DE2438264A1 - Verfahren zur herstellung von wasserstoff aus wasserdampf - Google Patents

Verfahren zur herstellung von wasserstoff aus wasserdampf

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Description

Priorität: 5. November 1973, U.S.A.,1Nr. 412 999
Verfahren. zur_Herstellung_von Wasserstoff_aus_Wasserdampf
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf, bei dem Wasserdampf durch Erhitzen auf eine Temperatur über 1.5000C dissoziiert wird.
Wasserstoff ist eine technisch wichtige industrielle Substanz und wird von den Fachleuten als eine mögliche universelle Energiequelle angesehen, die nicht zur Umweltverschmutzung führt. Aus diesem Grund sind verbesserte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff von großer Bedeutung für die Verbraucher von Energie.
Die Erfindung soll daher ein einfaches, leicht regelbares und nicht aufwendiges Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff zur Verfugung stellen, bei dem V/asser als Quelle für Wasser- . stoff verwendet wird.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf wird Wasserdampf durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb 1.5oo°C in Wasserstoff und Sauerstoff dissoziiert, und der dissoziierte Wasserdampf wird durch eine erste Kammer geleitet, die mit einer zweiten Kammer eine für Sauerstoff durchlässige Wand gemeinsam hat, durch die Sauerstoff aus dem dissoziierten Wasserdampf durchtritt, und der gasförmige Abstrom aus der ersten Kammer wird unter Bildung
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eines wasserstoffreichen Stroms abgekühlt.
Es ist zu berücksichtigen, daß die Dissoziation des bei dem Verfahren verwendeten Dampfes außerhalb oder innerhalb der ersten Kammer durchgeführt werden, kann, welche die für Sauerstoff durchlässige Wand aufweist. Vorzugsweise wird jedoch die tatsächliche Dissoziation des Wasserdampfes in der ersten Kammer durchgeführt, und dies erfolgt in einfacher V/eise durch Vorerhitzen des Wasserdampfes in einem gesonderten Ofen und. anschließendes Einleiten in die erste Kammer, die bei einer Temperatur von mehr als 1.5oo°C bis etwa 2.5oo°C, vorzugsweise etwa 2.2oo°G und insbesondere etwa 2.0000C, gehalten wird.
Es ist außerdem zu berücksichtigen, daß die Ausbildung der ersten und zweiten Kammer, die eine gemeinsame für Sauerstoff durchlässige Wand haben, mehrere einander gleichwertige Formen zeigen kann. So können beispielsweise zwei benachbarte Kanäle, die jeweils rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben, und die aneinander angrenzen, verwendet werden. Vorzugsweise werden jedoch bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die beiden erforderlichen Kammern durch zwei konzentrische Rohre gebildet. Bei dieser Anordnung bildet das Innere des ersten Rohrs die erste Kammer, und die Wand des Innenrohrs ist; die gemeinsame Wand, welche die erste Kammer von der zweiten Kammer trennt. Die zweite Kammer stellt den Raum zwischen der Wand des Innenrohrs und der Wand des Außenrohrs dar. Um die erforderliche sauerstoffdurchlässige V/and zu erhalben, werden Baumaterialien verwendet, die widerstandsfähig bei der erforderlichen Temperatur sind, beispielsweise schwer schmelzbare Oxide, wie Zirconoxid, Lanthanoxid, Ceroxid und dergleichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein Zirconoxidrohr einfach innerhalb eines Keramikrohrs (wie aus Mullit oder Alundum) angeordnet, um die gewünschte Vorrichtung zu bilden. Es ist auch möglich, Bündel von Zirconoxidrohren in einem Gefäß anzuordnen, das mit dicken Zirconoxid-Ziegeln oder einem anderen äquivalenten Material ausgekleidet ist.
Bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es
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außerdem vorteilhaft, die zweite Kammer, in die Sauerstoff eindringt, mit einem Gas zu spülen, um den Sauerstoff rasch zu entfernen, so daß eine treibende Kraft zum kontinuierlichen Durchtritt von Sauerstoff in die zweite Kammer geschaffen wird. Zu diesem Zweck kann jedes beliebige gegenüber Sauerstoff reaktive oder nicht reaktive Gas verwendet werden. Zu geeigneten Gasen gehören Stickstoff, Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Methan und andere gasförmige Kohlenwasserstoffe und dergleichen. Vorzugsweise wird ein reduzierendes Gas verwendet, da dieses die Entfernung von Sauerstoff durch chemische Reaktion sowie durch physikalisches Entfernen weiter verbessert und auf diese Weise die erste Kammer einen sehr hohen Wasserstoffgehalt aufweist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird Generatorgas, das durch Umsetzen einer kohlenstoffhaltigen Beschickung mit Luft und Wasserdampf erhalten wurde, durch die zweite Kammer geleitet, wobei der darin vorliegende Sauerstoff damit reagiert, so daß ein gasförmiger Brennstoff für den Dampf vorerhitzer erhalten wird. Diese Verfahrensweise, ist in der Zeichnung dargestellt, gemäß der Wasserdampf in einen Vorheiz-Abschnitt eingeleitet wird, in welchem der Wasserdampf erhitzt wird. Der erhitzte Wasserdampf wird in die erste Kammer eines konzentrischen Röhrenreaktors eingeleitet, der ein aus Zirconoxid bestehendes Innenrohr aufweist und bei 2.ooo G gehalten wird. Aus einem kohlenstoffhaltigen Brennstoff (beispielsweise Kohle, Methan und dergleichen), Luft und Dampf hergestelltes Generatorgas, das Ko, CO, Hq, GOp und EUO enthält, wird durch die zweite Kammer geleitet, wobei der durch die gemeinsame Wand aus der ersten Kammer eingedrungene Sauerstoff mit dem CO unter Bildung von COo reagiert. Dieses oxidierte Generatorgas wird dann verwendet, um zu der Wärmeenergie beizutragen, die zum Vorerhitzen des Wasserdampfes erforderlich ist.
Der feuchte Abstrom aus dem Wasserdampf-Dissoziationsreaktor enthält Wasserstoff in hoher Konzentration. Dieser Strom wird lediglich in einen Kondensator geleitet, um Y/asser zu entfernen, und der vorliegende gasförmige Wasserstoff wird durch
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Wasserverdrängung oder andere Mittel gewonnen.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele ausführ licher erläutert.
In einem gasbeheizten Ofen wird ein Mullitrohr mit einem Innendurchmesser von 6,3 mm angeordnet, und in dieses Mullitrohr wird ein Zirconoxidrohr mit einem Außendurchmesser von 4,76 mm und einer Wanddicke von o,79 mm eingefügt. Die Rohrlänge im Inneren des Ofens beträgt etwa 91»5 cm.
In einem anderen Ofen wird Wasser in einer Menge von 1o g pro Stunde auf 1.ooo°C vorerhitzt und danach in das Innen- . rohr eingeführt. Gasförmiger Wasserstoff wird durch den Raum zwischen dem Innenrohr und dem Außenrohr geleitet. Die Temperatur dieser Rohre wird durch den gasbeheizten Ofen auf etwa 2ooo°C gehalten.
Der aus dem Innenrohr austretende Strom wird in einen Kondensator geleitet, um den größten Anteil des Wassers zu entfernen, und gasförmiger Wasserstoff wird durch Wasserverdrängung aufgefangen. Während einer Dauer von einer Stunde wurden 2,5 Liter Wasserstoff angereichert.
Der Versuch wurde in gleicher Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, wobei jedoch Kohlenmonoxid anstelle von Wasserstoff durch das Außenrohr geleitet wurde. Während einer Dauer von einer Stunde wurden 1,8 Liter Wasserstoff aus dem Strom erhalten, der durch das innere Zirconoxidrohr strömte.
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Claims (6)

