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DE1240829B - Device for the production of pure hydrogen - Google Patents

Device for the production of pure hydrogen

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Publication number
DE1240829B
DE1240829B DEA44374A DEA0044374A DE1240829B DE 1240829 B DE1240829 B DE 1240829B DE A44374 A DEA44374 A DE A44374A DE A0044374 A DEA0044374 A DE A0044374A DE 1240829 B DE1240829 B DE 1240829B
Authority
DE
Germany
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zone
hydrogen
gases
catalyst
reaction
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Pending
Application number
DEA44374A
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German (de)
Inventor
Dr Wilfried Fischer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
BBC Brown Boveri AG Germany
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
Brown Boveri und Cie AG Germany
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC BROWN BOVERI and CIE, Brown Boveri und Cie AG Germany filed Critical BBC BROWN BOVERI and CIE
Publication of DE1240829B publication Critical patent/DE1240829B/en
Pending legal-status Critical Current

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Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

COIbCOIb

A z A z

Deutsche Kl.: 12 i-1/18 German class: 12 i- 1/18

COIB-COIB-

Nummer: 1 240 829Number: 1 240 829

Aktenzeichen: A 44374IV a/12 iFile number: A 44374IV a / 12 i

Anmeldetag: 23. Oktober 1963 Filing date: October 23, 1963

Auslegetag: 24. Mai 1967Opened on: May 24, 1967

3/5 6 D3/5 6 D

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Gewinnung von reinem Wasserstoff durch Umsetzung oder thermische Zersetzung von gasförmigen Wasserstoffverbindungen an einem heißen Katalysator zu Wasserstoff und Restgasen und Abtrennung des Wasserstoffs mittels Diffusion.The invention relates to a device for obtaining pure hydrogen by reaction or thermal decomposition of gaseous hydrogen compounds on a hot catalyst Hydrogen and residual gases and separation of the hydrogen by means of diffusion.

Eine solche Vorrichtung ist z. B. aus der US A.Patentschrift 2516974 bekannt. Diese Vorrichtung weist einen Kessel mit zwei Zonen auf, von denen lediglich die erste mit Katalysator gefüllt ist, wobei in letzteren einseitig geschlossene und mit einer die zweite Zone gasdicht durchziehenden Sammelleitung verbundene Diffusionsrohre aus wasserstoffdurchlässigem Material eingebettet sind. An die erste Zone ist dabei ein von der zweiten Zone kommendes Überführungsrohr für die vorgewärmten Ausgangsgase derart angeschlossen, daß diese das Katalysatormaterial durchströmen, die Diffusionsrohre umspülen und durch die zweite Zone als Restgas wieder abziehen, wobei sie über Rohrwandungen mit den durch diese zweite Zone geführten Ausgangsgasen in indirektem Wärmeaustausch stehen.Such a device is e.g. B. from US A patent 2516974 known. This device has a boiler with two zones, only the first of which is filled with catalyst, wherein in the latter one closed on one side and with a collecting line that runs through the second zone in a gas-tight manner connected diffusion tubes made of hydrogen-permeable material are embedded. The first zone is a transfer pipe for the preheated starting gases coming from the second zone connected in such a way that they flow through the catalyst material, wash around the diffusion tubes and withdraw through the second zone as residual gas again, being connected to the pipe walls with the output gases guided through this second zone are in indirect heat exchange.

Hierbei gehen beide Zonen direkt ineinander über, und das Zuführungsrohr für die Ausgangsgase ist durch die zweite Zone gasdicht geführt, zieht außerhalb der beiden Zonen zur ersten Zone und mündet in letztere. Da bei dieser Vorrichtung zudem die an die Diffusionsrohre angeschlossene Sammelleitung keine große Oberfläche aufweist, sondern direkt nach außen führt, werden die Ausgangsgase lediglich durch die heißen Abgase in der zweiten Zone vorgewärmt, während eine Nutzung der Wärme des diffundierten Wasserstoffs nicht möglich ist. Eine solche Nutzung war auch bei der bekannten Vorrichtung unnötig, da diese nicht zur Erzeugung von Wasserstoff als Nutzprodukt dienen sollte, sondern der Wasserstoff, der durch die Wände der Diffusionsrohre diffundiert, innerhalb der Diffusionsrohre mit einem Oxydationsmittel verbrannt wird. Die dadurch entstehende Verbrennungswärme deckt den Wärmebedarf für die endotherme Umsetzung oder thermische Zersetzung der Arbeitsgase.Both zones merge directly into one another, and the feed pipe for the starting gases is passed through the second zone in a gas-tight manner, pulls outside the two zones to the first zone and opens in the latter. Since in this device also the collecting line connected to the diffusion tubes does not have a large surface, but leads directly to the outside, the starting gases are only preheated by the hot exhaust gases in the second zone, while making use of the heat of the diffused Hydrogen is not possible. Such a use was also in the case of the known device unnecessary, as this should not be used as a useful product for the production of hydrogen, but the hydrogen, who diffuses through the walls of the diffusion tubes, inside the diffusion tubes with a Oxidant is burned. The resulting combustion heat covers the heat demand for the endothermic conversion or thermal decomposition of the working gases.

