DE1238884B

DE1238884B - Verfahren zur Herstellung von reinem Wasserstoff

Info

Publication number: DE1238884B
Application number: DEM59667A
Authority: DE
Inventors: Werner Goehring
Original assignee: J F Mahler App und Ofenbau K G
Current assignee: J F Mahler App und Ofenbau K G
Priority date: 1964-01-25
Filing date: 1964-01-25
Publication date: 1967-04-20

Description

Verfahren zur Herstellung von reinem Wasserstoff Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von reinem Wasserstoff aus gespaltenem Ammoniak, wobei Wasserstoff durch eine erwärmte palladiumhaltige Diffusionswand hindurchtritt.
Nach diesem bekannten Verfahren wird bei den üblichen Ausführungsformen das gespaltene Ammoniak (75% H" 25% N_) auf einen Druck von 10 bis 30 atü verdichtet und bei einer Temperatur von 200 bis 500° C an eine palladiumhaltige Diffusionswand herangeleitet.
Bei dem Durchtritt von Wasserstoff durch eine palladiumhaltige Diffusionswand spaltet sich zuvor molekularer Wasserstoff (U2) an der Oberfläche dieser Wand in atomaren Wasserstoff (2 H), diffundiert in atomarem Zustand und vereinigt sich beim Austritt wieder zu Molekülen. Die Spaltung der Wasserstoffmoleküle in Wasserstoffatome an der katalytisch wirkenden, palladiumhaltigen Oberfläche der Diffusionswand ist ein wesentlicher Faktor für die Menge des durch die Wand hindurchtretenden reinen Wasserstoffs. Da der atomare Wasserstoff bei den anwendbaren Temperaturen mit einem sehr viel höheren Gehalt molekularen Wasserstoffs im Gleichgewicht steht, findet der Spaltprozeß nur durch das laufende Eindiffundieren des atomaren Wasserstoffs in die Diffusionswand seinen Fortgang. Dies hat den Nachteil, daß eine befriedigende Ausbeute an Reinwasserstoff nur bei hohem Wasserstofteildruck des Rohgases und bei entsprechend langer Verweildauer in der Diffusionszelle erfolgt. Beide Faktoren bedingen einen hohen statischen Druck des wasserstoffhaltigen Gases an der Diffusionswand.
Zweck der Erfindung ist es, bei der Herstellung von Reinwasserstoff aus Ammoniak-Spaltgas, die Wasserstoffaufnahme der Diffusionswand zu beschleunigen, um mit einem geringeren Druck - zweckmäßigerweise dem statischen Druck des Ammoniak-Vorratsbehälters - eine befriedigende Ausbeute an Reinwasserstoff zu erzielen.
Es ist zwar bereits ein Verfahren bekannt, bei dem heiße organische Stoffe katalytisch unter Entwicklung von Wasserstoff gespalten werden und wobei letzterer durch im Katalysatorbett angeordnete, nur für Wasserstoff durchlässige Membranen unverzüglich abgeführt wird. Auch hierbei vereinigen sich die ursprünglich atomar abgespaltenen Wasserstoffatome jedoch bereits vor Erreichen der Diffusionsmembran wieder zu Molekülen, so daß keine wesentliche Beschleunigung der Wasserstoffaufnahme durch die Diffusionsmembran erfolgt. Auch bedeutet das benötigte Katalysatorbett einen unerwünschten apparativen Aufwand.
Erfindungsgemäß wird dagegen vorgeschlagen, im wesentlichen unzersetztes Ammoniak in Abwesenheit weiterer Katalysatoren auf eine heiße palladiumhaltige Membran einwirken zu lassen, wobei es unter deren Temperatur und katalytischer Einwirkung gespalten wird. Bei der Spaltung von Ammoniak entsteht in statu nascendi atomarer Wasserstoff, der unmittelbar in die Diffusionswand eintreten kann. Das NH3 Hz Gleichgewicht beträgt bei der an der Diffusionswand anwendbaren Temperatur von 400 bis 500° C unter 1 °/o NH3. Durch das laufende Eindiffundieren des Wasserstoffs verbleibt unter Gleichgewichtsbedingungen eine sehr geringere Menge ungespaltenen Ammoniaks.
Um zu erreichen, daß sich Ammoniak an der Diffusionswand unter deren katalytischer Wirkung spaltet, wird das Ammoniak in einer in der Nähe der Diffusionswand liegenden Einrichtung erwärmt, deren Oberfläche keine katalytische Wirkung aufweist. Sie kann aus keramischen Stoffen wie Glas u. dgl. bestehen. Außerdem kann die Diffusionswand von der Austrittsseite des reinen Wasserstoffs durch indirekte Beheizung erwärmt werden, um auf sie die erforderliche Spaltwärme zu übertragen und sie auf hoher, die Spaltung begünstigender Temperatur zu halten. Zur Verbesserung der Wärmeübertragung durch Konvektion von der Heizeinrichtung auf die Diffusionswand kann das umgebende Gas umgewälzt werden. Die Anordnung der Diffusionswand kann auch bereits in dem Raum erfolgen, in dem der reine Wasserstoff benötigt wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird die Diffusionswand als Rohr dargestellt, auf dessen einer Wandseite Ammoniak zur Spaltung und auf der anderen Wandseite gereinigter Wasserstoff strömt. Die erforderliche Wärme zur Erwärmung und Spaltung des Ammoniaks erhält das Diffusionsrohr durch direkte elektrische Widerstandserwärmung bei Stromdurchgang oder durch Induktionserwärmung. Hierbei nimmt die Diffusionswand die höchste Temperatur an, mit der das Ammoniak in Berührung kommt, und die Spaltung desselben an deren Oberfläche ist daher gewährleistet.
Das die Diffusionszelle verlassende Gemisch von Stickstoff, nicht diffundiertem Wasserstoff und ungespaltenem Ammoniak kann zum Wärmetausch mit dem zu erwärmenden Ammoniak herangezogen werden. Es läßt sich - gegebenenfalls nach weitergehender Ammoniak-Entfernung - als Ofenatmosphäre für metallurgische Prozesse anwenden.
Durch das Verfahren der Erfindung entfallen die bei den bekannten Anlagen benötigten Einrichtungen für Ammoniak-Spaltung und Spaltgasverdichtung. Dadurch ist auch der Energiebedarf geringer als bei den bekannten Verfahren.

