DE10210112B4 - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff unter Verwendung eines nichtthermischen Plasmas - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, wobei eine Wasserstoff enthaltende Verbindung (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen) einer Zersetzungsreaktion unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) die Zersetzungsreaktion mit einem nicht-thermischen Plasma bei einer Temperatur in einem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C durchgeführt wird,
(b) das nicht-thermische Plasma in Gegenwart einer ferroelektrischen Substanz erzeugt wird, und
(c) die Wasserstoff enthaltende Verbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenwasserstoff, einem Alkohol und Wasser besteht.

Description

  • Stand der Technik für die Erfindung
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, in welchem Wasserstoff enthaltende Verbindungen wie Kohlenwasserstoffe, Alkohole und Wasser effizient zersetzt werden, um Wasserstoff mit guter Ausbeute herzustellen.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Wasserstoff ist ein sauberer Treibstoff, und seine Verwendung als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge und als Energiequelle für andere Vorrichtungen im täglichen Leben wird zur Zeit als sehr zukunftsträchtig angesehen.
  • In der Vergangenheit wurde viel Forschungs- und Entwicklungsarbeit zur Herstellung von Wasserstoff geleistet. So ist beispielsweise ein Verfahren recht bekannt, in welchem ein Kohlenwasserstoff oder Alkohol als Ausgangsstoff verwendet und in Gegenwart eines Katalysators wie auf einem Träger befindlichen Nickel bei 300 bis 800°C unter einem Druck von 1 bis 30 Atmosphären (Reformingreaktion von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf) zersetzt wird. Bei diesem Verfahren treten jedoch Probleme wegen der unerläßlichen Verwendung eines Katalysators und scharfer Bedingungen von hoher Temperatur und hohem Druck auf.
  • Weiterhin ist ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff bekannt, in welchem Wasser als Ausgangsstoff verwendet und durch beispielsweise Elektrolyse, Photokatalyse und Mechanokatalyse zersetzt wird, um Wasserstoff herzustellen. Jedoch wurden die Forschungen zu diesem Verfahren nur für ein geschlossenes Kreislaufsystem durchgeführt. Diese Verfahren haben einen Nachteil, da sie Reagenzien verbrauchen, um Wasserstoff mit hoher Ausbeute zu erhalten.
  • Wird Wasserstoff durch kontinuierlichen Abbau obengenannter Substanzen in einem Fließsystem hergestellt, trägt er sicher zur Lösung von Umweltproblemen bei, und es kann angenommen werden, daß er zur effizienten Ausnutzung von wasserstoffhaltigen Quellen beiträgt. Bisher ist jedoch noch kein zufriedenstellendes Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff auf kommerzieller Basis realisiert worden.
  • Zur Lösung dieser Probleme ist von den Erfindern bereits ein Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff vorgeschlagen worden, das den Abbau eines aliphatischen Amins durch ein nichtthermisches Plasma umfaßt ( JP-A-2000-95501 ("JP-A" steht für veröffentliche ungeprüfte japanische Patentanmeldung) – Japanisches Patent Nr. 2,934,861 ).
  • Wird jedoch ein Ausgangsstoff verwendet, der kein aliphatisches Amin ist, treten folgende Probleme auf: Bei der Zersetzung von Wasser besteht das Problem im wesentlichen darin, daß, da sich Sauerstoffmoleküle als Nebenprodukt bilden, Wasser durch die Rückreaktion regeneriert wird. (Da bei der Rückreaktion Wasserstoff verbraucht wird, nimmt die Reaktionsausbeute ab.) Bei der Zersetzung einer Sauerstoff enthaltenden Verbindung wie Methanol kann der Fall auftreten, daß durch eine Rückreaktion mit Wasserstoff die Ausbeute der Zersetzungsreaktion verschlechtert wird, obwohl sich keine Sauerstoffmoleküle bilden können. Wird Wasserstoff aus einem Kohlenwasserstoff wie Methan erzeugt, wird eine Inhibierung der Reaktion aufgrund von Kohlenstoffablagerungen erwartet.
