DE102008039499A1

DE102008039499A1 - Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol

Info

Publication number: DE102008039499A1
Application number: DE200810039499
Authority: DE
Inventors: Johann-Marius Milosiu
Original assignee: Milosiu Johann-Marius Dipl-Ing
Current assignee: Milosiu Johann-Marius Dipl-Ing
Priority date: 2008-08-23
Filing date: 2008-08-23
Publication date: 2010-02-25
Anticipated expiration: 2028-08-24
Also published as: DE102008046962A1; DE102008039499B4

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren und der erfindungsgemäße Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol ermöglicht die Umwandlung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid und Sauerstoff, sowie von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff, wobei Kohlenmonoxid und Wasserstoff separiert werden und für eine anschließende Methanolsynthese verwendet werden. Der Doppelwandler arbeitet mit einem Zwillingspaar von spiralförmigen Kanälen (Antizyklon-Strecke und Zyklon-Strecke), durchströmt von den zu spaltenden heißen Gasen unter einem magnetischen Feld, so dass hauptsächlich thermische Energie für die Umwandlungen benötigt wird, welche vorteilhafterweise aus der natürlichen Umgebung stammen kann. Dazu kommt eine Wärmepumpe zum Einsatz; auch die thermische Energie, enthalten in den Ergebnisgasen, wird mittels Wärmetauscher und Wärmepumpe für die Heizung des Doppelwandlers benutzt, was die Energiebilanz deutlich verbessert. Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind relativ einfach, zuverlässig und kommen praktisch ohne Verschleißteile aus, aber vor allem benutzen sie die thermische Energie der Umgebung für die Methanolerzeugung und nicht teuere elektrische Energie, was Voraussetzung für den Dauerbetrieb im Energieversorgungsbereich ist. Derartige Doppelwandler können Anwendung im Auto, Hausheizungen oder ganz allgemein im Energieversorgungsbereich finden, wo sie, in Kombination mit der Anwendung einer neuartigen Kohlendioxidseparation durch ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Aggregat und Verfahren zur Wandlung einerseits von Kohlendioxid in Kohlenmonoxid und Sauerstoff, sowie zur Wandlung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit anschließender Synthese von Methanol.
Aggregate und Einrichtungen die teilweise ähnlich arbeiten sind vom Prinzip her bekannt und seit langem industriell angewendet. Z. B. Elektrolyse von Wasser mit Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff, oder Hochtemperaturelektrolyse von Kohlendioxid mit Bildung von Kohlenmonoxid und Sauerstoff (NASA-Forschung). Auch für die Methanolsynthese gibt es industrielle Anwendungen, die den Stand der Technik darlegen. Allerdings ein Aggregat wie in dieser Erfindung beschrieben ist nicht bekannt.
Die ausgeführten Beispiele haben leider den Nachteil, daß sie viel elektrische Energie benötigen um die Umwandlungen durchführen zu können und sind somit praktisch uninteressant im regenerativen Energiebereich.
Die vorliegende Erfindung hat sich als Ziel gesetzt, die Umwandlung von Kohlendioxid zu Kohlenmonoxid, sowie von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff – wobei Kohlenmonoxid und Wasserstoff separiert werden und für eine anschließende Methanolsynthese bereitgehalten werden – so durchzuführen, daß hauptsächlich thermische Energie für die Umwandlungen benötigt wird, welche vorteilhafterweise aus der natürlichen Umgebung stammen kann. Die anschließende Methanolsynthese basiert auf die chemische Reaktion zwischen Kohlenmonoxid und Wasserstoff, die bei hoher Temperatur unter Mitwirkung eines Katalysators stattfindet.
So ist die vorgeschlagene erfindungsgemäße Vorrichtung relativ einfach, zuverlässig und kommt praktisch ohne Verschleißteile aus, was Voraussetzung ist für den Dauerbetrieb im Energieversorgungsbereich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Doppelwandlers mit dem entsprechendem Verfahren ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
1 Schnitt durch einen Wandler (Schnitt A-A) genannt Antizyklon-Strecke
2 Querschnitt durch den Doppelwandler
3 Schnitt A-A ohne Magnetkreis durch beide Wandler
Aufgrund der Figuren wird die Funktion näher erläutert.
