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Verfahren zur stufenweisen Konzentration von "schwerem" Wasser.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Konzentration von schwerem Wasser bei der Wasser-Elektrolyse.
Es ist festgestellt worden, dass gewöhnliches Wasser einen geringen Prozentsatz eines "schweren" Wassers enthält und dass in elekrolytischen Zellen, die eine gewisse Zeit lang zur Zersetzung von Wasser durch Elektrolyse benutzt worden sind, der im Elektrolyten vorhandene Prozentsatz an schwerem Wasser
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des mit den Gasen in Dampfform entweichenden schweren Wassers und die Ausbeute des entsprechenden schweren Wasserstoffs, der durch die Elektrolyse eines Teiles des schweren Wassers entsteht, nimmt gleichfalls mit wachsender Konzentration des schweren Wassers in der Zelle zu. Demnach erreicht der Prozentsatz an schwerem Wasser in der Zelle einen Höchstwert, wenn sein die Zelle als Dampf verlassender Betrag und der schwere Wasserstoff gleich der in dem zugesetzten Speisewasser enthaltenen Menge des schweren Wassers ist.
Bei frischem Speisewasser wird unter normalen Verhältnissen dieser Prozentsatz an schwerem Wasser in dem Elektrolyten nicht mehr als das Fünffache der im ursprünglichen Wasser enthaltenen Menge betragen.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, bei der Durchführung der Elektrolyse von einem sehr schwachen Elektrolyten auszugehen und die Zersetzung ohne Wasserzusatz so lange vorzunehmen, bis der Elektrolyt sehr stark konzentriert ist. Dieses Konzentrationsverfahren ist unwirtschaftlich, weil während des grössten Teiles der Zeit die Elektrolyse eine übermässig hohe Spannung erfordert.
Da der grösste Teil der Verluste an "schwerem" Wasser in einer Zelle diejenige Menge ist, die mit dem Wasserdampf entweicht, welcher in den entwickelten Sauerstoff-und Wasserstoffgasen enthalten ist, und nur ein geringer Teil der Verluste auf die Zersetzung von "schwerem" Wasser in "schweren" Wasserstoff und Sauerstoff zurückzuführen ist, wird erfindungsgemäss der Dampf durch Abkühlung der aus jeder Zelle oder Zellenreihe entweichenden Gase vor dem Waschen kondensiert und dieses Kondensat zur Speisung einer weiteren Zelle oder Zellenreihe der stufenweisen Konzentration benutzt. Hiebei erfolgt dann eine weitere Konzentration. Die Menge des Kondensates im Verhältnis zur Menge des zersetzten Wassers kann durch Regelung der Arbeitstemperatur der Zellen und der Temperatur des Kondensators eingestellt werden.
Es hat sich gezeigt, dass durch eine Erhöhung der Temperatur über das normale Mass hinaus die Menge des Kondensates beträchtlich vermehrt wird. Auf diese Weise kann der Elektrolyt auf konstanter Konzentration und damit auf höchster Wirksamkeit gehalten werden und die Konzentration des "schweren" Wassers erfolgt ohne Störung der normalen Arbeitsweise der Zellen oder Zellenreihen.
Das Kondensat aus der zweiten Zelle oder Zellenreihe wird wiederum zur Speisung einer dritten Zelle oder Zellenreihe benutzt und diese Massnahme kann so oft wiederholt werden, als es zur Erzeugung eines konzentrierten Kondensates von "schwerem" Wasser erforderlich ist.
Versuche und Berechnungen haben z. B. ergeben, dass es möglich ist, das "schwere" Wasser bei jedem Arbeitsgang um das Fünffache zu konzentrieren. Wenn also das normale Wasser einen Teil auf 5000 Teile enthalten hat, so würde im ersten Kondensat einer auf 1000 Teile, im zweiten Kondensat einer auf 200 Teile, im dritten Kondensat einer auf 40 Teile und im nächsten Kondensat einer auf 8 Teile enthalten sein können. Derartige Verhältnisse lassen sich aber in der Praxis nicht erreichen, weil mit wachsender Konzentration auch die Menge des bei der Elektrolyse zersetzten "schweren" Wassers steigt
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und sich ein grösserer Prozentsatz von "schwerem" Wasserstoff in dem entweichenden Gas ergibt.