Claims

Patentansprüche: 1. Verfahren zur Herstellung von reinem Wasserstoff aus gebundenen Wasserstoff enthaltenden Gasen, bei dem diese Gase in Gegenwart einer nur für Wasserstoff durchlässigen, auf Diffusions- und Umwandlungstemperatur aufgeheizten Metallmembran an geeigneten Katalysatoren in freien Wasserstoff enthaltende Gasgemische umgewandelt und der durch die Membran diffundierte Wasserstoff gewonnen werden, d a d u r c h gekennzeichnet, daß im wesentlichen unzersetztes Ammoniak in Abwesenheit weiterer Katalysatoren auf eine heiße palladiumhaltige Membran einwirkt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das der Diffusionswand zugeführte Ammoniak durch eine in deren Nähe angeordnete Heizeinrichtung erwärmt wird, deren Oberfläche keine katalytische Wirkung auf die Spaltung ausübt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionswand von der Seite des austretenden reinen Wasserstoffs erwärmt wird. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das die Wärme von der Heizvorrichtung auf die Diffusionswand übertragende Gas umgewälzt wird. 5. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Diffusionswand aus einem Rohr besteht, das durch einen infolge einer angelegten Spannung oder infolge Induktion in ihm fließenden elektrischen Strom erwärmt wird. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1289 659; USA.-Patentschriften Nr. 1124 437, 195 1280, 2 516 974, 2 637 625; Platinum Metals Review, 6 (l962), Nr.
4, S. 130 bis 135; Engelhard Industries Inc. »The Punification and Production of Hydrogen by the Palladium Diffusion Process«, 1963, S. 1 und 2.