EP3296629A1 - Method and incinerator for conversion of hydrogen and atmospheric oxygen for water or hho gas to water - Google Patents
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- EP3296629A1 EP3296629A1 EP16189245.0A EP16189245A EP3296629A1 EP 3296629 A1 EP3296629 A1 EP 3296629A1 EP 16189245 A EP16189245 A EP 16189245A EP 3296629 A1 EP3296629 A1 EP 3296629A1
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- F23C2900/9901—Combustion process using hydrogen, hydrogen peroxide water or brown gas as fuel
Definitions
- the invention relates to a method for the conversion of hydrogen and atmospheric oxygen to water or HHO gas to water in a combustion furnace, wherein the combustion chamber is surrounded by a cooling jacket in which a heat transfer fluid is circulated. Furthermore, the invention relates to a combustion furnace for converting hydrogen and oxygen to water or HHO gas to water with a combustion chamber with at least one gas supply line with outlet nozzle, through which the gas to be combusted is supplied, and a cooling jacket enclosing the combustion chamber with a circulating heat transfer fluid therein ,
- HHO gas means a mixture of hydrogen and oxygen in the atomic ratio twice H to once O, as it arises as a reaction product in the electrolysis of water.
- Hydrogen (H 2 ) was and is mainly used in the chemical and petroleum industry for the reduction of chemical compounds, for the hydrogenation of unsaturated hydrocarbons, for the production of high-quality gasoline and others.
- H 2 incinerators from the company Xerion Advanced Heating GmbH, which contain graphite elements in the reactor chamber, which serve to heat the combustion reaction electronically. These furnaces are used for the production of special steels and ceramics as well as for research purposes, whereby the service lives of the graphite electrodes are very limited by burnup reactions.
- thermolysis of the water (H 2 O) is achieved by injecting water (H 2 O) under pressure onto a hollow body that has been heated to about 2000 - 3000 ° C by previous chemical reactions.
- the object of the invention is to implement hydrogen (H 2 ) and atmospheric oxygen (O 2 ) or HHO gas without using a fluidized bed process at atmospheric pressure with efficiencies of heat recovery> 95% to water (H 2 O).
- the object is according to the device in a combustion furnace with a combustion chamber with at least one gas supply line with Outlet nozzle, through which the gas to be burned is supplied, achieved in that metal oxide-containing earths are arranged as a catalyst in the combustion chamber. Since, as already explained above, the max. Reaction temperature of up to 2600 ° C only in the range of the catalyst (metal oxide containing earths) occurs, this combustion reaction can be carried out in a combustion furnace, for example made of stainless steel, suitable for hydrogen embrittlement, for example, the material no. 1.4438 317 L or other suitable steels be performed.
- the enclosing cooling jacket usually provided in such combustion chambers is kept at a temperature substantially below the melting temperature of the steel material, for example 1400 ° C., by the heat transfer medium circulating therein.
- ceramic components which have a higher temperature resistance can also be contained in the incinerator.
- the gas to be burned, at least hydrogen and oxygen in the mixture are injected and ignited via a gas supply line with outlet nozzle in the combustion chamber of the incinerator.
- the metal-oxide-containing earths are preferably pulverulent and / or coarse-grained (coarsely crystalline).
- the effective surface area of the catalyst which comes into contact with the combustion gases is correspondingly large.
- the influence of the catalyst on the combustion reaction can be controlled.
- the combustion temperature in a range of preferably 1800 ° C to max. Be controlled 2600 ° C.
- the control of the position of the outlet nozzle (combustion nozzle in the combustion chamber) by an outwardly reaching mechanism, with the efficiency of the reaction heat and the heat transfer to the cooling jacket can be optimized.
- the metal oxide-containing earths are mixed with water in a mass ratio of up to 33% of the metal oxide-containing earth mass, in order to further improve the catalytic effect of the metal oxide-containing earths.
- the metal-oxide-containing earths are arranged on a solid, combustion-temperature-resistant baseplate in the center of the incinerator, the metal-oxide-containing earths acting as catalyst can be provided in the center of the incinerator, without directly influencing the furnace's outer walls and thus possibly resulting thermal overloading could.
- water is injected during combustion in the incinerator.
- distilled, deionized water or seawater is used.