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Doppelwandler, wobei der Kern eines jeden der zusammengebauten Wandler von einem spiralförmigen Kanal, der im Falle der Umwandlung von Kohlendioxid 1 zu Kohlenmonoxid 2 und Sauerstoff 3 als rechtsdrehender Spiralkanal, weiterhin Antizyklon-Strecke 4 genannt und im Falle der Umwandlung von Wasserdampf 5 zu Wasserstoff 6 und Sauerstoff 7 als linksdrehender Spiralkanal, weiterhin Zyklon-Strecke 8 genannt, dargestellt wird, welche unter den Polen 9, 10, 11, 12 eines magnetischen Kreises sich befinden. Das Kohlendioxid 1 wird von einer Pumpe 13 in einen Zwischenspeicher 14 auf den Betriebsdruck zwischen 2 und 50 bar gepumpt und wird durch den elektromagnetisch gesteuerten Einlaßventil 15 durch das Einlaßrohr 16 in das Zentrum der Antizyklon-Strecke 4 unter Druck reingeblasen. Das einströmende Kohlendioxid 1 wird stark beschleunigt innerhalb der Antizyklon-Strecke 4 und wird erhitzt durch die Heizungsrohre 17, 18 welche von einem geeignetem Gas durchflossen werden, so daß es die Betriebstemperatur von 600–900 Grad Celsius erreicht. Um das Eilaßrohr 16 sind zusätzliche Heizungsrohre 56 wodurch im Einlaßbereich das einströmende Gas besonders stark erhitzt wird um die Betriebstemperatur beim Erreichen der Antizyklon-Strecke 4 zu gewährleisten.
Die hohe Temperatur führt zu einer leichten Ionisierung des Gases – kaltes Plasma – so daß folgende Ionen durch eine thermisch ausgelöste Ionisierungsreaktion entstehen: CO₂ → CO²⁺ + O^2–
Um den Prozeß der Ionisierung zu verstärken, können einige flache Spulen aus Metall in die isolierende Schicht der Seitenwände 19 der Antizyklon-Strecke 4 untergebracht werden, welche ein hochfrequentes elektrisches Feld, gerichtet quer zur Richtung des magnetischen Feldes B, bilden. Die Kontakte dieser Spule sind unter der Email-Schicht nach außen geführt und werden abgegriffen im kalten Bereich dieses Eilaßrohrs 16. Es wird ein HF-Generator daran angeschlossen, der eine Frequenz im Bereich 1–1000 kHz benutzt. Die eingespeiste Leistung ist abhängig von der Gas-Durchflußgröße. Diese anfängliche Ionisierung ist gleichbedeutend mit einer Temperaturerhöhung des Gases um einige Tausend Grad und führt dazu, dass die Antizyklon-Strecke 4 relativ kurz sein kann. Die darin verbrauchte Energie darf nicht zu groß sein, sie soll nur die etwas niedrige Temperatur des einströmenden kalten Gases kompensieren ohne jedoch die Energiebilanz zu belasten.
Die O^2– Anteile werden unter dem Einfluß des äußeren magnetischen Feldes mit der Induktion B auf die äußere Wand „b” der Antizyklon-Strecke 4, während die CO²⁺ Anteile an die Innenwand „a” gedrängt werden. Diese Ladungsträger bilden je einen Strom i_O2- und i_CO2+ welche mit der quer liegende magnetische Induktion B interreagieren. Das neutral gebliebene Gas bleibt in der Mitte des Kanals der Antizyklon-Strecke 4 und wird weiter thermisch ionisiert, da es seine Ladungen verloren hat. Nach und nach geraten immer mehr Ionen an die Wände „a” und „b” des Kanals 2, so dass am Ende der Zyklon-Strecke nur noch CO²⁺ und O^2– Ionen oder Moleküle von Kohlenmonoxid 2 (CO) und Sauerstoff 3 (O₂) sich darin befinden. Die durch die Krümmung der Antizyklon-Strecke 4 entstehende Zentrifugalkraft begünstigt die Trennung der Komponenten, da die Dichte des Kohlenmonoxids 2 deutlich kleiner als die von Sauerstoff 3 oder Kohlendioxids 1 ist. Dies bedeutet, dass die neutralisierten Ionen in der Nähe der Wände „a” und „b” durch diese Zentrifugalkraft für den ganzen Verlauf der Antizyklon-Strecke 4 behalten werden.
Ein weiterer Effekt der berücksichtigt werden muss ist: die Zentrifugalkraft drückt die Kohlendioxid 1 (CO₂) Moleküle stärker als die Sauerstoff 3 (O₂) Moleküle an die Wand „b”, und es besteht die Neigung das die Sauerstoff 3 Moleküle durch Kohlendioxid 1 Moleküle ersetzt werden. Aber die Zentrifugalkraft ist deutlich kleiner als die magnetoelektrisch erzeugte Ablenkkraft und so ist der Nachschub an neuen Sauerstoff 3 Molekülen viel größer als deren Schwund und somit vernachlässigbar bei der Länge der Antizyklon-Strecke 4.
