DE2603690A1 - Prodn. of hydrogen and oxygen from water - using thermochemical continuous process in which carbon-oxygen cpds. is reacted with oxide as acceptor in presence of water and halogen - Google Patents
Prodn. of hydrogen and oxygen from water - using thermochemical continuous process in which carbon-oxygen cpds. is reacted with oxide as acceptor in presence of water and halogenInfo
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Abstract
Description
Chemo-thermische Kreisprozesse zur Gewinnung von Wasserstoff undChemo-thermal cycle processes for the production of hydrogen and
Sauerstoff aus Wasser Die Erfindung betrifft mehrstufige Kreisprozesse aus chemischen Reaktionen zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser.Oxygen from water The invention relates to multistage cycle processes from chemical reactions to produce hydrogen and oxygen from water.
Es ist bekannt, dass sich Wasser unter Verwendung von Wärme und im Kreis zu führenden chemischen Verbindungen bzw. Komponenten in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegen lässt. Dies geschieht zum Beispiel bei den Mehrstufenprozessen der Eisen-Chlor-Systeme.It is known that using heat and im Circle to lead chemical compounds or components in hydrogen and oxygen can be dismantled. This happens, for example, in the multi-stage processes of the iron-chlorine systems.
Die Nachteile derartiger bisher bekannten Kreisprozesse bestehen einmal in der Verwendung von Halogen bzw. Halogenverbindungen bei Temperaturen, die wesentliche über 5000 C liegen und damit grosse Korrosionsprobleme mit sich bringen, zum zweiten im notwendigen Transport grosser Mengen von Feststoffen zwischen Reaktoren der verschiedenen Stufen.The disadvantages of such previously known circular processes exist on the one hand in the use of halogen or halogen compounds at temperatures that are essential lie above 5000 C and thus cause major corrosion problems, secondly in the necessary transport of large quantities of solids between reactors of the various Stages.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren zur thermochemischen Wasserspaltung zu schaffen, bei denen Halogenverbindungen bzw.The object of the invention is therefore to provide a method for thermochemical To create water splitting, in which halogen compounds or
isalogeno oder auch wie halogene wirkende Verbindungen nur in Prozcßstuf<'n Sei tiefen Temperaturen beteiligt sind, ein möglichst qrosser Teil der Prozeßstufen mit flüssigen bzw. gasförmigen Komponenten betrieben wird und durch die Auswahl der Komponenten Korrosionsprobleme weitgehend ausgeschlossen werden.Isalogeno or also like halogen acting compounds only in process stage <'n If low temperatures are involved, the largest possible part of the process stages is operated with liquid or gaseous components and by the selection of the components corrosion problems can be largely excluded.
Die der Erfindung zuqrunde lieqende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass marl eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung aus der Gruppe Kohlenmonoxid, Formaldehyd, Methanol und Athanol bzw. Äthylen mit einem Oxid als Sauerstoffakzetor in Geqenwart von Wasser und Jod zum entsprechenden Oxid mit erhöhtem Sauerstoffanteil und einer Kohlenstoff-Sauerstoff-Verbindung mit geringerem Sauerstoffanteil bzw. Äthan umsetzt, aus dieser Verbindung oder dem Äthan unter Abspaltung von Wasserstoff die Ausgangsverbindung mit höherem Sauerstoffanteil bzw. Äthylen zurückbildet, aus dem Oxid mit erhöhtem Sauerstoffanteil Sauerstoff abspaltet, das so erhaltene Oxid bzw.The object underlying the invention is achieved in that marl a carbon-oxygen compound from the group carbon monoxide, formaldehyde, Methanol and ethanol or ethylene with an oxide as an oxygen accessory in the present from water and iodine to the corresponding oxide with increased oxygen content and a Converts carbon-oxygen compounds with a lower proportion of oxygen or ethane, from this compound or the ethane with elimination of hydrogen the starting compound with a higher proportion of oxygen or ethylene forms back, from the oxide with increased Oxygen component splits off oxygen, the resulting oxide or
das Äthylen wieder im Kreislauf in dem Prozeß einsetzt und Wasserstoff und Sauerstoff aus dem Prozess entfernt.the ethylene re-enters the cycle in the process and hydrogen and removes oxygen from the process.
