DE102005053781B3 - Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff - Google Patents

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff aus einer wässrigen Lauge dadurch gekennzeichnet, dass z.B. NaOH der Lauge in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zu dem zu oxidierenden Stoff wie Silizium hinzugefügt wird und das Silizium an dem Prozess zuzuführenden Kristallisationskeimen oxidiert und der Lösung ebenso wie das Wasserstoffgas entnommen werden kann.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff.
  • Der Stand der Technik wird durch die Patentanmeldung JP 2004307328 der Firma Sanyo Electric Co. gekennzeichnet, in der eine einfache Vorrichtung beschrieben wird, in der Abfallsilizium mit einer Siliziumoxidschicht an der Oberfläche aus der Siliziumproduktion in einem Gefäß mit einer alkalischen Lauge, wie z.B. Natronlauge, in Kontakt gebracht wird. Hierbei reagiert die OH-Gruppe mit dem SiO2 zu Natriumsilikat und H2O und das verbleibende Si mit H2O zu Kieselsäure und Wasserstoff. Der gegebene Stand der Technik geht davon aus, dass die zur Reaktion zu bringenden Stoffe in einem stöchiometrischen Verhältnis zueinander stehen, womit der Anteil des zu gewinnenden Wasserstoffes durch das Verhältnis der Natronlauge zum Siliziumoxid und dem reinen Silizium festgelegt ist und mit der vollständigen stöchiometrischen Bildung von Natriumsilikat und Kieselsäure endet.
  • Weitere Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch die Umsetzung von Silizium mit Wasser, gehen aus der DE 102 01 773 A1 , der JP 2004115348 A sowie der JP 2004115349 A (jeweils Abstract in Patent Abstracts of Japan) hervor.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, das bekannte Verfahren der Wasserstoffgewinnung in einem geschlossenen Gefäß mit einer Alkalilauge unter Zugabe von Siliziumoxid aus der Elektronikproduktion ohne die weitere Zuführung von Laugen deutlich zu verbessern.
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird dadurch gelöst, dass zu den an der Oberfläche oxidierten Siliziumkörnchen Natronlauge in einem deutlich unterstöchiometrischen Verhältnis gegeben wird und der Lösung feinst gemahlenes Quarzmehl als Kristallisationskeim für das aus der Lösung neu entstehende Siliziumoxid gegeben wird. Erfindungsgemäß erweist es sich als vorteilhaft, zwischen 0,5 und 30 % Naoh in die Lösung zu geben.
  • Im Ergebnis wird das in die Lösung gegebene Silizium mit oxidierter Oberfläche vollständig aufgelöst und reagiert mit dem Wasser der Lösung unter Abgabe von Wasserstoff vollständig zu Siliziumdioxid und Natriumsilikaten.
  • Die entstehenden Kieselsäuren und Natriumsilikate sollen in der Lösung bleiben, während sich das oxierende Silizium als SiO2 an dem als Kristallisationskeim zugegebenen Quarzmehl in Kristallform anlagert und über eine Abzugsvorrichtung abgezogen werden kann.
  • Der entstehende Wasserstoff wird nach dem Stand der Technik aus der Vorrichtung abgezogen, komprimiert und in einem Druckgefäß gespeichert.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren endet bei einer vollständigen Oxidation des in die Vorrichtung gegebenen Elektroniksiliziums.
  • Es erweist sich als vorteilhaft vorzusehen, dass das einmal in Gang gebrachte Verfahren zur Wasserstofferzeugung auch unterbrochen werden kann. Hier ist vorgesehen, dass die Abfuhr des Wasserstoffes aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung derart unterbrochen werden kann, dass sich in der Vorrichtung ein Druck aufbaut und die wässrige Lauge mit den Zwischenreaktionsprodukten in ein zweites Gefäß gedrückt werden kann und das zu oxidierende Silizium aus der Elektronikproduktion in dem ersten Gefäß verbleibt und damit weitere Reaktionen unterbrochen werden. Soll der Prozess fortgesetzt werden, wird die im zweiten Gefäß befindliche Lösung wieder in das erste Gefäß gedrückt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zur Wasserstofferzeugung ist ebenfalls anwendbar, in dem statt Silizium aus der Elektronikproduktion beispielsweise an der Oberfläche oxidiertes Zink oder Aluminium oder Magnesium in die Lösung gegeben wird.
    •
  • Eine Vorrichtung zur technischen Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht gemäß Zeichnung 1 aus den in der Bezugszeichenliste aufgeführten Komponenten.
    • 1
    Reaktionsgefäß 1
    2
    Speichergefäß zur Produktionsunterbrechung
    3
    Steuerventile zwischen Reaktionsgefäß und Speichergefäß
    4
    Beschickungsvorrichtung für Silizium und Quarzmehl
    5
    Ableitung für Wasserstoff
    6
    Wasserstofffilter
    7
    Kompressor für Wasserstoff
    8
    Befüllventil für Wasserstoffdruckbehälter
    9
    Druckspeicher für Wasserstoff
    10
    Vorratsbehälter für Frischwasser
    11
    Steuerventil zur Frischwasserzufuhr
    12
    Abzugspumpe für Lösung
    13
    Filterpresse zur Trennung von Siliziumoxid und wässriger Lösung
    14
    Rückschlagventil
    15
    Abzugsvorrichtung für SiO2

Claims (7)

  1. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Reaktionsgefäß (1) Abfallsilizium aus der Elektronikproduktion mit einer Natronlauge in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zusammengebracht wird und der Lösung Kristallisationskeime aus Quarzmehl zugefügt werden sowie der entstehende Wasserstoff abgezogen wird, bis das in die Lösung gebrachte Abfallsilizium vollständig an den Kristallisationskeimen oxidiert ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Natronlauge der Lösung in einem unterstöchiometrischen Verhältnis zwischen 0,5 und 30 % zugeführt wird.
  3. verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lösung über eine Filterpresse abgezogen wird und in der Filterpresse Siliziumdioxid von der Lösung getrennt und dem Prozess entnommen wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Filterpresse verbleibende Lösung unter Zugabe von Frischwasser wieder dem Reaktionsgefäß (1) zugeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Reaktionsgefäß (1) über die Vorrichtung (4) diskontinuierlich oder kontinuierlich Quarzmehl zugeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verfahren über einen Filter Wasserstoffgas zur Komprimierung und Druckspeicherung entnommen wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Reaktionsprozess in dem Reaktionsgefäß (1) durch eine druckbedingte Verschiebung der Lösung in ein Speichergefäß ermöglicht wird.
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