DE2613811A1 - Verfahren zur gewinnung von wasserstoff und sauerstoff aus wasser - Google Patents
Verfahren zur gewinnung von wasserstoff und sauerstoff aus wasserInfo
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Description
Rheinische Braunkohlenwerke AG.,Konrad-Adenauer-Ufer 55, 5 Köln 1
Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser
Die Erfindung betrifft ein mehrstufiges Kreislaufverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser mit Hilfe von
thermochemischen und elektrochemischen Umsetzungen.
Es ist eine Vielzahl von mehrstufigen Kreislaufprozessen beschrieben
worden, in denen unter Einsatz von z. B. Eisenverbindungen und Halogen bzw. Halogenwasserstoff als Hilfsstoffe Wasser
in Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt wird. Nachteilig an diesen Verfahren sind insbesondere die verhältnismässig grosse Zahl der
Prozeßstufen, im allgemeinen vier bis fünf, sowie die grossen Mengen an Feststoffen, die von Stufe zu Stufe transportiert werden
müssen. Andererseits ist seit langer Zeit die Elektrolyse von Wasser bekannt, die jedoch nur mit einem relativ geringen Wirkungsgrad
durchgeführt werden kann. Man hat ferner auch vorgeschlagen, eine elektrolytische Umsetzung mit einer thermochemischen
zu kombinieren, um Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff zu zersetzen (DT-OS 2 501 726). Eine derartige Kombination bietet
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dann Vorteile, wenn sie eine Elektrolyse bei möglichst kleiner Zersetzungs- und Überspannung sowie eine thermochemische Umsetzung
beinhaltet, bei der die Wärme eines sehr hohen Temperaturniveaus genutzt werden kann, wie sie z. B. in einem Hochtemperatur-Kernreaktor
anfällt.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Zersetzung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff
zu ermöglichen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss
mit Hilfe eines mehrstufigen KreislaufVerfahrens derart, dass man
Jodwasserstoff in wässriger Schwefelsäure elektrolysiert, den dabei anfallenden Wasserstoff aus dem Prozess entfernt, die erhaltene
jodhaltige wässrige Schwefelsäure nach Zusatz von Wasser mit Schwefeldioxid unter Gewinnung von Schwefelsäure und Jodwasserstoff
behandelt, aus der so erhaltenen Jodwasserstoffhaltigen
Schwefelsäure einen Teilstrom, der der durch die Umsetzung des Schwefeldioxids neugebildeten Schwefelsäure entspricht, abzieht
und den verbleibenden Strom im Kreislauf in die Elektrolyse zurückführt, in dem abgezogenen Teilstrom den in ihm enthaltenen
Jodwasserstoff in Jod umwandelt, dieses abtrennt, die in dem Teilstrom
verbleibende Schwefelsäure in Wasser, Schwefeldioxid und Sauerstoff spaltet, Jod, Wasser und Schwefeldioxid in den Elektrolysekreislauf
zurückführt und den Sauerstoff aus dem Prozess entfernt. Die Elektrolyse der jodwasserstoffhaltigen wässrigen
Schwefelsäure kann in üblicher Weise erfolgen. Man arbeitet vorteilhaft bei Temperaturen zwischen 20 und 50 C, gegebenenfalls
auch unter erhöhtem Druck. Die Elektrolysezelle kann durch eine
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Membran in einen Anoden- und einen Kathodenraum unterteilt sein. Man kann jedoch auch mit nicht-geteilter Zelle arbeiten. Der aus
der Zelle abgeführte Wasserstoff wird zweckmässig von mitgerissenem
Jod bzw. Jodwasserstoff befreit, z. B. durch eine Wäsche. In die erhaltene jodhaltige wässrige Schwefelsäure wird Schwefeldioxid
eingeleitet. Gleichzeitig wird eine diesem Schwefeldioxid entsprechende Menge Wasser zugeführt. Es bildet sich Schwefelsäure
und Jodwasserstoff. Die Umsetzung wird vorteilhaft bei Tem-
o °
peraturen zwischen 20 - 50 C vorgenommen, gewünschtenfalls auch unter erhöhtem Druck. Aus der wässrigen Lösung wird ein Teilstrom, z. B. von 10 - 20%, entsprechend dem Schwefelsäure-Bildungsanteil zur Aufarbeitung entnommen, während der Hauptstrom in die Elektrolyse zurückgeführt wird. Die Aufarbeitung des abgezogenen Teilstroms, der aus jodwasserstoffhaltiger wässriger Schwefelsäure besteht, kann durch eine Sicundärelektrolyse erfolgen, die unter gleichen Bedingungen erfolgt, wie für die Primärelektrolyse beschrieben. Es können wiederum die üblichen Zellenkonstruktionen und Elektroden eingesetzt werden, wobei jedoch die Verwendung einer Membran notwendig ist.
