DE69210493T2 - Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis - Google Patents
Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von WasserstoffschlammeisInfo
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Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis bzw. pastigem Wasserstoff durch ein Gefrier- Auftauverfahren.
- Wasserstoffschlammeis umfaßt eine Mischung aus flüssigem Wasserstoff und festem Wasserstoff beim Tripelpunkt von Wasserstoff mit 13,8 K und 52,8 Torr. Wasserstoffschlammeis hat gegenüber Wasserstoff mit dem Normalsiedepunkt (NBP), der flüssigen Wasserstoff mit einem Siedepunkt von 20,2 K bei 760 Torr betrifft, deutliche Vorteile; diese Vorteile sind eine größere Dichte und eine höhere Wärmeabsorptionskapazität vor dem Verdampfen im Verhältnis zu flüssigem NBP-Wasserstoff. Ahnlich dem flüssigen NBP-Wasserstoff hat Wasserstoffschlammeis gute Fließeigenschaften, wodurch es leicht transportierbar wird. Durch diese Vorteile wird es als Brennstoffquelle und Kühlmittel in der Luftfahrtindustrie besonders geeignet.
- Es wurden Verfahren für die Herstellung von Wasserstoffschlammeis entwickelt, und einige werden als Auger-Typ, magnetische Kälteerzeugung, Gefrieren-Auftauen, Expansion mittels Düse und Auspumpen bezeichnet. Jedes dieser Verfahren ist im großen und ganzen ein diskontinuierliches Verfahren, und es wurden wenig Fälle eines kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis nach einem der vorstehenden Verfahren genannt. Ein typisches Gefrier-Auftauverfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis in einem Wasserstoffschlammeis- Generator wird in "Liquid-solid mixtures of hydrogen near the triple point" von D.B. Mann et al., Advances in Cryogenic Engineering, Bd. 11, 1966 beschrieben.
- Der repräsentative Stand der Technik zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis ist in R. Schrawer, Production and Transport of Hydrogen Slush, Research Report T 75-22 (1974) erfaßt, der für das Bundesministerium für Forschung und Technologie (Deutschland) veröffentlicht wurde. Das am vorteilhaftesten verwendete Verfahren basiert auf einer Verfahrenskombination, und das Verfahren beinhaltet das Aufpumpverfahren und das Expansionsverfahren mittels Düse. Bei diesem Verfahren wird flüssiger Wasserstoff beim Normalsiedepunkt und bei Umgebungsdruck durch eine Heberleitung in eine Düse geleitet, expandiert und in ein Gefäß gesprüht. An der Düse bildet sich fester Wasserstoff, und dieser wird in das Gefäß verteilt. Eine Vakuumpumpe dient der Druckverringerung im Gefaß und dem Abziehen des ankommenden gesättigten Dampfes, wodurch eine zusätzliche Kühlung und die Bildung von festem Wasserstoff hervorgerufen wird. Schrawer stellt heraus, daß das Auspumpverfahren an sich reversibel ist und eine größere Ausbeute an Schlammeis liefert als das irreversible Düsenverfahren, das eine isenthalpe Drosselung beinhaltet. Der Vorteil der isenthalpen Drosselung liegt darin, daß das Verfahren selbst eine kontinuierliche Schlammeiserzeugung gewährleistet, obwohl kein Verfahren beschrieben ist.
- US-Patent Nr. 4 009 013 beschreibt eine Abänderung des im vorstehenden technischen Bericht beschriebenen Verfahrens und betrifft die Herstellung von feinkörnigem Schlammeis. Bei der Herstellung von Schlammeis mit guten Beförderungseigenschaften werden die festen Partikel im Schlammeis so klein wie möglich gehalten. Ein mit dem Auspump- oder Abpumpverfahren verbundenes Problem besteht darin, daß sich Feststoffe bilden, die eine kristalline Oberflächenstruktur haben. Für die Herstellung von feinkörnigem Schlammeis für den Transport muß dieser kristalline Feststoff an der Oberfläche zerstört werden, dies erfolgt gewöhnlich durch Rühren. Nach diesem Patent wird feinkörniges Schlammeis erhalten, wenn Flüssiggas mit hohem Druck durch eine Düse in eine Kammer expandiert wird - am Ende bis zu einem Druck unterhalb des Drucks des Tripelpunktes im Gas-Feststoff- Bereich und dann bis zu einem Druck oberhalb des Drucks des Tripelpunktes im Gas-Flüssigkeits-Bereich. Die zyklische Schaltung des Drucks bewirkt ein diskontinuierliches Gefrieren und Auftauen des Wasserstoffs an der Oberfläche. Das diskontinuierliche Gefrieren führt in Verbindung mit Rühren zur Produktion von feinkörnigem Schlammeis.
