DE376097C

DE376097C - Verfahren zur Herstellung starker Salzsaeureloesung aus Chlor und Wasserstoff im Explosionsmotor unter Krafterzeugung

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Publication number: DE376097C
Application number: DEB92008D
Authority: DE
Original assignee: EDUARD R BESEMFELDER DR
Current assignee: EDUARD R BESEMFELDER DR
Priority date: 1919-12-14
Filing date: 1919-12-14
Publication date: 1923-05-25

Description

Verfahren zur Herstellung starker Salzsäurelösung aus Chlor und Wasserstoff im Explosionsmotor unter Krafterzeugung. Seit dem Aussterben der Leblanc-Sodafabrikation infolge der Herstellung von Soda nach dem Solvay-Verfahren ist die für Industrie, Handwerk und Technik wichtige Salzsäure äußerst knapp geworden, während bei der elektrolytischen Herstellung von Ätznatron aus Kochsalz Wasserstoff und Chlor schon in solchen Mengen anfallen, daß ihre Unterbringung derartigen elektrolytischen Betrieben zur Last werden und besonders das Chlor, das nicht mehr mit Vorteil auf Chlorkalk zu verarbeiten ist, nur nach Kompression in Stahlflaschen zur Lagerung und zum Versand gebracht werden kann, was nicht gerade als angenehmstes und billigstes Verfahren anzusehen ist und die Unterbringung dieses Nebenproduktes erleichtert. Für 'den Wasserstoff hatte man in der Fetthärtung und besonders in der Luftschiffahrt leichteren Absatz. Da letztere mit Friedensschluß ziemlich aufhören muß und auch die größeren Fettfabriken dazu übergehen, ihren Wasserstoff selbst herzustellen, bietet vor= liegendes Verfahren vorteilhafte Verwendung auch überschüssigen Wasserstoffes aus der Chlorkalkfabrikation.
Ätznatronfabriken großen Stils ist daher zur Vermeidung von Schwierigkeiten in der Unterbringung der voluminösen Nebenprodukte Wasserstoff und Chlor, die Herstellung von starker reiner Salzsäurelösung, die leichter untergebracht und versandt werden und in, größerem Maßstab als Chlor Verwendung- finden kann, zu empfehlen, und zwar in derWeise, daß man diese Gase im Verhältnis ihrer elektrolytischen Bildung alsChlorknallgas in den Explosionszylinder einer Gasmaschine, nachdem man der gewünschten Stärke der Salzsäurelösung entsprechende Mengen von Wasserknallgas in dem Reaktionsgemisch gebildet halt, einführt, um sie dort durch geeignete Zündung, Funkenzündung z. B., zur Explosion zu bringen und so nach der bekannten Wärmegleichung (gr) (Cl) -f- (H) _ (HCl) -E- 22,oo kg/cal. heißes Salzsäuregas und gleich den zugehörigen Wasserdampf nach der Wärmegleichung (gr) 2 (H) -f- (0) = (H20) -!- 5o,6 kg/cal.
(bei hoherTemperatur) für die gewünschteStärke der Salzsäurelösung in einer Operation unter starker Krafterzeugung zu bilden. Die durch diese Vereinigung gewonnene Kraft kann wiederum als Primärkraft zur Erzeugung von elektrischem Strom zur Zerlegung weiterer Mengen Chlornatriums, Chlormagnesiums, Chlorcalciums usw. dienen, um so die Salzsäure und die Oxydhydratherstellung zu verbilligen.
Eine dergestalt gewonnene Salzsäurelösung bietet die Sicherheit absoluter Arsen- und Schwefelfreiheit und ist daher weitgehender Verwendung zugänglich.