  • WO 01/33056 A1 offenbart einen "Plasma-Treibstoff-Umwandler" ("Plasmatron"), der eine Vorrichtung zur Umwandlung von einem Kohlenwasserstoff enthaltenden Gasgemisch zu einem Wasserstoff enthaltenden Gasgemisch ist. WO 01/00310 A2 offenbart ein Verfahren zum Reformieren eines Treibstoffs aus Kohlenwasserstoff in einem Verbrennungsmotor mittels Plasma, um Synthesegas und/oder Wasserstoffgas herzustellen, das dann im Motor verbrannt wird. WO 99/11572 A1 offenbart ein Verfahren zur teilweisen Oxidation von leichten Kohlenwasserstoffen durch Sauerstoff unter Verwendung eines Plasmas. WO 98/30524 A1 offenbart ein Verfahren zur Umwandlung von Kohlenwasserstoffen unter Verwendung eines speziellen Lichtbogens in einem "GlidArc"-Reaktor. WO 98/28223 A1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch einen Plasma-Umwandler. DE 196 21 653 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln eines Treibhausgases durch eine stille elektrische Entladung. US 3,933,608 offenbart die Zersetzung von H2S in einem nicht-thermischen Plasma.
  • Beschreibung der Erfindung
  • 1. Durch die Erfindung zu lösende Probleme
  • Erfindungsgemäß soll die Erfindung des obengenannten japanischen Patents 2 934 861 beträchtlich weiterentwickelt und ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Wasserstoff mit hoher Ausbeute und hoher Selektivität bereitgestellt werden, in welchem eine Wasserstoff enthaltende Ver bindung (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen) effizient unter milden Bedingungen zersetzt wird.
  • Deshalb liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus einer Wasserstoff enthaltenden Verbindung (mit Ausnahme von stickstoffhaltigen Verbindungen) durch ein nichtthermisches Plasma bereitzustellen.
  • Weiterhin liegt der Erfindung als Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Wasserstoff aus einer Wasserstoff enthaltenden Verbindung wahlweise in Gegenwart eines Inertgases durch ein nichtthermisches Plasma bereitzustellen.
  • 2. Mittel zur Lösung des Problems
  • Als Ergebnis umfangreicher Forschungen über ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch ein nichtthermisches Plasma ist von den Erfindern festgestellt worden, daß außer einer Stickstoff enthaltenden Verbindung wie einem aliphatischen Amin eine stickstofffreie Verbindung, einschließlich eines Kohlenwasserstoffs wie Methan, eines Alkohols wie Methanol und Wasser, sich kontinuierlich in einem nichtthermischen Plasma zersetzen läßt, um Wasserstoff stabil mit hoher Selektivität und hoher Ausbeute herzustellen. Die Erfindung ist auf der Grundlage dieser Feststellungen vollendet worden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Entsprechend einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff bereitgestellt, in welchem eine Wasserstoff enthaltende Verbindung (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen) einer Zersetzungsreaktion durch ein nichtthermisches Plasma unterworfen wird, wobei
    • (a) die Zersetzungsreaktion mit einem nichtthermischen Plasma bei einer Temperatur in einem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C durchgeführt wird,
    • (b) das nichtthermische Plasma in Gegenwart einer ferroelektrischen Substanz erzeugt wird, und
    • (c) die Wasserstoff enthaltende Verbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenwasserstoff, einem Alkohol und Wasser besteht.
  • Entsprechend einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dieses Verfahren bereitgestellt, wobei die Zersetzungsreaktion in einem Inertgas durchgeführt wird, wobei die Sauerstoffkonzentration auf 1 % oder weniger gesenkt wird.
  • In noch einer anderen erfindungsgemäßen Ausführungsform wird dieses Verfahren bereitgestellt, wobei die Zersetzungsreaktion kontinuierlich durchgeführt wird.
  • Diese und weitere erfindungsgemäße Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Figuren näher erläutert.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein Flußdiagramm, in welchem ein typisches kontinuierliches Verfahren zur Durchführung der Erfindung dargestellt ist,
  • 2 ein Diagramm, in welchem der Einfluß der Durchflußgeschwindigkeit eines Gases auf die Ausbeute von Wasserstoff aus Wasser in bezug auf die spezifische Energiedichte (SED; verbrauchte Leistung (kW)/Gasdurchflußgeschwindigkeit (L/s)) in Beispiel 1 dargestellt ist,
  • 3 ein Diagramm, in welchem der Einfluß der Durchflußgeschwindigkeit eines Gases auf die Ausbeute von Wasserstoff aus Methan in bezug auf die SED in Beispiel 2 dargestellt ist, und
  • 4 ein Diagramm, in welchem der Einfluß der Durchflußgeschwindigkeit eines Gases auf die Ausbeute von Wasserstoff aus Methanol in bezug auf die SED in Beispiel 3 dargestellt ist.