- Die Erfindung betrifft ein kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis durch ein Gefrier-Auftauverfahren, das die Merkmale nach Anspruch 1 umfaßt.
- Die Vorteile des Verfahrens umfassen:
- Es kann qualitatives Wasserstoffschlammeis in großen Mengen auf kontinuierlicher Basis hergestellt werden;
- es kann Wasserstoffschlammeis bei hervorragenden Geschwindigkeiten hergestellt werden;
- es kann Wasserstoffschlammeis bei einfacher Steuerung und mit einem besseren Wirkungsgrad der Energie hergestellt werden; und es kann Schlammeis mit hoher Dichte in einem Wasserstoffschlammeis-Generator ohne einen wesentlichen Alterungszeitraum produziert werden.
- Fig. 1: ist eine Darstellung des beim kontinuierlichen Gefrier-Auftauverfahren verwendeten Wasserstoffschlammeis-Generators;
- Fig. 2: ist eine schematische Darstellung des kontinuierlichen Verfahrens zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis aus NBP-Wasserstoff, einschließlich der Aufbewahrung.
- In Fig. 1 ist der Wasserstoffschlammeis-Generator 2 gezeigt, der ein ummanteltes Gefäß darstellt, das für darin zirkulierenden flüssigen Stickstoff oder ein anderes Kältemittel ausgestattet ist, wodurch der Wärmeverlust teilweise abgefangen wird. Das gezeigte ummantelte Gefäß ist für die Zirkulation von flüssigem Wasserstoff als Kältemittel durch ein Wärmeunterbrechungsschild über einen Separator 4 ausgestattet, wobei die Flüssigkeit vom Boden des Separators in das Schild eingesprüht, im Kreislauf geführt und gasförmiger Stickstoff zurückgeleitet wird. Der Wasserstoffschlammeis-Generator 2 ist mit einer Rühreinrichtung 6, die zwei Sätze von Rührblättern unter der Oberfläche des Schlamrneisniveaus umfaßt, ausgestattet. Der primäre Zweck des Rührens besteht in der Verbesserung der Dispersion bei der Bildung des Oberflächenfeststoffes. In der Nähe des unteren Abschnittes des Wasserstoffschlammeis-Generators 2 ist ein Wischer 8 angeordnet, der die Feststoffe am Boden und an der Leitung 10 zur Entfernung des Schlammeises fluid hält. Der Wasserstoffschlammeis-Generator 2 ist mit einer Einlaßleitung 12 für die Einführung von flüssigem Wasserstoff ausgerichtet, der die oder nahezu die Temperatur des Tripelpunktes hat. Er ist ebenfalls mit einer Dampfauslaßleitung 14 versehen, durch die das verdampfende Kühlen des flüssigen Wasserstoffs im Wasserstoffschlammeis- Generator 2 aufrechterhalten wird.
- Der Wasserstoffdampf wird durch ein System aus dem Wasserstoffschlammeis-Generator 2 entfernt, das eine Vakuumpumpe 16, eine Vorwärmeinrichtung 18 und ein Drosselventil 20 umfaßt. Der Wasserstoffdampf wird in der Vorwärmeinrichtung 18 vorgewärmt, damit die Bedienbarkeit des Drosselventils und des Vakuumpumpensystems erhalten bleiben. Das Drosselventil 20 ist im wesentlichen zeitgesteuert, so daß es periodisch von der geöffneten in die geschlossene Position schwenkt und die Einstellung des Drucks im Wasserstoffschlammeis-Generator 2 auf einen Druck unterhalb und oberhalb des Drucks des Tripelpunktes erlaubt. Die Vakuumpumpe 16 ist für die Durchführung des Verfahrens berechnet und kann den Druck im Wasserstoffschlammeis-Generator 2 auf einen Druck unterhalb des Drucks des Tripelpunktes verringern.
