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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines brennbaren Gasgemisches.
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Aus der
DE 103 59 509 B4 , auf die ausdrücklich Bezug genommen wird und deren Inhalt in die vorliegende Anmeldung einbezogen wird, ist ein Verfahren zur Herstellung von Knallgas bekannt. Knallgas ist ein energiehaltiges, brennbares Gasgemisch, das sehr explosiv und nur unter Schwierigkeiten handhabbar ist.
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Aus der
DE 30 14 021 A1 ist ein Verfahren zum elektrolytischen Rückgewinnen von Edelmetallen aus Edelmetallsalzlösungen bekannt, bei dem zur Verhinderung von Knallgasexplosionen in der Elektrolytkammer während der Elektrolyse fortwährend frische Luft in die Elektrolytkammer eingeleitet wird.
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Die
DE 44 16 973 A1 offenbart ein Verfahren zum Reinigen von Schmutzwässern durch Elektroflotation, bei dem die Abluft einer Pumpe in den Boden eines Reaktors eingeblasen wird, um Turbulenz zu erzeugen und um an den Elektroden entstehendes Knallgas zu verdünnen.
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Die
DE 10 2008 003 126 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Verbrennungsraum, welchem ein mit Wasserstoff angereicherter Brennstoff zugeführt wird, und mit einem Elektrolysebehälter, welcher mit dem Verbrennungsraum verbunden ist und in welchem Wasserstoff mittels Elektrolyse aus Wasser gewonnen wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines Gasgemisches vorzuschlagen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Gemäß dem Verfahren wird Knallgas hergestellt und wird dem Knallgas während seiner Herstellung ein weiteres Gas oder Gasgemisch zugeführt. Überraschend hat sich gezeigt, dass auf diese Weise die Explosivität des Knallgases vermindert oder beseitigt werden kann. Das erfindungsgemäß hergestellte, energiehaltige Gasgemisch ist auf einfachere Weise handhabbar.
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Bei der Knallgasreaktion reagieren Wasserstoff und Sauerstoff exotherm und detonationsartig. Es findet eine stark verzweigte Kettenreaktion (Kettenverzweigungsexplosion) statt, an der Wasserstoff-, Sauerstoff- und Hydroxyl-Radikale als Kettenträger beteiligt sind. Durch die Erfindung kann erreicht werden, dass diese stark verzweigte Kettenreaktion (Kettenverzweigungsexplosion) nicht mehr stattfindet oder zumindest nicht mehr detonationsartig stattfindet. Dadurch, dass dem Knallgas während seiner Herstellung ein weiteres Gas oder Gasgemisch zugeführt wird, kann auf besonders wirksame Weise eine stark verzweigte Kettenreaktion unterdrückt werden.
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Das weitere Gas, das dem Knallgas zugeführt wird, ist ein brennbares Gas, insbesondere Methan. Das weitere Gasgemisch, das dem Knallgas zugeführt wird, enthält eines oder mehrere brennbare Gase, insbesondere Methan, oder es besteht aus einem oder mehreren brennbaren Gasen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Knallgas elektrolytisch hergestellt wird.