- a portion of the resulting reaction water is returned to the incinerator during combustion. It has been found that with a throughput of combustion gas of 1000 to 5000 l / h, a water injection of up to 1.5 l / h is particularly preferred.
- combustion chamber at a gas flow rate of 1000 to 5000 l / h, a volume of 4 to 25 I, preferably 6 to 12 I and more preferably 8 I, is provided for the preferred gas flow from a volume ideal combustion chamber.
- the combustion chamber may be cubic or spherical.
- a particularly preferred combustion chamber has internal dimensions of 200 ⁇ 200 ⁇ 200 mm 3 , ie 8 I in cubic form.
- the heat energy yield is controlled to significantly exceed the energy of the hydrogen evolution reaction of HHO gas, thus the combustion process proceeds to increase the likelihood of nuclear fusions within the combustion reaction.
- the deuterium content is kept substantially stable for a consistently high energy yield.
- the combustion temperature can be influenced by the water used for injection.
- the metal-oxide-containing earths in particular when using Al 2 O 3 , give gemstones with a Mohs hardness of 8 to 10, gemstones which can be utilized, for example, for industrial purposes can be produced as a by-product of the combustion reaction.
- alumina Al 2 O 3 as a catalyst for the best possible implementation of the combustion gases hydrogen and oxygen to water at the combustion temperatures of 1800 ° C to max. 2600 ° C preferred.
- the catalyst is placed in the combustion chamber of the incinerator on the massive base plate, wherein the catalyst hardly consumed in the continuous operation of the incinerator. With appropriate maintenance intervals of several weeks or months then the catalyst can be supplemented or replaced and the resulting gems are removed.
- the resulting thermal energy can be generated according to the state of the art in different levels and used directly as such specifically for heating and cooling processes or converted by conventional method via turbine and generator into electricity.
- the efficiency of combined heat and power would be about 90% without consideration of electrolysis losses that occur in the decomposition of water to hydrogen and oxygen.
- a combustion furnace 1 is shown schematically.
- the cubic wall 10 of the incinerator 1 includes a cooling jacket 2 containing a plurality of channels for passage of a heat transfer fluid.
- the heat transfer fluid is circulated in a circulation system by a pump, not shown here, wherein outside of the incinerator 1, a corresponding heat sink for delivering the thermal energy and further use for heating purposes or to generate electricity is provided.
- a pump not shown here, wherein outside of the incinerator 1, a corresponding heat sink for delivering the thermal energy and further use for heating purposes or to generate electricity is provided.
- a gas supply line 3 is arranged with an outlet nozzle 31 within the combustion chamber 11.
- further gas supply lines for example an air supply line 32 with a corresponding auxiliary nozzle 33, are arranged in the combustion space 11.
- gas supply line 3 hydrogen and oxygen in mixed form is supplied from the outside and injected under pressure through the outlet nozzle 31 into the combustion chamber 11.
- injected air via the air supply line 32 and auxiliary nozzle 33 in the combustion chamber.
- gaseous CO 2 and / or gaseous nitrogen are fed into the combustion chamber 11.
- the combustion temperature resisting base plate 5 is provided in the center.
- the base plate 5 is made of ceramic, for example.
- metal-oxide-containing earths 4 are applied as catalyst.
- an exhaust gas outlet 6 is provided at a suitable location in the combustion chamber 11, through which the "exhaust gases", essentially consisting of water vapor, can escape.
- the temperature in the near-flame region rises to about 1000 to 1300 ° C.
- air supply line 32 are throttled by auxiliary nozzle / valve 33 and exhaust outlet 6 with associated control valve 6 to about 50%, so that the temperature in the combustion chamber to about 1500 ° C increases.
- the exhaust gas outlet 6 outgoing water vapor is directed to acting as a catalyst 4 alumina Al 2 O 3 by being returned via a corresponding supply line and auxiliary nozzle in the combustion chamber.
- the temperature of the incinerator 1 is now controlled by circulation of the heat transfer fluid in the cooling jacket 2 so that overheating of the wall 10 of the incinerator 1 is avoided.
- the temperature in the center of the combustion chamber 11 is now at 1800 ° C to max. Increased to 2600 ° C. At this temperature, the continuous operation takes place. It should be noted that the temperature of 1800 ° C to max. 2600 ° C occurs only in the central region of the combustion chamber 11, namely directly in the region of acting as a catalyst metal oxide earth 4, here aluminum oxide Al 2 O 3 , said catalyst on a temperature-resistant base plate 5, for example made of ceramic, is kept.