Weitere Vorrichtungen dieser Art, in denen Wasserstoff selektiv oder bevorzugt durch eine wasserstoffdurchlässige Wand diffundiert und als Nutzoder Nebenprodukt abgezogen wird, sind z. B. aus den USA.-Patentschriften 1 951 280 bzw. 2 637 625 vorbekannt. Bei diesen von außen geheizten Vorrichtungen wird zwar beispielsweise der in einem Katalysatorbett erzeugte Wasserstoff durch in diesem Bett angeordnete Diffusionsrohre in eine Sammelleitung geführt und bereits während der Reaktion abgezo-Vorrichtung zur Gewinnung
von reinem Wasserstoff
Further devices of this type, in which hydrogen diffuses selectively or preferably through a hydrogen-permeable wall and is withdrawn as useful or by-product, are e.g. Known, for example, from U.S. Patents 1,951,280 and 2,637,625. In these externally heated devices, for example, the hydrogen generated in a catalyst bed is conducted through diffusion tubes arranged in this bed into a collecting line and is drawn off in a device for recovery during the reaction
of pure hydrogen

Anmelder:Applicant:

Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie.,Public company Brown, Boveri & Cie.,

Baden (Schweiz)Baden (Switzerland)

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,Dr.-Ing. E. Sommerfeld, patent attorney,

München 23, Dunantstr. 6Munich 23, Dunantstr. 6th

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr. Wilfried Fischer, Neuenhof, AargauDr. Wilfried Fischer, Neuenhof, Aargau

(Schweiz)(Switzerland)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweiz vom 8. Oktober 1963 (12343)Switzerland of October 8, 1963 (12343)

gen, doch gestatten sie keine Übertragung der Wärme der abgeführten Gase auf die Ausgangsgase.gen, but they do not allow the heat of the discharged gases to be transferred to the output gases.

Es ist das Ziel der Erfindung, eine derartige bekannte Vorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 516 974 derart zu verbessern, daß sie eine Gewinnung von reinem Wasserstoff bei optimalem thermischem Wirkungsgrad und kleinem Verhältnis von Oberfläche zu Volumen erlaubt.It is the object of the invention to provide such a known device according to the United States patent 2,516,974 in such a way that it enables the production of pure hydrogen with optimal thermal Efficiency and a small ratio of surface to volume allowed.

Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine Einrichtung der genannten Art aufzuzeigen, bei welcher, wie bei den bekannten Vorrichtungen, der als Reaktionsprodukt entstehende Wasserstoff schon während der Reaktion von den übrigen Gasen getrennt wird und durch Entnahme von Wasserstoff während der Reaktion sowohl das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Reaktionsprodukte verschoben wird wie auch die Reeaktionsgeschwindigkeit vergrößert wird.Another object of the invention is to provide a device of the type mentioned, in which, as in the known devices, the hydrogen formed as a reaction product already during the reaction is separated from the other gases and by removing hydrogen during the Reaction both the chemical equilibrium is shifted to the side of the reaction products as well as the rate of reaction is increased.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist gegenüber der Vorrichtung gemäß der USA.-Patentschrift 2 516 974 dadurch gekennzeichnet, daß beide Zonen durch eine Wand getrennt sind und ein Restgasableitungsrohr aus der ersten Zone gasdicht durch die zweite Zone nach außen geführt ist, während diese zweite Zone ein offen mündendes Zuführungsrohr für die Ausgangsgase aufweist und das Überführungsrohr zur Katalysatorzone in der zweiten Zone ebenfalls offen derart mündet, daß in dieser Zone dieThe device according to the invention is opposite to the device according to the United States patent 2 516 974 characterized in that both zones are separated by a wall and a residual gas discharge pipe out of the first zone in a gas-tight manner through the second zone to the outside, while this second zone has an open feed pipe for the starting gases and the transfer pipe to the catalyst zone in the second zone as well open in such a way that in this zone the

709 587/524709 587/524

Ausgangsgase die eine große Oberfläche aufweisenden Wasserstoffsammel- und Restgasableitungen umspulen. Starting gases circulate around the hydrogen collection and residual gas discharge lines, which have a large surface area.