Am Ende der Antizyklon-Strecke 4 gabelt sich dieser Kanal und die Gaskomponenten gehen in getrennte Abführröhre, Sauerstoff 3 samt Reste von Kohlendioxid 1 in Abführrohr 21 und Kohlenmonoxid in Abführrohr 22. Gleich zu Begin jeder Abführröhre 21, 22 befinden sich einige Platin-Siebe 23, 24 die quer im jeweiligen Kanal angebracht sind. Die letzten geladenen Ionen werden hier neutralisiert. Die gemessene Spannung an den Anschlüssen 25, 26 dieser Siebe 23, 24 erlauben das Messen der magnetohydrodynamischen Spannung U_MHD1, welche benutzt wird als Maß für den Durchfluß des umgewandelten Kohlendioxids 1. Weil noch Kohlendioxid 1 Reste im separierten Sauerstoff 3 Anteil sich befinden, können diese Kohlendioxid 1 Anteile mittels Zentrifugation außerhalb der Antizyklon-Strecke 4 separiert und der Umwandlung erneut zugeführt, oder wenn der Anteil nur geringfügig ist, in die Atmosphäre zusammen mit dem Sauerstoff 3 Anteil entlassen. Das äußere magnetische Feld mit der Induktion B wird von Permanentmagneten 27, 28, 29, 30 erzeugt, wobei Zwischenstücke 31, 32, 33, 34 aus rostfreiem Stahl als magnetische Leiter zum Applikationsort in der Antizyklon-Strecke 4 eingesetzt werden. Dies ist notwendig, weil rostfreier Stahl eine guter magnetischer Leiter ist, aber zugleich schlechte thermische Eigenschaften hat, was notwendig ist, um niedrige Betriebstemperaturen für die Permanentmagnete 27, 28, 29, 30 zu gewährleisten, welche sonst ihre magnetischen Eigenschaften verlieren würden (Hochtemperaturgrenze 80...150 Grad). Um diesen Effekt zu verstärken, sind Kühlkanäle 39, 40, 41, 42 in den Teilen aus rostfreiem Stahl getrieben, welche von Kühlflüssigkeit durchströmt werden. Um den Wärmetransport weiter zu vermindern sind Luftkanäle 35, 36, 37, 38 in den Zwischenstücken 31, 32, 33, 34 praktiziert. Die magnetischen Schlußteile 43, 44 aus weichmagnetischem Eisen schließen den magnetischen Kreis für die zwei magnetisch zusammengefaßten Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8.
Die Umwandlung des Wasserdampfs 5 in der Zyklon-Strecke geschieht ähnlich. Das Wasser aus einem Vorratsbehälter – nicht dargestellt – wird von einer Pumpe 51 – nicht dargestellt – unter einem Druck zwischen 2–50 bar gehalten und durch das elektromagnetisch gesteuerte Einlaßventil 52 – ohne Darstellung – durch das Einlaßrohr 53 in das Zentrum der Zyklon-Strecke 5 unter Druck reingeblasen, nachdem es durch Passieren der Heizungsrohre 57 zu erhitztem Wasserdampf 5 geworden ist.
Der einströmende Wasserdampf wird stark beschleunigt innerhalb der Zyklon-Strecke 8 und erhitzt durch die Heizungsrohre 45, 46 welche zusammen mit dem Heizungsrohr 57 von einem geeignetem Gas durchflossen werden, so daß er die Betriebstemperatur von 600–900 Grad Celsius erreicht. Die hohe Temperatur führt zu einer leichten Ionisierung des Wasserdampfs – kaltes Plasma – so daß folgende Ionen durch eine thermisch ausgelöste Ionisierungsreaktion entstehen: H₂O → 2H⁺ + O^2–
Um den Prozeß der Ionisierung zu verstärken, können einige flache Spulen aus Metall in die isolierende Schicht 20 der Seitenwände der Zyklon-Strecke 8 untergebracht werden, welche ein hochfrequentes elektrisches Feld, gerichtet quer zur Richtung des magnetischen Feldes B, bilden.