- gem-like crystal structures having a Mohs hardness of about 9.5 have formed on the alumina powder acting as a catalyst. These gems can be used for industrial applications, for example.
- the heat recovery efficiency was measured relative to the energy used for the water electrolysis to produce the HHO gas. The efficiency was 98%.
- the temperature of the exhaust gases directly at the exhaust outlet 6 was about 500 ° C. It is therefore to be assumed that the other wall 10 of the combustion chamber 11 temperatures of little more than 1000 ° C reach. In this case, no measured values could be achieved in the tests carried out so far.
- the exhaust gases contained no nitrogen oxides and no hydrocarbon compounds.
- the CO and CO 2 values were 0.00 ppm each. The process is therefore characterized by very low pollutant emissions compared to conventional fossil fuel-based energy production processes.
- the chemical combustion of hydrogen and oxygen in the combustion furnace is controlled so that the heat energy yield exceeds the energy of the water-forming reaction from the gas to be combusted.
- the desired combustion reaction at temperatures of 1800 ° C to max. 2600 ° C in particular taking into account a possible nuclear fusion over 2000 ° C is to be maintained.
- the flame geometry is narrowly limited to the center of the combustion chamber 11 in which the alumina serving as a catalyst 4 rests on the ceramic base plate 5, for example.
- the combustion flame is directed directly to this catalyst and thus at most to the base plate 5.
- the walls 10 of the combustion chamber 11 are not touched directly by the flame.
- the wall 10 of the combustion chamber 11 at temperatures ⁇ 1250 ° C in continuous operation.
- suitable steels are known in the art.
- stainless steel can be used with the material no. 1.4438 317 L, which has a melting point of over 1400 ° C and is also resistant to hydrogen embrittlement.
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung von Wasserstoff und Luftsauerstoff zu Wasser oder HHO-Gas zu Wasser in einem Verbrennungsofen (1), wobei der Verbrennungsraum (10) von einem Kühlmantel (2), in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert wird, wobei Wasserstoff und Luftsauerstoff oder HHO-Gas in den Verbrennungsofen (1) eingedüst und gezündet wird und in Gegenwart von metalloxidhaltigen Erden (4) bei Temperaturen bis 2600 °C zu entstehendem Reaktionswasser umgesetzt werden, wobei der Verbrennungsofen (1) mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gekühlt wird. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsofen (1) zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser oder HHO-Gas zu Wasser mit einem Verbrennungsraum (11) mit wenigstens einer Gaszufuhrleitung (3) mit Austrittsdüse (31), durch die das zu verbrennende Gas zugeführt wird, und einem den Verbrennungsraum (11) umschließenden Kühlmantel (2) mit einer darin zirkulierenden Wärmeträgerflüssigkeit, wobei im Verbrennungsraum (11) metalloxidhaltige Erden als Katalysator (4) angeordnet sind.The invention relates to a method for the conversion of hydrogen and atmospheric oxygen to water or HHO gas to water in a combustion furnace (1), wherein the combustion chamber (10) of a cooling jacket (2), in which a heat transfer fluid is circulated, wherein hydrogen and atmospheric oxygen or HHO gas is injected into the combustion furnace (1) and ignited and are reacted in the presence of metal oxide earth (4) at temperatures up to 2600 ° C to formed reaction water, the combustion furnace (1) is cooled with a heat transfer fluid. Furthermore, the invention relates to a combustion furnace (1) for the conversion of hydrogen and oxygen to water or HHO gas to water with a combustion chamber (11) with at least one gas supply line (3) with outlet nozzle (31) through which the gas to be burned is supplied , and a cooling jacket (2) surrounding the combustion chamber (11) with a heat transfer fluid circulating therein, wherein metal oxide-containing earths are arranged as catalyst (4) in the combustion chamber (11).
