DE1200575B

DE1200575B - Verfahren zur Reaktion von in Gasgemischen enthaltenem Sauerstoff oder Wasserstoff zuWasser und zum Messen der Leitfaehigkeit eines dieses Wasser enthaltenden Elektrolyten sowie Geraete zur Anzeige der Sauerstoff- oder Wasserstoffkonzentrationen von Gasgemischen

Info

Publication number: DE1200575B
Application number: DEG36825A
Authority: DE
Inventors: Kurt Gerhard; Josef Hammer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1963-01-12
Filing date: 1963-01-12
Publication date: 1965-09-09

Description

Verfahren zur Reaktion von in Gasgemischen enthaltenem Sauerstoff oder Wasserstoff zu Wasser und zum Messen der Leitfähigkeit eines dieses Wasser enthaltenden Elektrolyten sowie Geräte zur Anzeige der Sauerstoff- oder Wasserstoffkonzentrationen von Gasgemischen Es ist bekannt, die H2O-Konzentration eines Gasgemisches und damit den Gehalt an Sauerstoff und 1 oder Wasserstoff durch Messung der Leitfähigkeit eines Elektrolyten zu bestimmen.
Ein solches Gerät besteht aus einem Verbrennungsofen mit Zufuhr von Sauerstoff bzw. Deuterium, einem Wärmeleitfähigkeitsmesser mit mindestens zwei Kammern und einem Wasserabscheider. Das Meßgas strömt durch diese Geräte, und es wird im Wärmeleitfähigkeitsmesser seine bei der Verbrennung entstehende Wasserdampfmenge durch Vergleich mit einem Eichgas bestimmt.
Die Anzeige des Wärmeleitfähigkeitsmessers dient als Maß für den Sauerstoff- bzw. den Deuteriumgehalt.
Es ist weiter bekannt, die Sauerstoff- und/oder Wasserstoffkonzentration eines Gasgemisches durch die Absorption von 0- oder H2 durch eine angepaßte Reaktionslösung geeigneter Konzentrationen zu bestimmen. Dabei reagiert ein konstanter Strom des Meßgases mit der Reaktionslösung in einer Reaktionsstrecke miteinander. Entsprechend der Konzentration des 02 oder H2-Gehaltes ändert sich die elektrische Leitfähigkeit der Reaktionslösung. Zum Messen dienen zwei Meßzellen, eine im Strom der abreagierten Reaktionslösung und die andere im Strom der ursprünglichen Reaktionslösung. Die Differenz der durch die beiden Zellen fließenden elektrischen Ströme ist ein Maß für die 0-- oder H.2-Konzentration im Meßgas.
Es ist ferner bekannt, bei einem nicht brennbaren Gasgemisch, das Sauerstoff enthält, z. B. einem Rauchgas, die Menge dieses Sauerstoffes mit Hilfe der unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften eines Analysators zu messen, welche dieser hat, je nachdem er sich im oxydierten oder reduzierten Zustand befindet. Dazu wird dem nicht brennbaren Gasgemisch eine aus einem elektrolytischen Wasserzersetzungsapparat stammende solche Menge Wasserstoff zugeführt, wie für eine Oxydation des Sauerstoffes in diesem nicht brennbaren Gasgemisch erforderlich ist. Dieses Gesamtgemisch wird dann einem über eine Strecke verteilten Stoff zugeführt, der leicht oxydierbar und leicht reduzierbar ist, z. B. Kupfer bei einer Temperatur von 200 ° C. In dieser Strecke oxydiert der zu bestimmende Sauerstoff das Kupfer zu Kupferoxyd, das später auf der Strecke durch den zugeführten Wasserstoff wieder reduziert wird, wodurch sich Wasser bildet, das entweicht. Die sich dabei bildende Grenze zwischen oxydiertem und reduziertem Kupfer wird physikalisch beobachtet und durch Zeiger oder dergleichen Geräte angezeigt, die zugleich eine Steuerung der Gasentwicklung bewirken kann.
Diese bekannten Verfahren und Vorrichtungen ermöglichen nicht das wahlweise Bestimmen von Sauerstoff oder Wasserstoff mit den gleichen Vorrichtungen.
Dagegen erlauben die erfindungsgemäßen Verfahren und Geräte das Bestimmen von Spuren des Sauerstoff- und/oder Wasserstoffgchaltes eines Gasgemisches mit den gleichen Apparaturen; sie sind zudem einfach in der Durchführung, in der Herstellung, im Aufbau und im Betrieb.
Die erfindungsgemäßen Verfahren zur Reaktion von in Gasgemischen enthaltenem Sauerstoff oder von Wasserstoff zu Wasser und zum Messen der Leitfähigkeit eines dieses Wasser enthaltenden Elektrolyten bestehen darin, daß dem Gasgemisch in an sich bekannter Weise Wasserstoff, der aus einer elektrolytischen Wasserzersetzung stammt, oder Sauerstoff aus der gleichen Wasserzersetzung, jedoch nach dem Umpolen zugemischt wird, daß aus dem so entstandenen neuen Gasgemisch nach dem Trocknen unterVerwendung eines Katalysators die Verbindung der im ursprünglichen Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff-oder Wasserstoffmenge mit dem zugegebenen Wasserstoff oder Sauerstoff zu Wasser hergestellt wird und daß dieses Wasser anschließend elektrolytisch zersetzt wird.