- Bei der kontinuierlichen Herstellung von Wasserstoffschlammeis durch das Gefrier-Auftauverfahren wird das Drosselventil 20 für die zyklische Anderung des Drucks innerhalb des Wasserstoffschlammeis-Generators 2 oberhalb und unterhalb des Drucks des Tripelpunktes verwendet, damit an der Oberfläche fester Wasserstoff erzeugt wird. Die periodische Druckschwankung von etwa ± 10 % des Drucks des Tripelpunktes, zum Beispiel 6 bis 7,5 kPa (45 - 56 Torr) erfolgt innerhalb von Zeiträumen von etwa 2 bis 15 Sekunden und im allgemeinen 6 bis 15 Sekunden pro Zyklus. Wenn der Druck im Wasserstoffschlammeis-Generator 2 unter den Druck des Tripelpunktes verringert ist, bildet sich eine lockere Matrix von Wasserstoffkristallen an der Oberfläche. Wenn der Druck leicht über den Druck des Tripelpunktes ansteigt, gleiten die Feststoffe nach unten in die Flüssigkeit. Dieses Verfahren wird fortgesetzt, bis das Feststoffniveau im Schlammeis mindestens 30 %, und vorzugsweise mindestens 45 bis 60 % erreicht, unter diesem Wert bleiben die Wasserstoffkristalle im flüssigen Wasserstoff unter der Oberfläche. Bei mehr als etwa 55 % Feststoffen sind einige der festen Wasserstoffpartikel über der Oberfläche, und dies ist mit einem Verlust des Wirkungsgrades des Verfahrens verbunden.
- Es ist ziemlich unerwartet, daß bei geringen Schwierigkeiten im Wasserstoffschlammeis-Generator eine Schlammeisdichte von rnehr als 30 % und typischerweise 45 bis 60 % erreicht werden kann, wenn der Wasserstoffschlammeis-Generator kontinuierlich betrieben wird. Im Gegensatz dazu kann eine Schlammeisdichte von mehr als 30 % mit dem Gefrier-Auftauverfahren schwer erreicht werden, wenn diskontinuierlich gearbeitet wird. Das Altern, das einfach nur das Halten des Bades unter Vakuum ohne zyklische Druckänderung umfaßt, ist notwendig, damit die Schlammeisdichte auf einen Wert von 50 % erhöht wird. Dieses Alterungsverfahren verringert den Durchsatz im Wasserstoffschlammeis-Generator.
- Fig. 2 ist ein Fließschema für die kontinuierliche Herstellung von Wasserstoffschlammeis aus einer Quelle von flüssigem Wasserstoff mit Normalsiedepunkt (NBP) bis zur Lagerung des hergestellten Wasserstoffschlammeises. Insbesondere wird der flüssige Wasserstoff aus einer Quelle, zum Beispiel einem Tanklastzug usw., durch die Leitung 100 in den Lagertank 102 für NBP-Wasserstoff eingeleitet. NBP-Wasserstoff sollte an dieser Stelle ein ortho/para-Verhältnis von 5/95 oder weniger haben.
- NBP-Wasserstoff mit einem ortho/para-Verhältnis von 5/95 wird durch die Leitung 104 aus dem Gefäß 102 für NBP-Wasserstoff entnommen und zu einem katalytischen ortho/para-Konverter 106 geleitet, worin der Wasserstoff durch katalytische Maßnahmen typischerweise auf ein ortho/para-Verhältnis von 5/95 bis 1/99 oder weniger konvertiert wird. Der katalytische Konverter 106 enthält einen Katalysator, wie Nickelsilicat, der die Konvertierung des Wasserstoffs vom höheren Energieniveau der ortho- Form in das niedrigere Energieniveau erleichtert, das die para- Form zeigt. Obwohl die Konvertierung von ortho-Wasserstoff in para-Wasserstoff durch eine Temperaturverringerung ohne katalytische Konvertierung erfolgen kann, erleichtert der katalytische Versuch die Konvertierung und verbessert den Wirkungsgrad des Verfahrens. Selbst wenn der katalytische Versuch angewendet wird, ist im katalytischen Konverter eine gewisse Kühlung notnwendig, und ein Teil des Wasserstoffs aus der Leitung 104 wird durch die Leitung 108 entnommen, expandiert und vor dem Ablassen durch die Leitung 110 durch den Konverter 106 geleitet.