Durch die Bauweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es möglich, die vom abgetrennten Wasserstoff mitgeführte Wärmemenge, die in sehr vielen praktischen Fällen, z. B. auch bei der Umsetzung von Kohlenwasserstoffen mit Wasserdampf, den überwiegenden Teil der Wärme der Reaktionsgase ausmacht, zur Vorwärmung der Arbeitsgase zu benutzen und dadurch im Zusammenhang mit dem kompakten Aufbau der Vorrichtung die Erreichung eines sehr hohen thermischen Wirkungsgrades zu ermöglichen, so daß die Katalysatorzone von außen nur mehr in geringerem Ausmaß geheizt werden muß als die bekannten Vorrichtungen.The construction of the device according to the invention makes it possible to use the hydrogen entrained amount of heat, which in many practical cases, z. B. also in the implementation of Hydrocarbons with water vapor make up the predominant part of the heat of the reaction gases, to use to preheat the working gases and thus in connection with the compact Construction of the device to enable a very high thermal efficiency to be achieved, so that the catalyst zone only needs to be heated from the outside to a lesser extent than the known ones Devices.

An Hand der Zeichnungen soll die Erfindung näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt teilweise im Schnitt den Aufriß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung;Fig. 1 shows, partly in section, an elevation of one Embodiment of the invention;

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt der Einrichtung von Fig. 1.F i g. FIG. 2 shows a cross section of the device of FIG.

In F i g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von reinem Wasserstoff durch Umsetzen von Methan mit Wasserdampf zu Wasserstoff und Kohlenoxyden gezeigt. Durch die Rohrleitung 1 strömt das aus Methan und Wasserdampf bestehende Gasgemisch in den Wärmetauscherraum 2, wo es vorgewärmt wird und von wo es durch das Rohr 3 in den angrenzenden Reaktionsraum 4 gelangt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind Wärmetauscherraum und Reaktionsraum übereinander im Innern eines zylindrischen Gefäßes 5 angeordnet. Das gegen die Atmosphäre thermisch isolierte Gefäß 5 weist eine innere Gehäusewand 6 aus Edelstahl, eine Wärmeisolierung 7 aus Schamotte und eine Außenverkleidung 8 aus Stahlblech auf. Zur Erwärmung des Reaktionsraums 4 dient die elektrische Heizwicklung 9, deren Anschlüsse an eine Stromquelle nicht gezeigt sind.In Fig. 1 is an embodiment of the invention Device shown for the production of pure hydrogen by converting methane with water vapor to hydrogen and carbon oxides. The gas mixture consisting of methane and water vapor flows through the pipe 1 into the Heat exchanger space 2, where it is preheated and from where it passes through the pipe 3 into the adjacent Reaction chamber 4 arrives. In the exemplary embodiment shown, the heat exchanger space and the reaction space are one above the other in the interior of a cylindrical one Vessel 5 arranged. The vessel 5, which is thermally insulated from the atmosphere, has an inner housing wall 6 made of stainless steel, thermal insulation 7 made of fireclay and an outer cladding 8 Sheet steel on. The electrical heating winding 9 and its connections are used to heat the reaction chamber 4 to a power source are not shown.