Die beim Zersetzen auftretende Stromstärke ist ein Maß für die Wassermenge; aus ihr läßt sich der jeweilige Anteil an Sauerstoff und/oder Wasserstoff im Gasgemisch berechnen.
Die Erfindung betrifft weiter ein auf dem vorstehenden Verfahren beruhendes Gerät zum Anzeigen der Sauerstoff- oder Wasserstoffkonzentration eines Gasgemisches. Es besteht erfindungsgemäß aus einem vorzugsweise U-förmigen Wasserzersetzungsapparat, der mit einem Anschluß zum Zuführen des Gasgemisches und mit einem Abgang für das neu entstandene Mischgas versehen ist. Diese Ableitung führt in einen Trockenapparat, auf den eine mit einem Katalysator versehene Kammer folgt, die gegebenenfalls heizbar eingerichtet ist. An diese Kammer ist die einen Elektrolyten enthaltende Meßzelle eines Leitfähigkeitsmeßgerätes, dessen Anzeigeinstrument in Sauerstoff-und Wasserstoffkonzentration geeicht ist, angeschlossen.
Zweckmäßig ist in dem vorzugsweise U-förmigen Wasserzersetzungsapparat der erfindungsgemäßer: Vorrichtung eine Eichvorrichtung in Form eines Paares gegenüberliegender Elektroden vorgesehen. Diese sind an einem mit einem Stromstärkemeßgerät ausgerüsteten Stromkreis angeschlossen, dessen Stromstärke ein genau definiertes Maß für den im Wasserzersetzungsapparat sich bildenden Sauerstoff bzw.
Wasserstoff ergibt.
Das Schema eines erfindungsgemäß aufgebauten Meßgerätes ist in der Zeichnung als Beispiel dargestellt: Mit 1 ist der aus einem U-Rohr bestehende Wasserzersetzungsapparat bezeichnet. Er kann etwa wie ein Hoffmannscher Wasserzersetzungsapparat aufgebaut sein und besitzt in den beiden Schenkeln 2 und 3 zwei Elektroden 4 und 5, die über einen Stromkreis an eine Gleichsstromquelle, beispielsweise die eingezeichnete Batterie 6, angeschlossen sind. Im U-Schenkel befindet sich das zu Wasserstoff und Sauerstoff zu zersetzende Wasser, dem ein geeigneter Elektrolyt, z. B. IOoioige Schwefelsäure, zugesetzt ist, um das Wasser leitend zu machen.
Je nachdem, wie die Elektroden4 und 5 gepolt sind, entsteht an der Elektrode 4 aus dem Wasser viahlweise Sauerstoff- oder Wasserstoffgas. An der anderen Elektrode entsteht jeweils umgekehrt Wasserstoff- oder Sauerstoffgas, das bei 7 entweichen kann. über die Leitung 8, die im rechten Schenkel 3 mündet, wird das zu analysierende Gas, das sogenannte Meßgas, eingeleitet. Am Kopf dieses Schenkels ist über eine Leitung 9 der Trockner 10 angeschlossen, der wiederum über eine Leitung zum Katalysator 11 führt. An diesem schließt sich über eine weitere Leitung die Meßzelle 12 des Leitfähigkeitsmeßgerätes an. Dessen Anzeigeinstrument 17 ist in Sauerstoff- und Wasserstoffkonzentrationen geeicht.
Von der Meßzelle 12 führt eine Leitung 13 über einen Strömungsmesser 14 ins Freie.
Im Betrieb des Gerätes spielen sich folgende Vorgänge ab: Das bei 8 zugeführte Gasgemisch vermischt sich mit dem an der Elektrode 4 sich bildenden Sauerstoff oder Wasserstoff. Dieses Mischgas gelangt zunächst zum Trockner 10 und wird dort auf einen Taupunkt von etwa - 800 C gebracht.
Im anschließenden Katalysator 11 erfolgt dann die Verbindung des zugespeisten Wasserstoffes oder Sauerstoffes mit dem im Gasgemisch vorhandenen Sauerstoff oder Wasserstoff zu Wasser. Dazu sind in einem geschlossenen Raum Katalysatoren in geeigneter Anordnung und Verteilung untergebracht, wie Platin oder Palladium, wobei der Katalysator auf geeignete Temperatur, z. B. 4000 C erhitzt wird. Es können aber auch Katalysatoren Verwendung finden, bei denen die Verbindung zwischen Sauerstoff und Wasserstoff zu Wasser ohne Wärmezufuhr eintritt.
Das im Katalysator gebildete Wasser wird nun in die anschließende Meßzelle 12 eingeleitet und dort wiederum in Wasserstoff und Sauersoff elektrolytisch zerlegt. Diese Meßzelle kann ähnlich aufgebaut sein wie der eingangs besprochene Wasserzersetzungsapparat.