Die O^2– Anteile werden unter dem Einfluß des äußeren magnetischen Feldes mit der Induktion B auf die äußere Wand „b” der Zyklon-Strecke 8, während die H⁺ Anteile an die Innenwand „a” gedrängt werden. Diese Ladungsträger bilden je einen Strom i_O2- und i_H+ welche mit der quer liegende magnetische Induktion B interreagieren. Das neutral gebliebene Gas (Wasserdampf 5) bleibt in der Mitte des Kanals der Zyklon-Strecke 8 und wird weiter thermisch ionisiert, da es seine Ladungen verloren hat. Nach und nach geraten immer mehr Ionen an die Wände „a” und „b” des Kanals, so dass am Ende der Zyklon-Strecke 8 nur noch H⁺ und O^2– Ionen oder Moleküle von Wasserstoff 6 (H₂) und Sauerstoff 7 (O₂) sich darin befinden. Die durch die Krümmung der Zyklon-Strecke 8 entstehende Zentrifugalkraft begünstigt die Trennung der Komponenten, da die Dichte des Wasserstoffs 6 deutlich kleiner als die von Sauerstoff 7 ist. Dies bedeutet, dass die neutralisierten Ionen in der Nähe der Wände „a” und „b” durch diese Zentrifugalkraft für den ganzen Verlauf der Zyklon-Strecke 8 behalten werden.
Am Ende der Zyklon-Strecke 8 gabelt sich dieser Kanal und die Gaskomponenten gehen in getrennte Abführröhre, Sauerstoff 7 samt Reste von Wasserdampf 5 in Abführrohr 47 und Wasserstoff 6 in Abführrohr 48. Gleich zu Begin jeder Abführröhre 47, 48 befinden sich einige Platin-Siebe 49, 50 die quer im jeweiligen Kanal angebracht sind. Die letzten geladenen Ionen werden hier neutralisiert. Die gemessene Spannung an den Anschlüssen 51, 52 dieser Siebe 49, 50 erlauben das Messen der magnetohydrodynamischen Spannung U_MHD2, welche benutzt wird als Maß für den Durchfluß des umgewandelten Wasserdampfs 5.
Der Raum zwischen der Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8 ist gefüllt mit einem Wärmeisolator 53 bestehend aus wärmedämmendem Material wie etwa Keramikwolle. Auch nach außen zwischen den beiden Strecken und dem Gehäuse 54 ist ebenfalls der Wärmeisolator 58 vorhanden. Das Gehäuse 54 und die Teile des magnetischen Kreises sind durch Schrauben 55 zusammengehalten.
Die Herstellung der Antizyklon-Strecke 4 und der Zyklon-Strecke 8 erfordert eine besondere Technologie, weil sie einerseits elektrisch isolierend sein müssen und andererseits den relativ hohen Innendruck aushalten müssen. So ist auf dem Polen 9, 10, 11, 12 eine Lage einer keramischen Glasur „x” und „y” durch Aufschmelzen einer entsprechenden Keramikmischung aufgebracht. Die Ausdehnungskoeffizienten der Materialien der Pole 9, 10, 11, 12 und der keramischen Glasur – oder Email – müssen gleich sein. Je eine Spirale mit den geometrischen Parameter der Antizyklon-Strecke 4 und der Zyklon-Strecke 8 aus dünnem Blech wird allseitig emailliert mit derselben keramischen Glasur wie die Pole 9, 10, 11, 12 und bilden die Seitenwand 19, 20 der beiden Strecken. Bei einem nachträglichem Prozeß werden die Pole 9, 10, 11, 12, die emaillierten Seitenwände 19, 20 und die Einlaßrohre 16, 53 in der richtigen Lage zusammengehalten und dann erhitzt bis die Erweichungstemperatur der keramischen Glasur erreicht ist; nach dem Erkalten des Gebildes entsteht so als luftdichter Bereich die jeweilige Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8. Während der Herstellung der Seitenwand 19, 20 oder des Einlaßrohres 16, 53 wird darin die sehr dünne metallische Spule – z. B. Gold oder Silbeauflage – für die Hochfrequenzfelder als Spirale in die keramische Glasur eingebettet und vollkommen isoliert, bis auf die Kontakte die zum kalten Ende des Einlaßrohrs 16, 53 führen, wo sie abgegriffen werden.
Meistens werden 2 Zwilling Zyklon/Antizyklon-Strecken in einem Aggregat benutzt, um sowohl die Umwandlung des Kohlendioxids 1 (CO₂) zu Kohlenmonoxid (CO), als auch die Umwandlung von Wasserdampf 5 zu Wasserstoff 6 (H₂) zu erreichen. Die separierten Gase Kohlenmonoxid 2 (CO) und Wasserstoff 6 (H₂) sind hochrein und können anschließend für die Methanol-Synthese verwendet werden.
