DE2218470A1

DE2218470A1 - Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas

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Publication number: DE2218470A1
Application number: DE19722218470
Authority: DE
Inventors: der Anmelder. COIb 2-14 ist
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-04-17
Publication date: 1972-10-26
Also published as: CA978332A; FR2133825A1; GB1378820A; JPS4849694A; IT966890B; AU4110372A; AU463596B2; FR2133825B1

Description

2218A70

HEINZ LINSER · PATENTANWALT · PHYSIKER

6072 DREI EICHENHAI N BERLINER RING RUF (061 03) 8 18 13

Iu 301

Masahiro Suzuki
423, Yasaka

Japan

Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas, welches preiswert hergestellt werden kann und für chemische Reaktionen oder als Brennstoff Verwendung findet.

Es ist bereits bekannt, Wasserstoffgas herzustellen, indem Wasser Magnesium zugeführt wird, Jedoch ist die so erzeugte Wasserstoffgasmenge außerordentlich gering. Selbst bei Verwendung von heißem Wasser lässt sich die Ausbeute nicht wesentlich steigern, so daß diese für praktische Anwendungen nicht ausreichend ist.

Unter Berücksichtigung dieser Tatsache wurden zur Lösung dieses Problems jahrelang Forschungsarbeiten geleistet, um große Mengen eines äußerst reinen Wasserstoffgases in relativ kurzer Zeit erzeugen zu können.

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Der Erfindung liegt daher primär die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von sehr reinem Wasserstoffgas in kurzer Zeit anzugeben.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine große Anzahl verschiedener Materialien zu verwerten, die nahezu überall auf der Erde vorkommen, besonders im Seewasser oder im Abfallstaub oder in Abfallösungen, welche bei Metallfabriken oder Hüttenwerken anfallen oderweiche in den Industrieabfällen vorhanden sind, die sich in den Flüssen oder auf dem Meeresgrunde ansammeln.

Die Lösung dieser Aufgaben besteht darin, daß bei einem Verfahren zur Herstellung von Wasserstoffgas Wasser an Magnesium zugegeben wird, welches mit einem Metall oder Nichtmetall wie Silizium, Aluminium, Eisen, Zink, Zinn, Nickel, Bor, roter Phosphor, Chrom, Kupfer, Mangan, Kohlenstoff, Kalzium, Kalium, Titan, Natrium, Zirkon, oder mit einer oder mehreren Verbindungen der aufgeführten Metalle oder Nichtmetalle gemischt ist, wobei die katalytische Wirkung dieser Metalle oder Nichtmetalle oder ihrer Verbindungen bei den gewonnenen Gemischen dazu dient, die Reaktion zur Erzeugung von Magnesiumhydroxid erheblich zu beschleunigen, um schließlich beträchtliche Mengen eines äußerst reinen Wasserstoffgases zu erzeugen.

Bei diesem Verfahren nach der Erfindung werden große Mengen eines äußerst reinen Wasserstoffgases bei einer sehr hohen Verbrennungstemperatur von etwa POOO⁰C erzeugt, welches als Brennstoff für die Energieerzeugung in Fabriken oder auf Schiffen oder in den Haushalten verwendet werden kann. Das Verfahren nach der Erfindung ist äußerst einfach und darüberhinaus werden die Materialien, welche als Katalysatoren dienen, regeneriert und erneut verwendet, so daß die Herstellungskosten niedrig sind.

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Das nach der Erfindung hergestellte Wasserstoffgas erzeugt keine verunreinigende Komponenten, und zwar weder während der Herstellung noch während der Verbrennung, wobei eine große Anzahl auf der Erde vorkommender Materialien als Katalysatoren verwendet werden können, wenn Magnesium gewonnen wird, so daß eine Energiequelle zu Jeder Zeit und an jedem Ort hergestellt v/erden kann, die frei von Verunreinigungen ist.

Da die Abfallösungen der Metalle oder der Chloride, welche eine Ursache der Belästigung der Allgemeinheit darstellen, als ausgezeichnete Rohmaterialien bei diesem Verfahren zur Hereteilung von Wasserstoffgas Verwendung finden, so trägt die Erfindung auch zur Beseitigung der Umweltverschmutzung bei.

Nach der Erfindung wirken die oben genannten Elemente oder Verbindungen in der folgenden Reaktion als Katalysatoren:

Mg + 2 H₂ O ~ Mg (OH)p + H₂

Auf diese Weise werden unmittelbar große Mengen Wasserstoffgas erzeugt.

Wenn Elemente oder Verbindungen von guter Qualität verwedet werden, bildet sich Wrsserstoffgas, welches sich stürmisch entwickelt, als wenn das Gemisch kocht. Die hier freiwerdende Energie kann dabei entsprechend verwertet werden. Pro Giamm Magnesium werden etwa 930 ml Wasserstoffgas gewonnen, jedoch können je nach der Eigenschaft der Katalysatoren Unterschiede auftreten, wobei die größte Ausbeute mit Katalysatoren wie Chloride oder Metalle erzielt wird, während mit Silizium und Kohlenstoff die geringste Ausbeute erreicht wird.

Bei der Verwendung von Eisen als Katalysator wird Wasserstoff erzeugt, wenn sich Eisenhydroxyd bildet.

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In diesem und auch im F He anderer Katalysatoren ist es Jedoch besser, entweder Natriumchlorid oder Kaliumchlorid dem Katalysator zuzugeben, um die Bildung von Wasserstofigas wirksamer zu steigern. Auf Grund der experimentellen Ergebnisse gemäß dieser Erfindung nämlich, tritt eine stürmische Reaktion ein, wenn zwei Arten der oben erwähnten Verbindungen verwendet werden, von denen eine ein Chlorid ist, und zwar insbesondere Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, oder ein Metallchlorid, und die andere Eisen, Chrom oder Kupfer. Die Bildung von Wasserstoffgas ist dann sehr aktiv. Ein Vergleich der Wasserstoffgasmenge, die von einer Mischung gewonnen wird, welche aus zwei Gramm Magnesium, ?5 6^r Natriumchlorid und 3 gr Eisen besteht, mit derjenigen, die aus einer Mischung gewonnen wird, welche aus 2 gr Magnesium und 3 gr Eisen besteht, zeigt, bei gleichen Reaktionsbedingungen, daß im letzteren Fall die Menge nicht einmal 1/3 der Menge erreicht, die im ersten Fall erzielt wird, woraus folgt, daß ein Chlorid die Menge des gebildeten Wasserstoffes erheblich erhöht.

Bezüglich des Verbindungsverhältnisses von Magnesium mit anderen Elementen oder Verbindungen dieser Elemente, wenn mehr als zv;ei der oben, genannten Elemente oder Verbindungen verwendet werden, beträgt die Menge an Magnesium im Gemisch 10 bis 50 %, die der Chloride 5 bis 70 .Ό und die der Katalysatoren 5 bis 40 ^c/o. Venn in diesem Fall Magnesium und der Katalysator, welcher in Teilchen oder Staubform vorliegen kann, gemischt werden, indem kräftig umgerührt wird, bevor die 8-fache Menge Wasser, bezogen auf die oben erwähnte Mischung, hinzugegeben wird, so wird W-sserstoffgas in einer befriedigenden Menge erzeugt.

Wenn Magnesium in Klumpenform verwendet wird, wird es zuerst in Wasser eingeführt, bevor der Katalysator oder das Chlorid zugegeben wird.

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In diesem Falle steigt die Temperatur der Lösung durch die von der Bildungsreaktion des Wasserstoffgases erzeugte Wärme an; es ist jedoch noch möglich, die Bildung von Wasserstoffgas zu fördern, indem darüberhinaus die Lösung auf eine sichere Temperatur gebracht wird.