Ein Teil des Reaktionsraums 4 ist mit einem zur Umsetzung von Methan mit Wasserdampf geeigneten Katalysator 10 gefüllt, beispielsweise einem handelsüblichen Nickelkatalysator in der Form von gesinterten Brocken oder Körnern. Im Reaktionsraum 4 sind ferner, vorzugsweise in axialer Lage, wasserstoffdurchlässige Metallrohre 11, beispielsweise aus einer Palladiumlegierung bestehende Rohre angebracht. Die oberen Enden der Rohre 11 sind geschlossen, während ihre unteren Enden in den Sammelkanal 12 münden. Um im Reaktionsraum eine möglichst große Fläche wasserstoffdurchlässigen Metalls, d. h. möglichst viele Rohre 11 unterbringen zu können, liegen die Rohre aneinander und sind durch Verlöten zu einer Rohrwand zusammengefaßt.A part of the reaction space 4 is provided with a suitable for the conversion of methane with water vapor Catalyst 10 filled, for example a commercially available nickel catalyst in the form of sintered Chunks or grains. In the reaction space 4 are also, preferably in an axial position, hydrogen-permeable Metal pipes 11, for example made of a palladium alloy pipes attached. The upper ends of the tubes 11 are closed, while their lower ends enter the collecting channel 12 flow out. In order to have the largest possible area of hydrogen-permeable metal in the reaction space, i. H. if possible To be able to accommodate many tubes 11, the tubes lie against one another and are closed by soldering summarized a pipe wall.

Der durch die Umsetzung des Methans und Wasserdampfs am Katalysator erzeugte Wasserstoff diffundiert durch die Rohre 11, wird im Kanal 12 gesammelt und strömt in der auf eine größere Länge durch den Wärmetauscherraum geführten Ablaufleitung 13 zur Verbrauchsstelle. Die bei der Umsetzung entstehenden Restgase, zur Hauptsache Kohlenoxyde, werden in der Ablaufleitung 14 gesammelt und in dieser durch den Wärmetauscherraum 2 abgeführt. Die beiden Ablaufleitungen 13 und 14 geben hierbei Wärme an die umzusetzenden, durch die Leitung 1 einströmenden Gase ab. Die den Sammelkanal begrenzenden Wände, das Rohr 3 und die Ablaufleitungen 13 und 14 sind zweckmäßigerweise aus Edelstahl gefertigt.The hydrogen generated by the conversion of methane and water vapor on the catalyst diffuses through the tubes 11, is collected in the channel 12 and flows over a greater length through the heat exchanger chamber outflow line 13 to the point of consumption. The implementation Residual gases produced, mainly carbon oxides, are collected in the discharge line 14 and discharged in this through the heat exchanger space 2. Give the two drain lines 13 and 14 this transfers heat to the gases flowing in through line 1 to be converted. The the collecting channel delimiting walls, the pipe 3 and the drain lines 13 and 14 are expediently made Made of stainless steel.

F i g. 2 zeigt einen Querschnitt der Einrichtung längs der in Fig. 1 mit A-A bezeichneten Schnittlinie durch den Reaktionsraum 4. Mit 5 ist wiederum das zylindrische Gefäß bezeichnet, das aus der inneren Gehäusewand 6, der Wärmeisolierung 7 und der Außenverkleidung 8 besteht. In die Wärmeisolierung ist die elektrische Heizwicklung 9 eingebettet. DurchF i g. 2 shows a cross section of the device along the section line designated AA in FIG. 1 through the reaction space 4. The electrical heating coil 9 is embedded in the thermal insulation. By

ίο die Rohrleitung 1 strömen die umzusetzenden Gase in die Einrichtung; durch die Ablaufleitung 13 bzw. 14 strömt der erzeugte Wasserstoff bzw. die Restgase aus der Einrichtung. Mit 3 ist das Rohr bezeichnet, durch welches die umzusetzenden Gase vom Wärmetauscherraum in den Reaktionsraum gelangen. Mit 11 sind die wasserstoffdurchlässigen Metallrohre bezeichnet, durch welche der erzeugte Wasserstoff diffundiert. Die Rohre sind jeweils zu einer Rohrwand zusammengefaßt, wobei der die Rohre umgebende Raum mit dem Katalysatormaterial 10 aufgefüllt ist.ίο the pipeline 1 flows the gases to be converted in the establishment; The generated hydrogen or the residual gases flows through the discharge line 13 or 14 from the facility. With 3 the tube is referred to, through which the gases to be converted from Get the heat exchanger chamber into the reaction chamber. At 11 are the hydrogen-permeable metal pipes denotes through which the generated hydrogen diffuses. The pipes are each to a pipe wall summarized, the space surrounding the tubes being filled with the catalyst material 10 is.

