-
Herstellung von Wasserstoff. Es ist bekannt, Wasserstoff in der Weise
herzustellen, daB zunächst poröses Eisenerz durch reduzierende Gase zu Eisenschwamm
reduziert und letzterer dann durch Einblasen von überhitztem Wasserdampf oxydiert
wird. Das Verfahren wird dann durch abwechselnde Reduktion und Oxydation des Materials
weitergeführt. Dies Verfahren wurde bisher in der Weise ausgeführt, daß auf bekannte
Art hergestelltes Wassergas zur Reduktion
von in einem Turm befindlichem
Rasenerz oder 'sonstigem porösen Eisenerz benutzt wurde. Die Verwendung von Wassergas
zu diesem Zweck hat indessen verschiedene Mängel,, indem das Wassergas nicht nur
teuer in der Herstellung, ist, sondern auch in der Reduktion nur unvollständig ausgenutzt
wird, da wegen der chemischen Gleichgewichtsbedingungen der Reduktionsvorgang bereits
zum Stillstand .kommt, wenn 20 bis 30 Pro; zent des Gases umgesetzt sind.
-
Nach der vorliegenden. Erfindung werden die genannten Mängel dadurch
vermieden, daß -bei der Reduktion des porösen eisenhaltigen Materials ein Kreislauf
der Gase in Verbindung mit einer Regenerierung von Reduktionsgas aus dem gebildeten
Kohlendioxyd mittels einer elektrischen Hochspannungsflamme benutzt wird.
-
In dem Hochspannungsflammofen, der vorzugsweise in Gestalt des bekannten
iri einem Rohr brennenden langen stabilen Lichtbogens benutzt wird, wird das zu
reduzierende, Kohlendioxyd und Wasserdämpf enthaltende Gas am Lichtbogen entlang
geführt, und gleichzeitig wird der Flamme irgendein kohlenstoffhältiges Reduktionsmaterial
zugeführt. Als solches können staubförmige Kohle, zerstäubtes Öl, gasförmige Kohlenwasserstoffe
o. dgl. dienen, wobei die Reaktion gemäß der Gleichung
erfolgt. Cm Hn bezeichnet dabei ein beliebiges Kohlenstoff und Wasserstoff enthaltendes
Reduktionsmittel.
-
Die Hochspannungsflamme liefert dabei nicht .nur die Wärme, welche
zur Durchführung der Reduktion des Kohlendioxyds und Zersetzung des beigemischten
Wasserdampfes nötigjst, sondern erhitzt auch das regenerierte Reduktionsgas auf
eine so hohe Temperatur, daß die Reduktion der Eisenoxyde durch den Wärmevorrat'
der Gase ohne anderweitige Wärmezufuhr zu den Reduktionskammern durchgeführt werden
kann.
-
Die Hochspannungsflamme stellt in Wirklichkeit das einzige technische
Hilfsmittel dar, um ein reduzierendes Gas, ohne daß eine Änderung in der Zusammensetzung
eintritt, auf eine derärtig hohe Temperatur zu erhitzen, daß eine Regenerierung.der
vorhandenen Kohlensäure tatsächlich möglich wird. In der" Hochspannungsflamrrie
erreicht man das dadurch; daß das Kohlenoxyd schon primär in der Flamme durch direkte
Zufuhr freier elektrischer Energie . außerordentlich stark dissoziiert ist (etwa
7o Prozent), und der freie Sauerstoff direkt durch kohlenstoffhaltiges Material
gebunden werden kann. Außerdem gestattet die Hochspannungsflamme technisch ohne
Schwierigkeit eine Endtemperatur des Gases- von etwa' i 8oo° zu erreichen. Die fühlbare
Wärme des Gases von i 8öö° bis herunter zu T iöo° kann zur Durchführung der stark
endothermen Reduktion der letzten io Volumprozent des Kohle ndioxydes :dienen.
-
Es ist zwar früher vorgeschlagen worden, Kohlendiözyd durch Passieren
einer elektrisch hoch . erhitzten Kohlensäule zu reduzieren; aber die zahlreichen
Versuche, diesen Weg zu beschreiten, sind sämtlich . wegen technischer Schwierigkeiten,
wie Verschlakkungen, Überhitzungen und Graphitbildung, gescheitert. Auch eine rekuperative
oder regenerative Erhitzung der Gase auf die obengenannte, für die Reduktion der
Kohlensäure tatsächlich notwendige besonders hohe Temperatur ist aus- leicht verständlichen
Gründen technisch nicht durchzuführen..
-
Wenn nach erfolgter Reduktion des eisenhaltigen Materials die Rohrleitung
auf Wasserstoffherstellung umgestellt wird, muß -zunächst eine ewisse Menge Wasserdampf
durch die . Reduktionskammer geblasen werden, um in' dieser noch anwesendes Kohlenoxyd
bzw. etwaige aus der Reduktionsperiode stammende Ausscheidungen von Kohlenstoff
oder Kohlenwasserstoffen zu entfernen. Das durch diesen Blasvorgang in der Kammer
entstehende Gas kann ohne weiteres in das Zirkulationssystem zurückgeleitet werden,
wo es regeneriert und in der folgenden Reduktionsperiode quantitativ ausgenutzt
wird. Dies ist ein sehr großer Vorteil, da man dadurch, ohne Gas zu- verlieren,
die Reinheit des Wasserstoffes beliebig weit treiben kann, so daß dieser direkt
für katalytische Prozesse, wie z. B. die synthetische Herstellung von Ammoniak,
Verwendung -finden kann. Das Gas: wird praktisch auf :.gleichhohen Reinheitsgrad
gebracht werden- können, wie der durch Elektrolyse gewonnene Wasserstqff ihn besitzt.
