NO129166B - - Google Patents

Description

Oppfinnelsen vedrorer en fremgangsmåte til frembringelse av varme ved at man i en kjemisk reaktor lar svovelheksafluorid reagere med litium.

En slik fremgangsmåte er kjent fra U.S.-patent nr. 3»325'3l8« Ved den i dette patent omtalte fremgangsmåte lar man litium eller en litiumlegering reagere med svovelheksafluorid under dannelse av et fast litiumsulfid- og litiumfluorid-holdig reaksjons-produkt.

Fra den reagerende masse kan det ifolge dette patent tas varme ved hjelp av et arbeidsmedium som strommer gjennom ror som er innleiret i det stasjonære lag som består av i det vesentlige litium og faste reaksjonsprodukter av litium og svovelheksafluorid. Et jevnt forlop av reaksjonen og en hensiktsmessig bortforing av reaksjonsvarme kan knapt oppnås ved nærvær av faste reaksjonsprodukter. Dette er spesielt tilfelle når det i lopet av lengre tid i store mengder må frembringes varme i et slikt system.

Reaksjonsproduktets volum er vanligvis ikke likt ut--gangslegeringens volum. Under disse omstendigheter lar det seg van-skelig oppnå et fra omgivelsene uavhengig virkende system på basis av den i U.S.-patent nr. 3-325-318 omtalte fremgangsmåte.

Forsok har vist at forst ved temperaturer over 8l5°C fås.ved reaksjon av litium med SFg en-homogen smelte av reaksjons-produktet.

Ifolge et ennå ikke publisert forslag anvendes en kjemisk reaktor som inneholder minst to med hverandre forbundne rom og en pumpe. Et av rommene er det egentlige reaksjonsrom. Reaktoren er ved reaksjonens begynnelse utfylt med en smeltet legering av litium og kalsium i et atomært forhold på 4 : 1. Temperaturen holdes under reaksjonen på en verdi mellom 800°C og 900°C.

Den nevnte legering byr den- fordel at ved reaksjonen med SFg opptrer ingen volumforandring. I reaksjonsrommet innblåses SFg i smeiten. Ved hjelp av pumpen pumpes det flytende innhold av den kjemiske reaktor rundt. De i'reaksjonsrommet dannede smeltede salter og den ikke omdannede del av legeringen strommer derved langs-varmeutvekslere og deretter gjennom en eller flere avsetningsbeholdere som dessuten tjener som reservoar. I disse beholdere avsettes de ved reaksjonen dannede salter som har en stbrre spesifikk vekt enn metallsmelten. Ved avsetningsbeholderne strommer legeringen deretter igjen inn i reaksjonsrommet. Ved omdannelse av en litium-kalsiumblanding med SFg dannes ved siden av litiumfluorid og kalsium-fluorid også litiumsulfid og kalsiumsulfid. En del av disse sulfi-der, spesielt litiumsulfidet, opploser seg i de ved den i den kjemiske reaktor fremherskende temperatur smeltede fluorider av litium og kalsium. Den ikke opploste del er fordelt findispers og byr ingen spesielle vanskeligheter ved reaktorer som bare i kort tid skal gi varme.

Ved kjemiske reaktorer, hvor det i lengre tid frembringes varme kan det imidlertid på grunn av tilstopninger med fast' kalsiumsulfid opptre forstyrrelser. Det har nemlig vist seg i prak-sis at det ved reaksjonen i forste instans i fluoridsmelten for en størstedel oppløselig litiumsulfid reagerer med det i den. ennå ikke omdannede del av legeringen tilstedeværende kalsium ifølge ligningen:

Da CaS bare er oppløselig i mindre grad i fluoridsmelten kan det ved bruk av reaktoren i lengre tid for frembringelse av varme danne seg CaS-avleiringer på varmeutvekslerens rør hvorved varmeoverføringen påvirkes og det. kan opptre tilstopninger.

Oppfinnelsens formål er å tilveiebringe en fremgangsmåte til frembringelse av varme i en kjemisk reaktor hvor litium om-dannes, med SFg og hvor volumet av den reagerende masse forblir konstant eller omtrent konstant og det ikke dannes noen i reaksjonspro-duktsmelten uoppløselige stoffer.