Das Kohlenmonoxid (CO) 1 erzeugt in der Antizyklon-Strecke 4 geführt durch Abführrohr 22 zum Mischer 65 trifft dort den Wasserstoff 6 erzeugt in der Zyklon-Strecke 8 und geführt durch Abführrohr 48 dahin; beide Gase geraten in Rotation da sie tangential in den zylindrischen Mischer 65 reinlaufen, wodurch sie sich gut vermischen. Dabei werden sie gebremst und verwirbelt durch die radial im Mischer 65 angeordneten Stäbe 66, deren Oberflächen mit dem geeigneten Katalysator für die Methanolsynthese beschichtet sind. Es findet folgende chemische Reaktion statt: CO + 2H₂ = CH3-OH mit dem Ergebnisprodukt Methanol in Gasform.
Da das Durchmesser des Mischers 65 größer ist als das Durchmesser der Abführrohre 22 und 48, entspannen sich die Gase und deren Temperatur sinkt auf den passenden Wert für die gewünschte chemische Reaktion beim Einlaufen in den Mischer 65.
Der Sauerstoff 3 von der Antizyklon-Strecke 4 und der Sauerstoff 7 von der Zyklon-Strecke 8 werden durch die Abführrohre 21 und 47 zum Kollektorrohr 64 geführt. Der Kollektorrohr 64 und der Mischer 65 sind verbunden mit je einer Kühlschlange 70, 71 Teil eines Wärmetauschers 72 mit den entsprechenden Kühlschlangen 67, 68, 69 welche von einem geeigneten Gas durchströmt werden. Im Wärmetauscher 72, Mischer 65 und Kollektorrohr 64 werden die durchgeschleiften Gase bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt. Durch Absenken der Temperatur unter 65 Grad Celsius wird das Methanol in der Kühlschlange 70 flüssig und kann durch die Leitung 59 von der Pumpe 62 in ein Vorratsbehälter 65 gepumpt werden. Der Sauerstoff aus der Kühlschlange 71 wird durch die Leitung 60 von der Pumpe 61 in die Umgebung abgepumpt.
Der Wärmetauscher 72 dient als Wärmequelle für eine Wärmepumpe – ohne Darstellung – welche die thermische Energie konzentriert und zur Heizung der Antizyklon-Strecke 4, des einlaufenden Kohlendioxids 1, der Zyklon-Strecke 4 und des Wassers und Wasserdampfs 5 zur Verfügung stellt. Die zusätzliche thermische Energie benötigt zur Erreichung der Betriebstemperatur des erfindungsgemäßen Doppelwandlers wird durch einen zusätzlichen Wärmetauscher – ohne Darstellung – und einer weiteren Wärmepumpe – ohne Darstellung – aus der Umgebungsluft entnommen.

Claims

Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol, dadurch gekennzeichnet, daß a. die Umwandlung von Kohlenmonoxid 1 zu Kohlendioxid 2 und Sauerstoff 3, sowie von Wasserdampf 5 zu Wasserstoff 6 und Sauerstoff 7 in einem Aggregat bestehend aus Zwillingseinrichtungen stattfindet, die wie folgt strukturiert sind: b. ein Kanal in Form einer rechtsdrehenden Spirale mit rechteckigem Querschnitt genannt Antizyklon-Strecke 4 führt das durch das Einlaßrohr 16 einströmende Kohlendioxid 1; c. das Kohlendioxid 1 wird von einer Pumpe 13 in einem Zwischenspeicher 14 auf den Betriebsdruck zwischen 2 und 50 bar gepumpt und wird von dort durch ein elektromagnetisch gesteuertes Einlaßventil 15 durch das Einlaßrohr 16 in das Zentrum der Antizyklon-Strecke 4 unter Druck hereingelassen, wodurch es mit hoher Geschwindigkeit innerhalb des Kanals sich bewegt; d. das einströmende Kohlendioxid 1 wird erhitzt durch die Heizungsrohre 17, 18 im Bereich der Antizyklon-Strecke 4 und durch Heizungsrohr 56 im Einlaßbereich auf die Betriebstemperatur von 600–900 Grad Celsius; dabei sind die Heizungsrohre 17, 18 und 56 von einem geeigneten Gas durchflossen, welches die thermische Energie von einer externen Wärmequelle überträgt; die hohe Temperatur des Gases Kohlendioxid 1 innerhalb der Antizyklon-Strecke 4 führt zur thermischen Teilionisierung nach der Reaktion CO₂ → CO²⁺ + O^2–; e. die Gasionisierung im Bereich unmittelbar nach dem Einlaßrohr 16 wird verstärkt durch eine oder mehrere flachen Spulen aus Metall praktiziert in der isolierenden Schicht der Seitenwände 19 der Antizyklon-Strecke 4 oder des Einlaßrohres 16, welche an einem externen HF-Generator angeschlossen ist, wodurch ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz im Bereich 1–1000 