NO761041L - - Google Patents

Abstract

Oppfinnelsens. benevnelse: Fremgangsmåte til fremstilling av hydrogen.

Description

Oppfinnelsen angår en fremgangsmåte til fremstilling av hydrogen, særlig hydrogen for brenselelementer, ved reaksjon av metaller med en vandig saltoppløsning.

Til produksjon av hydrogen er det kjent å omsette metaller

med vandige saltoppløsninger (tysk patentskrift 591 753, side 1, linje 58 til side 2, linje 20). Til formålet blir vann ved hjelp av jordalkaliemetallene kalsium, strontium og barium spaltet i nærvær av et vannoppløselig salt, hensiktsmessig et halogenid, av det metall som skal bringes til innvirkning.

Til produksjon av hydrogen for brenselelementer hvori der frembringes strøm ved en elektrokjemisk reaksjon mellom hydrogen som brensel og oksygen eller luft som oksydasjonsmiddel, er der

fra DT-OS 2 244 944 kjent et forslag om å bringe magnesium eller en blanding av magnesium og aluminium til reaksjon med vann i nærvær av minst ett koboltoksyd og minst ett vannoppløselig klorid. Som koboltoksyd anvendes særlig trikobolttetroksyd Co^O^(jfr. side 11, krav 1-3). Denne fremgangsmåte gjør det mulig å fremstille hydrogen på enkel måte og med stort utbytte. Videre har det allerede vært foreslått ved en slik metode i tillegg å tilføye reaksjonsblandingen molybdenforbindelser, særlig molybdenoksyder eller molybdater (jfr. DT-OS 24 21 538, side 6, krav 1 og 2). Ved tilsetningen av molybdenforbindelser er det mulig å øke utbyttet av utviklet hydrogen ytterligere.

Ved den beskrevne metode blir metallet resp. metallblandingen i alminnelighet anvendt i pulverform for å påskynde reaksjonen.

For vannstoffproduksjon kan det pulverformede metall i den for-bindelse legges inn først og reaksjonblandingen deretter tilsettes. I alminnelighet går man imidlertid frem på den måte at metallpul veret bringes inn i en beholder som inneholder reaksjonsblandingen, f.eks. med en transportskrue.

Ved anvendelsen av pulverformede materialer støter man imidlertid på en rekke vanskeligheter når det gjelder lagring av det pulverformede utgangsmateriale, transport av dette til reaksjonsbeholderen og innføring i denne, tildosering til reaksjonsoppløs-ningen, styring av selve reaksjonen samt regulering og fjernelse av reaksjonsslammet. Således krever pulverformede materialer en relativt stort lagringsvolum>og luftfjernelsen, som hensiktsmessig foretas før pulveret settes til reaksjonsoppløsningen, krever lang tid. Dertil kommer at innføringen av pulveret i reaksjonsbeholderen kan være problematisk, da den vanndamp som befinner seg i beholderen under reaksjonen, kan bringe pulveret til å klistre på inngangsstedet og dermed tilstoppe tilførselen.

Oppfinnelsens oppgave er å gi anvisning på en prosessteknisk løsning hvormed de omtalte ulemper unngås. Spesielt skal der an-gis en fremgangsmåte til hydrogenfremstilling ved metallhydrolyse ved hjelp av vandige saltoppløsninger, hvormed en problemfri produksjon av hydrogenet er sikret selv ved langvarig drift og ved skiftende hydrogenbehov resp. -forbruk.

Dette blir ifølge oppfinnelsen oppnådd ved at metallet fra først av anvendes i form av presstykker og så avtas mekanisk som

pulver fra presstykkene og bringes inn i saltoppløsningen.

Ved anvendelsen av metaller og metallblandinger i form av presstykker som behandles mekanisk for dannelse av pulveret, blir de fordeler som knytter seg til anvendelsen av pulverformede materialer, nemlig stor reaksjonshastighet og stort utbytte, kombinert med de fordeler som knytter seg til anvendelsen og håndteringen

av kompakte materialer, uten at det blir nødvendig å ta de dermed forbundne ulemper med på kjøpet. Således krever presstykker mindre plass ved lagring, de er lettere å transportere enn pulverformede materialer, og avgasningen er enklere å gjennomføre og krever .mindre tid. Dertil kommer at man ikke får noen vanskeligheter med tilførselen av metallet til reaksjonsoppløsningen, da pulveret skaves av fra presstykket. På denne måte unngår man klistring av pulveret og tilstopning av tilførselen til reaksjonsbeholderen. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen muliggjør således en problemfri hydrogenproduksjon selv ved lang tids drift og ved skiftende hydrogenbehov.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil alle egnede metaller, som kalsium og barium, kunne anvendes. Fortrinnsvis anvender man magnesium og magnesium/aluminiumblandinger. I dette tilfelle blir der som vandig saltoppløsning fortrinnsvis anvendet en natrium-kloridoppløsning, f.eks. i form av sjøvann. Der kan også tilblandes metallet et koboltoksyd, særlig Co^ O^. Fordelaktig kan der for hydrogenproduksjonen også tilføyes en molybdenforbindelse, som fortrinnsvis settes til saltoppløsningen.

