DE449603C - Elektrolytische Gewinnung von Wasserstoffgas und Sauerstoffgas - Google Patents

Description

Bei der Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff durch Elektrolyse des Wassers ist gewöhnlich jedes der beiden Gase in geringem Maße durch das andere Gas verunreinigt. Der Grad dieser Verunreinigung ist von der Beschaffenheit des Zersetzungsapparates, im besonderen vom Abstand der Elektroden und von der Güte der zwischen benachbarten Elektroden angeordneten Diaphragmen abhängig, ίο Es ist bekannt, daß die Neigung des Wasserstoffs, sich im Zersetzungsapparat dem Sauerstoff beizumischen, größer ist als die Neigung des Sauerstoffs zur Vermischung mit dem Wasserstoff. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das in der Zeiteinheit kathodisch abgeschiedene Volumen Wasserstoff ungefähr doppelt so groß ist wie das in der Zeiteinheit anodisch entwickelte Sauerstoffvolumen, daß ferner der Wasserstoff sich stürmisch in feinsten Bläschen entwickelt, während der Sauerstoff ruhiger und sogleich in größeren Blasen auftritt.

Vorliegende Erfindung will diesen Unterschied des Verhaltens der beiden Gase für eine Verbilligung des Zersetzungsapparates nutzbar machen. Ihr Grundgedanke besteht darin, daß eine über das gewöhnliche Maß hinausgehende Verunreinigung des Sauerstoffs mit Wasserstoff im Zersetzungsapparat zugelassen und die Explosionsgefahr dieses Gemisches durch Hinzufügen eines nichtbrennbaren Gases oder Gasgemenges, wie Luft, Stickstoff, reiner oder wenig verunreinigter Sauerstoff, beseitigt wird. Dieses Verfahren führt zu einer Verbilligung des Zersetzungsapparates, weil man nun die Elektroden näher aneinanderrücken und billigere Diaphragmen verwenden kann.

Es ist am einfachsten, dem stark mit Wasserstoff verunreinigten Sauerstoff atmosphärische Luft beizumischen. Die Luft wird am besten unmittelbar an der Austrittstelle der Sauerstoffleitung aus dem Zersetzungsapparat durch eine injektorartige, das Abströmen des Sauerstoffs fördernde Vorrichtung eingeleitet, denn hierdurch wird einmal die Kohlensäure der Luft von dem Elektrolyten ferngehalten und der Neigung von Sauer stoff teilchen zum Übertritt in den Wasserstoffraum entgegengewirkt.

Ist der Zersetzungsapparat zu verschiedenen Zeiten verschieden stark belastet, so muß die Menge der Luft oder eines anderen nichtbrennbaren Gases oder Gasgemisches, die dem Sauerstoff beigemischt wird, entsprechend geregelt werden. Zur Steuerung einer selbsttätigen Regelungseinrichtung kann ein Gerät im Stromkreis des Zersetzungs-' apparates oder ein Strömungsmesser in der Sauerstoffleitung verwendet werden.

Das vorliegende Verfahren kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß man einen Zersetzungsapparat, der stark mit Wasserstoff verunreinigten Sauerstoff liefert, mit einem Zersetzungsapparat, der nur wenig verunreinigte Gase liefert, zusammenschaltet. Tn diesem Falle dient der schwach verunreinigte Sauerstoff des zweiten Apparates dazu, die Explosionsgefahr des Sauerstoffgases aus dem ersten Apparat zu beseitigen.

Nimmt man beispielsweise an, daß der erste Zersetzungsapparat Sauerstoff mit 6 bis 8 Volumenprozent Wasserstoff, also ein schon explosibles Gemisch liefert, der zweite Zersetzungsapparat aber Sauerstoff mit nur 2 Volumenprozent Wasserstoff, so erhält man unter der weiteren Annahme, daß in der Zeiteinheit gleiche Volumina beider Gasgemische entstehen, bei ihrer Zusammenleitung Sauerstoff mit nur 4 bis 5 Volumenprozent Wasserstoff, ein Gemisch, das noch nicht explosibel ist.

Die Verwendungsmöglichkeit der erhältlichen Gasgemische ist abhängig von der Art und auch von der Menge des dem Sauerstoff zugemischten, nicht brennbaren Gases.

Mischt man dem mit Wasserstoff verunreinigten Sauerstoffgas reinen Sauerstoff oder elektrolytisch gwonnenen Sauerstoff mit geringem Wasserstoffgehalt oder auf physika- go lischem Wege gewonnenen Sauerstoff mit nur geringem Stickstoffgehalt zu, so ist dieses nunmehr unexplosive Gasgemisch praktisch als hochprozentiger Sauerstoff anzusprechen und kann zur Erzeugung höchst temperierter Gebläseflammen dienen, wie solche zum autogenen Schweißen und Schneiden, zum Schmelzen von Quarz u. dgl. Verwendung finden. Verdünnt man jedoch den mit Wasserstoff verunreinigten Sauerstoff mit Stickstoff oder mit Kohlensäure oder mit Sauerstoff mit verhältnismäßig hohem Gehalt an Stickstoff, ein Gemisch, das bei allen Verbrennungsprozessen die Flammenternperatur erniedrigt und

*) Von dem Patentsncher ist als der Erfinder angegeben worden:

Fran\ Pet\ in Nürnberg.

