DE2509418A1

DE2509418A1 - Verfahren und zugehoerige anlage zur erzeugung von wasserstoff

Info

Publication number: DE2509418A1
Application number: DE19752509418
Authority: DE
Inventors: Henry Jacob Gomberg
Original assignee: Texas Gas Transmission Corp
Current assignee: Texas Gas Transmission Corp
Priority date: 1974-06-07
Filing date: 1975-03-04
Publication date: 1975-12-18
Also published as: NL7506616A; US4097348A; FR2273757B1; FR2273757A1; CA1036101A; GB1494523A; IT1035943B; JPS50159893A

Description

DIPL.-PHYS. ROBERT MÜNZHUBER

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6 TEL. (0B9) 22 25 30 - 29 51 92

k. März 1975

A 34 75 Ml/De

Firma TEXAS GAS TRANSMISSION CORPORATION, 38OO Frederica Street, Owensboro, Kentucky 42301, USA

Verfahren und zugehörige Anlage zur Erzeugung von Wasserstoff

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Anlage für die Herstellung von Wasserstoff insbesondere unter Ausnutzung von Hitze und Strahlung aus einem Fusionsreaktor. Es können zwar auch andere Wärme- und Strahlungsquellen verwendet werden, jedoch ist das Verfahren und ist die Anlage besonders geeignet, in Verbindung mit einem Fusionsreaktor eingesetzt zu werden.

Mit der Erfindung wird ein Verfahren mit zugehöriger Anlage geschaffen, mit welchem Wasserstoff aus gasförmigem HCl als Ausgangsstoff geschaffen wird. Bei dem in der Erfindung verwendeten System braucht lediglich zusätzlich noch Wasser zugesetzt zu werden, wobei HCl immer wieden in den Kreislauf eingegeben wird. Bei dem System nach der .Erfindung wird die

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Bankhaus Merck. Finck & .Co.. München, Nr 25464 I Bankhaus H. Aufhauser. München. Nr. 2613OO Postscheck: München 20904-800 Telegrammadresse: Patentsenior

Wärme dazu benutzt, das eingegebene Wasser aufzuheizen, so daß ein Teil erneut in das System zurückgeführt wird, während der größere Anteil als Wärmequelle Verwendung finden kann. Zugleich kühlt das Wasser die gasförmige Salzsäure im Rezirkulationsbereich, um das Gas für den Wiedereintritt in das System bereitzumachen.

Aus einer nun folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung wird das Verfahren in einer für die Praxis sehr günstigen Verwendungsform beschrieben. Es zeigen:
Pig. 1: eine Schemadarstellung einer Kreisanlage gemäß der

Erfindung; und
Pig. 2: einen schematischen Schnitt durch den Hauptbehälter der Anlage.

In dem Verfahren läuft folgende Grundreaktion ab:

2 HCl + Wärme + Strahlung

Es ist auch bereits versucht worden, H₂ und Cl₂ auf folgende Weise herzustellen:

+ Cl₀ *> 2 HCl + 1/2 O

* Wärme

2 HCl + Strahlung

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Bei der vorliegenden Erfindung, bei der Wärme und Strahlung eines Fusionsreaktors eingesetzt werden, können diese beiden Komponenten gleichzeitig zur Wirkung kommen, um die gewünschte Dissoziation zu erzielen.

In Fig. 1 ist eine Abschirmkammer 20 dargestellt, die aus einem Material besteht, das in der Lage ist, als Wärme- und Strahlungsschild eine Fusionsreaktorkammer 22 wirksam abzu- · schirmen. Die Reaktorkammer kann so ausgebildet sein, wie sie in den US-Patentschriften 3 3?8 446, 3 489 645, 3 624 oder 3 762 992 beschrieben ist.

Die Reaktorkammer ist im Abschirmgehäuse mittels vieler Stäbe 24 aus einem hitzebeständigem Material aufgehängt oder mit Hilfe andersgearteter, wärme- und strahlungsbeständiger Traganordnungen. Eine Laserröhre 26 (Fig. 2) durchsetzt die Abschirmkammer 20 bis zur Reaktionskammer, und ein Laser mit vorgeschriebener Ausgangsleistung dient dazu, in der Fusionskammer die Fusion einzuleiten.