Ein Vorschlag zur Bildung von Salzsäuregas durch Verbindung von H und Cl unter Krafterzeugung durch Explosion ist bekannt. Bei Ausführung dieses Verfahrens ist aber der Erfinder nicht weit genug gegangen; er löst die dem Explosionszylinder entströmenden Salzsäuregase, denn nur solches bildet er nach seinem Verfahren, in der üblichen umständlichen Kondensationsvorrichtung für Salzsäure, wie sie die Leblanc-Sodafabrikation ausgebildet hat, und er hat dabei mit der hohen Wärmemenge zu kämpfen, die das Gas nicht nur fühlbar mit sich bringt - es strömt etwa 50o ° C warm aus-dem Explosionszylinder -, sondern auch mit der Lösungswärme von Salzsäuregas in Wasser, welche Wärmemengen er durch Kühlung vernichten muß, wenn er einigermaßen starke Salzsäure in der Kondensation schließlich herstellen will.
Hier setzt die vorliegende Erfindung ein, welche darauf hinausgeht, möglichst gleich aus dem Explosionszylinder ein Salzsäuregas-Dampfgemisch zu entlassen, das bei geeigneter Kühlung im Abwärmeverwerter nicht nur die Salzsäurelösung in der gewünschten Stärke ablaufen läßt, sondern auch die Kraft der @Vasserdampfbildung durch Explosion der Wasserknallgases zu der des Salzsäureknallgases hinzugewinnen macht und durch den Abwärmeverwerter weiteren Dampf erzeugt, der über die Dampfmaschine weitere Kraft gewinnen läßt. Dieser Dampf wird gewonnen aus der Wärmemenge, welche das Abgas der Explosion fühlbar mit etwa 500' aus dem Zylinder trägt. Sie beträgt allein schon etwa 5o Prozent des mit dem Verbrennungsgemisch in den Zylinder gebrachten Heiz-,vertes erfahrungsgemäß. Dann aus der Wärmemenge, die beim Verdichten des Wasserdampfes im Abgas zu Wasser frei wird. Dazu kommt dann noch die Wärmemenge, die sich bei der Lösungdes Salzsäuregases in kaltem Wasser bildet und die nach Landolt-Börmstein für die Grammolekel Salzsäure 39,31 - 22 = I7,31 k°/cal. beträgt.
Dieser gewaltige technische Fortschritt gegenüber der älteren Erfindung wird, wie schon eingangs angedeutet, dadurch erzielt, daß man dem stöchiometrischen Gemisch von Wasserstoff und Chlor zur Salzsäuregasbildung vor der Einführung in den Explosionszylinder gleich auch noch soviel Wasserstoff und Luft mit Sauerstoff oder Luft allein zusetzt, daß sich durch die gemeinsame Explosion des Salzsäure- und Wasserknallgases mit Salzsäuregas gleich so viel Wasserdampf bildet, daß bei vollständiger Verdichtung des Wasserdampfes sofort eine Salzsäurelösung von der gewünschten Dichte aus der Abwärmeverwertungsvorrichtung abläuft und der Kraftgewinn gegenüber der Arbeitsweise des bekannten Verfahrens vervielfacht wird. Unter Umständen kann ein Teil der Luft durch Sauerstoff ersetzt werden.
Nachfolgende Vergleichsrechnung zwischen dem bekannten und dem vorliegenden Verfahren wird diesen Fortschritt klarlegen.
Fiir das ältere Verfahren gilt nur folgende N`'ärmegleicliung (gr) (H) -j- (Cl) - (H Cl) -}- 22 kg/cal.
Als Rechnungsbasis diene das aus der Elektrolyse von einer Tonne Kochsalz bildbare Salzsäureknallgas. Nach der Gleichung der Elektrolyse: 2 NaC1+2 H,O=2NaOH+Cl.+H. entstehen aus 117g 70,68+2g Salzsäureknallgas. Auf die Tonne Kochsalz fallen dann an

