DE414187C - Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff aus elektrolytisch entwickeltem Knallgas durch Tiefkuehlung - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff aus elektrolytisch entwickeltem Knallgas durch Tiefkühlung. Bei dem bisher üblichen Verfahren zur Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse von Wasser besteht die Hauptschxvierigkeit darin, eine möglichst vollkommene Scheidung beider Gase zu bewirken, und ein sehr grofßer Teil der Kosten für die Apparatur wird durch die Notwendigkeit solcb1.er Vorrichtungen bedingt. Diese haben den weiteren Nachteil zur Folge, daß in die Apparatur Widerstände hineingebracht werden, zu deren Überwindung ein Teil der elektrisch:en Energie erforderlich ist. Die Herstellungskosten für Elektrolyseuranlagen würden sich sehr erheblich verringern bzw. die Energieausnützung verbessern, wenn die beiden Gase gemeinsam entwickelt werden könnten. Es würde daher einen wesentlichen Fortschritt bedeuten, wenn es gelänge, das elektrolytisch entwickelte Knallgas mit der nötigen Betriebssicherheit und -ohne große Kosten in die Bestandteile zu zerlegen. Es ist bereits vorgeschlagen worden, Knallgas elektrolytisch unter hohem Druck zu entwickeln und den Sauerstoff durch die bei der Entspannung des Knallgases auftretende Temperaturerriiedrigung flüssig abzuscheiden. Wegen der Schwierigkeiten beim Arbeiten mit dem Gasgemisch: in einer Expansionsmaschine, vor allem aber der Gefahren, die das Arbeiten mit Knallgas unter hohem Druck mit sich bringt, konnte dieses Verfahren keine praktische Anwendung finden.
• Das vorliegende Verfahren vermeidet diese Schwierigkeiten dadurch, daß das Knallgas unter niedrigem Druck entwickelt wird und die Kondensation des Sauerstoffes durch unter vermindertem Druck siedenden Stickstoff hewirkt wird. Ein wesentlicher Vorzug des Verfahrens liegt in der Möglichkeit, daß die Teile der Apparatur, in denen Knallgas vorhanden ist, sich auf ein kleines Volumen. reduzieren und so kräftig ausführen lassen, daß der im Falle einer Explosion auftretende Überdruck von diesen Apparatteilen schadlos ertragen werden kann. Der elektrolytische, Wasserzersetzungsapparat wird vorteilhaft als sogenannter Filterpressenapparat ausgeführt, bei dem sich leicht größere Gasansammlungen dadurch vermeiden lassen, daß der Inhalt des Apparates mit dem alkalischen Elektrolyten möglichst voll angefüllt gehalten wird. Die Notwendigkeit, flüssigen Stickstoff getrennt erzeugen zu müssen, kann nicht als Nachteil angesehen werden, weil die hierfür erforderliche Energie weniger wie 5 Prozent der zur elektrolytischen Wasserzersetzung derzeit aufgewendeten beträgt. Das Verfahren ist besonders dann von Vorteil, wenn der bei der Elektrolyse gewonnene Wasserstoff für die Ammoniaksynthese verwendet wird, wobei sowieso eine besondere Anlage zur Gewinnung von Stickstoff erforderlich ist: ein Teil des für die Ammoniaksynthiese hergestellten Stickstoffs wird dann zweckmäßig für die Kondensation des Sauerstoffs verwendet. Der Mehraufwand an Energie, der durch die Knallgastrennung verursacht wird, sinkt dann unter 3 Prozent der derzeit für die Elektrolyse benötigten.