Wenn das gemäß dieser Erfindung hergestellte Wasserstoffgas durch einen Gaschromatographen analysiert wird, kann man feststellen, daß sogar das Gas, welches unter Verwendung gewöhnlichen Wassers oder Seewassers hergestellt wird, mehr als 90 % Wasserstoff enthält. Die anderen Komponenten bestehen aus Sauerstoff und Stickstoff, welche aus der in dem verwendeten Wasser gelösten Luft stammen, Jedoch wurde festgestellt, daß die Menge der Gasverunreinigung nicht einmal 0,1 ppm erreicht. Somit kann ein Wasserstoffgas mit einer Reinheit von mehr als 99%9999 % erzielt werden, indem Sauerstoff und Stickstoff der Luftkomponenten im Gas entfernt werden.

Die restlichen Reaktionsprodukte, welche nach der Bildung von Wasserstoff bei Verwendung normalen Wassers oder Seewassers zurückbleiben, werden getrennt, chemisch regeneriert und erneut verwendet.

Magnesiumhydroxyd wird in Magnesiumchlorid umgewandelt und sodann wird Magnesium durch Elektrolyse oder durch das "Pidgeion-Verfahren" regeneriert. Eisen und Chloride werden erneut verwendet. Die diesbezüglichen Verfahrest bei der kontinuierlichen Herstellung von Wasserstoff wie die Dampfenergieerzeugung und die Regeneration des Magnesiums von den restlichen Reaktionsprodulsrfcenjköniieö. entweder in einer Fabrik oder in einer besonders konstruierten Regenerationsanlage durchgeführt werden«

Es ist daher möglich, in kleinen Werkstätten oder gewöhnlichen Haushalten die herkömmliche Energiequell© durch eine Energiequelle zu ersetzen, welche keine voa außen kommende übertragungsleitung benötigt, indem ein

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kleiner Generator verwendet wird.

Im folgenden v/erden einige Ausführungcformen der Erfindung beschrieben.

1. Beispiel:

Es werden 10 gr Magnesium, 10 gr Natriumchlorid, 7 gr Zink und 7 6^r Magnesiumchlorid vorbereitet. Zuerst werden Magnesium und Zink durch Umrühren gut gemischt und sodann wird eine 8-fache Menge V/asser, bezogen auf die oben genannten Verbindungen, nämlich 270 ml, zugegeben,Venn flhgneciumchlorid und Natriumchlorid eingegeben werden, entwickelt sich stürmisch Wasserstoffgas, und zwar etwa 2100 ml in 7 Minuten. Dieses Wasserstoffgas enthielt nicht einmal 0,1 ppm Gasverunreinigungen und hatte eine Wärmekapazität von etwa 3000 Kcal. Bei Zuführung zu einem Brenner brannte es mit einer blau-weißen Flamme, so daß es als Brennstoff für kleine Generatoren für Haushalte und kleine Werkstätten bzw. Fabriken geeignet ist.

?.. Beispiel;

Es werden 10 gr Magnesium, 7 gr Kupfer-II-Chlorid, 10 gr Mangan und etwa das 10-fache dieser Menge an Wasser verwendet. Zuerst wird Kupfer-II-Chlorid dem Wasser zugegeben und sodann werden Magnesium und Mangan durch Umrühren gemischt und die Mischung der Wasserlösung zugeführt. Dieses so erzeugte Wasserstoffgas, welches sich stürmisch entwickelte, wies in 10 Minuten eine Menge von etwa 2200 ml auf.

Die Reinheit, die Wärmekapazität und die Verwendung dieses Wasserstoffgases waren mit Jenen des nach dem ersten Beispiel gewonnenen Gases identisch. Da die Gasentwicklung sehr stürmisch war und das Gas durch einige Teilchen eus den Reaktionspartnern verunreinigt sein konnte, wurde es gereinigt, indem es durch einen Filter gefurut oder durch eine Wasserschicht geblasen wurde.