- NBP-Wasserstoff, der vorzugsweise mindestens 99 % in der para- Form aufweist, wird durch die Leitung 112 aus dem katalytischen Konverter 106 entnommen und in den Wärmeaustauscher 114 eingeführt. Im Wärmeaustauscher 114 wird der NBP-Wasserstoff auf die Temperatur seines Tripelpunktes von 13,8 K oder zumindest auf eine Temperatur in der Nähe des Tripelpunktes abgekühlt. Die Kälteerzeugung für den Wärmeaustauscher 114 wird erhalten, wenn ein Teil des flüssigen Wasserstoffs aus der Leitung 112 über die Leitung 116, worin er expandiert wird, abgezogen wird und in einen indirekten Wärmeaustausch mit dem eingelassenen flüssigen NBP-Wasserstoff geleitet wird. Der Dampf wird durch die Leitung 117 abgezogen, in der Vorwärmeinrichtung 145 vorgewärmt und dann durch die Leitung 146 (Rückstauventil, nicht gezeigt) zur Ansaugseite der Vakuumpumpe 127 und stromabwärts des Druckregelventils 147 geleitet. Der flüssige Stickstoff am oder in der Nähe des Tripelpunktes wird durch die Leitung 118 aus dem Wärmeaustauscher 114 entnommen und im wesentlichen auf den Druck seines Tripelpunktes expandiert, damit er in den Wasserstoffschlammeis-Generator 120 eingeführt werden kann. Der Dampf wird durch die Leitung 122 aus dem Wasserstoffschlammeis- Generator 120 entnommen, in der Vorwärmeinrichtung 123 vorgewärmt, und der vorgewärmte Wasserstoff wird durch die Leitung 125 durch das Druckregelventil 127 zur Vakuumpumpe 127 abgezogen. Wasserstoffschlammeis mit einer Feststoffkonzentration von mindestens etwa 30, und typischerweise 45 bis 60 Gew.-% wird durch die Leitung 124 abgezogen. Das Schlammeis wird durch die Pumpe 126 im allgemeinen kontinuierlich durch die Leitung 130 zum Tank 128 für die Schlammeisalterung und Aufbewahrung gepumpt. Die Feststoffe werden typischerweise von 30 bis 60 % Feststoffe aus dem Wasserstoffschlammeis-Generator 120 auf eine Konzentration von 45 bis 65 % im Lagertank 128 konzentriert.
- Das Altern und die Konzentration der Feststoffe im Lagertank 128 können erfolgen, wenn flüssiger Wasserstoff am Tripelpunkt durch die Leitung 132 im Tank abgezogen wird. Stromaufwärts der Abzugsleitung 132 und der Pumpe 134 befindet sich ein Sieb (nicht gezeigt), das dazu dient, die Feststoffpartikel aus dem flüssigen Wasserstoff am Tripelpunkt zu filtrieren, wenn dieser aus dem Schlammeistank 128 abgezogen wird. Die Filtration der Feststoffpartikel trägt zur Konzentration der Feststoffe in der restlichen Flüssigkeit bei. Der flüssige Wasserstoff mit dem Tripelpunkt wird durch die Abzugsleitung 136 für den Umlauf zum Wärmeaustauscher 114 und zur erneuten Einführung in den Wasserstoffschlammeis-Generator 120 befördert. Das Wasserstoffschlammeisprodukt wird durch die Leitung 138 vom Boden des Schlammeistanks 128 entnommen und durch die Pumpe 140 und die Leitung 142 für die Verwendung bei einem Flugzeug oder für andere Zwecke abgepumpt. Flüssiger Wasserstoff am Tripelpunkt kann durch die Leitung 144 von der Wartung des Flugzeuges zum Umlauf und zur Umwandlung in Wasserstoffschlammeis zurückgeleitet werden.
- Obwohl die wie vorstehend beschriebene periodische Druckschwankung angewendet werden kann, verwendet diese Ausführungsform demgegenüber eine im wesentlichen kontinuierliche Einführung von flüssigem Wasserstoff mit einer Temperatur oberhalb des Tripelpunktes, wodurch die Oberflächenfeststoffe weich gemacht werden und ein teilweises Auftauen bewirkt wird. Das Rühren an oder in der Nähe der Oberfläche zerbricht den Oberflächenfeststoff und bringt den aufgebrochenen Feststoff mit dem eingelassenen flüssigen Wasserstoff in Kontakt, wodurch die Feststoffe weich gemacht werden und die Bildung von feinkörnigem Schlammeis ermöglicht wird. Beim Wasserstoffschlammeis-Generator kann eine kontinuierliche Entfernung von Wasserstoffdampf angewendet werden, und durch den kontrollierten Zusatz des eingelassenen flüssigen Wasserstoffs kann Schlammeis mit hoher Dichte bei höheren Geschwindigkeiten hergestellt werden.