Die Umsetzungen können mit Vorteil in der Gasphase, aber auch in der Flüssigphase durchgeführt werden. Bei allen Verfahren besteht der Mechanismus der exothermen Reaktion aus den folgenden Schritten: Dissoziation von Jod in Wasser nach: Oxidation eines Oxids durch unterjodige Säure unter weiterer Jod-Wasserstoff-Bildung.The reactions can advantageously be carried out in the gas phase, but also in the liquid phase. In all processes, the mechanism of the exothermic reaction consists of the following steps: Dissociation of iodine in water after: Oxidation of an oxide by hypoiodous acid with further formation of iodine-hydrogen.
Reduktion eines Kohlenwasserstoffes bzw. einer Kohlenstoff-Sauerstoffverbindung durch Jod - Wasserstoff unter Freisetzung des Jods.Reduction of a hydrocarbon or a carbon-oxygen compound by iodine - hydrogen with the release of iodine.
Bei Verwendung eines Oxids in reiner bzw. wässriger Form als Sauerstoffakzeptor ergibt sich zum Beispiel mit Antimonç oxid der folgende Kreisprozeß: 200-4000C 9300 C, Beginn der Zersetzung ca. 8000 C ca. 800 -9000 C, Reformer Methanol synthese Konvertierung Anstelle von Antimon-III-oxid kann man auch Arsen-III-oxid oder Vanadium-IV-oxid einsetzen. In den beiden ersten Stufen verlaufen dann die Reaktionen (J) (660 - 900° C).When using an oxide in pure or aqueous form as the oxygen acceptor, the following cycle occurs with antimony oxide, for example: 200-4000C 9300 C, start of decomposition approx. 8000 C approx. 800-9000 C, reformer Methanol synthesis Conversion Instead of antimony III oxide, arsenic III oxide or vanadium IV oxide can also be used. In the first two stages, the reactions (J) (660-900 ° C).
Setzt man statt Methanol Kohlenmonoxid ein, so erhält man auch je nach Temperatur (200 - 3500 C) und Druck (40 - 200 ata) geringere Sauerstoffanteile im Produkt-Oxid als nach I 1. Ein charakteristischer Kreisprozeß dieses Typs ergibt sich gemäss den Gleichungen: oder auch Oxide mit: 2/3 > ME/O ;D 1/2) Hierbei können auch, ebenso wie bei allen folgenden Verfahren, Sauerstoffakzeptoren mit weiteren Oxidationsstufen benutzt werden, so dass die zur Sauerstoffabspaltung notwendige Temperatur variierbar ist. Beispielsweise sind bei Vanadium die Oxide V203, V204, V205, V305, V407, V6013 u. a. m. bekannt. Ähnliches gilt für Uranoxide. Mit Antimon-IV-oxid ist z. B. ein Verfahren möglich nach ca. 200° C ca. 8000 C Die benutzung von Arsenoxiden ist besonders im Hinblick auf die Transport:erbarkeit in überwiecrend flüssiger Form vorteilhaft: 200 - 3500 C 650 - 8000 C Mit Äthylen bzw. Formaldehyd lauten die Kreisprozesse im Fall der Benutzung reiner bzw. wässriger Oxide: Auch hier können die analogen Oxide eingesetzt werden.If carbon monoxide is used instead of methanol, then, depending on the temperature (200 - 3500 C) and pressure (40 - 200 ata), lower oxygen contents are obtained in the product oxide than according to I 1. A characteristic cycle of this type results from the equations: or oxides with: 2/3> ME / O; D 1/2) Here, as in all of the following processes, oxygen acceptors with further oxidation states can also be used, so that the temperature necessary for the elimination of oxygen can be varied. In the case of vanadium, for example, the oxides V203, V204, V205, V305, V407, V6013 and many others are known. The same applies to uranium oxides. With antimony IV oxide, for. B. a process possible after approx. 200 ° C approx. 8000 C The use of arsenic oxides is particularly advantageous in terms of transportability in predominantly liquid form: 200 - 3500 C 650 - 8000 C With ethylene or formaldehyde, the cycle processes when using pure or aqueous oxides are: The analogous oxides can also be used here.
Unterreaktion aller Verfahren ist die Bildung von Jodwasserstoff unter Oxidation eines der hier angeführten Oxide. Um höhere Oxidationsstufen erreichen zu können, werden üblicherweise Alkalicarbonate zur Erzeugung einer schwach alkalischen Lösung eingesetzt.Underreaction of all processes is the formation of hydrogen iodide Oxidation of one of the oxides listed here. To achieve higher levels of oxidation to be able to, are usually alkali carbonates to generate a weakly alkaline Solution used.
