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Verfahren und Vorrichtung zur Darstellung von Wasserstoff.
In der deutschen Patentschrift Nr. 236974 wird ein Verfahren zur Darstellung, von Wasserstoff beschrieben, das darin besteht, ein in der Kälte beständiges Gemisch gewisser Metalle, Metalloide oder Legierungen mit Metallhydraten an einer Stelle zu entzünden, so dass die Umsetzung sich in. dem Gemisch ohne weitere Zuführung vom Wärme von aussen her, lediglich durch die auf- tretende Reaktionswärme, vollendet, während gleichzeitig Wasserstoff frei wird.
Dieses Verfahren, bei dem sich die miteinander gemischten Körper direkt, d. h. infolge einfacher lokaler Erhitzung und ohne die Mitwirkung anderer Stoffe miteinander umsetzen, lässt sich nur mit solchen Körpern ausführen, die die erforderliche Affinität zueinander besitzen.
Gegenstand der Erfindung ist nun ein Verfahren zur Darstellung von Wasserstoff durch
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für einander besitzen und sich nicht ohneweiters allein durch ihre Erhitzung an einer Stelle miteinander umsetzen. Zweck der Erfindung ist es demnach, die Anwendung des früher beschriebenen, auf trockenem Wege ausgeführten Verfahrens auf eine grössere Reihe von Metallen, Metalloiden oder Legierungen durch Hinzufügung eines Oxydations- oder Verbrennungsmittels zu ermöglichen.
Das Verfahren gemäss der Erfindung besteht darin, im geschlossenen Gefäss und in Gegenwart von Wasserdampf ein Gemisch zu entzünden, das aus einem Überschuss an Brennmaterial (Metall, Metalloid oder Legierungen) und einem Oxydations-oder Verbrennungsmittel besteht, das die Verbrennung im geschlossenen Gefäss und in Gegenwart von Wasserdampf unterhält.
Der Wasserdampf kann aus dem Gemisch selbst entwickelt werden, indem man diesem Hydrate, d. h. beliebige wasserhaltige Körper beimischt, die also Wasserstoff und Sauerstoff ent- halten und sich in der Wärme unter Entwicklung von Wasserdampf zersetzen können, wie z. H. gelöschter Kalk, Alkoholate, Kohlehydrate oder auch einfach Wasser. Der Wasserdampf kann aber auch völlig oder zum Teil von aussen her durch beliebige Mittel erzeugt werden, insbesondere unter Ausnutzung der Reaktionswärme des Gemisches zur Verdampfung des Wassers in einem Kessel in gleicher Weis ;', wie dies bei gewöhnlichem Brennmaterial geschieht.
Auf der Zeichnung sind zwei Vorrichtungen zur Ausführung des Verfahrens in beispiels- wcisen Ausführungsformen dargestellt.
Fig. l zeigt in senkrechtem Längsschnitt eine stationäre Vorrichtung : Fig. 2 stellt eine Einzelheit dar, Fig. 3 und 4 zeigen in Seiten-und Endansicht eine fahrbare Vorrichtung.
Zwecks Ausführung des Verfahrens für den Fall. dass der Wasserdampf in dem Gemisch in einer der oben erwähnten Formen bereits enthalten ist, wird ein Gentisch hergestellt, das dip Eigenschafb besitzt :
1. im geschlossenen Gefäss verbrennen zu können ; : 2. wasserhaltige Körper, cl. h. solche Körper zu enthalten, die Wasscrdampf entwickeln können (Metallby drate, Verbindungen mit Hydratwasser, Konstitutionswasser, Kohle- hydrate usw.) ; 3. ein Metall oder Metalloid. eine Verbindung oder ein Gemisch von solchen im Überschuss
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Um schliesslich der dritten Bedingung zu genügen, setzt man dem wärmeentwickelnden Gemisch entweder einen Überschuss an Brennmaterial (Eisen, Kohlenstoff, Silizium usw.) oder eine Verbindung desselben (Ferrosilizium, Ferrochrom, Ferrobor, Eisenkarbid, Siliziumkarbid, Borkarbid oder Kalzium-Aluminium-oder Mangankarbid oder ein Hydrid zu, wie Kalzium- hydrid Ca, Chromhydrid usw. ), wobei der Überschuss an Brennmaterial bzw. dessen Ersatz den Wasserdampf in der Wärme zersetzt und Wasserstoff freimacht.
Verwendet man Kohlenstoff oder eine kohlenstoffhaltige Verbindung, so erhält man einen mit Kohlensäuregas verunreinigten Wasserston. Die Kohlensäure eliminiert man entweder dadurch, dass man dem Gemisch einen Überschuss an Alkalihydrat gibt, das die Kohlensäure bindet, oder indem man das unreine Wasserstongas nach seiner Entwicklung mit Alkalilauge wäscht.
Gute Resultate erzielt man auch, wenn man an Stelle von Metallhydraten, Metallalkoholate oder Polyalkoholate der Formel R 0 J'le verwendet, in der R die Methyl- oder Äthylgruppe usw., Me ein Metall bezeichnet.
Gute Resultate erhält man ferner, wenn man den Kohlenstoff durch ein Kohlehydrat, wie Mehl. Zucker, Dextrin, Zellulose usw. ersetzt. Die Gesamtreaktion, die den drei oben aufgeführten Bedingungen entspricht, wird bei Verwendung von Eisen, Kaliumchlorat und Kalk durch folgende Formel veranschaulicht : 5 Fe+K ClO3+4Ca(OH)2=Fe2O3+Fe3O4+4CaO+KCl+4H2.