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Das Knallgas wird vorzugsweise unter Verwendung eines Ionenaustauschers hergestellt.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Knallgas nach dem Verfahren der
DE 103 59 509 B4 hergestellt wird. Der Ionenaustauscher kann ein Ionenaustauscherharz sein oder ein Ionenaustauscherharz enthalten. Der Ionenaustauscher kann ein saurer, insbesondere ein stark saurer, Ionenaustauscher sein. Der Ionenaustauscher kann gelförmig sein. Vorteilhaft ist es, wenn der Ionenaustauscher eine Matrix, Ankergruppen und auszutauschende Ionen aufweist bzw. daraus besteht. Bei der Matrix kann es sich insbesondere um einen vernetzten Kunststoff, insbesondere vernetztes Polystyrol, handeln. Die Ankergruppen sind vorzugsweise Sulfonsäuregruppen (SO
3). Die auszutauschenden Ionen sind vorzugsweise Wasserstoffionen (H). Insbesondere kann der Ionenaustauscher die allgemeine chemische Formel R-SO
3-H aufweisen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Ionenaustauscher, insbesondere das Ionenaustauscher-Grundmaterial, katalytisch wirkende Stoffe enthält. Bei den katalytisch wirkenden Stoffen kann es sich insbesondere um stromleitende Stoffe, insbesondere stromleitende Folien, handeln. Die katalytisch wirkenden Stoffe können dem Stoff bzw. dem Ionenaustauscher bzw. dem Ionenaustauscher-Grundmaterial beigemischt sein.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Ionenaustauscher, insbesondere das Ionenaustauscher-Grundmaterial, katalytisch wirkende und/oder gasliefernde Enzyme enthält. Als derartige Stoffe werden vorzugsweise organische Säuren, insbesondere Weinsäure verwendet. Die Enzyme können dem Stoff bzw. dem Ionenaustauscher bzw. dem Ionenaustauscherharz bzw. dem Ionenaustauscher-Grundmaterial beigefügt sein.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass das weitere Gasgemisch Sauerstoff und ein brennbares Gas enthält oder daraus besteht. Das weitere Gasgemisch kann anstelle des Sauerstoffs ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, insbesondere Luft, enthalten. Ferner kann das weitere Gasgemisch statt eines brennbaren Gases ein brennbares Gasgemisch enthalten.
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Vorteilhaft ist es, wenn das weitere Gasgemisch Sauerstoff oder ein Sauerstoff enthaltendes Gasgemisch, insbesondere Luft, und ein brennbares Gas oder brennbares Gasgemisch im stöchiometrischen Verhältnis enthält oder daraus besteht. Auf diese Weise kann eine einwandfreie Verbrennung sichergestellt werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Knallgas in einem stöchiometrischen Verhältnis hergestellt wird, wie dies bei der elektrolytischen Herstellung von Knallgas üblicherweise der Fall ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das brennbare Gas Methan ist oder wenn das brennbare Gasgemisch Methan enthält.
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Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gekennzeichnet, dass dem Gasgemisch eine brennbare Flüssigkeit beigemischt wird oder dass dem Gasgemisch ein Flüssigkeitsgemisch, das eine oder mehrere brennbare Flüssigkeiten enthält oder daraus besteht, beigemischt wird.
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Eine Vorrichtung zur Herstellung eines Gasgemisches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst einen geschlossenen Behälter mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode, einem Einlass für das weitere Gas oder Gasgemisch und einen Abzug für das energiehaltige Gasgemisch. Der Einlass befindet sich vorzugsweise im unteren Bereich des Behälters, vorzugsweise in der unteren Bodenfläche. Der Abzug befindet sich vorzugsweise im oberen Bereich des Behälters. Er kann von einem Abzugsrohr gebildet werden.
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Der Behälter kann weitere Bestandteile umfassen, insbesondere eine Einrichtung zur Zuleitung von Wasser und eine Einrichtung zum Abzug von Wasser und/oder eine Einrichtung zum Zuführen eines Ionenaustauschers und eine Einrichtung zum Abführen eines Ionenaustauschers.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Zeichnung im Einzelnen erläutert. In der Zeichnung zeigt
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1 eine Vorrichtung zur Herstellung eines energiehaltigen Gasgemisches aus Knallgas und einem weiteren Gasgemisch in einer schematischen Ansicht,
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2 eine weitere Vorrichtung zur Herstellung eines derartigen energiehaltigen Gasgemisches und
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3 verschiedene Oberflächengestaltungen für die Vorrichtungen nach 1 und 2.
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Die in 1 gezeigte Vorrichtung umfasst einen Behälter 1, der um die Mittenachse 2 rotationssymmetrisch ausgestaltet ist und der aus einem rohrförmigen Gehäuse 3 besteht, das durch einen oberen Deckel 4 und eine Bodenfläche 5 abgeschlossen ist. Die gesamte Vorrichtung ist vorzugsweise länger als dargestellt ausgeführt.
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An der Innenwand des Gehäuses 3 ist eine ringförmige äußere Elektrode 6 vorgesehen. Im Inneren des Gehäuses 3 befindet sich eine rohrförmige innere Elektrode 7. Der Behälter 1 ist bis zum Wasserspiegel 8 mit Wasser 9 gefüllt.
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Zwischen den Elektroden 6 und 7 ist ein Ionenaustauscher 10 vorhanden, der bis zur Höhe 11 gelförmig vorliegt.