Der gleiche Effekt lässt sich erzielen, wenn man anstelle der Carbonate die entsprechenden Alkali- oder auch Erdalkaliverbindungen der Oxide von Antimon, Vanadium, Arsen, Wismut, Tellur, @ran oder Selen einsetzt. Beispielsweise ergibt sich mit Kohlenmonoxid das folgende Schema: ca. 9300 C Der Kreisprozess wird von den Reaktionen II 3. 4. und II 5. geschlossen.The same effect can be achieved if the corresponding alkali or alkaline earth compounds of the oxides of antimony, vanadium, arsenic, bismuth, tellurium, @ran or selenium are used instead of the carbonates. For example, with carbon monoxide the following scheme results: approx. 9300 C The cycle is closed by reactions II 3. 4. and II 5..
Die Alkali- oder auch Erdalkaliverbindungen können in verschiedenen stöchiometrischen Verhältnissen zum vorhandenen Wasser und auch zum benutzten Oxid eingesetzt werden, z. B. nach: Hierbei erfolgt die Sauerstoffabspaltung über das Zwischenprodukt Na20 As203 bei Temperaturen von 9000 C und mehr. Um das Temperaturniveau zu senken, ist es häufig sinnvoller, einen überstöchiometrischen Oxidanteil vorzusehen, z. B. nach: ca. 800°C Die Kreisprozesse V und VI werden wieder durch die Reaktionen II, 3. 4. und II 5. geschlossen.The alkali or alkaline earth compounds can be used in various stoichiometric ratios to the water present and also to the oxide used, e.g. B. after: Oxygen is split off via the intermediate product Na 2 O As 2 O 3 at temperatures of 9000 C and more. In order to lower the temperature level, it is often more sensible to provide a more than stoichiometric oxide content, e.g. B. after: approx. 800 ° C The cycle processes V and VI are closed again by the reactions II, 3. 4. and II 5..
Im Vergleich zu den reinen Oxiden (Verfahren nach I; II und III) sind die Alkali-Oxidverbindungen in der Regel höher in Wasser bzw.Compared to the pure oxides (method according to I; II and III) are the alkali oxide compounds are usually higher in water or
Wasser-Alkohol-Gemischen löslich, besitzen als Hydrate tiefe Schmelzpunkte und bilden häufig eutektische Schmelzen aus, so dass ihr Einsatz im Hinblick auf die Transportierbarkeit vorzuziehen ist.Soluble in water-alcohol mixtures, as hydrates have low melting points and often form eutectic melts, so their use with regard to portability is preferable.
Es ist selbstverständlich möglich, aus Wasserstoff und Kohlendioxid Methanol zur Spitzenlastdeckung herzustellen. Besonders vorteilhaft kann dies bei den Kohlenmonoxid/Methan und auch Methanol/Methan benutzenden Kreisprozessen erfolgen. Im besonderen Fall eines halboffenen Kreises wird Kohlendioxid zum Beispiel dem Rauchgas eines Kohlekraftwerkes entnommen und ausschliesslich Methanol aus Wasser und Kohlendioxid hergestellt: Benutzt man Jod in stöchiometrischen Mengen, lassen sich weitere Verfahren, die Alkohole bzw. ihre Äther verwenden, durchführen, z. B. gemäss den Gleichungen: 100 - 200° C 500 - 650° CIt is of course possible to produce methanol from hydrogen and carbon dioxide to cover peak loads. This can take place particularly advantageously in the case of cycle processes using carbon monoxide / methane and also methanol / methane. In the special case of a half-open circuit, for example, carbon dioxide is taken from the flue gas of a coal-fired power plant and only methanol is produced from water and carbon dioxide: If iodine is used in stoichiometric amounts, other processes that use alcohols or their ethers can be carried out, e.g. B. according to the equations: 100 - 200 ° C 500 - 650 ° C
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DE102013213330A1 (en) | 2013-07-08 | 2015-01-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Regeneration of inert purge gas in the operation of solar thermal cycles |
CN108394861A (en) * | 2017-02-04 | 2018-08-14 | 中国科学院上海应用物理研究所 | A kind of thermochemical cycle for hydrogen production method |
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1976
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DE102013213330A1 (en) | 2013-07-08 | 2015-01-22 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Regeneration of inert purge gas in the operation of solar thermal cycles |
DE102013213330B4 (en) | 2013-07-08 | 2020-06-10 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Regeneration of inert purge gas during the operation of solar thermal cycles |
CN108394861A (en) * | 2017-02-04 | 2018-08-14 | 中国科学院上海应用物理研究所 | A kind of thermochemical cycle for hydrogen production method |
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