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Herstellung von Wasserstoffsuperoxyd aus den Elementen Es ist seit
langem bekannt, daß sich Wasserstoffsuperoxyd in geringen Mengen bildet, wenn man
die Knallgasflamme von Wasserstoff und Sauerstoff plötzlich abkühlt.
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Weiter ist bekannt, daß geringe Spuren von Wasserstoffsuperoxyd in
der Atmosphäre gebildet werden aus atomarem Wasserstoff und Sauerstoff.
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Eine industrielle Auswertung dieser Erscheinung ist bisher nicht möglich
gewesen. Weiter .ist bekannt geworden, daß man Wasserstoffsuperoxyd aus Sauerstoff
und Wasserstoff in Gasform herstellen kann, wenn man bei hohen Temperaturen und
Druck in An- oder Abwesenheit von Katalysatoren arbeitet und das gebildete Wasserstoffsuperoxvd
hinterher so tief wie möglich abkühlt.
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Bei der Nachprüfung dieses Verfahrens wurde festgestellt, daß die
Ausbeuten darunter leiden. daß die Verbrennungstemperaturen im Katalyten zu-hoch
sind und daß dadurch ein großer Teil primär gebildetes Wasserstoffsuperoxyd wieder
zersetzt wird.
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Diese Schwierigkeiten werden gemäß der Erfindung dadurch beseitigt,
daß man die zur Reaktion kommenden Gase möglichst tief abkühlt. Dieser Effekt war
nicht ohne weiteres vorauszusehen, aber unsere katalytischen Körper vereinigen bereits
bei nie.drigen Temperaturen die Komponenten zu Wasserstoffsuperoxyd. Die frei werdende
Menge wird nun zum größten Teil bereits durch das tief gekühlte Reaktionsgas aufgenommen.
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Es wurde durch diese Versuche festgestellt, daß es möglich ist, aus
Wasserstoffgas und Sauerstoffgas unter Innehaltung gewisser Vorbedingungen fast
quantitativ Wasserstoffsuperoxyd in konzentrierter Form zu erzeugen; wenn man, wie
bei dem grundlegenden Versuch von T r a u b e , für sofortige Abkühlung des Vereinigungsproduktes
von Wasserstoff und Sauerstoff sorgt.
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Nimmt man Sauerstoff und Wasserstoff in einem solchen Mischverhältnis,
daß keinerlei Explosionsgefahr mehr besteht, oder nimmt man die beiden Gase in verdünnter
Form mit einem indifferenten Gase (z. B. Stickstoff) verteilt, komprimiert diese
Gase bei hohem Druck bis zu rooo Atmosphären und kühlt so weit herunter, daß die
kritische Temperatur bei den betreffenden Drucken nicht erreicht ist, leitet dieses
unter hohem Druck stehende, gekühlte Gasgemisch über Katalysatoren, z. B. Platinbimsstein
oder Eisenasbest, und kühlt die Reaktionsprodukte möglichst schnell und tief herunter,
so erhält man in guter Ausbeute Wasserstoffsuperoxyd. Man kann die Verbrennung durch
direkte elektrische Beheizung einleiten. Auf der anderen
Saite
haben sich auch hohe Frequenzströme bei der ' Katalyse sehr gut bewährt. Läßt män
nun direkt hinter dem Katalysator die unter dem hohen Druck stehenden Gase ausströmen
in einen Strom von tiefgekühltem Gas, z. B. Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff,
das unter etwas geringerer Spannung steht wie das Gasgemisch, so kühlen sich die
heißen Verbrennungsgase in dem überschüssigen Kühlstrom so schnell ab, daß kaum
eine Zersetzung des sich primär gebildeten Wasserstoffsuperoxyds stattfindet. Das
Wasserstoffsuperoxyd wird als fester Körper in ausgefrorenem Zustande von dem kalten
Kühlstram mitgenommen.