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Die äußere Elektrode 6 ist über einen Schalter 12 mit dem Pluspol einer Stromquelle 13, beispielsweise einer 12 V-Autobatterie, verbunden. Der Minuspol der Stromquelle 13 ist mit der inneren Elektrode 7 verbunden. Die Polarität kann allerdings auch umgedreht werden.
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Bei der dargestellten Ausführungsform liegt der Wasserspiegel 8 über der Höhe 11 des gelförmigen Ionenaustauschers 10 und über dem oben offenen Rohr der inneren Elektrode 7. Die Elektrode 7 kann allerdings auch geschlossen ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektrode 7 den Wasserspiegel 8 überragt. Ferner liegt in der dargestellten Ausführungsform die Höhe 11 des gelförmigen Ionenaustauschers 10 und über dem oben offenen Rohr der inneren Elektrode 7. Die Elektrode 7 kann allerdings auch geschlossen ausgebildet sein. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß die Elektrode 7 den Wasserspiegel 8 überragt. Ferner liegt in der dargestellten Ausführungsform die Höhe 11 des gelförmigen Ionenaustauschers 10 knapp unterhalb des oberen Endes der äußeren Elektrode 6. Die Vorrichtung kann allerdings auch derart ausgestaltet sein, daß diese Höhe 11 über dem oberen Ende der Elektrode 6 liegt. Die innere Elektrode 7 kann unten geschlossen oder offen sein. Sie kann ferner an ihrem unteren Ende dichtend mit der Bodenfläche 5 verbunden sein.
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Wenn der Schalter 12 geschlossen wird, findet in dem Behälter 1 eine elektrolytische Reaktion statt, bei der von der positiven äußeren Elektrode 6 negativ geladene Elektronen und Ionen angezogen werden. Positive Ionen wandern zur negativen inneren Elektrode 7. Auf diese Weise entsteht in dem Behälter 1 Knallgas, wobei es sich um eine native Erzeugung von Knallgas handelt. Diese Reaktion wird durch den Ionenaustauscher 10 erheblich beschleunigt. Das Knallgas liegt im stöchiometrischen Verhältnis vor.
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In der Bodenfläche 5 des Behälters 1 sind Durchgangsöffnungen 15 vorgesehen, durch die dem Behälter 1 ein weiteres Gas, nämlich Methan, zugeführt wird, wie durch die Pfeile 16 angegeben. Die Durchgangsöffnungen 15 sind hinsichtlich ihrer Größe, insbesondere ihres Durchmessers, ihrer Anzahl und ihrer vorzugsweise regelmäßigen Anordnung derart ausgestaltet, daß eine gute Durchmischung des Inhalts des Behälters 1 mit dem Methan stattfindet. Auf diese Weise wird das Methan dem Knallgas, das in dem Behälter 1 entsteht, während seiner Entstehung zugeführt. Auf diese Weise wird ein energiehaltiges Gasgemisch, bestehend aus Knallgas und Methan, hergestellt, das sich in dem Raum 14 zwischen dem Wasserspiegel 8 und dem oberen Deckel 4 sammelt.
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In dem oberen Deckel ist eine Durchgangsöffnung 17 vorgesehen, an die sich eine nach außen führende Leitung 18 anschließt, durch die das in dem Raum 14 vorhandene, energiehaltige Gasgemisch abgezogen werden kann. In der Leitung 18 ist ein Mischventil 19 vorhanden, in das eine Zuleitung 20 mündet. Durch die Zuleitung 20 kann dem in der Leitung 18 strömenden, energiehaltigen Gasgemisch eine Flüssigkeit zugeleitet werden, beispielsweise Benzin und/oder Öl, wie durch den Pfeil 21 angegeben. In Strömungsrichtung hinter dem Mischventil 19 enthält die Leitung 18 das energiehaltige Gasgemisch, bestehend aus Knallgas und Methan, dem eine energiehaltige, brennbare Flüssigkeit, nämlich Öl und/oder Benzin, beigemischt ist.