Es ist deshalb leichter, bei jedem Arbeitsgang eine etwas schwächere Konzentration anzustreben und dafür die Anzahl der Behandlungsstufen zu vermehren.
In Vorstehendem ist das Verfahren nach der Erfindung als stufenweise arbeitend bezeichnet worden.
Es ist aber selbstverständlich nicht notwendig, die Zellen oder Zellenreihen intermittierend wirken zu lassen. Auch bei kontinuierlichem Arbeiten mit konstanter Speisung kann in entsprechenden Vorrichtungen die gleiche Wirkung erreicht werden.
Zur Ausführung des Verfahrens kann an sich jede beliebige Art von elektrolytischen Zellen benutzt werden. Zweckmässig ist es aber, diejenigen zu verwenden, welche unter dem Namen des Anmelders bekannt sind. Eine derartige Zelle muss aufweisen :
1. Mittel zur Überwachung und Regelung der Temperatur,
2. ein grosses Fassungsvermögen für die Ablagerung des elektrolytischen Niederschlages,
3. Kondensatoren zum Kühlen der Gase und Sammeln des Kondensats vor dem Waschen,
4. Vorrichtungen zum Waschen der Gase mit dem zusetzenden Speisewasser.
Vorteilhaft werden die Kondensatoren jeder Zelle einzeln zugeordnet, jedoch können sie für eine Zellengruppe zusammengefasst werden. Die Waschvorrichtungen werden zweckmässig für Zellengruppen oder-reihen vereinigt, können aber auch für jede Zelle einzeln vorgesehen sein.
Das aus jeder Konzentrationsstuie stammende Kondensat wird einem Vorratsbehälter zur Speisung der nächsten Stufe zugeleitet. Zur Ausführung des Waschvorganges und der Speisung können vorzugsweise die in den englischen Patenten 219381, 261164,320388 und 335987 des Anmelders gekennzeichneten Vorrichtungen Verwendung finden.
Es hat sich gezeigt, dass "schwerer" Wasserstoff sich mit Wasser verbindet, das "schweres" Wasser und eine gleichwertige Menge von"leichtem"Wasserstoff enthält. Deshalb sollen nach einem weiteren Merkmal der vorliegenden Erfindung zur Rückgewinnung eines Teils oder der Gesamtmenge des "schweren" Wasserstoffes, welcher bei der Elektrolyse mit dem leichten"Wasserstoff entweicht, die gewaschenen Wasserstoffgase in geeigneten Vorrichtungen noch in innige Berührung mit dem Speisewasser gebracht werden. In den gewöhnlichen Gaswerken sind hiezu verwendbare Vorrichtungen, wie z. B. mit Koks gefüllte Türme oder mechanisch wirkende Gasreiniger in verschiedenen Ausführungen im Gebrauch.
Das Gasgemisch kann nach den letzten Behandlungsstufen, wenn die entweichende Wasserstoffgasmischung einen sehr hohen Prozentsatz von "schwerem" Wasserstoff enthält, verflÜssigt werden, um dann die Gase durch fraktionierte Destillation in der üblichen Weise für den Gebrauch zu trennen.
Den hochwertigen "schweren" Wasserstoff kann man nach seiner Abscheidung in Luft verbrennen und die Verbrennungsprodukte kondensieren, welche fast reines "schweres" Wasser enthalten.
Anderseits kann das konzentrierte "schwere" Wasser durch Elektrolyse in "schweren" Wasserstoff und Sauerstoff zersetzt werden.
PATENT-ANSPRÜCHE : 1. Verfahren zur stufenweisen Konzentration von "schwerem" Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser durch Elektrolyse zersetzt, der aus jeder die Elektrolyse bewirkenden Zelle oder Reihe von Zellen durch die Gase abgeführte Wasserdampf vor dem Waschen der Gase kondensiert und das so erhaltene Kondensat zur Speisung der Zelle oder Zellenreihe der nächsten Stufe der Konzentration benutzt wird.