Ifølge oppfinnelsen lar dette seg oppnå ved en fremgangsmåte som er karakterisert ved at det i den kjemiske reaktor innblåses i smeltet litium ved en temperatur over 775°C en gassformet blanding av svovelheksafluorid og klor i et molforhold mellom 10 : 1 og 10 : 4,5 og at den flytende blanding av litium og reaksjonsproduktene av de nevnte gasser og litium føres langs en varmeutveksler og deretter føres til et eller flere avsetningsbeholdere hvori de smeltede reaksjonsprodukter synker ned og hvorfra smeltet litium tilbakeføres' til reaktoren.

I den kjemiske reaktors reaksjonsrom foregår ved inn- . blåsning av SFg-Cl2-blandingen følgende reaksjon:

idet n er antall grammolekyler klor til et grammolekyl SFg. Ifølge oppfinnelsen ligger n mellom 0,1 og 0,^5. Klorinnholdets begrens-ning har følgende betydning: Reaksjonen gir et maksimum av energi når klorinnholdet er lite. Ved en mengde på 0,45 g.mol Cl2 pr. g.mol SFg utgjør

forskjellen i levert energi med reaksjonen mellom litium og SFg uten Cl2 ca. 6%. Ved økning-av klorinnhold øker forskjellen mellom reak-sjonsproduktenes spesifikke volum og det spesifikke volum av litium på positiv måte. Ved nedgang av klorinnholdet avtar denne forskjell og blir negativ under n = 0,21: det spesifikke•volum av reaksjonsproduktene er da mindre enn det spesifikke volum av litium. Ved økning av klorinnholdet faller reaksjonsproduktsblandingens smelte-

punkt. Ved klorinnhold mellom 0,1 og 0,45 Pr* g-mol SFg er reaksjonsproduktsblandingens smeltepunkt lavere enn 800°C mens energi-tapet utgjor maksimalt 6% og avvikning fra volumkonstanten under reaksjonen yfo. Det fås tynntflytende homogene smelter av reaksjonsprodukter mens det kan anvendes driftstemperaturer under 800°C således at i forhold til de materialer som skal anvendes ved oppbygning av reaktoren består det en storre valgfrihet enn ved en drifts-temperatur over 800°C.

Fortrinnsvis gjennomfores fremgangsmåten med en blanding av SFg og Clg som pr. g.mol SFg inneholder 0,21 g.mol CI2. Det viser seg at ved dette forhold er det spesifikke volum av reaksjonsproduktene lik det spesifikke volum av litium. Reaksjonen gir bare ca. 1% mindre varme enn reaksjonen mellom litium og SFg. Over ca. 775° C danner reaksjonsproduktene slik det har vist seg en homogen tyntflytende smelte.

Temperaturområder fra 775° C til ca. 850°C egner seg til tilforsel av kalorisk energi til motorer hvori et arbeidsmedium fullforer et termodynamisk kretslop mellom et ekspansjonsrom ved hoy temperatur og et kompresjonsrom ved lav temperatur. Et eksempel på en slik motor er en varmgassmotor. Varmen kan tilfores motoren ved at varmgassmotorens oppvarmer som vanligvis består av et system av ror, hvorigjennom arbeidsmediet strommer på sin vei fra og til ekspansjonsrommet, bringes i varmeutvekslende kontakt med den flytende masse i den kjemiske reaktor.