Der besseren Übersicht halber sind in F i g. 1 und 2 die wasserstoff durchlässigen Rohre nicht maßstäblich eingezeichnet. Zur Erzielung einer großen Oberfläche ist es vorteilhaft, einen kleinen Rohrdurchmesser zu wählen und die durch Aneinanderreihen und Verlöten von Rohren gebildeten Rohrwände nur in geringem Abstand voneinander anzuordnen. Statt der gezeigten Rohrwände kann auch eine andere Hohlkörperanordnung mit großer, wasserstoffdurchlässiger Oberfläche verwendet werden, beispielsweise eine Anordnung mit zickzackförmig gebogenen hohlen Lamellen aus Palladiumblech.
An einem Beispiel seien Dimensionen genannt.
For the sake of clarity, FIG. 1 and 2 the hydrogen-permeable pipes are not drawn to scale. To achieve a large surface area, it is advantageous to choose a small pipe diameter and to arrange the pipe walls formed by lining up and soldering pipes only at a small distance from one another. Instead of the tube walls shown, another hollow body arrangement with a large, hydrogen-permeable surface can also be used, for example an arrangement with zigzag-shaped curved hollow lamellas made of palladium sheet.
Dimensions are given as an example.

Zur Erzeugung von etwa 1000 1 Wasserstoff pro Stunde werden der Einrichtung von F i g. 1 und 2 3501 Methan und 700 g Wasserdampf pro Stunde zugeführt. Der Reaktionsraum 4 in F i g. 1 weist ein Volumen von etwa 30 dm3 auf, wovon etwa 12 dm3 durch die Rohre 11 mit wasserstoffdurchlässigen Wänden eingenommen werden. Diese Rohre bestehen aus Palladium, haben einen Durchmesser von 5 mm und eine Wandstärke von 0,1 mm. Ihre gesamte Oberfläche beträgt etwa 10 m2. Durch die elektrische Heizung 9 wird der Reaktionsraum auf eine Temperatur von etwa 700° C gebracht. Durch die Ablaufleitung 13 können dann etwa 1000 1 reiner Wasserstoff entnommen werden, während die durch die Ablaufleitung 14 strömenden Restgase 65 Molprozent CO, 30 Molprozent CO2, einige Molprozent H2 und 1 Molprozent CH4 enthalten. Da die Restgase brennbare Gase enthalten, lassen sie sich zur Erwärmung des Reaktionsraumes verwenden, beispielsweise indem neben oder an Stelle der elektrischen Heizung eine Gasheizung vorgesehen wird.To generate about 1000 liters of hydrogen per hour, the device of FIG. 1 and 2 3501 methane and 700 g of water vapor supplied per hour. The reaction space 4 in FIG. 1 has a volume of about 30 dm 3 , of which about 12 dm 3 are taken up by the pipes 11 with hydrogen-permeable walls. These tubes are made of palladium, have a diameter of 5 mm and a wall thickness of 0.1 mm. Their total surface is about 10 m 2 . The reaction chamber is brought to a temperature of approximately 700 ° C. by the electrical heater 9. About 1000 l of pure hydrogen can then be withdrawn through the outlet line 13, while the residual gases flowing through the outlet line 14 contain 65 mol percent CO, 30 mol percent CO 2 , a few mol percent H 2 and 1 mol percent CH 4. Since the residual gases contain flammable gases, they can be used to heat the reaction space, for example by providing a gas heater next to or instead of the electrical heater.

Um während der Reaktion durch Entfernen des Wasserstoffs aus dem Reaktionsraum das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Reaktionsprodukte, d. h. auf die Seite des Wasserstoffs zu verschieben und die Reaktionsgeschwindigkeit zu vergrößern, ist es vorteilhaft, den durch die wasserstoffdurchlässigen Metallrohre diffundierenden Wasserstoff mit einer Pumpe abzusaugen. Eine andere Möglichkeit zur Erreichung des gleichen Ziels besteht darin, den Totaldruck im Reaktionsraum so hoch zu halten, daß der Partialdruck des Wasserstoffs im Reaktionsraum größer als 1 at wird. Dadurch ist es möglich, daß der Wasserstoff durch die wasserstoffdurchlässigenDuring the reaction by removing the hydrogen from the reaction space, the chemical Equilibrium on the side of the reaction products, d. H. to move to the hydrogen side and to increase the reaction rate, it is advantageous to use the hydrogen-permeable Metal pipes to suck out diffusing hydrogen with a pump. Another way to achieve it the same goal is to keep the total pressure in the reaction space so high that the Partial pressure of hydrogen in the reaction space is greater than 1 atm. This makes it possible that the Hydrogen through the hydrogen permeable

Wände der Rohre diffundiert, auch wenn im Innern der Rohre Atmosphärendruck herrscht.Walls of the pipes diffuses, even if there is atmospheric pressure inside the pipes.