  • Ausführliche Beschreibung der Erfindung
  • 1. Art und Weise der Durchführung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird eine Wasserstoff enthaltende Verbindung (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen) als Ausgangsstoff für die Herstellung von Wasserstoff verwendet, wobei die Wasserstoff enthaltende Verbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenwasserstoff, einem Alkohol, und Wasser besteht. Diese Verbindungen können einzeln oder als Gemisch aus mindestens zwei verwendet werden.
  • Solange sie flüchtig sind, können beliebige Kohlenwasserstoffe verwendet werden. Als solche Kohlenwasserstoffe sind gesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe und ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffe zu nennen. Dabei sind die gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe vorzugsweise solche mit 1 bis 8 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt solche mit 1 bis 5 Kohlenstoffatomen. Beispiele für die gesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe umfassen Methan, Ethan, Propan und 2,2-Dimethylpropan, das einen höheren Wasserstoffgehalt pro Molekül hat und somit effizienter ist. Die ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe sind vorzugsweise solche mit 2 bis 6 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt solche mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen. Beispiele für die ungesättigten aliphatischen Kohlenwasserstoffe umfassen Ethylen, Propylen, Butylene und Butadien. Die erfindungsgemäß vorzugsweise verwendeten Kohlenwasserstoffe sind Methan, Ethan und Propan.
  • Als Alkohole sind gesättigte Alkohole und ungesättigte Alkohole zu nennen. Die gesättigten Alkohole sind vorzugsweise solche mit 1 bis 3 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt solche mit 1 bis 2 Kohlenstoffatomen. Beispielhaft für die gesättigten Alkohole sind Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol und Ethylenglykol. Die ungesättigten Alkohole sind vorzugsweise solche mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und besonders bevorzugt solche mit zwei Kohlenstoffatomen. Für die ungesättigten Alkohole ist beispielsweise Allylalkohol zu nennen. Die vorzugsweise erfindungsgemäß verwendeten Alkohole sind Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol.
  • Außer reinem Wasser wird Regenwasser, Leitungswasser und Abwasser, das zuvor einer Behandlung unterworfen worden ist, als Wasser eingesetzt.
  • Die obige Zersetzungsreaktion im erfindungsgemäßen Verfahren wird durch ein nichtthermisches Plasma durchgeführt. Dabei bedeutet erfindungsgemäß der Terminus "nichtthermisches Plasma" ein Plasma, in welchem sich Elektronen, Ionen und neutrale Moleküle nicht im thermischen Gleichgewicht befinden. Eine Vorrichtung für ein solches nichtthermisches Plasma hat den Vorteil, daß die Gastemperatur bis auf etwa Raumtemperatur gesenkt werden kann, obwohl die Elektronentemperatur 8.000 bis 40.000°C erreicht.
  • Erfindungsgemäß kann eine beliebige bekannte herkömmliche nichtthermische Plasmareaktionsvorrichtung verwendet werden, für welche keine besonderen Beschränkungen existieren. Eine solche nichtthermische Plasmavorrichtung umfaßt beispielsweise eine gepulste Corona-, Glimmentladungs- und Festbettvorrichtung.
  • Eine mit einer ferroelektrischen Substanz gepackte nichtthermische Plasma-Vorrichtung, worin die Elektronentemperatur im Reaktor bei einer besonders hohen Temperatur gehalten werden kann, ist erfindungsgemäß wirkungsvoll. Die Elektronentemperatur liegt vorzugsweise im Bereich von 30.000 bis 40.000°C. Die Dielektrizitätskonstante der ferroelektrischen Substanz kann je nach den Erfordernissen ausgewählt werden, wobei sie aber üblicherweise 1.000 bis 15.000 und vorzugsweise 3.000 bis 10.000 bei Raumtemperatur beträgt. Die Ladespannung beträgt üblicherweise 3,0 bis 10,0 kV und vorzugsweise 5,0 bis 8,0 kV, da durch eine übermäßig hohe Spannung die Leitfähigkeit im Reaktor höher wird, sodaß ein sogenanntes Durchbruchsphäno men auftritt, das es unmöglich macht, die Mikroentladung im Reaktor zu starten.
  • Die Zersetzungsreaktion des erfindungsgemäßen Verfahrens wird innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis etwa 200°C und vorzugsweise innerhalb eines Temperaturbereichs von Raumtemperatur bis etwa 100°C durchgeführt, wodurch die Konzentration der Zersetzungssubstanz in Abhängigkeit von ihrem Dampfdruck eingestellt werden kann. Wird die Reaktion bei etwa Raumtemperatur durchgeführt, steigt die Temperatur während der Zersetzungsreaktion üblicherweise um etwa 1 bis 2°C.