Presstykkene kan fremstilles av pulverformet metall ved pres-ning (presstrykk ca. 100 N/mm 2). Der fås da et materiale som har høy tetthet og er meget reaksjonstregt sammenlignet med pulver, så det ikke er nødvendig å treffe særskilte forsiktighetsforholdsreg-ler ved lagring. Ved passende formgivning ved pressoperasjonen er det mulig å fremstille presstykker som knapt nok gir noe dødvolum ved lagring, f.eks. sylindre med regelmessig sekskanttverrsnitt. På denne måte blir det mulig å holde lagringsvolumet lite. Selve presstykkene kan fremstilles i vilkårlig størrelse. Som laboratorie-mønster tjener f.eks. sylindre med en høyde av 10 cm og en diameter av 3 cm. Men det er også mulig å anvende større presstykker, f.eks. opp til en høyde av ca. 1 m.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen skjer reguleringen av hydrogenproduksjonen fortrinnsvis via trykket i reaksjonsbeholderen.

Trykket av det fremstilte hydrogen kan da fordelaktig utnyttes til å styre fremmatningen av presstykkene og/eller hastigheten av avskavningen. Styringen skjer på den måte at fremmatningen resp. avskavningen retarderes ved stigende trykk og omvendt. Fremmatningen kan skje mekanisk eller hydraulisk.

Et apparat til gjennomførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen omfatter en reaksjonsbeholder som opptar en saltoppløsning, i sin øvre del inneholder organer til tilførsel av presstykkene og en innretning til avskavning av metallpulveret fra disse og er forsynt med en avgangsledning for det utviklede hydrogen.

For tilførselen av presstykkene til reaksjonsbeholderen egner seg hensiktsmessig en sluse. Denne kan evakueres så man unngår at det i reaksjonsbeholderen utviklede hydrogen blir forurenset med luft. Innføring og ettermatning av metallet .i reaksjonsbeholderen gjennom en sluse lar seg gjennomføre mer enkelt ved anvendelse av presstykker enn ved anvéndelse av pulverformede materialer.

Apparatet ifølge oppfinnelsen kan ennvidere fordelaktig være forsynt med en doseringsinnretning som tjener til tilførsel av salt-oppløsningen til reaksjonsbeholderen og kan styres i avhengighet av avskavningen fra presstykkene eller av den forbrukte hydrogenmengde. Der blir da alt etter avskavningen av presstykkene resp. etter den forbrukte hydrogenmengde tilført reaksjonsbeholderen frisk saltoppløsning. På denne måte blir der stadig sikret en jevn hydrogenutvikling. Videre kan saltoppløsningen fortrinnsvis føres i sirkulasjon, i så fall med en kjøler i kretsløpet. Ved passende anordning av inn- og utløpsåpninger for saltoppløsningen i reaksjonsbeholderens vegg kan der i den forbindelse tilveiebringes en væskevirvel som sikrer jevn fordeling av det avskavede metallpulver. Derved kan ytterligere røreanordninger bortfalle. Takket være sirkulasjonen av saltoppløsningen blir reaksjonsblandingen dessuten stadig holdt i bevegelse, noe som fører til at pulverkornene gnir

mot hverandre så sjenerende beskyttelsesskikt blir fjernet. På

denne måte blir utbyttet av hydrogen øket. Kjøleren i kretsløpet for saltoppløsningen fører reaksjonsvarmen bort.

Videre kan der på reaksjonsbeholderen nedenfor avskavningsinnretningen for metallpulveret fordelaktig være anordnet en kjøle-flens. Derved blir det oppnådd at en del.av den dannede vanndamp blir kondensert og dekker veggen av reaksjonsbeholderen med en

vannfilm. På denne måte er det mulig å redusere oppskumningen av reaksjonsblandingen og rense veggen for heftende metallpulver.

I reaksjonsbeholderens nedre del kan der ennvidere fordelaktig også være anordnet en innretning som tjener til å fjerne reaksjons-slam og styres med en væskestandviser. Denne innretning kan f.eks. være en slampumpe som suger reaksjonsslammet bort. Væskestand-viseren reagerer når reaksjonsblandingen har nådd et bestemt nivå. Ved behov kan reaksjonsslammets væskeinnhold skilles fra med en separator.

Oppfinnelsen vil bli belyst nærmere ved et utførelseseksempel under henvisning til tegningen, som viser et apparat til gjennom-førelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen.