Wärmeverluste bringt, so werden solche gegenüber dem Luftsauerstoff verhältnismäßig sauerstoffreiche Gasgemische bei vielen Verbrennungsprozessen, so z. B. zum Schmelzen von Metallen oder in der Wassergasbereitung, wärmetechnische Vorteile bringen. Jm folgenden soll noch ein Anwendungsbeispiel der Erfindung an Hand der schematischen Zeichnung beschrieben werden.

ίο Eine Leuchtgasfabrik soll die überschüssige elektrische Energie eines Wasserkraftwerkes durch elektrolytische Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff ausnutzen. Der Wasserstoff soll unmittelbar dem in Retorten erzeugten Leuchtgas beigemengt werden; der Sauerstoff soll in einen Wassergasgenerator zur Verbesserung des Prozesses eingeleitet werden, der das erzeugte Wassergas an den Sammelbehälter für das Retortengas und den elektrolytisch erzeugten Wasserstoff abführen mag. Bei dieser Verwendungsart der elektrolytisch erzeugten Gase kann man mit einem verhältnismäßig billigen Elektrolyseur arbeiten, der Wasserstoff mit einer Reinheit von 97 bis 98 Prozent und Sauerstoff, der mit 10 Volumenprozent Wasserstoff verunreinigt ist, liefert, wenn man den Sauerstoff gemäß vorliegender Erfindung unexplosibel macht.

Die Zeichnung zeigt ein Schema einer solchen Anlage. Um anschaulich zu machen, wie sich die Erfindung in der Verbilligung des Elektrolyseurs auswirkt, ist auf der Zeichnung neben dem zur Anlage gehörigen Elektrolyseur ein Elektrolyseur gleicher Art für die Erzeugung möglichst reiner Gase dargestellt.

A ist der Elektrolyseur, B der Wassergaserzeuger, C der Gasometer, dem das Retortengas durch Rohr 1, der elektrolytisch gewonnene Wasserstoff durch Rohr 2, das Wassergas aus dem Generator B durch Rohr 3 zugeführt wird. Der Sauerstoff wird aus dem Elektrolyseur A durch Rohr 4 in den Generator B eingeführt. In dieses Rohr ist die injektorartige Vorrichtung 5 eingeschaltet, deren Düse 6 über ein Drosselventil 7 an die Preßluftleitung 8 angeschlossen ist. Das Drosselventil wird gesteuert durch den Anker 9 eines Solenoids 10, dessen Wicklung in den Stromkreis des Elektrolyseurs A geschaltet ist. Dem Zuge der Wicklung auf den Anker 9 wirkt die Feder 1 r entgegen, die zwischen eine Platte 12 am Anker 9 und eine Platte 13 am Gerüst des Solenoids geschaltet ist. Die Vorrichtung ist so ausgeführt, daß beim Wachsen der Stromstärke im Elektrolyseur die Öffnung des Drosselventils 7 vergrößert wird.

In dem Elektrolyseur A sind die Anoden 14, 15, 16 und Kathoden 17, 18 verhältnismäßig nahe aneinandergerückt. Die schlauchartigen Diaphragmen 19, 20, die die Kathoden 17, 18 umgeben und an Fortsätzen des Deckels befestigt sind, bestehen aus dünnem Asbesttuch oder einem Metallsieb.

Bei dem Elektrolyseur gleicher Bauart, der möglichst reine Gase ergeben soll, müssen die Elektroden weiter auseinandergerückt werden, und vor allem müssen die Diaphragmen 21, 22 aus sehr starkem und darum teurem Asbestgewebe hergestellt sein, oder es müssen die teueren feinporigen Siebe aus Nickel oder Silber oder in Verbindung mit weniger feinporigen Metallsieben pulverige Beimischungen zu dem Elektrolyten, die sogenannten schwimmenden Diaphragmen, verwendet werden, die eine sehr sorgfältige Betriebsführung erfordern.

Bei dem Elektrolyseur A brauchen die Diaphragmen 19, 20 nicht bis zu den Enden der Elektroden herabzureichen. Das bedeutet bei einer großen Batterie von Elektrolyseuren eine erhebliche Ersparnis gegenüber dem Reingas-Elektrolyseur, bei dem die Diaphragmen 21, 22 bis zu den Elektrodenenden herabgeführt werden müssen, am besten um die Enden herum auch noch geschlossen werden.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff, dadurch gekennzeichnet, daß eine das gewöhnliche Maß überschreitende Verunreinigung des Sauerstoffs mit Wasserstoff im Zersetzungsapparat zugelassen und die Explosionsgefahr dieses Gasgemisches durch Hinzufügen eines nichtbrennbaren Gases oder Gasgemisches (Luft, Stickstoff, reiner oder schwach verunreinigter Sauerstoff) beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Hinzufügen des Gases oder Gasgemisches durch eine injektorartige, das Abströmen des Sauerstoffes aus dem Zersetzungsapparat fördernde Vorrichtung erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge des hinzugefügten Gases oder Gasgemisches durch eine selbsttätige Einrichtung geregelt wird, die von einer Vorrichtung im Stromkreis des Zersetzungsapparates oder einem Strömungsmesser in der Sauerstoffleitung gesteuert wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.