I17: 70,68 = I ooo : 60q.,10 1,9 Cl=

II7 : 2 = 1000 : 17,09 - H2

62i,ig kg Salzsäuregas.

Nach obiger Wärmegleichung kommen demnach auf 604,1 kg Cl-35.34: 604,1 = 22 000: 376 ooo W. E.

Bei einer mittleren '\`'ärmeausnutzung im Gasmotor von 27,5 Prozent liefert also die Arbeit nach dem bekannten Verfahren bestenfalls (376 ooo x 0,275) : 859 = 120,4 kWSt. Nach der vorliegenden Erfindung soll nun aus dem Salzsäurehnallgas aus einer - Tonne Kochsalz handelsübliche Salzsäure von 21' B6 = 1,171 Vol. Gew. hergestellt werden. Solche Salzsäure enthält in Zoo kg

3365 kg HCl-Gas und

66,35 - Wasser

ioo,oo kg HCl zi° B6.

Auf das Salzsäuregas aus i t NaCl kommt also 3365 : 66,35 = 62i,i9 : 1224,6 kg Wasser bzw. es müssen im Motor neben dem Salzsäureknallgas noch verbrannt werden

18 : 2 = 1224,6: 136,1 kg H.

i o88,5 - O

1224,6 kg H2 + O (\#Yasser-

knallgas).

In der Praxis wird man der Bequemlichkeit und Billigkeit halber Luft statt Sauerstoff verwenden, die nur 23,1 Gewichtsteile O enthält. Das nötige Sauerstoffquantum ist dann enthalten in 23,1 : Zoo = i088,5 : 4712 = rd. 4800 kg Luft. Das zu verbrennende Gasgemisch auf i t Na Cl setzt sizh dann zusammen aus

604,10 kg C12 = i90,9 cbm Cl@

1709 -f-1361 = 15319 - Hz = I 7o86 - H2

4 800,00 - Luft = 3 715,0 - Luft

zusammen 5 55729 kg Gemisch = 5 614,5 cbm Gemisch;

d. h. also, zur Erzeugung von 621,1g kg HCl-Gas -f-1224,6 kg Wasserdampf = 1845,79 kg Salzsäure von 21' B6 müssen 5 557 kg bzw. 5 614,5 cbm Gasgemisch in der Gasmaschine zur Explosion gebracht werden.

Bei der Bildung von 621,1g kg Salzsäuregas

im Explosionsmotor kommen, wie oben fest-

gestellt wurde, nur.... . ....... 376 ioo W. E.

zur Entbindung. Hier kommen

aber dazu bei der Bildung von

1224,6 kg Wasserdampf

18 : 5o 60o =1224,6 : 3 443 000 -

so daß hier der @Växmeanfall be-

trägt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 819 =ooW.E.

auf i t elektrolytisch zerlegtes Kochsalz bei Erzeugung von 1845,79 kg Salzsäure von 21 ° B6.

Bei einer Wärnmeausutzung im Explosionsmotor wie oben von 27,5 Prozent sind das aber (3 819 100 x 0,275) :859 = 1222,6 kWSt.
auf die Tonne zerlegtes Kochsalz, also allein schon mehr als der zehnfache Kraftertrag des bekannten Verfahrens.
Man pflegt im Explosionsmotor meist ein Gasgemisch von 60o W. E. auf etwa j e Kubikmeter zu verarbeiten. Das vorliegende Gemisch hat 3 8I9 =oo : 5 55729 = 68%,2 W. E. /cbm, entspricht also dem Üblichen.
Nun kommen aber noch dazu nach dem vorliegenden Verfahren die nach dem bekannten Verfahren unter Kosten zu vernichtenden Wärmemengen.

Mit den Abgasen der Gasmaschine gehen erfahrungsgemäß etwa 50 Prozent der eingeführten Wärmemenge als fühlbare Wärme der Abgase weg. Im vorliegenden Verfahren sind das:

i. Abgaswärme . . . . . . . . . . . . 1g09 55o W. E.

Dazu kommt

2. die gesamte Dampfwärme

von 1224,6 kg Wasserdampf,

die auch mit etwa 50o ° den

Explosionszylinder verlassen,

also neben der hier nicht weiter

berücksichtigten Überhitzungs-

wärme rund gerechnet

1224,6 x 60o = 73476o -

und:

3. die Lösungswärme des

Salzsäuregases in dem aus dem

Dampf verdichteten Wasser.

Diese beträgt, wie oben ange-

geben: 36,34 : =73=o = 621,1g : 295950 -

so daß insgesamt im Abwärme-

verwerter . . . . . . . . . . . . . . . . . 2,94o 26o W. E.

zur Wirkung kommen können. Es entstehen dann bei einem Nutzeffekt des Abwärmeverwerters von nur 8o Prozent, der mit Dampf aus dem Abwärmeverwerter betriebenen Dampfmaschine von 15 Prozent weitere (2 940 26o x 0,8o x 0,15) :859 = 4=o,7 kWSt. Im ganzen wurden also neben der reinen starken Salzsäurelösung von ganz bestimmt einzustellender Dichte auf die einfachste Weise noch gewonnen je Tonne Kochsalz

1222,6 kWSt. über den Gasmotor,

410,7 - über den Abwärmedampfmotor

1633,3 kWSt.

ohne Aufwand von Kohle zur Erzeugung eines so großen Kraftquantums bei der Annahme, daß der Wasserstoff für das Wasserknallgas aus der Chlorkalkfabrikation übrigbleibt, die so nur auf einen Teil des Gasanfalles aus der Elektrolyse ausgedehnt zu werden braucht.