Durch die erzwungene Wasserstoffentnahme während der Reaktion wird in vorteilhafter Weise erreicht, daß bei gleicher Temperatur und gleichem Druck ein prozentual kleinerer Gehalt an umzusetzenden Gasen in den Reaktionsgasen und damit ein vollständigerer Umsatz resultiert, oder daß während der Reaktion die Temperatur erniedrigt werden kann, wenn ein prozentual gleicher Gehalt an umzusetzenden Gasen in den Reaktionsgasen zugelassen wird. Ein wesentlicher Vorteil der Einrichtung liegt darin, daß die Wasserstoffentnahme direkt aus der Reaktionszone erfolgt. Zudem bietet die kombinierte Erzeugung und Abtrennung von Wasserstoff erhebliche, durch die kompakte und thermisch günstige Bauweise gegebene Vorteile.The forced removal of hydrogen during the reaction advantageously achieves that at the same temperature and the same pressure a percentage lower content to be converted Gases in the reaction gases and thus a more complete conversion results, or that during The temperature of the reaction can be lowered if the content to be reacted is the same as a percentage Gases in the reaction gases is allowed. A major advantage of the facility is that that the hydrogen is withdrawn directly from the reaction zone. In addition, the combined generation offers and separation of hydrogen considerable, thanks to the compact and thermally favorable design given advantages.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Erzeugung von reinem Wasserstoff lassen sich mit Hilfe des thermischen Wirkungsgrades zusammenfassen. Der Einrichtung werden pro Zeiteinheit und pro Volumeinheit umzusetzende Gase mit dem Heizwert A1 zugeführt. Des weiteren werden der Einrichtung die Reaktionswärme QR und die Wärmemenge QT zugeführt, welche zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur notwendig ist. Die letztere Wärmemenge ist im stationären Zustand gleich der Wärmemenge, die durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung nach außen verlorengeht. Schließlich sei A2 der Heizwert des pro Zeit und Volumeinheit austretenden Wasserstoffs. Der thermische Wirkungsgrad der Einrichtung ist dann gegeben durch The advantages of the device according to the invention for generating pure hydrogen can be summarized with the aid of the thermal efficiency. The device is supplied with gases with a calorific value of A 1 to be converted per unit of time and per unit of volume. Furthermore, the heat of reaction Q R and the amount of heat Q T , which is necessary to maintain the desired temperature, are supplied to the device. The latter amount of heat in the steady state is equal to the amount of heat that is lost to the outside through heat conduction and heat radiation. Finally, let A 2 be the calorific value of the hydrogen escaping per unit of time and volume. The thermal efficiency of the device is then given by

η K + Qr + Qt " η K + Qr + Qt "

Durch die Entnahme von Wasserstoff aus der Reaktionszone gemäß der Erfindung wird das chemische Gleichgewicht auf die Seite der Reaktionsprodukte verschoben. Wird ein festgesetzter Anteil der umzusetzenden Gase in den Reaktionsgasen zugelassen, so kann, wie ausgeführt, die Reaktionstemperatur tiefer angesetzt werden, wodurch QT kleiner und damit der Wirkungsgrad η größer wird.By removing hydrogen from the reaction zone according to the invention, the chemical equilibrium is shifted to the side of the reaction products. If a fixed proportion of the gases to be converted is permitted in the reaction gases, then, as stated, the reaction temperature can be set lower, as a result of which Q T becomes smaller and thus the efficiency η becomes greater.

Durch die Entnahme von Wasserstoff aus der Reaktionszone gemäß der Erfindung wird die Reaktionsgeschwindigkeit vergrößert, d. h., A1, A2 und QR werden um den gleichen Faktor größer, während Q7 gleichbleibt. Damit wird der Wirkungsgrad // ebenfalls größer.By removing hydrogen from the reaction zone according to the invention, the reaction rate is increased, ie A 1 , A 2 and Q R are increased by the same factor, while Q 7 remains the same. This also increases the efficiency //.