Früher. war das beim Durchblasen der Reduktionskammern -entstehende Gas so gut wie
verloren oder ,konnte. jedenfalls nur für reine Heizzwecke benutzt werden.' .
-
Die in, den Reduktionsgasen beim Verlassen der Reduktionskammern vorhandene
Wärme kann mit großem Vorteil ausgenutzt werden" um den- für die Oxydationsperiode
erforderlichen -überhitzten Dampf zu. erzeugen, wobei -die Gase aus den Reduktionskammern,
welche dauernd auf einer Temperatur von 8oo bis i ooo° gehalten werden, in geeigneter
Weise.durch Dampfkessel geleitet werdet, wo sie' ihre * fühlbare Wärme abgeben.
-
Die Regenerierung des Reduktionsgases in der Hochspannungsflamme ist
mit einer
erheblichen Volumvergrößerung verknüpft. Gemäß- der Erfindung
wird das Volumen der umlaufenden Gase dadurch konstant gehalten, daß ein Teil der
zur Reduktion der Eisenoxyde benutzten Gase dem -System entnommen und durch Kontaktbehandlung
mit Wasserdampf nach der Reaktion
umgesetzt wird.
-
Das dabei gebildete sowie bereits vor der Kontaktbehandlung anwesende
Kohlendioxyd wird darauf größtenteils durch Absorption entfernt, und das hauptsächlich
aus Wasserstoff bestehende Gas wird wieder in die Umlaufleitung zurückgeführt.
-
Durch die Kontaktbehandlung des Überschußgases wird erreicht, daß
der Sauerstoff aus dem . System entfernt wird, ohne daß reduzierende Gasbestandteile
verlorengehen. Es wird also das Reduktionsvermögen des Gases quantitativ ausgenutzt,
indem nur Kohlendioxyd und Wasserdampf aus der Leitung entfernt werden.
-
Anstatt das von der Kontaktbehandlung resultierende Gas nach Absorption
der Kohlensäure in die Leitung zurückzuführen, kann man die Kontaktbehandlung vollends
-durchführen, das Kohlendioxyd absorbieren, das übrigbleibende Gas reinigen und
als reinen Wasserstoff der Rohrleitung entnehmen. Die Menge von Wasserstoff, welche
in dieser Weise hergestellt werden kann, entspricht der in dem Regenerierungsverfahren
erzeugten Gasmenge.
-
Die beiliegende Abbildung zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens.
-
Die Kammern A, A, enthalten - poröses eisenhaltiges Material, das
abwechselnd einer Reduktion mittels eines umlaufenden Reduktionsgases und einer
Oxydation durch überhitzten Wasserdampf unterworfen wird. In der Abbildung sind
die Leitungen für das Reduktionsgas durch augezogene Linien, die Bewegungsrichtung
des- Gases durch ebensolche Pfeile angedeutet, während die Leitungen und die Strömungsrichtung
für den Wasserdampf bzw. den Wasserstoff durch punktierte Linien und Pfeile verdeutlicht
sind. Der Wasserdampf wird im Kessel D entwickelt und kann mittels des Wechselhahnes
B nach Bedarf der einen oder der anderen- der Kammern A; A, zugeführt werden:
Der gebildete reine Wasserstoff wird über den Wechselhahn.E durch die Leitung F
fortgeleitet, um je nach dem beabsichtigten Zweck verwertet zu werden. Das Reduktionsgas
kommt von dem elektrischen Hochspannungsofen G, in dem die Regenerierung stattfindet,
und wird mittels des Wechselhahnes H nach Bedarf abwechselnd den Kammern A, A, zugeführt.
Von den Kammern A bzw. A,_ .passiert das für die Reduktion ausgenutzte Gas,
welches jetzt Kohlendioxyd und Wasserdampf en#hält, über den -Wechselhahn C durch
das Rohrsystem I im Dampfkessel D und strömt weiter durch den -Gusreiniger K über
das. Gebläse L zurück zum Hochspannungsofen G: Ein Teil des Gases wird fortlaufend
mittels des Gebläses M einer Kontaktvorrichtung 0 zugeführt, der gleichzeitig Wasserdampf
durch das Rohr N zugeleitet wird, um die Reaktion
,zu verwirklichen.
-
Das gebildete- Kohlendioxyd wird ganz bzw. zum Teil in der Absorptionsvorrichtung
P entfernt, während das noch verbleibende Gas mittels des Gebläses L in die Umlaufleitung
zurückgeführt wird bzw. nach erfolgter Reinigung direkt als reiner Wasserstoff der
Rohrleitung entnommen wird.