peraturen zwischen 20 - 50 C vorgenommen, gewünschtenfalls auch unter erhöhtem Druck. Aus der wässrigen Lösung wird ein Teilstrom, z. B. von 10 - 20%, entsprechend dem Schwefelsäure-Bildungsanteil zur Aufarbeitung entnommen, während der Hauptstrom in die Elektrolyse zurückgeführt wird. Die Aufarbeitung des abgezogenen Teilstroms, der aus jodwasserstoffhaltiger wässriger Schwefelsäure besteht, kann durch eine Sicundärelektrolyse erfolgen, die unter gleichen Bedingungen erfolgt, wie für die Primärelektrolyse beschrieben. Es können wiederum die üblichen Zellenkonstruktionen und Elektroden eingesetzt werden, wobei jedoch die Verwendung einer Membran notwendig ist.
Der bei der Elektrolyse anfallende Wasserstoff wird ebenfalls aus dem Prozess entfernt, das erhaltene Jod kann zur Umsetzung mit
Schwefeldioxid und Wasser gebracht werden. Man kann die Oxidation des Jodwasserstoffs auch mit Sauerstoff oder einem freien Sauerstoff
enthaltendem Gas durchführen, vorteilhaft bei etwa 80 bis 160 C, gewünschtenfalls auch unter erhöhten Drücken, z. B. bis
5 bar. Das Jod kann zusammen mit Wasserdampf durch Erhitzen der
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schwefelsauren Lösung, ζ. B. auf Temperaturen von 120 bis 180 C,
abgetrieben werden. Etwa mitgeführter Sauerstoff wird abgetrennt
und in die Oxidation zurückgeführt. Jod und Wasser werden zur Umsetzung mit Schwefeldioxid gebracht. Man kann gegebenenfalls die
Oxidation des Jodwasserstoffs in dem abgezogenen Teilstrom auch mit einem kombinierten Verfahren vornehmen. So kann es vorteilhaft
sein, die Sekundärelektrolyse nicht bis zur vollständigen Umwandlung des Jodwasserstoffs in Jod zu betreiben,"da mit abnehmendem
HJ-gehalt die Raum-Zeitausbeute der Zelle abnimmt. Man wird dann z. B. nur einen überwiegenden Anteil des Jodwasserstoffs
oxidieren und den verbleibenden Teil durchOxidation mit Sauerstoff
oder einem freien Sauerstoff enthaltenden Gas bei erhöhter Temperatur aufarbeiten. Die vom Jodwasserstoff befreite wässrige
Schwefelsäure wird in bekannter Weise in Schwefeldioxid, Wasser und Sauerstoff gespalten.
In der Zeichnung ist in vereinfachter Form ein Fließschema für ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemässen Verfahrens gezeigt.
In der Elektrolyseapparatur I wird bei ca. 50 C Jodwasserstoff in
Jod und Wasserstoff zerlegt. Dieser wird in der Apparatur II abgetrennt. Die jodhaltige Schwefelsäurelösung wird in den Reaktor III
geführt, in dem unter Zuführung von Wasser und Schwefeldioxid die Bildung von Schwefelsäure und Jodwasserstoff erfolgt. Aus dem den
Reaktor III verlassenden Gemisch wird ein Teilstrom abgezogen und in die Sekundärelektrolyse IV geleitet, während der restliche
Teil im Kreislauf in die Elektrolyseapparatur I zurückgeführt
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wird. In der Sekundärelektrolyse IV erfolgt bei ca. 100 C die
Zersetzung des Jodwasserstoffs in dem Teilstrom zu ca. 90 %. Der
dabei gewonnene Wasserstoff wird aus dem Prozess entfernt, die nunmehr weitgehend von Jodwasserstoff befreite wässrige Schwefelsäure
gelangt in die Oxidationsapparatur V, in der der restliche Jodwasserstoff bei ca. 200 C mit Sauerstoff zu Jod oxidiert wird.