Am oberen Ende der Abschirmkammer 20 befindet sich ein Auslaß, an den ein Rohr 52 für Wasserstoffgas (Hp) angeschlossen ist, das wegen seines spezifischen Gewichtes sich im oberen Bereich der Kammer sammelt. Es kann eine Pumpe vorgesehen sein,

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um das Hp-Gas abzusaugen. Es sind andere Einrichtungen bekannt, um Hp abzutrennen, beispielsweise aus den US-Patentschriften 3 4o6 496 und 3 66O 967. Am Boden der Abschirmkammer 20 befindet sich ein Auslaß 34, der zu einer nachfolgenden Trennkammer 36 führt, aus der HCl und Cl₂ voneinander getrennt durch Auslaßöffnungen 35 und 37 abgeführt werden. Das Chlor strömt zum Reaktionsbehälter 39, aus dem Sauerstoff abgeleitet wird und dem Zusatzwasser über eine Leitung 52 zugesetzt wird, so daß dieses sich mit dem Chlor vermischt und dabei gasförmige Salzsäure (HCl) entsteht. Ein Auslaßkanal 38 ist für den Sauerstoff vorgesehen, und außerdem befindet sich in dem Behälter eine Trennanlage 40 zum Trennen von Sauerstoff und Chlor. Zu diesem Zweck kann ein Material wie Titandioxyd verwendet werden. Verfahren zur Trennung von Sauerstoff aus Gasgemischen sind beispielsweise bekannt aus den US-Patentschriften 3 762 033 und 3 593 495.

Über einen weiteren Auslaß 42 des Behälters 39 wird der Leitung 44, die bereits heißes HCl-Gas vom Ausgang 37 her führt, abgegeben, und dieses Gas wird durch einen Wärmeaustauscher 46 geleitet, der einen Wassermantel 48 hat, dem Kühlwasser über eine Leitung 50 zugeführt wird. Der Wassermantel 48 gibt unter anderem Wasserdampf als Prozesswasser über eine Leitung 52 und ein Stellventil 53 an die Kammer

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ORiGiNAL INSPECTED

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ab und gibt außerdem erhitztes Wasser als Dampf an eine Ausgangsleitung 54 ab, von der der Wasserdampf als beliebig verwendbare Energiequelle z.B. für einen Maschinenantrieb oder für eine Anlagenheizung oder dergleichen abgenommen werden kann.

Die Leitung 44, die heißes HCl führt, gibt an ihrer Mündung 56 das Gas in die Hauptbehandlungskammer oder Abschirmkammer 20 ab. Der Ausgangsstoff Salzsäure befindet sich in einem Tank 58 und kann über ein Ventil in der geeigneten Menge der Leitung 44 zugesetzt werden.

Beim Betrieb der Anlage wird eine Ausgangsmenge von gasförmiger Salzsäure mit einer Temperatur von etwa 600° C durch die Mündung 56 in die Kammer 20 eingebracht. In der Kammer 22 wird mit Hilfe des Lasers 28 eine Fusionsreaktion ausgelöst, wobei in der Kammer 28 eine entsprechende Menge Fusionsbrennstoff vorhanden sein muß. Es entsteht dabei Wärme und Strahlungsenergie, die in die Kammer 20 gelangen und auf das darin befindliche HCl einwirken. Eine Temperatur von wenigstens 800° C wird dabei erreicht, so daß ein Teil des HCl infolge der Strahlung und der Temperatur dissoziiert in Hp und CIp:

2 HCl H₂ + Cl₂

Strahlung

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ORlGiN¹AL INSPECTED

Die Wasserstofferzeugungsmenge hängt von der Gasmenge in * der Kammer 20 im Augenblick der Fusionsreaktion ab, die wiederum abhängig ist von der Strömungsmenge im System.

