DE102007005965A1

DE102007005965A1 - Plasmagestützte Wassergasherstellung

Info

Publication number: DE102007005965A1
Application number: DE200710005965
Authority: DE
Inventors: Hermann Heinzelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2007-02-07
Publication date: 2008-08-14

Abstract

Neu: Die plasmagestützte Herstellung von Wassergasd Wasserdampf mit Hilfe von Mikrowellen oder elektrischer Induktionsenergie. Bekannt: Bekannt und großtechnisch angewendet wird die Herstellung von "Wassergas" durch Reaktion von Wasserdampf mit glühender Kohle (Koks). Nachteile der bisherigen "Wassergasgewinnung": Wesentliche Nachteile der herkömmlichen Wassergasgewinnung sind bei Verwendung von Luft als Oxidationsmittel... 1. der geringe Wasserstoffanteil (5%) 2. der geringe Brennwert, da 50% Stickstoff enthalten sind. 3. Betriebstemperatur von 1000°C. Die hohen Betriebstemperaturen reduzieren den Wirkungsgrad und erhöhen den Materialverschleiß. Neu: Vorteile der Erfindung 1. Der Wasserstoffanteil des Wassergases, mit Mikrowellenenergie hergestellt, beträgt je nach Wasserdampfzufuhr 50% bis 60%; (siehe Gaschromatogramm in Abb. 2) Zum Vergleich: gaschromatische Untersuchung des Institutes für Oberflächenchemie, Uni Ulm: 56,4% Wasserstoff. 2. Der Kohlenstoffmonoxidanteil beträgt ca. 35% bis 42% (siehe Abb. 2); gaschromatische Untersuchung des Institutes für Oberflächenchemie der Uni Ulm 38,9% Kohlenstoffmonoxid; nach der Entfernung von Kohlenstoffmonoxidanteil kann das Wassergas in der Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet werden. 3. Die Reaktion kann bei einer Betriebstemperatur unter 700°C ...

Description

Technisches Gebiet: Chemische Technologie
Das Reaktionsgemisch befindet sich in einem Reaktor (Quarzrohr), siehe 1.
Durch das energetisch aktivierte Reaktionsgemisch (Plasmabildung!) wird Wasserdampf geleitet. Die sich aufbauende Volumenzunahme wird kontinuierlich gemessen. Wenn die Volumenzunahme pro Zeiteinheit geringer, wird, dann kann die Wasserdampfzufuhr gesteigert werden.
Eine Alternative zur Volumenmessung ist die Überwachung der Gasproduktion über den sich aufbauenden Gasdruck mittels eines Manometers.
(siehe 1)
Wenn ein nahezu kohlenstoffdioxidfreies Wassergas erzeugt werden soll, dann kann das Gasgemisch noch mal durch den Reaktor geleitet werden.
(Kreislauf siehe 1)
Die Mikrowellen- bzw. Induktionsenergie, die das Graphitmaterial in der Holzkohle oder im Koks absorbiert, kann als Aktivierungsenergie aber auch zur Aufrechterhaltung der endothermen chemischen Reaktionen genutzt werden. Da der Wasserstoff eine relativ hohe innere Energie aufweist, ist seine Gewinnung meist nur durch endotherme Reaktionen möglich. Die klassische Gewinnung von Wassergas erfolgt durch Überleiten von Wasserdampf über erhitzten Koks bei einer Temperatur von etwa 1000°C. Die dabei ablaufenden endothermen chemischen Reaktionen sind: C + H₂O_(Gas) → CO + H₂ ΔH⁰ = 131.28 kJ/mol CO + H₂O_(Gas) → CO₂ + H₂ ΔH⁰ = –41.19 kJ/mol
Damit diese endothermen Reaktionen ablaufen können, muss ständig Luftsauerstoff zugeführt werden, so dass durch Kohlenstoffverbrennung die hohe Reaktionstemperatur von 1000°C aufrechterhalten bleibt.
Das Ergebnis dieses technischen Prozesses, d. h. der Reduktion von Wasser, ist das Wassergas, das sich aus 50% N₂, 30% CO, 15% H₂ und 5% CO₂ zusammensetzt. Die Reaktion von Kohlenstoff mit Wasser müsste zu einer theoretischen Wasserstoffausbeute von 66% führen. In der Technik wird die Ausbeute wegen der kontinuierlichen Verbrennung von Kohlenstoff durch Zufuhr von Luftsauerstoff stark reduziert. 2H₂O + C → CO₂ + 2H₂ ΔH⁰ = 90.19 kJ/mol
Die Erzeugung von Plasma in den Grapitkistallen durch von Mikrowellen bzw. elektrische Induktion ermöglicht den Verzicht auf die Kohlenstoffverbrennung und damit auf eine ständige Luftzufuhr. Der Vorgang verläuft unter völligem Ausschluss von Sauerstoff! Deshalb steigt der relative Wasserstoffgehalt des entstehenden Gasgemisches erheblich (bis 60%). Der hohe Wasserstoffanteil ist einer der Gründe, warum sich eine plasmagestützte Wassergassynthese für die Erzeugung der in der chemischen Industrie für Synthesen verwendeten Grundstoffe Wasserstoff und Kohlensoffmonoxid lohnt.
Ein weiterer Vorteil dieses Verfahrens ist die Energieausbeute. Obwohl das verwendete Mikrowellengerät (700 W) einen Wirkungsgrad von nur 50% hat, ist die Energieausbeute positiv.
Berechnung:

Energieinput (elektrische Energie) in1 Minute: 42 000 J
Output (Wassergas und gebannter Kalk): 45 760 J
Wirkungsgrad 10,9%

Der Wirkungsgrad moderner Mikrowellengerät ist besser als das im Pilotversuch Verwendete. Die freigesetzte Wärmeenergie könnte nach dem Prinzip der Kraft-Wärmekopplung genutzt werden.
Noch wirkungsvoller ist der Einsatz der elektrischen Induktion. Induktionsgeräte erreichte Wirkungsgrade von über 90%.
Weitere betriebstechnische Vorteile:
Die Betriebstemperatur kann unter 700° C gefahren werden. Das spart Energie und weil die Temperatur nur im Innern des Reaktors herrscht, ist der Materialverschleiß geringer.
Das Verfahren ist auch sicherheitstechnisch interessant, da bei der plasmagestützten Wassergaserzeugung Sauerstoffgas ausgeschlossen ist.

Claims

Die plasmagestützte Herstellung von Wassergas aus Kohle, Wasser und Kalk mit Hilfe von Mikrowellen und/oder elektrischer Induktionenergie. Dabei kann die Kohle modifiziert werden. Es können außerdem Holzkohle, Holz, dotiert mit Holzkohle oder Koks (veredelte Steinkohle) verwendet werden.
Das Herstellungsverfahren Kohlestücke (z. B. Holzkohlestücke) ca. 2–3 cm lang sind in ein pulverisiertes Gemisch aus Kalksteinmehl und Kohlepulver im Massenverhältnis 1:1 eingelegt. Der Massenanteil der Kohlestücke an der Gesamtmasse des Reaktionsgemisches beträgt 20 bis 35%.