Die verbleibende Schwefelsäure wird in der Apparatur VII in Wasser, Schwefeldioxid und Sauerstoff gespalten. Nach Abtrennung des
Wassers in der Trennanlage VIII werden in der Anlage IX Schwefeldioxid und Sauerstoff voneinander getrennt. Der grössere Teil des
Schwefeldioxids gelangt in den Reaktor III, der andere Teil wird
in den Reaktor VI eingeführt und dort mit dem Jod aus der Sekundärelektrolyse IV bzw. der Oxidationsapparatur V sowie dem Wasser
aus V bzw. Wasser aus der Trennanlage VIII unter Gewinnung von Jodwasserstoff und Schwefelsäure umgesetzt. Dieses Gemisch wird
in den Elektrolysekreislauf zurückgeführt.
7098/+1/0218
Le e rs e
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Claims (5)
1. Mehrstufiges Kreislaufverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff
und Sauerstoff aus Wasser, dadurch gekennzeichnet, dass man Jodwasserstoff in wässriger Schwefelsäure elektrolysiert, den dabei
anfallenden Wasserstoff aus dem Prozess entfernt, die erhaltene jodhaltige wässrige Schwefelsäure nach Zusatz von Wasser mit
Schwefeldioxid unter Gewinnung von Schwefelsäure und Jodwasserstoff
behandelt, aus der so erhaltenen jodwasserstoffhaltigen Schwefelsäure einen Teilstrom, der der durch die Umsetzung des
Schwefeldioxids neugebildeten Schwefelsäure entspricht, abzieht und den verbleibenden Strom im Kreislauf in die Elektrolyse zurückführt,
in dem abgezogenen Teilstrom den in ihm enthaltenen Jodwasserstoff in Jod umwandelt, dieses abtrennt, die in dem Teilstrom
verbleibende Schwefelsäure in Wasser, Schwefeldioxid und Sauerstoff spaltet, Jod, Wasser und Schwefeldioxid in den Elektrolysekreislauf
zurückführt und den Sauerstoff aus dem Prozess entfernt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man im abgezogenen Teilstrom enthaltenen Jodwasserstoff elektrolytisch
in Jod und Wasserstoff umwandelt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man
im abgezogenen Teilstrom enthaltenen Jodwasserstoff mit Sauerstoff
zu Jod oxidiert.
709841/0218
ORIGINAL INSPECTED
4. Verfahren nach Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, dass man im abgezogenen Teilstrom enthaltenen Jodwasserstoff elektrolytisch
weitgehend in Jod und Wasserstoff umwandelt-und den restlichen Jodwasserstoff mit Sauerstoff zu Jod oxidiert.
5. Verfahren nach Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, dass man das aus dem Teilstrom erhaltene Jod nach Umsetzung mit Schwefeldioxid
und Wasser zu Jodwasserstoff und Schwefelsäure in den
Elektrolysekreislauf zurückführt.
Elektrolysekreislauf zurückführt.
709841/021 8
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Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| EP0039745A1 (de) * | 1980-05-14 | 1981-11-18 | Europäische Atomgemeinschaft (Euratom) | Verfahren zur gleichzeitigen Herstellung von Wasserstoff und Schwefelsäure oder Sulfaten aus Schwefel und Wasser |
| DE102020005285A1 (de) | 2020-08-28 | 2022-03-03 | Textilforschungsinstitut Thüringen-Vogtland e.V. (TITV e.V.) | Verfahren zur Wasserelektrolyse und Wasserelektrolysezelle |
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- 1977-03-18 NL NL7703008A patent/NL7703008A/xx not_active Application Discontinuation
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- 1977-03-31 GB GB13585/77A patent/GB1578843A/en not_active Expired
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Also Published As
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| GB1578843A (en) | 1980-11-12 |
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