• Die Durchführung des Verfahrens gestaltet sich folgendermaßen: In einem Elektrolyseur i wird Knallgas unter einem Überdruck von etwa 2 Atm. ;entwickelt, in dem Trockenrohr 2 oder auch durch Kühlung getrocknet und in den Gegenströmer des Trennungsapparates 4. bei 3 eingeführt. Der Sauerstoff scheidet sich in dem Kondensator 5 ab, der von unter vermindertem Druck siedendem Stickstoff umgeben ist. Der gasförmig verbliebene Wasserstoff verläßt den Kondensator durch das Rohr 6 und tritt in den Gegenströmer ein. Der flüssige Stickstoff wird einem Luftzerlegungsapparat entnommen und tritt hinter dem Regulierventil 7 in das Kühlgefäß 8 ein. Mittels einer Vakuumpumpe wird der Druck über dem siedenden Stickstoff so weit erniedrigt, daß der Partialdruck des Sauerstoffs im Wasserstoff auf weniger als 3 Prozent herabgesetzt wird. Der aus der Vakuumpumpe austretende Teil des Stickstoffs kann für die Ammoniaksynthese weiter verwendet werden.
• Wird das Verfahren in der oben angedeuteten Weise zur Gewinnung eines Stickstoff-Wasserstoff-Gemisches angewendet, so kann man die Vakuumpumpe dadurch entbehrlich machen, daß man den aus dem Knallgas ausgeschiedenen Wasserstoff in das Stickstoffbad entspannt und mit dem verdampften Stickstoff gemeinsam austreten läßt. Man erreicht hierdurch, daß der Partialdruck des Stickstoffs auf einen Bruchteil des Gesamtdrucks herabgesetzt wird und die Temperatur des siedenden Stickstoffs diesem Druck entsprechend sinkt. Ein besonderer Vorteil dieser Anordnung liegt darin, daß das unter Atmosphärendruck entweichende Wasserstoff-Stickstoff-Gemisch eine weit bessere Kälteausnutzung ermöglicht als der unter vermindertem Druck abströmende Stickstoff, da die Strömungsgeschwindigkeit des letzteren mit Rücksicht auf den Druckverlust gering gewählt werden muß, wobei die Wärmeübergangszahl sehr klein wird. Bewirkt man die Erniedrigung der Siedetemperatur des Stickstoffs, wie eingangs erwähnt, durch eine Vakuumpumpe, so kann man den Wasserstoff unter dem Druck des Elektrolyseurs ohne Entspannung aus dem Trennungsapparat entnehmen und erspart hierdurch einen wesentlichen Teil der für die übliche Kompression des Wasserstoffs erforderlichen Arbeit. Der Sauerstoff kann in jedem Fall unter Druck aus dem Trennungsapparat entnommen werden.
• Alle Apparateeile sind zweckmäßig dem Druck der Knallgasexplosion entsprechend dimensioniert. Die Möglichkeit einer Explosion ist in den Teilen, die getrocknetes Knallgas enthalten, wesentlich herabgesetzt infolge des Umstandes, daß die Entzündungstemperatur ,des trockenen Knallgäses weit h'öh@er liegt als die des feuchten Gases.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Trennung von Sauerstoff und Wasserstoff aus elektrolytisch erzeugtem Knallgas durch Tiefkühlung, dadurch gekennzeichnet, daß das Knallgas in elektrolytischen Apparaten bei Ausschluß von Trennvorrichtungen unter mäßigem Überdruck erzeugt wird, wonach es unter Aufrechterhaltung des Entwicklungsdruckes - zweckmäßig durch Kühlung - getrocknet und bis zur Verflüssigung des Sauerstoffes mittels flüssigen Stickstoffs in Kondensationsapparaten tiefgekühlt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Knallgas führenden Apparatteile so dimensioniert werden, daß der im Falle einer Zündung auftretende Überdruck von denselben schadlos ertragen wird. -3. Anspruch i bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verflüssigung des Sauerstoffs durch unter vermindertem Druck siedenden Stickstoff vorgenommen wird. .1. Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Partialdruck des zur Kondensation des Wasserstoffs dienenden verdampfenden Stickstoffs durch Einleiten des abgeschiedenen Wasserstoffs in den Stickstoff erfolgt: