CH184294A - Verfahren zur Gewinnung von schwerem Wasser. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Gewinnung von     seliwerem    Wasser.    Es wurde entdeckt, dass das gewöhnliche  Wasser     minime    Spuren     sehweren    Wassers  enthält und dass in     Elektrolysierzellen,    die  während einiger Zeit für die Wasserzerset  zung benutzt wurden, der     Anteil    an schwerem       Wasser    beträchtlich zugenommen hatte. Die  ser Anteil erhöht sich mit     fortschreitender     Elektrolyse, jedoch nehmen auch die mit .den  Gasen abziehenden Dämpfe des schweren  Wassers und die Menge des entsprechenden  schweren Wasserstoffes, der durch Elektro  lyse von schwerem Wasser gebildet wird,  entsprechend der Konzentration des schweren  Wassers in der Zelle zu.

   Dementsprechend  erreicht     .der    Anteil an schwerem Wasser in  der     Elektrolysierzelle    einen maximalen Wert,  wenn die Menge des aus der Zelle als Dampf,       bezw.    Gas abgehenden schweren Wassers und  schweren Wasserstoffes gleich wird der  Menge des im zugeführten Speisewasser ent  haltenen schweren Wassers.  



  Mit frischem Speisewasser und unter nor  malen Arbeitsbedingungen kann die An  reicherung des schweren Wassers im Elek-         trolyten    nicht über die fünffache Konzen  tration .der im Ausgangswasser vorhandenen  Menge gebracht werden.  



  Es wurde bereits vorgeschlagen, die Elek  trolyse in der Weise durchzuführen, dass man  von einem sehr schwachen Anfangselektro  lyten ausgeht und die     Zersetzung    ohne wei  teren Wasserzusatz so lange fortsetzt, bis  der     Elektrolyt    sehr konzentriert ist.  



  Ein derartiges Verfahren ist jedoch nicht  wirtschaftlich, da während der grössten  Dauer der Zersetzung mit einer übermässig  hohen Spannung gearbeitet werden muss.  



  Weil nun der grösste Teil des Verlustes  an     schwerem    Wasser in einer normal arbei  tenden Zersetzungszelle den mit dem gas  förmigen Wasserstoff und Sauerstoff abzie  henden Wasserdämpfen zuzuschreiben     ist,     und nur ein geringer Teil der     Zersetzung    des  schweren Wassers in Sauerstoff und schweren  Wasserstoff, wird gemäss dem Verfahren der  Erfindung bei der Gewinnung -von schwerem  Wasser durch     stufenweise    Elektrolyse von  gewöhnlichem Wasser in der Weise vorge-           gangen,    dass die Speisung der     Elektrolysier-          zellen    in der     Weise    erfolgt,

   dass man die in  den einzelnen     Stufen    aus den     Elektrolysier-          zellen    mit den Gasen abziehenden Dämpfe  kondensiert und die Kondensate zur Speisung  der Zellen in der nachfolgenden Stufe ver  wendet.  



  Die Kondensation der Dämpfe erfolgt       zweckmässigerweisedurch    Kühlen der Gase  vor dem Waschen. Die Menge des     Konden-          sates    im Verhältnis zur Menge des zersetzten       Wassers        kann    durch     Regulierung    .der     Ar-          beitstemperatur    in den Zersetzungszellen, so  wie gegebenenfalls auch der Temperatur in  der     Kondensationsanlage    beeinflusst werden,  zum     Beispiel    in der Weise, dass die von einer  Stufe gelieferte     Kondensatmenge    zur Spei  sung der nachfolgenden Stufe ausreicht.

   Es  wurde     festgestellt,    dass bei einem Anstieg  der Temperatur in der Zersetzungszelle auch  die Menge des     Kondensates    erheblich erhöht       wird.    Auf diese Weise kann auch der Elek  trolyt in den einzelnen Stufen auf einer ge  wissen konstanten Konzentration gehalten  werden, wodurch die Anreicherung des schwe  ren Wassers ohne Störung der normalen Ar  beitsweise der     Elektrolysierzellen    oder     Zell-          batterien    in den einzelnen Stufen vor sich  geht.  



  Das Kondensat aus der ersten Stufe der  Elektrolyse wird also zur Speisung der Zelle  oder     Zellbatterie    der zweiten Stufe, dasjenige  aus der zweiten Stufe zur Speisung einer       dritten        Zersetzungsstufe    verwendet, und diese  stufenweise Anreicherung so lange fortge  setzt, als zur Gewinnung des konzentrierten  schweren Wassers erforderlich ist:  Experimente und Berechnungen zeigen  zum Beispiel, dass es möglich ist, die Kon  zentration des schweren Wassers in jeder  Stufe um den     fünffachen    Wert zu steigern.  Wenn also das Ausgangswasser einen Teil  in 5000 Teilen enthielt, enthält das erste  Kondensat 1 Teil in<B>1000</B> Teilen, das zweite  1 Teil in 200 Teilen, das nächste 1 Teil in  9 0 Teilen und das letzte 1 Teil in 8 Teilen.

    In der     Praxis    können aber     derartige    Zahlen  nicht erreicht werden, weil     entsprechend    der    zunehmenden Konzentration an schwerem  Wasser auch dessen elektrolytische Zer  setzung zunimmt, wodurch im abgehenden  Gas eine grössere Menge schweren Wasser  stoffes vorhanden ist. Es ist daher vorzu  ziehen, in einer Stufe nur eine geringere       Konzentration    anzustreben, und dafür in  mehr     Stufen        izu    arbeiten.  



  Es wurde das vorliegende Verfahren als  ein     stufenweises    bezeichnet; es ist jedoch  selbstverständlich, dass es nicht notwendig ist,  die Zellen oder     Zellbatterien    der einzelnen  Stufen     intermittierend    zu     betreiben,    da man  bei kontinuierlicher Arbeitsweise mit kon  stanter Zufuhr des     Elektrolytes    in geeigneten  Apparaturen die gleichen Effekte erhalten  kann.  



  Zur Durchführung des erfindungsge  mässen Verfahrens kann man sich einer Zer  setzungszelle irgendwelcher Art bedienen,  jedoch ist diejenige vorzuziehen, welche den  Namen     des    Erfinders trägt, und in den bri  tischen Patentschriften Nr. 15103 (1912) und  Nr. 22759 (19l1) beschrieben ist.

   Eine der  artige Zelle soll folgenden Bedingungen ent  sprechen:  Sie soll Mittel aufweisen, die es ermög  lichen, die Temperatur zu regulieren, ferner  eine genügend grosse Kapazität besitzen,     um     ein Abscheiden     versprühter        Elektrolytaröpf-          chen    zu gestatten,     weiterhin    mit Konden  satoren zum Kühlen der Gase und Ansam  melndes     Kondensates    vor dem Auswaschen  der Gase versehen     sein.    Ausserdem soll sie  noch eine Waschvorrichtung aufweisen, die  es erlaubt die Gase mit dem Speisewasser zu  waschen.

       Vorzugsweise    besitzt jede einzelne  Zelle einen Kondensator, doch kann auch eine  Gruppe von Zellen an einen einzigen Kon  densator angeschlossen werden. Umgekehrt  ist es vorteilhafter, die Waschvorrichtung mit  einer Gruppe von Zellen zusammen zu schal  ten, obschon es natürlich auch angängig ist,  jede Einzelzelle mit einer eigenen Waschvor  richtung zu versehen.  



       ,Die    Kondensate aus jeder Konzentrations  stufe können je in ein Sammelgefäss geleitet       werden,    wo sie bis zur Verwendung bei der      nächsten Konzentrationsstufe aufbewahrt  werden. Zur Durchführung des     Auswaschens     und der Speisung der     Zellen    arbeitet man  vorteilhaft mit den in den     schweiz.    Patenten  Nr. 107389, 124760 und 144292 und dem  britischen Patent Nr.     33598'7    beschriebenen  Vorrichtungen.  



  Es wurde festgestellt, dass schwerer Was  serstoff sich mit Wasser zu schwerem Wasser  und einer äquivalenten Menge leichtem Was  serstoff umsetzt. Um nun einen Teil oder  die gesamte Menge des mit dem leichten  Wasserstoff abziehenden schweren Wasser  stoffes zurückzugewinnen, können die beider  Elektrolyse entstehenden durch Kühlung oder  auf andere     Weise    von den Dämpfen befreiten  Wasserstoffgase anschliessend in innigen  Kontakt mit dem zur Speisung verwendeten  Kondensat gebracht werden, wozu irgend  eine     geeignete        Vorrichtung        verwendet    wer  den kann.

       Vorteilhaft    eignen     sich    hierzu mit       Koks    gefüllte Türme oder mechanische Gas  wäscher.  



  Die in den letzten Konzentrationsstufen  abgehenden Gase, die reich an schwerem  Wasserstoff sind, können verflüssigt werden,  worauf man den schweren Wasserstoff vom  leichten Wasserstoff durch fraktionierte De  stillation in üblicher Weise trennt. Der so  erhaltene hochwertige schwere Wasserstoff  kann, wie oben angegeben, mit dem Speise  wasser zur Bildung schweren Wassers zusam  mengebracht werden, oder er kann in Luft  verbrannt und die Verbrennungsprodukte  kondensiert werden, wobei man fast reines  schweres Wasser erhält.  



  Anderseits kann man das gewonnene kon  zentrierte schwere Wasser elektrolytisch zer  setzen, wobei man schweren Wasserstoff und  Sauerstoff erhält.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Gewinnung von schwerem Wasser durch stufenweise Elektrolyse von gewöhnlichem Wasser, dadurch gekennzeich net, dass die Speisung der Elektrolysierzellen in der Weise erfolgt, dass man die in den einzelnen Stufen aus den Elektrolysierzellen mit den Gasen abziehenden Dämpfe konden siert und die Kondensate zur Speisung der Zellen in der nachfolgenden Stufe verwendet. UNTERANSPRüCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Elek- trolysierzellen in jeder Stufe so gewählt wird, ,dass sie die zur Speisung der näch sten Stufe erforderliche Kondensatmenge zu liefern vermögen. 2. Verfahren nach Patentanspruch, .dadurch gekennzeichnet, dass die Menge der in den einzelnen Stufen abziehenden Dämpfe durch Regulierung der Temperatur in ,den Zellen 'reguliert wird. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch, .dadurch gekennzeichnet, dass die aus den Zellen einer Stufe abziehenden Gase zur Kon densation und Entfernung der in ihnen enthaltenen Dämpfe gekühlt werden, worauf man sie noch mit dem zur Spei sung der Zellen in dieser Stufe dienenden Kondensat auswäscht. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man zur Speisung der Zellen ein Kondensat verwendet, des sen Gehalt an schwerem Wasser dadurch erhöht wird, dass man dasselbe mit dem aus den Zellen abziehenden Wasserstoff gas innig zusammenbringt.