  • Erfindungsgemäß kann der obengenannte Ausgangsstoff direkt in eine nichtthermische Plasmareaktionsvorrichtung gefüllt werden, um die Zersetzungsreaktion durchzuführen, wobei die Verwendung eines Inertgases (beispielsweise Stickstoff- und Argongas) als Trägergas während der Reaktion bevorzugt ist.
  • Wird ein Trägergas verwendet, ist es bevorzugt, daß die Sauerstoffkonzentration dieses Gases auf 1 % oder darunter gesenkt wird. Übersteigt die Sauerstoffkonzentration des Trägergases 1 %, kann der durch die Zersetzungsreaktion gebildete Wasserstoff zu Wasser umgewandelt werden, wodurch die Ausbeute an gasförmigem Wasserstoff sinkt.
  • Zur Durchführung der erfindungsgemäßen Zersetzungsreaktion wird der zu behandelnde obengenannte Ausgangsstoff vorzugsweise zuvor mit dem Trägergas vermischt, um ein Reaktionsgas zu bilden, das anschließend in den nichtthermischen Plasmareaktor geleitet wird.
  • Die Wasserstoffausbeute wird beträchtlich von der Konzentration des Reaktionsgases und der Durchflußgeschwindigkeit dieses Gases beeinflußt. Um die pro Zeiteinheit gebildete Wasserstoffmenge zu optimieren, ist es erwünscht, die Konzentration der zu behandelnden Substanz und die Durchflußgeschwindigkeit des Gases zu erhöhen. Üblicherweise wird die Ausgangsverbindung mit dem Trägergas derart vermischt, daß die Konzentration mindestens 0,5 % und vorzugsweise mindestens 2 bis 3 % werden kann. Für den Reaktionsdruck existieren keine besonderen Beschränkungen, wobei jedoch ein niedriger Druck von bis zu etwa einigen Atmosphären bevorzugt und der Atmosphärendruck (Druck von 1 atm) besonders bevorzugt ist.
  • Erfindungsgemäß ist die Verwendung eines Katalysators nicht unerläßlich. Erforderlichenfalls kann jedoch ein Katalysator verwendet werden. Beispiele für verwendbare Katalysatoren umfassen ein Edelmetall wie Gold und Platin und ein Metalloxid wie Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Silicoaluminiumoxid.
  • Erfindungsgemäß ist es bevorzugt, daß eine Substanz, die in der Lage ist, Sauerstoff zu entfernen, der als Nebenprodukt durch die Zersetzungsreaktion gebildet wird, wie ein Desoxidationsmittel, beispielsweise Aluminiumoxid, dem Reaktionssystem zuvor zugesetzt wird.
  • Die erfindungsgemäße Reaktion zur Herstellung von Wasserstoff durch ein nichtthermisches Plasma kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Erfindungsgemäß ist jedoch ein kontinuierliches Verfahren bevorzugt, da erfindungsgemäß, wenn das Reaktionsgas kontinuierlich in den Reaktor geleitet wird, die Zersetzungsreaktion durch das nichtthermische Plasma stabil durchgeführt werden kann, und die Wasserstoffausbeute nicht sehr abnimmt.
  • 1 zeigt ein Flußdiagramm, das ein typisches erfindungsgemäßes kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch ein nichtthermisches Plasma veranschaulicht. In 1 ist das Ausgangsgas 1, das Trägergas 2, ein Regelsystem für die Gasdurchflußgeschwindigkeit 3, ein Verdampfungssystem für das Ausgangsgas 4, eine nichtthermische Plasmavorrichtung zur Erzeugung von Wasserstoff 5, ein Analysensystem 6 und eine Einrichtung zur Abtrennung und Gewinnung von Wasserstoff 7 zu sehen.
  • Anschließend wird das erfindungsgemäße Verwendung unter Verwendung der in 1 gezeigten Vorrichtung erläutert.