Hvis nodvendig kan varmeoverforingen også foregå ved hjelp av et varmebefordrende medium som en flytende Na-K-legering,' hvilket medium strommer rundt i et system som på den ene side står i varmeutvekslende kontakt med den kjemiske reaktors reaksjonsrom og på den annen side med varmgassmotorens oppvarmer. Den ved fremgangsmåten ifolge oppfinnelsen dannede over 775°C helt flytende blanding av litiumsulfid, litiumfluorid og litiumklorid på den ene side og det ennå ikke omdannede litium på den annen side er bare i liten grad gjensidig opploselig. Den spesifikke tetthet av de nevnte salter er storre enn for litium. Derved fås den mulighet å adskille saltene i flytende tilstand fra det flytende litium ved at dispersjonen pumpes rundt mellom reaksjonsrommet og en eller flere avsteningsbeholdere, hvilke beholdere samtidig kan tjene som reserve-beholdere for litium. Fortrinnsvis velges derved stromningshastigheten i avsetningsbeholderen lavere enn stromningshastigheten i sys-ternets ovrige del. Fremgangsmåten ifdlge oppfinnelsen byr på den fordel at omdannelseshastigheten ved en varig konstant tilforsel av blandingen av svovelheksafluorid og klor til reaktoren omtrent kan holdes konstant. Litiumkonsentrasjonen i reaktoren blir nemlig under en betraktelig del av den for den fullstendige omdannelse av det opprinnelige tilstedeværende litium nodvendige tid omtrent konstant.

Det viser seg at flytende S<F>g og Clg er blandbare i alle forhold. Blandingene kan fås ved at det i et trykk-kar kompri-meres de onskede mengder SFg og Clg i det onskede forhold.

Det ved fremgangsmåten anvendte litium kan være av teknisk kvalitet.

Oppfinnelsen forklares nærmere for et utforelsesek-sempel under henvisning til tegningen hvis enkelte figurer skjema-tisk viser oppbygning av en kjemisk reaktor.

Fra en beholder 1 strommer over en reguleringshane 2 en flytende blanding av SFg og Cl^ i forhold 1 : 0,21 g.mol inn i ekspansjonsrommet 3 hvori væsken fordamper med en gang og fullsten-dig således at gassblandingenssammensetning er lik væskens. Bland-ingens metningstrykk utgjor ved 25°C ca. 27 atomsfærer. Ved hjelp av den automatisk virkende reguleringshane 2 opprettholdes trykket i ekspansjonsrommet 3 ved 15 atmosfærer (25°C). Over reduksjonsventilen 4 lar man gassblandingen stromme med et trykk på 6 atmosfærer inn i en ledning 5 hvorigjennom det dessuten strommer argon-gass fra beholderen 6 over reduksjonsventilen 7 til reaksjonsrommet 8. Reaksjonsrommet 8 inneholder flytende litium ved en temperatur på 800°C. I reaksjonsrommet 8 foregår det en kjemisk reaksjon mellom litium og gassblandingen ifolge ligningen:

Den derved frembrakte varme befordres ved hjelp av varmeutveksler 11 som består av en ledning hvorigjennom det pumpes en flytende Na-K-legering fra reaktoren 8 til en varmgassmotor 12. Argonet tilbakepumpes gjennom ledningen ved hjelp av pumpe 10 til beholder 6.

Det flytende litium med hvilke de i reaksjonen dannede salter pumpes gjennom ledning 13 ved hjelp av pumpe 14 inn i beholderen 15. Fra denne beholder strommer det flytende litium etter at de ved reaksjonen dannede litiumsalter har avleiret seg i beholderen over ledning 16 tilbake 'inn i reaksjonsrommet 8.

Oppfinnelsen byr på den fordel at fremgangsmåten kan anvendes i fra omgivelsene uavhengig virkende systemer. Såvel en. stor økning som også en stor nedgang av brennstoffets volum ved.om-, dannelsen er derved å unngå. Et permanent konstant volum er derved å foretrekke. Dette kan oppnås ved hjelp av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Claims (2)

1. ' Fremgangsmåte-til fremstilling av kalorisk energi ved at i en kjemisk reaktor svovelheksaf luorid reagerer med litium,, karakterisert ved at det. i den kjemiske reaktor innblåses i. smeltet litium ved en temperatur over 775°C en gassformet blanding av svovelheksafluorid' og klor i et molforhold mellom 10 : 1 og 10 : 4,5, og at den flytende blanding av litium og reaksjonsproduktene av de nevnte-gasser og litium føres langs varme-utvekslere og deretter inn i en eller flere avsetningsbeholdere hvori de flytende reaksjonsproduktene synker ned og hvorfra smeltet litium tilbakeføres til reaktoren.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at molforholdet SFg : Cl2 utgjør 10 : 2,1.