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Der Behälter 1 kann eine Einrichtung zur Zuleitung von Wasser und eine Einrichtung zum Abzug von Wasser aufweisen (in der Zeichnung nicht dargestellt). Der Behälter 1 kann stattdessen oder zusätzlich eine Einrichtung zum Zuführen des Ionenaustauschers und eine Einrichtung zum Abführen des Ionenaustauschers aufweisen (in der Zeichnung nicht dargestellt).
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Bei dem Ionenaustauscher 10 handelt es sich um einen stark sauren, gelförmigen Ionenaustauscher mit Sulfonsäuregruppen als Ankergruppen. Der Ionenaustauscher hat die allgemeine chemische Formel R-SO3-H, wobei R eine Matrix, insbesondere eine vernetzte Polystyrol-Matrix bezeichnet, SO3 eine Sulfonsäure-Ankergruppe und H Wasserstoff.
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Vorzugsweise wird der Ionenaustauscher 10 in Bewegung gehalten. Dies geschieht vorzugsweise derart, daß der Ionenaustauscher 10 nicht absinkt. Der Ionenaustauscher kann durch ein Wirbelbett-Verfahren in Bewegung gehalten werden. Wenn der Ionenaustauscher in Bewegung gehalten wird, werden die Gasbildung und der Elektronenfluß verbessert.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung wird der Ionenaustauscher in der Flüssigkeit in der Schwebe gehalten. Dies erfolgt vorzugsweise dadurch, daß der Ionenaustauscher bzw. das Ionenaustauscher-Grundmaterial derart hergestellt sind, daß sie von sich aus in der Flüssigkeit, also in dem Wasser 9, in Schwebe bleiben.
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Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden. Hierzu kann der Ionenaustauscher 10 laufend zugeführt und abgeführt werde (in der Zeichnung nicht dargestellt). Der abgeführte Ionenaustauscher kann regeneriert und erneut zugeführt werden.
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Das Verfahren kann auch mehrstufig durchgeführt werden.
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Das sich bildende Gas kann aus dem Raum 14 abgesaugt werden. Zu diesem Zweck ist es möglich, in diesem Raum 14 ein Vakuum zu erzeugen. Hierdurch kann ferner erreicht werden, daß das nach oben abziehende Gas den Ionenaustauscher 10 mitreißt und auf diese Weise eine Durchmischung und Verteilung des Ionenaustauschers 10 bewirkt.
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Der Druck und die Temperatur können so eingestellt werden, daß das Verfahren mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet.
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Die Elektroden 6, 7 sind aufgerauht, weisen also eine Struktur mit vergrößerter Oberfläche auf.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Vorrichtung zur Herstellung eines energiehaltigen Gasgemisches, bei der Bestandteile, die mit demjenigen der Ausführungsform nach 1 übereinstimmen, mit denselben Bezugszeichen versehen sind und nicht erneut beschrieben werden. Hier ist der Behälter 1 nicht um eine Mittenachse rotationssymetrisch ausgestaltet. Er besteht vielmehr aus einem rechteckigen Gehäuse 3, das durch einen oberen Deckel 4 und eine Bodenfläche 5 abgeschlossen ist. Die Elektroden 6, 7 sind plattenförmig ausgebildet.
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Vorteilhaft ist es, wenn die Platten der Elektroden 6, 7 eine vergrößerte Oberfläche aufweisen.
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In 3 sind verschiedene Ausführungsformen von Behältern gezeigt, in denen verschiedene Strukturen mit vergrößerter Oberfläche vorhanden sind.
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Bei der Ausführungsform A ist die innere Elektrode mit Plattenelektroden verbunden, die parallel zueinander und im Abstand voneinander verlaufen und die sich in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung erstrecken. Die äußeren Elektroden sind in den Zwischenräumen mit entsprechenden ringförmigen Platten versehen.
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Bei der Ausführunsform B weisen die Platten einen dreieckförmigen Querschnitt auf, wobei die Spitze des Dreiecks der mit der inneren Elektrode verbundenen Platten nach außen weist und die Spitzen des Dreiecks bei den mit der äußeren Elektrode verbundenen ringförmigen Platten nach innen weist.
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Die Ausführungsform C entspricht teilweise der Ausführungsform A, wobei allerdings die mit der Innenelektrode verbundenen Platten und die mit der Außenelektrode verbundenen Platten jeweils auf gleicher Höhe liegen.