Der Wasserstoff steigt in den oberen Teil der Kammer 20, wo er aus der Zugsöffnung 30 austreten kann. Chlor und HCl bewegen sich zur unteren öffnung 3^ und von dort in die Trennkammer 36. Chlor und HCl können durch bekannte Verfahrensschritte voneinander getrennt werden. Es können außerdem geeignete Pumpön eingesetzt werden, wo es erforderlich erscheint, die Gassäule zu beschleunigen. Vorteilhaft wird das nichtdisziierte HCl vom CIp in der Trennanordnung 36 getrennt. Eine solche Anordnung ist aus der US-Patentschrift 3 488 bekannt. In der Kammer 39 sammelt sich das Chlorgas aus der obigen Reaktion. Es reagiert dort mit HgO, das Über die Leitung 52 zugeleitet wird, zu Salzsäure nach der Gleichung:

H₂O + Cl₂ ^ 2HCl + 1/2 O₂

Wärme

Das gasförmige HCl aus der Kammer 20 und das neu erzeugte HCl gelangen Über die Leitung 44 bzw. die Leitung 42 zu einem gemeinsamen Treffpunkt, und die kombinierten HCl-Ströme kommen dann in den Wärmeaustauscher 46-48, wo sie durch einen Wassermantel gekühlt werden. Am Eingang der Leitung 42

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kann sich noch eine Trennanordnung 49 befinden, mit der sonstige Gase vom HCl abgesondert werden. Gleichzeitig wird das Wasser auf etwa 800° C erhitzt, und ein Teil dieses Wassers in Form von Dampf wird über eine Leitung 52 in die Sekundärreaktionskammer 36 eingeleitet. Der übrige Teil des Wassers, das. bei 50 in den Wärmeaustauscher 48 einfließt, wird über die Abgabeleitung 54 als Dampf für irgendwelche Sekundärsysterne abgenommen. Die Wärmeaustauschmenge, die HCl als Wärmeleitmedium verwendet, ist unabhängig von der Wasserstofferzeugung und hängt vornehmlich von der Strömungsmenge des nichtdessuzierten HCl-Gases ab. Diese Strömungsmenge kann mit einem Pumpsystem reguliert werden.

Die Größe der Abschirmkammer im Verhältnis zur Fusionsreaktorkammer wird am besten nach der Neutronenabsorptionsstrecke bemessen, wobei der kleinste Radius dieser Neutronenabsorptionsstrecke entspricht. Die verschiedenen Eintrittsöffnungen und Austrittsöffnungen der Kammer 20 sollten vorteilhaft abgeschirmt sein, um Strahlungsaustritt und ähnliches zu vermeiden.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff für die Verwendung als Bestandteil eines auf Wasserstoff basierenden Brennstoffs, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) eine Menge gasförmigen HCl wird in eine erste Kammer eingeleitet;

b) diese Menge wird zugleich (fern Einfluß von Wärme und Strahlung einer Fusionsreaktion ausgesetzt, um das HCl in Hp und CIp zu dissoziieren;

c) die Gase werden durch Ableiten des Wasserstoffs und Einführen des heißen Cl₂ in eine Sekundärkammer getrennt;

d) in die Sekundärkammer wird H_?0 von etwa 8OO° C Temperatur eingeführt, um HCl zu bilden;

e) das HCl wird der ersten Kammer zugeleitet und ein zweiter und nachfolgend immer weitere Arbeitszyklen eingeleitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, in welchem das HCl aus der Sekundärkammer bei seinem Weg in die erste Kammer durch einen

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Wärmeaustauscher geleitet wird, wobei ein Teil des dem Wärmeaustauscher zugeführten Wassers auf etwa 8OO° C erhitzt und danach der Sekundärkammer zugeführt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehr als bei der Rückbildung des HCl benötigtes Wasser in den Wärmeaustauscher eingeleitet wird und daß die Wärme des aus der Sekundärkammer austretenden HCl unter Kühlung desselben zur Erhitzung des Wassers verwendet wird, und daß der daraus entstehende Wasserdampf nützlichen Zwecken zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sauerstoff vom CIp und vom HCl abgesondert und aus der Sekundärkammer abgeleitet wird.