kHz im umgebendem Kohlendioxid 1 entsteht; f. ein magnetisches Feld mit der Induktion B durchströmt die gesamte Antizyklon-Strecke 4 senkrecht darauf im Bereich der Pole 9, 10; g. die geladenen Teilchen O^2– bilden den Ladungsträgerstrom während die geladenen Teilchen CO²⁺ den Ladungsträgerstrom i_CO2+ bilden, welche mit der magnetischen Induktion B interreagieren und zur Entstehung von Kräften (F = i . dl x B) führen, welche die O^2– Teilchen an die äußere Wand „b” und die CO²⁺ Teilchen an die inneren Wand „a” der Antizyklon-Strecke 4 drücken, während das neutral gebliebene Kohlendioxid 1 in der Mitte bleibt und weil es seine Ladungen verloren hat, weitere Teichen durch thermische Ionisierung bildet, wobei dieser Prozeß entlang der gesamten Antizyklon-Strecke 4 sich wiederholt, bis das gesamte Gas in die abgeleiteten Komponenten umgewandelt wird; damit dieser Prozeß reibungslos stattfindet ist eine genaue Einhaltung einer Relation zwischen Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit erforderlich; h. die geladenen Teilchen CO²⁺ und O^2– werden in der Nähe der Wände „a” und „b” größtenteils wieder neutralisiert und bilden die Gasmoleküle von Kohlenmonoxid CO und von Sauerstoff O₂; durch die gekrümmte Laufbahn des Gaspartikel in der Antizyklon-Strecke 4 entstehen Zentrifugalkräfte die auf diese Gase entsprechend deren Dichte wirken und im Endeffekt dazu führen, daß die leichtere Gaskomponente CO zur inneren Wand „a” drückt, während die schwere Komponente O₂ an die äußere Wand „b” drückt; dies bedeutet, daß diese Gasmoleküle gezwungen werden, ihre Position in der Nähe der Wände beizubehalten auch nachdem sie ihre elektrische Ladung verloren haben; i. am Ende der Antizyklon-Strecke 4 gabelt sich dieser Kanal und die separierten Komponenten gehen in getrennte Abführröhre: Sauerstoff 3 samt Reste von Kohlendioxid 1 in Abführrohr 21 und Kohlenmonoxid 2 in Abführrohr 22; j. ein Kanal in Form einer linksdrehenden Spirale mit rechteckigem Querschnitt genannt Zyklon-Strecke 8 führt das durch das Einlaßrohr 53 einströmende Wasserdampf 5; k. das Wasser aus einem Vorratsbehälter – nicht dargestellt – wird von einer Pumpe 51 – nicht dargestellt – unter einem Druck zwischen 2 und 50 bar gehalten und durch das elektromagnetisch gesteuerte Einlaßventil 52 – nicht dargestellt – in Richtung Zyklon-Strecke 8 geleitet und nach der Erhitzung durch Passieren des Erhitzungsbereichs gebildet durch die Heizungsrohre 57 durch das Einlaßrohr 53 in das Zentrum der Zyklon-Strecke 8 als Wasserdampf 5 unter Druck hereingelassen, wodurch es mit hoher Geschwindigkeit innerhalb des Kanals sich bewegt; l. der einströmende Wasserdampf 5 wird erhitzt durch die Heizungsrohre 45, 46 im Bereich der Zyklon-Strecke 8 und durch Heizungsrohr 57 im Einlaßbereich auf die Betriebstemperatur von 600–900 Grad Celsius; dabei sind die Heizungsrohre 45, 46 und 57 von einem geeigneten Gas durchflossen, welches die thermische Energie von einer externen Wärmequelle überträgt; die hohe Temperatur des Wasserdampfs 5 innerhalb der Zyklon-Strecke 8 führt zur thermischen Teilionisierung nach der Reaktion H₂O → 2H⁺ + O^2–; m. die Ionisierung im Bereich unmittelbar nach dem Einlaßrohr 53 wird verstärkt durch eine oder mehrere flachen Spulen aus Metall praktiziert in der isolierenden Schicht der Seitenwände 20 der Zyklon-Strecke 8 oder des Einlaßrohres 53, welche an einem externen HF-Generator angeschlossen ist, wodurch ein elektromagnetisches Feld mit einer Frequenz im Bereich 1–1000 kHz im umgebendem Wasserdampf 5 entsteht; n. ein magnetisches Feld mit der Induktion B durchströmt die gesamte Zyklon-Strecke 8 senkrecht darauf im Bereich der Pole 11, 12; o. die geladenen Teilchen O^2– bilden den Ladungsträgerstrom i_O2 während die geladenen Teilchen H⁺ den Ladungsträgerstrom i_H+ bilden, welche mit der magnetischen Induktion B interreagieren und zur Entstehung von Kräften (F = i . dl x B) führen, welche die O^2– Teilchen an die äußere Wand „b” und die H⁺ Teilchen an die inneren Wand „a” der Zyklon-Strecke 8 drücken, während der neutral gebliebene Wasserdampf 5 in der Mitte bleibt und weil er seine Ladungen verloren hat, weitere Teichen durch thermische Ionisierung bildet, wobei dieser Prozeß entlang der gesamten Zyklon-Strecke 8 sich wiederholt, bis der gesamte Wasserdampf 5 in die abgeleiteten Komponenten umgewandelt wird; damit dieser Prozeß reibungslos stattfindet, ist eine genaue Einhaltung einer Relation zwischen Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit erforderlich; p. die geladenen Teilchen H⁺ und O^2– werden in der Nähe der Wände „a” und „b” größtenteils wieder neutralisiert und bilden die Gasmoleküle von Wasserstoff H₂ und von Sauerstoff O₂; durch die gekrümmte Laufbahn des Gaspartikel in der Zyklon-Strecke 8 entstehen Zentrifugalkräfte die auf diese Gase entsprechend deren Dichte wirken und im Endeffekt dazu führen, daß die leichtere Gaskomponente H₂ zur inneren Wand „a” drückt, während die schwere Komponente O₂ an die äußere Wand „b” drückt; dies bedeutet, daß diese Gasmoleküle gezwungen werden, ihre Position in der Nähe der Wände beizubehalten auch nachdem sie ihre elektrische Ladung verloren haben; q. am Ende der Zyklon-Strecke 8 gabelt sich dieser Kanal und die separierten Komponenten gehen in getrennte Abführröhre: Sauerstoff 7 samt Reste von Wasserdampf 5 in Abführrohr 47 und Wasserstoff 6 in Abführrohr 48; r. das Kohlenmonoxid (CO) 1 erzeugt in der Antizyklon-Strecke 4 geführt durch Abführrohr 22 zum Mischer 65 trifft dort den Wasserstoff 6 erzeugt in der Zyklon-Strecke 8 und geführt durch Abführrohr 48 dahin; beide Gase geraten in Rotation da sie tangential in den zylindrischen Mischer 65 reinlaufen, wodurch sie sich gut vermischen; dabei werden sie gebremst und verwirbelt durch die radial im Mischer 65 angeordneten Stäbe 66, deren Oberflächen mit dem geeigneten Katalysator für die Methanolsynthese beschichtet sind; es findet folgende chemische Reaktion statt: CO + 2H₂ = CH₃-OH mit dem Ergebnisprodukt Methanol in Gasform; s. der Sauerstoff 3 von der Antizyklon-Strecke 4 und der Sauerstoff 7 von der Zyklon-Strecke 8 werden durch die Abführrohre 21 und 47 zum Kollektorrohr 64 geführt, von wo sie vermischt werden und zur weiteren Verarbeitung bereit gehalten werden;
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den Abführrohren 21, 22 und 47, 48 einige Platinsiebe 23, 24 und 49, 50 sich befinden, worin die letzten freien Ionen neutralisiert werden; zwischen den äußeren Anschlüssen 25, 26 und 51, 52 werden die magnetohydrodynamischen Spannungen U_MHD1 und U_MHD2 gemessen, die ein Maß für den Durchsatz des Kohlendioxids 1 und des Wasserdampfs 5 darstellt.
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das äußere magnetische Feld mit der Induktion B zwischen den Polen 9, 10, 11, 12 bestehend aus ferroelektrischem Material, wie Eisen, von Permanentmagneten 27, 28, 29, 30 erzeugt wird, wobei die Zwischenstücke aus rostfreiem Stahl 31, 32, 33, 34 als magnetischer Leiter hinzu dienen; die Anwendung von rostfreiem Stahl empfiehlt es sich wegen seiner schlechten thermischen Wärmeleitungsfähigkeit bei gleichzeitig guter magnetischer Leitfähigkeit;
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke 31, 32, 33, 34 Luftkanäle 35, 36, 37, 38 aufweisen, um den Wärmestrom zu den Permanentmagneten 27, 28, 29, 30 weiter einzudämmen, während dessen den Permanentmagneten 27, 28, 29, 30 zugewandte Teil von den Kühlkanälen 39, 40, 41, 42 gekühlt werden; die Kühlkanäle 39, 40, 41, 42 sind durchströmt von einem geeigneten Gas, das die Wärme zu einer externen Wärmesenke transportiert; dadurch wird die Temperatur der Permanentmagnete 27, 28, 29, 30 unter dem Limit gehalten, ab welchem sie ihre magnetische Eigenschaften verlieren würden (z. B. 80–150 Grad Celsius);
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen Schlußteile 43, 44, aus weichmagnetischem Eisen bestehend, den magnetischen Kreis für die magnetisch zusammengefaßten Antizyklon-Strecke 4 und Zyklon-Strecke 8 bilden.