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Die Ausführungsform D ist eine Abwandlung der Ausführungsform B, wobei die Platten abgerundete Querschnitte aufweisen.
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Die Ausführungsform E zeigt eine Parallelschaltung, bei der in Wasser sowohl wasserstoffhaltige Substanzen als auch OH-haltige Substanzen verwendet werden können (also sowohl Kationentauscher als auch Anionentauscher).
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Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung eines energiehaltigen Gasgemisches geschaffen, bei dem die Explosionsgefahr von Knallgas durch Beimischung eines weiteren Gases oder Gasgemisches reduziert oder aufgehoben werden kann. Durch die Beimischung eines weiteren Gases oder Gasgemisches kann in dem Knallgas durch Strukturveränderung (Mengenveränderung) von H und OH und deren Verhaltensweise die akute Explosionsneigung zurückgedrängt oder verhindert werden. Dies geschieht dadurch, daß dem Knallgas vorzugsweise schon bei dessen Entstehung ein weiteres Gas oder Gasgemisch beigemischt wird. Dabei kann das Mischungsverhältnis vom anschließenden Verbrennungsvorgang abhängig sein. Bei dem beigemischten Gas oder Gasgemisch kann es sich um Sauerstoff, Luft, Methan, Edelgase und/oder andere Gase oder Gasgemische handeln. Dabei kann eine Druckerhöhung unmittelbar bei der Herstellung des energiehaltigen Gasgemisches erfolgen. Es ist allerdings auch möglich, eine derartige Druckerhöhung erst nach der Herstellung des energiehaltigen Gasgemisches durchzuführen. Das durch die Beimischung des weiteren Gases oder Gasgemisches hergestellte, energiehaltige Gasgemisch kann lagerfähig und stapelbar sein. Es kann in Druckflaschen unter Druck gelagert werden und in diesem Zustand einem Verbrauchszweck zugeführt werden. Es kann allerdings zunächst auch drucklos gelagert werden, und eine Druckerhöhung kann bei Bedarf nachträglich vorgenommen werden.
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Das energiehaltige Gasgemisch ist vorzugsweise brennbar. Es kann energetisch genutzt werden, beispielsweise zur Erwärmung von Wasser und dem Antrieb einer Turbine. Es kann allerdings auch als brennbarer Stoff zum Betreiben eines Motors verwendet werden, insbesondere eines Stirlingmotors. Ferner kann das hergestellte, energiehaltige Gasgemisch durch eine entsprechende Temperatur- und/oder Druckbehandlung erhitzt oder gekühlt werden, wobei die Aggregatzustände wie bei üblichen Gasen eingestellt werden können. Insbesondere kann das energiehaltige Gasgemisch verflüssigt werden.
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Dem energiehaltigen Gasgemisch kann eine energiehaltige, insbesondere brennbare Flüssigkeit beigemischt werden oder ein Flüssigkeitsgemisch, das eine oder mehrere energiehaltige, insbesondere brennbare Flüssigkeiten enthält oder daraus besteht. Die Beimischung einer energiehaltigen Flüssigkeit oder eines energiehaltigen Flüssigkeitsgemisches erfolgt vorzugsweise unter Druckerhöhung. Sie erfolgt ferner vorzugsweise unmittelbar vor der Verbrennung oder unmittelbar vor einer Explosion. Als energiehaltige Flüssigkeiten kommen insbesondere Benzin, Öl und/oder Dieselöl in Betracht.
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Das energiehaltige Gasgemisch, dem gegebenenfalls eine energiehaltige Flüssigkeit oder ein energiehaltiges Flüssigkeitsgemisch beigemischt ist, kann als Flamme brennbar sein. Es ist aber auch möglich, durch entsprechende Mischungsgrade und entsprechende Druckvorlagen, gegebenenfalls mit Hilfe entsprechender Düsen, aus denen das Gas ausströmt, explosionsartig einen Anteil des aus der Düse entweichenden Gases zu verbrennen. Dabei können sonst bei Knallgas übliche Explosionsrückschläge verhindert werden. Es ist möglich, den Druck, die Austrittsmenge, die Zündung, die Explosion und/oder weitere Parameter derart einzustellen, daß keine Explosionsrückschläge stattfinden.
