DE1192280B

DE1192280B - Method for operating fuel elements with hydrocarbons

Info

Publication number: DE1192280B
Application number: DEA38046A
Authority: DE
Inventors: Margarete Jung; Dipl-Chem Dr Hanns-H Kroeger
Original assignee: VARTA AG
Current assignee: VARTA AG
Priority date: 1961-08-03
Filing date: 1961-08-03
Publication date: 1965-05-06
Also published as: GB1010635A

Description

Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Brennstoffelementen mit Kohlenwasserstoffen.Method for operating fuel elements with hydrocarbons The present invention relates to a method for operating fuel elements with hydrocarbons.

Die Umwandlung der chemischen Energie einer ganzen Reihe von organischen Verbindungen in elektrochemische Energie unter Benutzung eines Brennstoffelementes ist an sich seit langem bekannt. Sie ließ sich jedoch bisher nur für relativ kostspielige organische Verbindungen durchführen, so daß die Energiegewinnung unwirtschaftlich wurde. Bisher konnten nämlich nur solche organischen Verbindungen Verwendung finden, die irgendeine oxydierbare funktionelle Gruppe in ihrem Molekül enthalten. Als solche Stoffe kamen insbesondere ein- und mehrwertige Alkohole, Aldehyde und eine Reihe anderer Reduktionsmittel in Frage.Conversion of the chemical energy of a whole range of organic Connections into electrochemical energy using a fuel element has been known for a long time. So far, however, it has only been available for relatively expensive ones Organic compounds carry out, so that energy generation is uneconomical became. So far only such organic compounds could be used which contain any oxidizable functional group in their molecule. As such Substances came in particular mono- and polyhydric alcohols, aldehydes and a number other reducing agents in question.

Dagegen war es bisher nicht möglich, die in großem Umfange vorhandenen und deshalb billigen Kohlenwasserstoffe in Niedertemperatur-Brennstoffelementen umzusetzen. Bei den ungesättigten Kohlenwasserstoffen zeigte sich vielmehr sogar statt einer Dehydrierung eine Hydrierung, wobei der von der Aktivierung her im Katalysator gespeicherte Wasserstoff verbraucht wurde, so daß diese Stoffe keine Brennstoffe für das Brennstoffelement darstellten, sondern vielmehr den Katalysator zerstörten.On the other hand, it has not been possible to date to use the large numbers and therefore cheap hydrocarbons in low temperature fuel elements to implement. In the case of the unsaturated hydrocarbons, it was even shown instead of a dehydrogenation, a hydrogenation, the activation in the catalyst Stored hydrogen was consumed, so these substances are not fuels for the fuel element, but rather destroyed the catalytic converter.

Hier schafft nun die vorliegende Erfindung dadurch Abhilfe, daß gesättigte oder ungesättigte aliphatische oder aromatische Kohlenwasserstoffe mit einem Oxydationsmittel, vorzugsweise Sauerstoff oder Luft, gemischt und an einem von der Brennstoffelektrode räumlich getrennten Katalysator partiell oxydiert werden, worauf die Oxydationsprodukte einer Brennstoffelektrode zugeführt und an dieser elektrochemisch umgesetzt werden.This is where the present invention remedies that saturated or unsaturated aliphatic or aromatic hydrocarbons with an oxidizing agent, preferably oxygen or air mixed and attached to one of the fuel electrode spatially separate catalyst are partially oxidized, whereupon the oxidation products fed to a fuel electrode and converted electrochemically at this.

Gemäß dem Verfahren nach der Erfindung werden also am Katalysator bei den verwendeten Kohlenwasserstoffen sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen gebildet, die sich anschließend an der Brennstoffelektrode elektrochemisch umsetzen lassen. Außerdem kommt es infolge des exothermen Verlaufs der Oxydation zu einer starken örtlichen Aufheizung des Katalysators, die ihrerseits wiederum dazu führt, daß neben der eigentlichen Oxydation noch ein sogenannter Kettenabbruch bei den Kohlenwasserstoffen auftritt. Die auf diese Weise gebildeten freien Radikale können dann wieder ihrerseits mit dem zugeführten Oxydationsmittel in der Weise reagieren, daß neue Substanzen mit funktionellen Gruppen entstehen, die ebenfalls an der Brennstoffelektrode unter Energiegewinnung umgesetzt werden können.According to the method according to the invention are therefore on the catalyst oxygen-containing functional groups formed in the hydrocarbons used, which can then be converted electrochemically on the fuel electrode. In addition, as a result of the exothermic course of the oxidation, there is a strong one local heating of the catalyst, which in turn leads to next the actual oxidation is still a so-called chain break in the hydrocarbons occurs. The free radicals formed in this way can then turn back react with the supplied oxidizing agent in such a way that new substances with functional groups that are also attached to the fuel electrode Energy generation can be implemented.