Zu analogen Formeln gelangt man mit Silizium, Kohlenstoff und anderen Metallen und Metalloiden. Als Ausführungsbeispiele von Gemischen, die gute Resultate ergeben, seien folgende genannt :
Beispiell.
20 kg Eisenpulver 10 ,, gelöschter Kalk 6 " Kaliumperchlorat.
Das Gemisch bildet ein graues Pulver, das nach Entzündung an einer Stelle rasch verbrennt und dabei heftig Wasserstoff entwickelt.
B e i s p i e l 2.
20 kg Ferrosilizium (mit 75% Silizium) 10 ,, Bleiglätte 60"Natronkalk ( Natron, 1/3 Kalk).
Beispiel 3.
20 Ferrosilizium (mit 75% Silizium)
5 Eisenpulver
3 Weizenmehl
5 Kalk 3 " Kalziumchlorat.
Die Zersetzung oder Verbrennung dieser Substanzen kann in Metallpatronen erfolgen, die gleichzeitig zu ihrem Transport und a ! s Umhüllung dienen und die im Augenblick der Entzündung in einen geebneten Entwicidungsbehälter eingebracht werden können.
Zwecks Ausführung des Verfahrens für den Fall, dass der Wasserdampf nicht aus dem Gemisch selbst entwickelt, sondern zum Teil oder völlig von aussen her zugeführt wird, kann man z. B. die in Fi. 1 dargestellte Vorrichtung benutzen.
Diese Vorrichtung weist cüi Entwicklungsgefäss a auf, das von einem Wassermantel b, c umgeben und mit einem massiven Deckel d verschlossen ist, der in der Mitte ein mittels Stopfens e versehenes Loch aufweist. Ein Dampfleitungsrohr f mit Hahn h verbindet den Innenraum g des Entwicklungsgefässes mit dem Wassermantel b, c, der als Dampfkessel dient. Durch den unteren Teil des Entwicklungsgefäss's ist ein Rohr t gelegt, dessen untere Wandung eine Öffnung) aufweist.
Auf dem Rohr i ist ein Dreiweghahn k angeordnet, der es einmal mit einem Abzugsrohr m, anderer- seits mit einem Rohr n verbindet, das in einen Gassammler o mündet, der durch einen Zylinder p in zwei Räume q und r unterteilt wird, von denen der eine als Reiniger, der andere als Trockner dient. Der Reiniger f enthält eine gewisse Menge Wasser s und in seinem oberen Teil leine Filtermasse, z. B. Koks. Der Trockner rist z. B. mit Sägemehl gefüllt und weist das Gasauslassrohr v auf.
Das Gemisch, aus dem derWasserstoff dargestellt werden soll, ist in Metallpatronen j ! (Fig. 2)
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Der Betrieb dieser Vorrichtung ist folgender:
Zuerst werden Patronen 1, die mit den oben beschriebenen Gemischen gefüllt sind, aus denen man aber die wasserhaltigen Körper ganz oder teilweise weglassen kann, in das Entwicklungsgefäss a eingebracht, wo sie auf dem Rohr i aufliegen. Der Deckel der Patrone wird abgehoben und der Gefässdeckel d aufgesetzt, nicht aber aufgeschraubt, um eine Explosion zu vermeiden, wie sie infolge des Auftretens von Überdruck im Entwicklungsbehälter erfolgen könnte. Der Deckel d muss schwer genug sein, um dem im Entwicklungsbehälter normalerweise auftretenden Druck widerstehen zu können.
Mittels des Dreiweghahnes k verschliesst nun das Rohr i und entzündet dann das in der Patrone enthaltene Gemisch, indem man z. B. ein brennendes Streichholz durch das Loch e im Deckel hineinfallen lässt, das man dann gleich wieder verschliesst.
Die Verbrennung pflanzt sich in dem geschlossenen Gefäss fort, das im Wassermantel b enthaltene Wasser wird erwärmt, verdampft und, wenn das Manometer 4 einen genügenden Druck anzeigt, wird der Hahn h gönnet. Der Dampf dringt in den Raum g ein, trifft hier auf das brennende Gemisch, und die WaaaerstoSentwicklung beginnt. Im Augenblick der Entzündung ist, wie oben schon erwähnt, das Rohr i mittels des Hahnes k mit dem Abzugsrohr 1n in Verbindung gebracht und diese Hahnstellung wird beibehalten, bis aus dem Rohr m bläulicher Rauch entweicht, was
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durch das Rohr v zum Ort seiner Verwendung geleitet.
Um das Verfahren kontinuierlich zu gestalten, kann man um den Reinigungsbehälter o mehrere Entwicklungsbehälter anordnen, z. B. zwei solche, wie es Fig. 1 zeigt..
Die m Fig. 3 und 4 dargestellte Vorrichtung ist speziell für Ballonfüllungen im Felde bestimmt.
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Fig. 1 dargestellten angeordnet, die durch Rohre nl, n2, )". mit einem Wäscher 6 verbunden sind, der durch ein Rohr 7 mit einem Reiniger 8 in Verbindung steht.
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bezeichnet.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Darstellung von WasserstoS durch Selbstverbrennung, dadurch gekennzeichnet, dass m Gegenwart von Wasserdampf und in einem geschlossenen Gefäss ein Gemisch entzündet wird, das aus einem Überschuss von Brennmaterial (Metall, Metalloid oder Legierungen) und einem Verbrennungs- oder Oxydationsmittel (z. B. sauerstoffreiche Salze wie Kaliamchlorat oder Kaliumperchlorat oder ein Metalloxyd wie Bleioxyd, Manganoxyd oder Eisenoxyd) besteht, das imstand ist. die Verbrennung im geschlossenen Gefäss zu unterhalten.