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Nahezu das gesamte im Gas befindliche Wasser konnte entfernt weiden, indem das Gas durch Schwefelsäure geblasen wurd e.

5. Beispiel:

Es wurden 8 gr Magnesium, 8 gr Eisen und 10 gr Kupfer-II-Chlorid vorbereitet. Etwa das 9-fache der Menge dieser Substanzen an Seewasser wurde verwendet und das Kupfer-II-Chlorid wurde dem Seewasser hinzugegeben. Als die gut umgerührte Mischung von Magnesium und Eisenpulver der Lösung hinzugegeben wurde, entwickelte sich stürmisch Wasserstoffgas in einer Menge von etwa 2100 ml in 12 Minuten.

Die Reinheit, die Wärmekapazität und die Verwendung dieses Wasserstof!gases war etwa identisch mit dem ersten Beispiel«

4. Beispiel:

Es wurden 1000 gr Magnesium, 800 gr Eisen, 500 gr Eisen-II-Chlorid, 2800pNatriumchlorid und 25 1 Wasser verwendet. Eisenpulver und Magnesium wurde durch Umrühren im Wasser gut gemischt und sodann wurde Natriumchlorid hinzugegeben, während fortlaufend umgerührt wurde. Nachher wurde Eisen-II-Chlorid eingegeben, wodurch sehr große Mengen Gas, welche sich sehr stürmisch entwickelten, erzeugt wurden und sogar mit einer konstanten Erzeugungsrate von 208 ml/sec während des normalen Reaktionsablaufs.

Das nach diesem Experiment gewonnene Wasserstoffgas enthielt nicht einmal 0,1 ppm Verunreinigungen und wies eine Wärmekapazität von etwa 3000 Kcal auf, so daß es als Brennstoff für die Energieerzeugung bei kleinen Werkstätten oder Fabriken oder in den Haushalten verwendet werden kann.

^. Beispiel:

Es wurden 7 g*" Magnesium, 7 6^r Zink und Eisen-III-Chlorid etwa dex· 14-fachen Menge an Wasser zugegeben, um Wasserstoffgas zu erzeugen.

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Die Reaktion schritt allmählich voran und ergab 1200 ml Wasserstoffgas in ?5 Hinuten. Da die Wasserctofferzeugung eine gewisse Zeit erfordert und große Mengen an Ausgangsstoffen verwendet wurden, ist der Anwendungsspielraum dieses Ausführungsbeispiels begrenzt.

6. Beispiel:

10 gr Magnesium, 8 gr Zink und 10 gr Eisen-II-Chlorid wurden vorbereitet. 8odann wurde die 8-fache Menge dieser Subotanz an Wasser verwendet, wobei das Eisen-II-Chlorid zuerst eingegeben wurde. Sodann wurde das gut umgerührte Gemisch an Magnesium und Zink der Lösung zugegeben. In 20 Minuten wurden etwa 13OO ml Gas gewonnen. Das gewonnene Wasserstoffgas wies etwa die gleiche Reinheit, Wärmekapazität und Verwendungsmöglichkeit auf, wie dasjenige nach dem 5· Beispiel.

7. Beispiel;

Das gewünschte Gas wurde während der Zugabe einer Eisen-III-Chlorid-Lösung mit einem Gramm Magnesium gewonnen.

In diesem Folie wurden 50 gr Eisen-III-Chlorid in 15OO ml Wasser gelöst und sodann wurde der Lösung Magnesium hinzugefügt. Etwa 900 ml Wasserstoffgas wurden in etwa 1 Stunde gewonnen. Bei diesem Beispiel war ein Umrühren nicht erforderlich, die Erzeugung des Gases ging langsam vonstatten, nahm Jedoch mit einer gleichbleibenden Rate zu und darüberhinaus war der Wirkungsgrad der Reaktion sehr gut, weil nahezu das gesamte verwendete Magnesium in Magnesiumhydoxyd umgewandelt wurde.