  • Das Ausgangsgas 1 wird vorzugsweise mit einem Trägergas 2 vermischt und das Gasgemisch in ein Regelsystem 3 für die Gasdurchflußgeschwindigkeit durch beispielsweise ein (nicht gezeigtes) Absperrventil oder ein Durchflußregelungsventil geleitet. Das aus dem Ausgangsgas und dem Trägergas bestehende Gasgemisch wird anschließend in die nichtthermische Plasmavorrichtung 5 zur Erzeugung von Wasserstoff geleitet, worin die Zersetzungsreaktion zur Herstellung eines wasserstoffhaltigen Gases durchgeführt wird. Das wasserstoffhaltige resultierende Gas wird durch das Analysesystem 6 wie einen Gaschromatographen analysiert, worin die Gaszusammensetzung des umgesetzten Gases bestimmt wird. Das so behandelte Gas wird in die Einrichtung 7 zur Abtrennung und Gewinnung von Wasserstoff geleitet, worin der erzeugte Wasserstoff abgetrennt und gewonnen wird. Das Restgas, das kein Wasserstoff ist, wird schließlich in einem (nicht gezeigten) Restgasbehandlungssystem behandelt. Das Verdampfungssystem 4 wird verwendet, wenn das Ausgangsgas eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser oder ein Alkohol, ist.
  • Beispiele für die erfindungsgemäß verwendete kontinuierliche Reaktionsvorrichtung umfassen eine gepulste Corona-, Glimmentladungs- und Festbett-Reaktionsvorrichtung. Davon ist die Festbett-Reaktionsvorrichtung bevorzugt.
  • Beim erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff durch ein nichtthermisches Plasma werden beispielsweise CO und Kohlenwasserstoffe neben Wasserstoff aus den eingesetzten Kohlenwasserstoffen erhalten, während ein Spurenanteil von Kohlenwasserstoffen und CO neben Wasserstoff aus dem eingesetzten Alkohol erhalten wird.
  • Bei Verwendung einer mit einem ferroelektrischen Material gepackten nichtthermischen Festbett-Plasmavorrichtung wurde das Phänomen beobachtet, daß das Molverhältnis von gebildetem H2 zu O2 mehr H2 als das stöchiometrische Verhältnis aufwies. Es wird angenommen, daß die erzeugten Sauerstoffatome von der Oberfläche eines ferroelektrischen Materials wie BaTiO3 migriert sind, wobei sie Gittersauerstoffatome bildeten.
  • Beispiele
  • Die Erfindung wird anschließend anhand von Beispielen näher erläutert.
  • Beispiele 1-3
  • Entsprechend dem in 1 gezeigten Flußdiagramm wurde Wasser (Beispiel 1), Methan (Beispiel 2) und Methanol (Beispiel 3) durch ein nichtthermisches Plasma behandelt.
  • Insbesondere wurden Zersetzungsreaktionen mit Wasser (Beispiel 1), Methan (Beispiel 2) oder Methanol (Beispiel 3) in einem nichtthermischen Festbett-Plasmareaktor durchgeführt, der mit Kügelchen aus ferroelektrischem Material (Abstand zwischen den Elektroden 1,54 cm) gefüllt war, das Bariumtitanat (BaTiO3) mit einem Teilchendurchmesser von 1 mm und einer Dielektrizitätskonstante bei Raumtemperatur von 5.000 war.
  • An die Elektroden wurde eine 50-Hz-Wechselspannung angelegt und der verbrauchte elektrische Strom auf der Primärseite mit einem digitalen Strommesser gemessen. SED wurde dann als Verhältnis des verbrauchten elektrischen Stroms zur Durchflußgeschwindigkeit des Gases berechnet. Als Trägergas wurde trockener gasförmiger Stickstoff verwendet. Bei der Reaktion mit Wasser oder Methanol wurde das Reaktionsgas durch azeotrope Verdampfung von destilliertem Wasser oder Methanol, das sich in einer kleinen Waschflasche befand, hergestellt. Die Konzentration des Wassers wurde mit Hilfe eines Taupunkthygrometers eingestellt. Es wurde ein Reaktionsgas mit 1 % Wasser, Methan oder Methanol eingesetzt. Die Durchflußgeschwindigkeit des Gases wurde in einem Bereich von 0,05 l/min (Verweilzeit des Gases 89 Sekunden) bis 1,0 Liter/min (4,4 Sekunden) variiert.
  • Der Nachweis von Nebenprodukten mit relativ hohem Molekulargewicht wurde mit GC-MS (Shimazu GC-MS QP 5050A) durchgeführt, der mit einer Kapillarsäule (DB-1) versehen war. Die quantitative Analyse wurde mit GC (GL Science, GC-353, TC-1), der mit einem FID (Flammenionisationsdetektor) für organische Nebenprodukte mit relativ hohem Siedepunkt versehen war, während GC (Shimazu GC-9A, Porapak Q + N, Molecular Sieve 13X), der mit einem TCD (Wärmeleitfähigkeitsdetektor) und FID für C2- oder niedrigere Kohlenwasserstoffe sowie CO und CO2 versehen war, durchgeführt. Die quantitative Analyse von H2 wurde unter Verwendung eines GC (Shimazu GC-14, Porapak Q), der mit einem TCD versehen war, durchgeführt. In 1 ist eine erfindungsgemäße Durchflußbehandlung veranschaulicht.