Es ist offenbar, daß man dem stöchiometrischen Chlorknallgas auch nur einen Teil des für die Herstellung von Salzsäurelösung erforder-Hcllen Wasserquantums benötigten Wasserstoff-Luftgemisches als Wasserknallgas zusetzen und den Dampfrest durch Dampfeinblasung in den Explosionszylinder zu dessen Spülung oder nur in die Abgasleitung einführen kann, wenn man keine Verwendung für soviel Kraft- oder Dampfüberschuß hat, ohne aus dem Rahmen dieser Arbeitsweise herauszufallen.
Der Abwäxmeverwerter kann z. B. eine der bekannten Konstruktionen der Maschinenfabrik Augsburg-Nüxnberg sein, deren Röhren nach Art der Bonekessel mit Quarzformlingen ausgefüllt werden, nachdem sie selbst mittels Quarzüberzug vor der Salzsäure geschützt sind, zur besseren Wäxmeabgabe unter ständiger Richtungsänderung und Mischung des Gasstromes.
Man kann- diese Abwärmeverwerter, statt sie mit Wasser unter Dampfentwicklung zu kühlen, auch mit verflüssigten Gasen als Kühlmittel, z. B. mit Ammoniaklösung, verflüssigter schwefliger Säure usw., betreiben und die unter hohem Druck wieder verdampften Gase in, einer Dampfturbine unter direkter Kraftentwicklung ohne den Umweg der Dampferzeugung ausnützen und sie schließlich durch Wärmeentzug - also Eis- oder Kältegewinnung - zu erneutem Spiel wieder verdichten.
Auf diese Weise wird der elektrolytischen Salzspaltung der Weg geöffnet zu ungeahnter Entwicklung, denn es ist hier auch der Weg gezeigt, daß solche elektrolytische Zerlegungen, die nur Wasserstoff als Gas entwickeln, sich durch Explosion des Wasserknallgases im Motor ohne Kohle reichliche Mengen von Kraft und Dampf nacherzeugen können.

Claims

PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung starker Salzsäurelösung aus Chlor und Wasserstoff im Explosionsmotor unter Krafterzeugung, dadurch gekennzeichnet, daß man den im stöchiometrischen Verhältnis zur Salzsäurebildung gemischten Gasen, Wasserstoff und Chlor, vor der Einführung in den Explosionszylinder noch so viel Wasserstoff und Luft zufügt, daß nach der Explosion ein solches Salzsäuregas-Dampfgemisch aus dem Explosionszylinder ausgestoßen wird, das nach Verdichtung in geeignet eingerichtetem Abwärmeverwerter gleich eine Salzsäurelösung von voraus bestimmter Dichte gewinnen läßt, während zur Krafterzeugung weiterhin, gleichzeitig mit der Bildungswärme des Salzsäuregases die Bildungswärme von Wasserdampf, die Lösungswärme der Salzsäure und die gesamte Wärme des durch die Explosion gebildeten Wasserdampfes zur Ausnutzung unter Dampfbildung gebracht wird.
2. Ausführungsform des Verfahrens nach Anspruch i, mit der Maßgabe, daß man dem stöchiometrischen Gemisch von Chlor und Wasserstoff nur einen Teil des zur Herstellung einer Salzsäurelösung bestimmter Dichte nötigen Wasserstoffquantums und Luft zusetzt und den Rest durch eingeblasenen Dampf ergänzt.
3. Ausführung des Verfahrens- nach Anspruch i, mit der Maßgabe, daß als Abwärmeverwerter ein Oberflächenkondensator verwendet wird, der an Stelle von Wasser mittels verflüssigter Gase gekühlt wird.