8. Beispiel:

Das Gas wurde während der Eingabe einer Lösung an Kupfer-II-Chlorid mit 1 gr Magnesium gewonnen.

In diesem Falle wurden 50 gr Kupfer-II-Chlorid in I5OO ml Wasser gelöst.

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Sodann wurde dieser Lösung Magnesium zugegeben und etwa 900 ml Wasserstoffgas wurden in 1 Stunde gewonnen.

Obgleich hier Kupfer-II-Chlorid verwendet vrurde, ergaben sich die gleichen Ergebnisse wie bei Beispiel 7·

9. Beispiel:

Es wurde Magnesiumchlorid und Natriumchlorid verwendet. 20 gr Magnesium, 200 gr Natriumchlorid und 30 gr Magnesiumchloridpulver wurden in einen Reaktionskolben eingegeben und kräftig umgerührt. Als dieser Mischung Wasser hinzugefügt wurde, entwickelte sich stürmisch Wasserstoffgas, wobei sich 300 ml Gas pro Gramm der Mischung ergab.

Als andererseits Wasser einer umgerührten Mischung von 20 gr Magnesium und 10 gr Magnesiumchlorid zugegeben wurde, entwickelte sich das Gas langsam über eine lange Zeitspanne,

In diesen Beispielen konnte Salzwasser mit Magnesiumchlorid und Natriumchlorid verwendet werden, wobei das gewonnene Wasserstoffgas gleich dem nach dem 1. Beispiel war.

10. Beispiel:

Es wurden Eisen-II-Chlorid, Eisen-III Chlorid und Natriumchlorid verwendet.

25Ο gr Natriumchlorid, 20 gr Magnesium und 20 gr Eisen-II-Chlorid wurden zusammen vermischt und dieser Mischung wurde Wasser zugegeben und das sich entwickelnde Gas wurde aufgefangen. Die Gasentwicklung schritt gut voran und ergab eine große Gasmenge innerhalb von 3 Stunden. Hierbei wurden mehr als 300 ml Gas pro Gramm der reagierenden Mischung gewonnen. Während der Reaktion musste das Wasser allmählich zugegeben werden, da für den Heaktionskolben die Gefahr bestand, unter dem Einfluss der Reaktionswärme zu zerspringen.

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Als anstelle von Eisen-II-Chlorid Eisen-III-Chlorid verwenet wurde, entwickelte sich das Gas stürmischer als im Falle des Eisen-II-Chlorids. In diesem F^lIe wurde Eisen-II-Chlorid und Eisen-III-Ghlorid von den Abfallb'sungen aus Hüttenwerken und von der Schlacke verwendet, während das Natriumchlorid aus dem Seewasser benutzt wurde.

11, Beispiel:

Verwendet wurde Barium chi ο rid. 20 gr Bariumchlorid vrurde dem Wasser hinzugegeben. Als 10 gr Magnesium eingegeben wurden, begann die Gasentwicklung, welche langsam und gemäßigt vonstatten ging, jedoch längere Zäit dauerte.

12. Beispiel;

Es wurde roter Phosphor und Seewasser verwendet. Das Gat entwickelte sich, nachdem 10 gr Magnesium und 20 gr roter Phosphor zu 2^0 ml Seewasser gegeben wurden. Die Gasentwicklung war stürmisch und ergiebig.

1?. Beispiel:

Es wurde NiekelChlorid verwendet. 20 gr Magnesium und 20 gr Nickelchlorid wurden durch kräftiges Umrühren gemischt. Als sodann Wasser in diese erzielte Mischung gegossen wurde, wurde eine leicht stürmische Entwicklung großer Gasmengen erzielt.

14. Beispiel;

Es wurde roter Phosphor verwendet. 20 gr Magnesium und 10 gr roter Phosphor wurden zusammen umgerührt; als sodann Wasser in diese Mischung gegossen wurde, entwickelten eich gleichzeitig und stürmisch große Gasmengen.