  • Die 2, 3 und 4 sind Diagramme, welche die Korrelation zwischen Wasserstoffausbeute und SED zeigen, die beobachtet wurde, wenn Wasser, Methan bzw. Methanol zersetzt wurde. Bei den Zersetzungsreaktionen dieser Verbindungen war die Wasserstoffausbeute höher, wenn der SED-Wert höher war. Die maximale Wasserstoffausbeute hing von der chemischen Struktur der zu zersetzenden Substanz ab, wobei die Werte für Wasser, Methan und Methanol 29 %, 48 % bzw. 88 % betrugen. Es ist festzustellen, daß mit denselben SED-Werten die Wasserstoffausbeute höher wird, wenn die Durchflußgeschwindigkeit des Gases höher wird. Dies ist darauf zurückzuführen, daß bei länger werdender Verweilzeit des Gases eine Rückreaktion des gebildeten Sauerstoffs und Wasserstoffs nicht zu vernachlässigen ist. Wenn die SED-Werte gleich waren, war die Wasserstoffausbeute bei Methanol im Vergleich von Wasser mit Methanol höher. Dies wahrscheinlich deshalb, da Methanol leichter als Wasser zu zersetzen ist und sich kein gasförmiger Sauerstoff als Nebenprodukt bildet.
  • Bei der Herstellung von Wasserstoff aus Wasser wurde beispielsweise die Wasserstoffausbeute bei nicht weniger als 18,5 bis 20,4 % über aufeinanderfolgende 10 Stunden unter den Bedingungen einer angelegten elektrischen Spannung von 7,6 bis 8,0 kV gehalten, während der verbrauchte elektrische Strom auf der Primärseite 24,3 bis 25,0 W betrugt. Diese Tatsachen zeigen, daß das erfindungsgemäße Verfahren kontinuierlich über einen langen Zeitraum stabil läuft.
  • Wirkung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß können Wasserstoff enthaltende Verbindungen (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen), ausgewählt aus Kohlenwasserstoff, einem Alkohol und Wasser, die eine niedrige chemische Aktivität besitzen, effizient unter milden Bedingungen zersetzt werden, wobei sich Wasserstoff mit hoher Selektivität und hoher Ausbeute bildet.
  • Es ist selbstverständlich, daß die vorstehenden repräsentativen Beispiele innerhalb des Erfindungsumfangs, sowohl was die Reaktanten als auch die Reaktionsbedingungen betrifft, vom Fachmann variiert werden können, wobei im wesentlichen dieselben Ergebnisse erhalten werden.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, wobei eine Wasserstoff enthaltende Verbindung (mit Ausnahme von Stickstoff enthaltenden Verbindungen) einer Zersetzungsreaktion unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass (a) die Zersetzungsreaktion mit einem nicht-thermischen Plasma bei einer Temperatur in einem Bereich von Raumtemperatur bis 200°C durchgeführt wird, (b) das nicht-thermische Plasma in Gegenwart einer ferroelektrischen Substanz erzeugt wird, und (c) die Wasserstoff enthaltende Verbindung mindestens eine Verbindung ist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Kohlenwasserstoff, einem Alkohol und Wasser besteht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zersetzungsreaktion in einer Inertgasatmosphäre durchgeführt wird, wobei die Sauerstoffkonzentration auf 1% oder weniger gesenkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zersetzungsreaktion kontinuierlich durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zersetzungsreaktion in dem nicht-termischen Plasma durchgeführt wird, das eine Bedingung hat, dass die Elektronen, Ionen und Moleküle nicht im thermischen Gleichgewicht sind und die Gastemperatur unterdrückt wird, aber die Elektronentemperatur in einen Bereich von 30.000 bis 40.000°C angehoben wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Substanz, die geeignet ist, Sauerstoff zu entfernen, in die Vorrichtung zugegeben wird bevor die Zersetzungsreaktion durchgeführt wird.
DE10210112A 2001-05-22 2002-03-08 Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff unter Verwendung eines nichtthermischen Plasmas Expired - Fee Related DE10210112B4 (de)

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