Zur Einleitung der für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Reaktionen kann es zweckmäßig sein, dem Gemisch von Kohlenwasserstoff und Oxydationsmittel noch Wasserstoff in geringen Mengen beizumischen, und ebenso ist es selbstverständlich möglich, die beim ersten Durchlauf durch die Oxydationszone an dem Katalysator nicht völlig umgesetzten Kohlenwasserstoffe im Rahmen eines Gaskreislaufs mehrmals in die Reaktionszone einzubringen.To initiate the necessary for the method according to the invention Reactions can be useful in the mixture of hydrocarbon and oxidizing agent add hydrogen in small quantities, and it goes without saying possible that on the first pass through the oxidation zone on the catalyst not completely converted hydrocarbons several times in a gas cycle to introduce the reaction zone.

Man benutzt zweckmäßig als Katalysatorzone einen porösen Körper, der mit den erforderlichen Katalysatoren für die partielle Oxydation der Kohlenwasserstoffe getränkt ist. Der poröse Körper braucht dabei nicht unbedingt aus einem elektronisch leitenden Material zu bestehen. Als besonders geeignete aktive Materialien für den Katalysatorkörper haben sich Platin, Palladium und Silber erwiesen. Das einzige Erfordernis besteht dabei in einer feinen Verteilung dieser Metalle, während die Art ihrer Fixierung auf dem porösen Träger belanglos ist.It is expedient to use a porous body as the catalyst zone with the necessary catalysts for the partial oxidation of the hydrocarbons is soaked. The porous body does not necessarily need an electronic one conductive material. As particularly suitable active materials for the Catalyst bodies have been found to be platinum, palladium and silver. The only The requirement here is a fine distribution of these metals, while the The way in which they are fixed on the porous support is irrelevant.

Für größere Anlagen ist es ohne weiteres möglich, statt in die Zuführung zu jeder einzelnen Brennstoffelektrode einen gesonderten Katalysatorkörper einzubauen, mehreren Brennstoffelektroden einen einzigen Katalysator zuzuordnen. Die Zuführung der anoxydierten Kohlenwasserstoffe zu den Brennstoffelektroden kann dann entweder direkt oder auch nach deren Durchmischung mit dem Elektrolyten in gelöster Form erfolgen.For larger systems it is easily possible instead of using the feed to install a separate catalyst body for each individual fuel electrode, assign a single catalyst to several fuel electrodes. The feed the anoxidized hydrocarbons to the fuel electrodes can then either directly or after mixing them with the electrolyte in dissolved form take place.

Eine mögliche Ausführungsform für eine gemäß der vorliegenden Erfindung aufgebaute Aufbereitungsanlage ist in der Zeichnung näher erläutert.One possible embodiment for one according to the present invention constructed processing plant is explained in more detail in the drawing.

Diese Aufbereitungsanlage besitzt ein Sammelgefäß 1 aus V2A-Stahl, in dem der voroxydierte Brennstoff gesammelt und einer beliebigen Anzahl von Brennstoffelektidden zugeführt werden kann. Das Sammelgefäß 1 ist über ein Rohr 2 aus V2A-Stahl mit der Voroxydationskammer 3 verbunden, die aus V2A-Stahl bestehen kann und mit Platinasbest 4 gefüllt ist. Ein Sieb 5, das auch durch eine Fritte aus Keramik oder einen Metallsinterkörper ersetzt werden kann, .verhindert das Herunterfallen von Platinasbest in das Sammelgefäß 1. Die Zufuhr des Gemisches aus Kohlenwasserstoff und Sauerstoff bzw. Luft zu der Aufbereitungskammer 3 erfolgt über das Rohr 6, das ebenfalls aus V2A-Stahl besteht. Brennstoff, der beim erstmaligen Durchlauf durch die Aufbereitungskammer noch nicht partiell oxydiert ist, kann über das Rohr 7, das mit einem Rückflußkühler 8 ausgestattet ist, wieder in den Kreislauf zurückgeführt werden. Als Antrieb für diesen Rückstrom dient eine Pumpe 9. In die Rohre 6 bzw. 7 sind Rückschlagventile 10 und 11 eingesetzt, die dem Brennstoffkreislauf die gewünschte Richtung aufzwingen.This processing system has a collecting vessel 1 made of V2A steel, in which the pre-oxidized fuel can be collected and fed to any number of fuel electids. The collecting vessel 1 is connected to the pre-oxidation chamber 3 via a pipe 2 made of V2A steel, which can consist of V2A steel and is filled with platinum asbestos 4. A sieve 5, which can also be replaced by a ceramic frit or a metal sintered body, prevents platinum asbestos from falling into the collecting vessel 1. The mixture of hydrocarbon and oxygen or air is fed to the processing chamber 3 via the pipe 6, which also consists of V2A steel. Fuel that is not yet partially oxidized when it passes through the processing chamber for the first time can be returned to the circuit via the pipe 7, which is equipped with a reflux condenser 8. A pump 9 serves as the drive for this return flow. Check valves 10 and 11 are inserted into the tubes 6 and 7, which force the fuel circuit in the desired direction.

Claims

Claim: Process for operating galvanic fuel elements with hydrocarbons, characterized in that the hydrocarbons are partially oxidized on a catalyst spatially separated from the fuel electrode and the partially oxidized fuels are converted electrochemically on the fuel electrode. Documents considered: German Patent No. 397 212; German Auslegeschriften Nos. 1019 361, 1059 990, 1063 489; U.S. Patent No. 2,562,858; Catalysis 1940; Pp. 780 to 786.