Magnesium eller en magnesium/aluminiumblanding lagres i form av sylindriske presstykker 11. For vannstoffproduksjonen er press-stykkene 11 med en transportanordning 12, f.eks. i form av ruller eller rulletransportører, bragt inn i en sluse 13. Slusen 13 kan

evakueres, så der ved innføringen av presstykkene i reaksjonsbehol-

deren 10 ikke blir ført med luft som kunne forurense hydrogenet. Fra slusen 13 blir presstykkene 11 under utelukkelse av luft bragt inn i en arbeidsbeholder 14 forbundet med reaksjonsbeholderen 10. Fra arbeidsbeholderen 14 blir presstykket 11 ved hjelp av en f.eks. pneumatisk manøvrert.fremmatningsanordning 16 beveget mot et bor 17 anordnet ved den motsatte side av reaksjonsbeholderen 10. Boret 17 drives av en motor 18. Det fra presstykket 11 avskavede metallpulver faller ned i saltoppløsningen 19 i reaksjonsbeholderen 10. Pulveret reagerer med saltoppløsningen under dannelse av hydrogen, som føres bort fra reaksjonsbeholderen 10 gjennom en ledning 20.

I ledningen 20 er der en stengeventil 15. Saltoppløsningen pumpes rundt med en pumpe 21 slik at der i reaksjonsbeholderen 10 oppstår en væskevirvel med hvis hjelp pulveret raskt blir grundig innblan-det i saltoppløsningen. I kretsløpet 29 er der, foruten pumpen 21, anordnet en kjøler 22 til å føre reaksjonsvarmen bort. Reaksjonsslammet som samler seg på bunnen av reaksjonsbeholderen 10, kan fjernes med en pumpe 24. Denne pumpe 24 styres av en væskestandviser 23. Hensiktsmessig er der i ledningen 30 til bortledning av reaksjonsslammet anordnet en separator 25 som avvanner slammet. Reguleringen av takten av hydrogenproduksjonen skjer via trykket i reaksjonsbeholderen 10, målt med et manometer 26. Med manometeret 26 styres såvel fremmatningen av presstykkene som hastigheten av

avskavningen av metallpulveret fra presstykket. Til dette formål

er manometeret 26 funksjonelt forbundet med fremmatningsanordningen 16 og motoren 18. Via en doseringspumpe 27 styres tilførselen av saltoppløsning til reaksjonsbeholderen 10 i avhengighet av forbrukt

metallmengde. Til dette formål er doseringspumpen 27 funksjonelt forbundet med fremmatningsanordningen 16. En kjøleflens 28 i reaksjonsbeholderen 10 bevirker kondensasjon av en del av den dannede vanndamp, så veggen av reaksjonsbeholderen blir dekket med et vann-skikt. Hensiktsmessig er kjøleren 22 og kjøleflensen 28 tilsluttet felles tilløps- og avløpsledninger for kjølevannet.

Prinsippielt kan fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen også anvendes i tilfellet av at der som reaksjonsoppløsning ved hydrogen-produks jonen ikke benyttes en saltoppløsning, men syrer eller luter. Ved slike reaksjonsoppløsninger er imidlertid reaksjonshastigheten i alminnelighet så høy at det ikke er ubetinget nødvendig å anvende pulverformede metaller. Men på en annen side er anvendelsen av syrer eller luter meget ugunstig, særlig ved fremstilling av hydrogen for brenselelementer, da den fører til en fordyrelse av det produserte hydrogen. Dertil kommer at anvendelsen av slike reak-sjonsoppløsninger også er ugunstig av prosesstekniske grunner.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte til fremstilling av hydrogen, særlig for brenselelementer, ved reaksjon av metaller med en vandig saltoppløsning, karakterisert ved at metallet fra først av anvendes i form av presstykker og deretter avskaves mekanisk fra press-stykkene som pulver og bringes inn i saltoppløsningen.

2. Fremgangsmåte som angitt i krav 1, karakterisert ved at fremmatningen og/eller hastigheten av avskavningen av presstykkene styres ved hjelp av trykket av det frembragte hydrogen.

3. Apparat til gjennomførelse av en fremgangsmåte som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert ved at der i den øvre del av en reaksjonsbeholder (10) som opptar saltoppløsningen (19), er anordnet organer (14, 16) til tilførsel av presstykkene (11) og en innretning (17, 18) til avskavning av metallpulveret fra press-stykkene (11), og at reaksjonsbeholderen (10) er -forsynt med en avgangsledning (20) for det utviklede hydrogen.

4. Apparat som angitt i krav 3, karakterisert ved en sluse (13) for tilførsel av presstykkene (11) til reaksjonsbeholderen (10) .

5. Apparat som angitt i krav 3 eller 4, karakterisert ved en doseringsinnretning (27) som tjener til tilførsel av saltoppløsningen (19) til reaksjonsbeholderen (10) og kan styres i avhengighet av avskavningen fra presstykkene (11) eller av den forbrukte hydrogenmengde.

6. Apparat som angitt i et av kravene 3-5, karakterisert ved at saltoppløsningen (19) er ført i sirkulasjon (29) og der i kretsløpet (29) er anordnet en kjøler (22).

7. Apparat som angitt i et av kravene 3-6, karakterisert ved at der på reaksjonsbeholderen (10) er anordnet en kjøleflens (28) nedenfor avskavningsinnretningen (17).

8. Apparat som angitt i et av kravene 3-7, karakterisert ved at der i reaksjonsbeholderens (10) nedre del er anordnet en innretning (24) som tjener til å fjerne reaksjonsslammet og kan styres ved hjelp av en væskestandviser (23).