Die oben aufgeführten Beispiele 9 bis 14 zeigen, daß Wasserstoff gas einer guten Qualität sogar bei Abwesenheit vo ι Magnesiumchlorid gewonnen werden kann, wenn roter Phosphor oder Nickelchlorid verwendet werden.

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Es konnte ouch gezeigt werden, daß das "Volumen des natriumchlorid^; in der Gemisehmasse angemessen ist und wenn die Teilchen und die Größe der festen Metallkomponenten (wie beispielsweise Eisen oder Zink) entsprechend ausgewählt werden, daß keine leichten Teilchen durch die stürmische Gasentwicklung ausgeschleudert werden können, co brennt das gewonnene Wasserstoffgas mit einer merklich durchsichtigen Flamme.

Zusammenfassend darf festgestellt werden, daß der Erfindung der Vorteil zugrundeliegt, daß nicht die Gefahr besteht, ein verschmutztes Gas zu erzeugen, und zwar weder beim Herstellprozess noch während der Verbrennung, so daß keine Umweltverschmutzungsprobleme aufgeworfen werden. Da die Verbrennung ferner Wasserdampf mit einer Temperatur von 2000⁰C erzeugt, besteht keine Gefahr, daß der Raum, in dem die Verbrennung stattfindet, ausgetrocknet wird. Es werden außerordentlich große Mengen Wasserstoffgas von sehr geringen Mengen der Ausgangsstoffe gewonnen. Da andererseits das Gerät zur Gaserzeugung sehr einfach aufgebaut ist, lässt es sich sehr einfach handhaben, um Wasserstoff zu erzeugen, der, wann immer es notwendig ist, verwendet werden kann, so daß die Erfindung außerordentlich nützlich ist. D;; daxüberhinaus die Ausgangsstoffe regeneriert und erneut verwendet werden können, lässt sich Wasserstoffgas mit sehr geringen Kosten erzeugen, so daß das Gas nicht nur als Brennstoff zur Energieerzeugung in kleinen Werkstätten oder Fabriken oder Haushalten verwendet werden kann, sondern auch für die chemische Industrie und zur Dampfenergieerzeugung eehr brauchber ist, wobei große Mengen en Wasserstoffgas erforderlich sind, so daß demzufolge der wirtschftliche und technische Nutzeffekt der Erfindung sehr groß ist.

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Claims

- 12 Pstentanspräche

1. Verfahren zur Herstellung von Waa.serstoffgas, gekennzeichnet durch Zugabe von Wasser auf Magnesium, welches mit einem Metall oder Nichtmetall wie Silizium, Aluminium, Eisen, Zink, Zinn, Nickel, Bor, roter Phosphor, Chrom, Kupfer, Mangan, Kohlenstoff, Kalzium, Kalium, Titan, Natrium, Zirkon oder mit einer oder mehreren Verbindungen der aufgeführten Metalle oder Nichtmetalle gemischt ist, wobei die katalytische Wirkung dieser Metalle oder Nichtmetolle oder ihrer Verbindungen bei den gewonnenen' Gemischen dazu dient, die Reaktion zur Erzeugung von Magnesiumhydroxyd erheblich zu beschleunigen, um schließlich beträchtliche Mengen eines äußerst reinen Wasserst off gas es zu erzeugen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Katalysatoren dienenden Stoffe regeneriert und erneut verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennz eichnet, daß bei Verwendung von mehr als zv/ei Elementen -oder Verbindungen die Menge des Magnesiums im Gemisch 10 bis $0 %, die der Chloride 5 bis 7° '7° und die der Katalysatoren 5 bis 40 '-,Ό beträgt, wobei die 8-fache Menge Wasser zugegeben wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennz eichnet, daß bei Verwendung klumpenförmigen Magnesiums dieses zuerst dem Wasser zugeführt wird, bevor der Katalysator oder die Chloride zugegeben werden.

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