5. Anlage zur Herstellung von Wasserstoff für die Verwendung in auf Wasserstoff basierenden Brennstoffen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) eine erste Kammer mit einem Einlaß für HCl, einem Auslaß für Wasserstoff und einem Auslaß für CL₂J

b) eine Pusionsreaktorkammer

c) Einrichtungen zum Halten der Pusionsreaktorkammer in der ersten Kammer;

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d) einen Laser;

e) Mittel zum Einführen eines Strahls des Lasers in die Reaktorkammer;

f) eine mit dem Auslaß der ersten Kammer verbundene Sekundärkammer, die mit ihrem eigenen Auslaß für HCl wiederum mit der ersten Kammer verbunden ist; und

g) Mittel zum Einführen von H_p0 bei etwa 800° C in die Sekundärkammer zur Bildung von HCl aus HpO und CIp.

6. Verfahren zur Erzeugung von Wasserstoff und zur Bildung einer Wärmeenergiequelle, gekennzeichnet durch

a) Einführen einer gasförmigen HCl-Menge in eine erste Kammer;

b) diese Menge wird gleichzeitig einem Wärmeeinfluß und Strahlung eines Fusionsreaktors unterworfen, um einen Teil des HCl in Hp und CIp zu dissoziieren und um den übrigen Teil des HCl auf eine hohe Temperatur zu erhitzen;

c) das Hp und das CIp werden getrennt und das CIp in eine Sekundärkammer eingeleitet;

d) das nicht dissoziierte HCl wird als Wärmeübertragungsmedium und Energiequelle dem Prozess eingangsseitig wieder zugeleitet;

e) H₂O von etwa 800° C wird zur Bildung von HCl in die Sekundärkammer eingeleitet;

f) das HCl wird der ersten Kammer zugeführt, wodurch ein zweiter und nachfolgende gleiche Zyklen eingeleitet werden.

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7. Verfahren zum Entnehmen und Nutzen von Wärmemenge aus einer Fusionsreaktion, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Einführen einer Menge von gasförmigem HCl in eine erste Kammer;

b) diese Menge wird Hitze und Strahlung einer Fusionsreaktion ausgesetzt, um das HCl auf eine hohe Temperatur zu erhitzen;

c) das erhitzte HCl wird durch einen Wärmeaustauscher als Wärmeübertragungsmedium und Energiequelle dem Prozess eingangssei tig wieder zugeführt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das CIp des infolge der Bestrahlung dissoziierten HCl mit Wasser verbunden wird, um zusätzliches HCl für den RUckführvorgang in das System zu erhalten.

9. Einrichtung zum Entziehen und Verwenden von Wärme aus einer Fusionsreaktion, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: "

a) eine erste Kammer mit einem Einlaß für gasförmiges HCl, einem Auslaß für Hp und einem Auslaß für CIp und nicht dissoziiertes HCl;

b) eine Fusionsreaktorkammer;

c) Halteeinrichtungen für die Reaktorkammer in einer Lage, bei der das Innere der ersten Kammer der Strahlung von

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der Reaktionskammer ausgesetzt ist;

d) einen Laser;

e) Mittel zur Einführung eines Laserstrahls in die Reaktionskammer für eine Fusionsreaktion;

f) eine Sekundärtrennkammer, die mit dem Auslaß der ersten Kammer verbunden ist und das nicht dissoziierte HCl und das CIp aufnimmt;

g) eine dritte Kammer zur Aufnahme von CIp aus der Sekundärkammer;

h) Mittel zum Einleiten von HpO mit einer Temperatur von
etwa 800° C in die dritte Kammer, um darin mit dem CIp
Salzsäure zu bilden;

i) Mittel zum Ableiten des HCl aus der Sekundärkammer und
der dritten Kammer zu einem Wärmeaustauscher, in dem ein Teil der im HCl enthaltenen Wärmemenge absorbiert wird,
und eine Leitung für das HCl vom Wärmeaustauscher zurück zur ersten Kammer.

10. Anlage nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher zum Erhitzen des in die dritte Kammer eingeleiteten Wassers verwendet wird;

11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher zum Umwandeln von Wasser in Dampf für Nutzzwecke eingesetzt ist.

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