- Die modifizierte Version des Gefrier-Auftauverfahrens zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis kann als kontinuierliches Verfahren betrieben werden und erzeugt Schlammeismengen mit 45 bis 60 Gew.-% Feststoffen aus flüssigem Wasserstoff. Weil es bisher nicht vorstellbar war, ist es unerwartet, daß Wasserstoffschlammeis mit 55 bis 60 Gew.-% Feststoffen direkt kontinuierlich hergestellt werden kann, ohne daß die Schlammeispartikel einer Alterung unterzogen werden müssen. Die Eliminierung der Alterungszeit verringert die Größe der für die Herstellung von Schlammeis erforderlichen Ausrüstung deutlich. Diese Verbesserung summiert sich mit der, die dadurch erreicht wird, daß kontinuierlich statt diskontinuierlich gearbeitet wird. Die Größe der Anlage kann verringert werden.
- Das folgende Beispiel erläutert eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und soll deren Schutzumfang nicht einschränken.
- Es erfolgte eine Reihe von Fließversuchen für Wasserstoffschlammeis in einer Einrichtung, die einen Wasserstoffschlammeis-Generator mit einer ähnlichen Konfiguration besitzt, wie er in Fig. 1 schematisch gezeigt ist. Der Wasserstoffschlammeis- Generator hatte einen Durchmesser von 81 cm (32") und eine Tiefe von 244 cm (96") und enthielt ein Rührsystem, eine Kreislaufpumpe und Meßgeräte für Druck und Temperatur. Die Schlammeiserzeugung erfolgte im Innenmantel des Wasserstoffschlammeis- Generators, der eine Kapazität von etwa 378,6 dm³ (100 gallon) aufwies. Die Rühreinrichtung hatte einen luftgetriebenen Motor und bestand aus zwei Sätzen aus vier hydrodynamisch geformten Blättern, die an zwei oberen Niveaus gehalten wurden, und zwei kleineren Blattsätzen in der Nähe des Gefäßbodens.
- Die vorgesehene Pumpe zum Abziehen von Schlammeis war eine Pumpe vom Zentrifugaltyp mit einem Einlaufteil und hatte eine Kapazität von etwa 378,6 dm³ (100 gallon) pro Minute bei einer Druckdifferenzerhöhung von 37,9 kPa (5,5 psi) Das verwendete Strämungsmeßgerät war vom Venturi-Typ, und der Druckunterschied wurde zwischen dem Pumpeneinlaß und -ablaß und zwischen dem Pumpenablaß und der venturi-Öffnung gemessen. Die Dichte von Schlammeis und flüssigem Wasserstoff wurde mit Kernstrahlungsdämpfungs-Densimetern (NRA-Densimeter) gemessen. Diese Densimeter verwenden eine externe Cäsiumquelle mit 1 Curie und ein Szintillationszählgerät. Die Anlage wurde so angeordnet, daß der Strahl diametral durch den unteren Abschnitt des Wasserstoffschlammeis-Generators über der Oberseite des Pumpenmotors projiziert wurde. Ein weiteres Densimeter wurde in der Beförderungsleitung vom Wasserstoffschlammeis-Generator gehalten und bestand aus einer Cäsiumquelle mit ½ Curie und einem Szintillationszählgerät.
- Die folgende Tabelle fiihrt die Ergebnisse für eine kontinuierliche Wasserstofferzeugung auf. Kontinuierliches Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis Punkt Qualität Fluß kg/h (lbs/h) Temp. K Druck kPa (psia) Enthalpie lJ/kg (BTU/lb) Mol variabel
- NPBL betrifft flüssigen Wasserstoff mit Normalsiedepunkt.
- NBPV betrifft Wasserstoffdampf mit Normalsiedepunkt.
- SL betrifft eine Mischung aus flüssigem und festem Wasserstoff, Prozent betrifft die Feststoffkonzentration im Schlammeis.
- TPL betrifft flüssigen Wasserstoff mit der Temperatur des Tripelpunkts.