Diese Meßzelle besteht jedenfalls aus einer Zelle, in welche zwei parallel zueinander stehende Elektroden in Abstand voneinander eingebaut sind. An diesem Elektrodenpaar liegt eine Gleichspannung die über den Stromkreis 15 aus der Batterie 16 herriihrt.
Der Strom zersetzt das aus dem Katalysator stammelde Wasser. Auch in diesem Falle muß das Wasser einen Elektrolyten enthalten, der das Wasser leitend macht. Hierbei tritt ein Gleichgewichtszustand zwischen dem zugesetzten und dem zersetzten Wasser ein. Der im Meßgerät 17, z. B. einem Milliamperemeter, fließende Strom ist unmittelbar ein Maß für die zersetzte Wassermenge und damit ein Maß für die Anteile von Sauerstoff oder Wasserstoff, die im Gasgemisch enthalten sind.
Der Meßgasrest und die abgeschiedenen Wasserstoff- und Sauerstoffanteile verlassen die Meßzelle durch die Leitung 13 ins Freie.
Es bildet sich jeweils nur so viel Wasser, wie Sauerstoff oder Wasserstoff in dem Meßgas enthalten ist, so daß der in der Meßzelle festgestellte Wassermeßwert ein absolutes Maß für die Anteile an Sauerstoff und/oder Wasserstoff bilden, die in dem zu analysierenden Meßgas enthalten sind.
Das beschriebene Gerät arbeitet vorzugsweise kontinuierlich. Die Vorrichtung wird vervollständigt durch eine Eichvorrichtung, die am rechten Schenkel 4 des U-förmigen Wasserzersetzungsapparates 1 eingebaut sein kann, a.lso dort, wo der jeweils zum Meßgas zuzuspeisende Reaktionspartner entsteht. Sie besteht aus zwei gegenüberliegenden Eich elektroden 18, die von einer Batterie 19 über einen Stromkreis mit zwischengeschaltetem Milliamperemeter 20 gespeist werden. Die dort abgelesene Stromstärke zeigt ein genau definiertes Maß für die entstehende Menge an Sauerstoff bzw. Wasserstoff an.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Reaktion von in Gasgemischen enthaltenem Sauerstoff oder Wasserstoff zu Wasser und zum Messen der Leitfähigkeit eines dieses Wasser enthaltenden Elektrolyten, dadurch gekennzeichnet, daß dem Gasgemisch Sauerstoff, der aus einer elektrolytischen Wasserzersetzung stammt, zugemischt wird, daß das so entstandene neue Gasgemisch getrocknet wird, daß anschließend unter Verwendung eines Katalysators die Verbindung der im ursprünglichen Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff- oder Wasserstoffmenge mit dem zugegebenen Wasserstoff oder Sauerstoff zu Wasser hergestellt wird und daß dieses Wasser anschließend elektrolytisch zersetzt wird.
2. verfahren zur Reaktion von in Gasgemischen enthaltenem Sauerstoff zu Wasser und zum Messen der Leitfähigkeit eines dieses Wasser enthaltenden Elektrolyten, bei welchem der dem Gasgemisch zuzumischende Wasserstoff aus einer elektrolytischen Wasserzersetzung stammt und dieses Gasgemisch getrocknet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das Gasgemisch einem Katalysator zugeführt wird und darin die Verbindung der im ursprünglichen Gasgemisch enthaltenen Sauerstoff- oder Wasserstoffmenge mit dem zugegebenen Wasserstoff oder Sauerstoff zu Wasser hergestellt wird und daß dieses Wasser anschließend elektrolytisch zersetzt wird.
3. Gerät zur Anzeige der Sauerstoff- und/oder Wasserstoffkonzentration eines Gasgemisches, beruhend auf dem Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen vorzugsweise U-förmigen Wasserzersetzungsapparat, der mit einem Anschluß zum Zuführen des Gasge- misches und mit einem Abgang für das neu entstandene Mischgas versehen ist; diese Ableitung führt in einen Trockenapparat, dem über eine Leitung eine mit einem Katalysator versehene Kammer nachgeordnet ist, die gegebenenfalls heizbar eingerichtet ist und an deren Austritt die einen Elektrolyten enthaltende Meßzelle eines Leitfähigkeitsmeßgerätes, dessen Anzeigeinstrument in Sauerstoff- und Wasserstoffkonzentration geeicht ist, angeschlossen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3 mit einer Eicheinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß am vorzugsweise U-förmigen Wasserzersetzungsapparat ein Paar Elektroden angeordnet sind, an die eine Batterie und ein Stromstärke-Meßgerät geschaltet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 136855.