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Man kann auch vorteilhaft den Druck des Gaskühlstromes, in den die
Verbrennungsgase hereingestoßen werden, so herabsetzen, daß die Verbrennungsgase
allein durch die Ausdehnung sich schon derart herabkühlen, daß die geringe Menge
des stark gekühlten Wasserstoffs, die bei einem niedrigen Druck an der Verbrennungsstelle
vorbeiziehen kann, ausreicht, um die Temperatur der Verbrennungsgase so weit herabzudrücken,
daß keine Zersetzung oder keine nennenswerten Verluste an Wasserstoffsuperoxyd eintreten
können.
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Das erzeugte eisförmige Wasserstoffsuperoxyd wird in Beruhigungskammern
aus dem Kühlstrom abgeschieden und periodisch aus der Apparatur entfernt.
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Das Kühlgas besteht vorteilhaft aus Wasserstoff oder Sauerstoff. Sollte
sich z. B. das als Kühlgas verwendete Wasserstoffgas im Laufe der Zeit mit Sauerstoff
anreichern, so nimmt man dieses Gas aus dem Kühlstrom heraus und führt es mit in
den Verbrennungsgang ein. Nimmt man als Kühlgas Stickstoff, so kann man die Gase
vorteilhaft voneinander trennen, um dann den Wasserstoff und Sauerstoff in den Verbrennungsgang
zurückzugeben.
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B e i s p i e 1 1. Das zur Reaktion kommende Wasserstoffsauerstoffgemisch
steht unter einem Druck von ioo Atm. und einer Temperatur von - 8o°. Das Gasgemisch
strömt durch eine poröse Tonschale, die mit Platinmoor behandelt ist. Um die Schale
herum wird ein Kühlstrom von Wasserstoff geschickt, der ebenfalls - 8o° Temperatur
hat, aber nur unter einem Druck von 95 Atm. steht.
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Von 5 Kilo Sauerstoff, der in einer Stunde das poröse Tonrohr -im
Gasgemisch durchdrungen hat, konnten go°/o in Form von Wasserstoffsuperoxyd gewonnen
werden. Nach von G i-r s e w a 1 d , Anorganische Peroxyde und Persalze, 1914, Seite
a4, sind 54 °/o Umsetzung bei - 8o° erreicht worden. Hieraus ist der große technische
Erfolg der gleichzeitigen Anwendung von hohen Drükken und der raschen Abkühlung
klar zu ersehen.
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B e i s p i e 1 2. Das Sauerstoffwasserstoffgemisch geht bei - ro°
und 25o Atm. Druck in diese Tonzelle. Das Sauerstoffkühlgas hatte - ro° und 24o
Atm. Druck. Es konnten 8o°/" Wasserstoffsuperoxyd gewonnen werden.
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Beispiel 3. Das Reaktionsgas steht unter einem Druck von ioo Atm.
und einer Temperatur von - 8o°. Das Kühlgas hat - 8o° und einen Druck von einer
Atmosphäre. Es konnten 8o°/, Wasserstoffsuperoxyd gewonnen werden.
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Beispiel 4. Das zur Reaktion kommende Wasserstoffsauerstoffgemisch
steht unter einem Druck von ioo Atm. und hat eine Temperatur von - 1o°. Das Gemisch
strömt durch eine poröse Tonzelle, welche mit Eisen behandelt ist. Die Tonzelle
ist der eine Pol im Hochfrequenzkreis, der einen Strom abgibt von 2 Milliampere,
ioo ooo Volt und einer Million Perioden. Man kann während der Versuche diesen Hochfrequenzstrom
dauernd durch die Zelle jagen, man kann aber auch immer zu Anfang die Reaktion mit
dieser Hochfrequenzapparatur einleiten. Um den Tonkörper herum wird ein Kühlstrom
von Wasserstoff herumgeschickt, der die Temperatur von - 8o° hat und unter einem
Druck von 95 Atm. steht. -