  1. P_a_t_e_n_t_a_n_s_£_r_ü_c_h_e
    φ Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff aus Wasserdampf, bei dem ?/asserdampf durch Erhitzen auf eine Temperatur oberhalb %5oo°C dissoziiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß man den dissoziierten Wasserdampf durch eine erste Kammer leitet, die mit einer zweiten Kammer eine für Sauerstoff durchlässige Wand gemeinsam hat, durch die Sauerstoff aus dem dissoziierten Wasserdampf durchtritt und den gasförmigen Abstrom aus der ersten Kammer unter Bildung eines wasserstoffreichen Stroms abkühlt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch.1, dadurch . g e k e η η ζ e i c hn e t, daß man als für Sauerstoff durchlässige Wand eine Wand aus einem schwer schmelzbaren Oxid verwendet.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η-zeichnet, daß man die Dissoziation des Wasser-' dampfes durch Erhitzen auf eine Temperatur zwischen etwa 2.000 und etwa 2.2oo°C durchführt.
  4. 4-, Verfahren nach .einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch g ek e η η ζ eic h η e t, daß man den Sauex^stof f aus der zweiten Kammer durch Spülen der zweiten Kammer mit einem reduzierenden Gas entfernt.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch g e k e η η ζ e i chn e t, daß man als reduzierendes Gas Generatorgas verwendet.
    50 98 19/0651- ^·
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5> dadurch g ekennzeichnet, daß man als Material für die für Sauerstoff durchlässige Wand Zirconoxid verwendet.
    7· Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzei chn e t, daß man das nach dem Spülen der zweiten Kammer
    oxidierte Generatorgas als Brennstoff in den Vorerhitzer
    für den Wasserdampf einführt.
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