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Raum zwischen der Antizyklon-Strecke 4 und der Zyklon-Strecke 8 gefüllt ist mit einem Wärmeisolator 53 bestehend aus einem wärmedämmenden Material, wie etwa Keramikwolle; der Raum zwischen der Antizyklon-Strecke 4 und dem Gehäuse 54 sowie zwischen der Zyklon-Strecke 8 und dem Gehäuse 54 ist ebenfalls mit dem selben Wärmeisolator gefüllt.
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse 54 alle Bestandteile des Doppelwandlers umschließt und mit den Schrauben 55 an den Teilen des magnetischen Kreises befestigt ist.
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß das Durchmesser des Mischers 65 größer ist als das Durchmesser (Querschnitt) der Abführrohre 22 und 48, wodurch sich die Gase entspannen und deren Temperatur auf den passenden Wert für die gewünschte chemische Reaktion für die Methanolsynthese absinkt;
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektorrohr 64 und der Mischer 65 verbunden sind mit je einer Kühlschlange 70, 71 Teil eines Wärmetauschers 72 mit den entsprechenden Kühlschlangen 67, 68, 69 welche von einem geeigneten Gas durchströmt werden. Im Wärmetauscher 72, Mischer 65 und Kollektorrohr 64 werden die durchgeschleiften Gase bis auf Umgebungstemperatur abgekühlt; durch Absenken der Temperatur unter 65 Grad Celsius wird das Methanol in der Kühlschlange 70 flüssig und kann durch die Leitung 59 von der Pumpe 62 in ein Vorratsbehälter 65 gepumpt werden; der Sauerstoff aus der Kühlschlange 71 wird durch die Leitung 60 von der Pumpe 61 in die Umgebung abgepumpt;
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher 72 als Wärmequelle für eine Wärmepumpe dient – ohne Darstellung –, welche die thermische Energie konzentriert (Temperaturerhöhung des Gases benutzt zum Transport der Wärme) und zur Heizung der Antizyklon-Strecke 4, des einlaufenden Kohlendioxids 1, der Zyklon-Strecke 8 und des Wassers und Wasserdampfs 5 zur Verfügung stellt, und das die zusätzliche thermische Energie benötigt zur Erreichung der Betriebstemperatur des erfindungsgemäßen Doppelwandlers durch einen zusätzlichen Wärmetauscher – ohne Darstellung – und einer weiteren Wärmepumpe – ohne Darstellung – aus der Umgebungsluft entnommen wird;
Verfahren und Doppelwandler von Kohlendioxid und Wasser zu Methanol nach Anspruch 1 oder einem der nachfolgenden, dadurch gekennzeichnet, daß die Herstellung der Antizyklon-Strecke 4 und der Zyklon-Strecke 8 nach einer speziellen Technologie, wie folgt beschrieben, gemacht wird, um den hohen Innendruck der Strecken bei gleichzeitiger Einhaltung der elektrischen Isolation einzuhalten: t. Auf den Polen 9, 10, 11, 12 ist eine Lage einer keramischen Glasur „x”, „y” durch Aufschmelzen einer entsprechender Keramikmischung angebracht, wobei die Ausdehnungskoeffizienten der Pole 9, 10, 11, 12 und der keramischen Glasur „x”, „y” gleich sind; u. je eine Spirale aus dünnem Blech mit den geometrischen Parametern der Antizyklon-Strecke 4 und der Zyklon-Strecke 8 wird allseitig emailliert mit derselben keramischen Glasur „x”, „y” und bilden die Seitenwand 19, 20 der jeweiligen Strecke 4, 8; v. bei einem nachträglichem Prozeß werden die Pole 9, 10, 11, 12, die emaillierten Seitenwände 19, 20 und die Einlaßröhre 16, 53 in der richtigen Lage gehalten und erhitzt bis die Erweichungstemperatur der keramischen Glasur „x” oder „y” erreicht ist; w. während der Herstellung der Seitenwände oder des Einlaßrohre 16, 53 wird darin die sehr dünne metallische Spule – z. B. Gold- oder Silberauflage – für die HF-Felder als Spirale in die keramische Glasur eingebettet und vollkommen isoliert, bis auf die Kontakte die zum kalten Teil des Einlaßrohres 16, 53 führen, wo sie abgegriffen werden.