- TPV betrifft Wasserstoffdampf mit der Temperatur des Tripelpunkts.
- L betrifft flüssigen Wasserstoff.
- Die Versuche zeigten, daß das Gefrier-Auftauverfahren zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis als kontinuierliches Verfahren betrieben werden konnte und aus flüssigem Wasserstoff mit dem Tripelpunkt Schlammeismengen mit 55 bis 60 Gew.-% Feststoffen erzeugen konnte. Die Ergebnisse waren überraschend, da es bisher nicht vorstellbar war, daß Wasserstoffschlammeis mit 55 bis 60 Gew.-% Feststoffen kontinuierlich mit einem Gefrier- Auftauverfahren hergestellt werden kann, ohne daß das Altern der Schlammeispartikel erforderlich ist. Frühere Versuche in diskontinuierlicher Weise ergaben Schlammeis mit 30 bis 40 Gew.-% Feststoffen, und es war eine Alterungszeit von mehreren Stunden notwendig, um 55 % zu erreichen. Das Eliminieren der Alterungszeit verringert die Größe der für die Herstellung von Schlammeis notwendigen Ausrüstung beträchtlich. Diese Verbesserung ergänzt die, die erreicht wird, wenn statt diskontinuierlich kontinuierlich gearbeitet wird. Die Größe der Anlage kann mindestens um den Faktor zwei verringert werden, wenn kontinuierlich gearbeitet wird, damit Wasserstoffschlammeis direkt erzeugt wird.
Claims (11)
1. Verfahren zur Herstellung von
Wasserstoffschlammeis durch das Gefrier-Auftauverfahren in einem
Wasserstoffschlammeis-Generator zur Herstellung von Wasserstoffschlammeis
mit hoher Ausbeute und auf kontinuierlicher Basis, welches
umfaßt.
(a) kontinuierliches Einsprühen von flüssigem
Wasserstoff mit oder in der Nähe der Tripelpunkt-Temperatur in den
Wasserstoffschlammeis-Generator;
(b) Kühlen des Dampfes von flüssigem Wasserstoff aus
dem Wasserstoffschlammeis-Generator;
(c) wechselnde zyklische Änderung des Drucks im
Schlammeis-Generator auf einen Druck unterhalb des
Tripelpunktes von Wasserstoff und danach auf einen Druck etwas oberhalb
des Tripelpunktes;
(d) Konzentrieren der festen Partikel im Schlammeis
auf mindestens 30 Gew.-%; und
(e) kontinuierliches Abziehen von
Wasserstoffschlammeis aus dem Wasserstoffschlammeis-Generator mit einer solchen
Geschwindigkeit, daß im Wasserstoffschlammeis-Generator ein im
wesentlichen konstantes Niveau von Schlammeis erhalten bleibt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Druck im
Schritt (c) mit einer Geschwindigkeit von 2 bis 30 Sekunden pro
Zyklus zyklisch geändert und eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Feststoffe im
Wasserstoffschlammeis-Generator auf einen Wert von 45 bis 60
Gew.-% Feststoffe konzentriert werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei
flüssiger Wasserstoff, der in den
Wasserstoffschlammeis-Generator eingespritzt wird, erzeugt wird durch:
(i) kontinuierliches Einsprühen von flüssigem
Wasserstoff mit Normalsiedepunkt mit einem ortho/para-Verhältnis von
5/95 oder weniger in einen katalytischen Konverter zum
Konvertieren des flüssigen Wasserstoffs in flüssigen Wasserstoff mit
einem geringeren ortho/para-Verhältnis;
(ii) Abkühlen des flüssigen Wasserstoffs auf die oder
in die Nähe der Tripelpunkt-Temperatur; und
(iii) Expandieren des flüssigen Wasserstoffs auf
seinen Tripelpunkt-Druck.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei das aus dem Generator abgezogene Wasserstoffschlammeis in
ein Aufbewahrungsgefäß geleitet wird, worin die
Feststoffkonzentration von Schlammeis auf 45 bis 65 Gew.-% erhöht wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei
die Feststoffe im Schlammeis im Aufbewahrungsgefäß durch
Filtrieren der Feststoffe aus dem flüssigen Wasserstoff
konzentriert werden und der flüssige Wasserstoff zum
Schlammeis-Generator rezirkuliert wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Feststoffe im
Schlammeis im Lagertank auf einen Wert von mindestens 60 %
konzentriert werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 und 5, wobei
der Druck im Wasserstoffschlammeis-Generator mit einer
Geschwindigkeit von 6 bis 15 Sekunden pro Zyklus zyklisch
geändert wird.