Wegen der kompakten Bauweise der erfindungsgemäßen Einrichtung, in welcher die Reaktionswärme QR und die zur Aufrechterhaltung der gewünschten Temperatur benötigte Wärmemenge QT am gleichen Ort benötigt wird, ist das Verhältnis Oberfläche zu Volumen klein. Demnach ist auch dasBecause of the compact design of the device according to the invention, in which the heat of reaction Q R and the amount of heat Q T required to maintain the desired temperature are required in the same place, the surface-to-volume ratio is small. So that too is

Verhältnis ^r klein und damit der Wirkungsgrad η Ratio ^ r small and thus the efficiency η

ÜBOV

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Vorrichtung zur Gewinnung von reinem Wasserstoff durch Umsetzung oder thermische Zersetzung von gasförmigen Wasserstoffverbindungen an einem heißen Katalysator zu Wasserstoff und Restgasen und Abtrennung des Wasserstoffs mittels Diffusion, die zwei Zonen aufweist, von denen lediglich die erste von außen heizbar und mit Katalysator gefüllt ist, in welch letzteren einseitig geschlossene und mit einer die zweite Zone gasdicht durchziehenden Sammelleitung verbundene Diffusionskörper aus wasserstoffdurchlässigem Material eingebettet sind, und an die ein von der zweiten Zone kommendes Überführungsrohr für die vorgewärmten Ausgangsgase derart angeschlossen ist, daß diese das Katalysatormaterial durchströmen, die Diffusionskörper umspülen und durch die zweite Zone als Restgas wieder abziehen, wobei sie über Rohrwandungen mit den durch diese zweite Zone geführten Ausgangsgasen in indirektem Wärmeaustausch stehen, dadurch gekennzeichnet, daß beide Zonen durch eine Wand getrennt sind und ein Restgasableitungsrohr aus der ersten Zone gasdicht durch die zweite Zone nach außen geführt ist, während diese zweite Zone ein offen mündendes Zuführungsrohr für die Ausgangsgase aufweist und das Überführungsrohr zur Katalysatorzone in der zweiten Zone ebenfalls offen derart mündet, daß in dieser Zone die Ausgangsgase die eine große Oberfläche aufweisenden Wasserstoffsammei- und Restgasableitungen umspülen.Device for the production of pure hydrogen by conversion or thermal decomposition from gaseous hydrogen compounds on a hot catalyst to hydrogen and Residual gases and separation of the hydrogen by diffusion, which has two zones, from in which only the first one can be heated from the outside and is filled with a catalyst, in which the latter one on one side closed and connected to a collecting line which passes through the second zone in a gas-tight manner Diffusion body made of hydrogen-permeable material are embedded, and to which one of the second zone coming transfer pipe for the preheated output gases connected in this way is that these flow through the catalyst material, wash around the diffusion body and withdraw through the second zone as residual gas again, being connected to the pipe walls with the output gases passed through this second zone are in indirect heat exchange, characterized in that both zones are separated by a wall and a residual gas discharge pipe from the first zone is gas-tight is led through the second zone to the outside, while this second zone is an open mouth Has feed pipe for the starting gases and the transfer pipe to the catalyst zone in the second zone also opens openly in such a way that the output gases are one in this zone Rinse hydrogen collection and residual gas discharge lines with large surface areas. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschriften Nr. 1 951 280, 2 516 974,
637 625.
Considered publications:
U.S. Patents Nos. 1,951,280, 2,516,974,
637 625.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings 709 587/524 5. 67 © Bundesdruckerei Berlin709 587/524 5. 67 © Bundesdruckerei Berlin
DEA44374A 1963-10-08 1963-10-23 Device for the production of pure hydrogen Pending DE1240829B (en)

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CH1234363A CH421914A (en) 1963-10-08 1963-10-08 Equipment for the production of pure hydrogen

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DE (1) DE1240829B (en)
FR (1) FR1410732A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1951280A (en) * 1931-10-03 1934-03-13 William J Hale Cyclic oxidation of alcohols to form aliphatic acids
US2516974A (en) * 1946-12-04 1950-08-01 Texace Dev Corp Method and apparatus for gasifying carbonaceous material
US2637625A (en) * 1946-05-21 1953-05-05 Paul W Garbo Gaseous diffusion process

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CH421914A (en) 1966-10-15
FR1410732A (en) 1965-09-10

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