Gestalt von Briketts angewandt wird, deren Gehalt an Feuchtigkeit genau bestimmt ist, was für das Verfahren von grosser Bedeutung ist. denn davon hängt die Porosität der Briketts und daher (hs leichte Hindurchfiltrieren des zu reinigenden Wasserstoffes durch das ganze Innere der Briketts ab.
Das Verfahren und die Vorrichtung bieten folgende Hauptvorteile :
1. Infolge der Erzeugung eines wasserstoffreichen Gases am Eintritt in die Reinigungsschlange wird nur eine sehr geringe Menge Natronkalk angewandt.
2. Die Reinigung ist sehr einfach und vollständig.
3. Der Betrieb ist ununterbrochen.
4. Die Rohre werden vor ihrer Benutzung gereinigt.
5. Die Handarbeit ist sehr gering.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Gewinnung von reinem Wasserstoff aus Wassergas, wobei das Kohlenoxyd einerseits mit Wasserdampf in Gegenwart hoch erhitzter Prallwände und anderseits mit Natronkalk umgesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Umsetzung mit Wasserdampf in einem über den Wassergasgenerator angeordneten Ofenraum erfolgt, der mit einem Gemisch von feuerfestem Ton und Holzkohlenstücken derart angefüllt ist, dass die unteren stark erhitzten Schichten den kleinsten Prozentsatz an Kohle enthalten, während die oberen Schichten, wo eine niedrigere Temperatur herrscht, einen höheren Prozentsatz Holzkohle enthalten, worauf die in diesem Ofenraum entstehenden Gasgemische nach Entfernung der gebildeten Kohlensäure zwecks Umsetzung des noch übriggebliebenen Kohlenoxyds in üblicher Weise mit auf zirka 800 C erhitztem,
brikettiertem Natronkalk zusammengebracht werden.