9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche,
wobei die Temperatur des in den Wasserstoffschlammeis-Generator
eingeführten flüssigen Wasserstoffs nicht mehr als 16 K
beträgt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Feststoffe
im Schlammeis-Generator auf einen Wert von 45 bis 60 Gew.-%
Feststoffe konzentriert werden.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 10,
wobei der flüssige Wasserstoff im katalytischen Konverter zu
einem ortho/para-Verhältnis von 1/99 oder weniger konvertiert
wird.
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US5275006A (en) * | 1992-08-13 | 1994-01-04 | Mccutchen Wilmot H | Rotary two-phase refrigeration apparatus and method |
US5301510A (en) * | 1992-09-25 | 1994-04-12 | Rockwell International Corporation | Self-powered slush maintenance unit |
US5402649A (en) * | 1993-09-02 | 1995-04-04 | Rockwell International Corporation | Spray-freeze slush hydrogen generator |
DE4403352B4 (de) * | 1994-02-03 | 2004-09-09 | Linde Ag | Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung des para-Gehalts eines Wasserstoff-Gasstromes |
US6003300A (en) * | 1997-01-21 | 1999-12-21 | Stephen C. Bates | Technique for high mixing rate, low loss supersonic combustion with solid hydrogen and liquid helium fuel |
US5964100A (en) | 1998-01-06 | 1999-10-12 | Integrated Biosystems, Inc. | System for freeze granulation |
US6079215A (en) * | 1998-01-06 | 2000-06-27 | Integrated Biosystems, Inc. | Method for freeze granulation |
SE512588C2 (sv) | 1998-08-06 | 2000-04-03 | Aga Ab | Metod och anordning för punktkylning av yta |
WO2002057693A1 (en) * | 2001-01-17 | 2002-07-25 | Sierra Lobo, Inc. | Densifier for simultaneous conditioning of two cryogenic liquids |
US7347053B1 (en) | 2001-01-17 | 2008-03-25 | Sierra Lobo, Inc. | Densifier for simultaneous conditioning of two cryogenic liquids |
US7201018B2 (en) | 2003-01-28 | 2007-04-10 | Air Products And Chemicals, Inc. | Generation and delivery system for high pressure ultra high purity product |
CA2511993A1 (en) * | 2003-03-11 | 2004-09-23 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Process for producing slush nitrogen and apparatus therefor |
US7191602B2 (en) * | 2003-06-16 | 2007-03-20 | The Regents Of The University Of California | Storage of H2 by absorption and/or mixture within a fluid medium |
CA2546183A1 (en) * | 2004-02-06 | 2005-08-18 | Mayekawa Mfg. Co., Ltd. | Method and apparatus for producing slush nitrogen |
DE102005049906B4 (de) * | 2005-10-17 | 2009-12-03 | Von Ardenne Anlagentechnik Gmbh | Verfahren und Vorrichtung zur Verdampfung von Verdampfungsmaterial |
DE102012008591A1 (de) * | 2012-04-27 | 2013-10-31 | Messer France S.A.S | Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen gekühlter Produkte |
JP6021430B2 (ja) * | 2012-05-22 | 2016-11-09 | 川崎重工業株式会社 | 液体水素貯槽から発生するボイルオフガスの再液化方法 |
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US3455117A (en) * | 1966-10-03 | 1969-07-15 | Martin Marietta Corp | Method and apparatus for cooling and subcooling fluids such as hydrogen |
US3521458A (en) * | 1967-07-19 | 1970-07-21 | Air Reduction | Apparatus for making hydrogen slush using helium refrigerant |
US3521457A (en) * | 1967-07-19 | 1970-07-21 | Air Reduction | Apparatus for making hydrogen slush using nitrogen and helium refrigerants |
DE2423610C2 (de) * | 1974-05-15 | 1981-12-03 | Messer Griesheim Gmbh, 6000 Frankfurt | Verfahren zum Herstellen von Matsch tiefsiedender Gase |
JPH085642B2 (ja) * | 1991-03-08 | 1996-01-24 | 岩谷産業株式会社 | スラッシュ水素製造装置 |
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