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umsetzung von Wasserstoff und Luftsauerstoff zu Wasser oder HHO-Gas zu Wasser in einem Verbrennungsofen, wobei der Verbrennungsraum von einem Kühlmantel, in dem eine Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert wird, umgeben ist. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsofen zur Umsetzung von Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser oder HHO-Gas zu Wasser mit einem Verbrennungsraum mit wenigstens einer Gaszufuhrleitung mit Austrittsdüse, durch die das zu verbrennende Gas zugeführt wird, und einem den Verbrennungsraum umschließenden Kühlmantel mit einer darin zirkulierenden Wärmeträgerflüssigkeit. Dabei bedeutet HHO-Gas eine Mischung von Wasserstoff und Sauerstoff genau in dem atomaren Verhältnis zweimal H zu einmal O, wie es als Reaktionsprodukt bei der Elektrolyse von Wasser entsteht.The invention relates to a method for the conversion of hydrogen and atmospheric oxygen to water or HHO gas to water in a combustion furnace, wherein the combustion chamber is surrounded by a cooling jacket in which a heat transfer fluid is circulated. Furthermore, the invention relates to a combustion furnace for converting hydrogen and oxygen to water or HHO gas to water with a combustion chamber with at least one gas supply line with outlet nozzle, through which the gas to be combusted is supplied, and a cooling jacket enclosing the combustion chamber with a circulating heat transfer fluid therein , Here, HHO gas means a mixture of hydrogen and oxygen in the atomic ratio twice H to once O, as it arises as a reaction product in the electrolysis of water.
Die Erzeugung und Verwendung von Wasserstoff (H2) hat eine lange Tradition. Wasserstoff (H2) wurde und wird vor allem in der chemischen und Erdöl-Industrie zur Reduktion von chemischen Verbindungen, zur Hydrierung von ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Gewinnung von hochwertigem Benzin u.a. verwendet.The production and use of hydrogen (H 2 ) has a long tradition. Hydrogen (H 2 ) was and is mainly used in the chemical and petroleum industry for the reduction of chemical compounds, for the hydrogenation of unsaturated hydrocarbons, for the production of high-quality gasoline and others.
In neuerer Zeit gewinnt die Herstellung von Wasserstoff (H2) und dessen Verwendung zusätzlich an Bedeutung im Zusammenhang mit der Nutzung elektrischer Energie aus Windstrom- und Solarstromanlagen. Wasserstoff (H2) kann damit ökologisch aus Wasser (H2O) mittels elektrischer Energie durch Elektrolyse erzeugt werden. Der so gewonnene Wasserstoff (H2) kann
- einerseits als chemischer Energiespeicher, dessen Energie im Bedarfsfall durch Umsetzung mit Luftsauerstoff (O2) zu Wasser (H2O) mit angeschlossener Stromgewinnung abgerufen und benutzt werden oder
- andererseits in Gasleitungen den Verbrauchern zugeführt werden.
- on the one hand, as a chemical energy storage whose energy can be retrieved and used in case of need by reaction with atmospheric oxygen (O 2 ) to water (H 2 O) with connected power generation or
- On the other hand, they are supplied to consumers in gas lines.
Dabei ist die Verbrennung des Wasserstoffs (H2) mit Luftsauerstoff (O2) sowie die Umsetzung von HHO-Gas aus der Wasser-Elektrolyse insofern mit Problemen behaftet, dass die Reaktionswärme der Wasser-Bildungs-Reaktion aus Wasserstoff (H2) sowie aus HHO-Gas sehr hoch ist, was zu Materialschäden in den Verbrennungsöfen bzw. bei Absenkung der Verbrennungstemperaturen zur Unterbrechung der Verbrennungsreaktion und zur Absenkung des energetischen Wirkungsgrades führen kann.Here, the combustion of hydrogen (H 2 ) with atmospheric oxygen (O 2 ) and the implementation of HHO gas from the water electrolysis in so far as having problems that the heat of reaction of the water-forming reaction of hydrogen (H 2 ) and from HHO gas is very high, which can lead to material damage in the incinerators or when lowering the combustion temperatures to interrupt the combustion reaction and to lower the energy efficiency.
Während bei der Verbrennung von fossilen Brennstoffen Reaktionstemperaturen, die materialtechnisch sowohl das Ofenmaterial selbst als auch die in der Regel im Inneren der Öfen liegenden Wärmetauscher-Rohrbündel aus Stahl belasten, von ca. 900 bis 1300 °C erreicht und beherrscht werden, ergibt sich bei der Verbrennung von Wasserstoff (H2) mit Sauerstoff (O2) als auch bei der Verbrennung von HHO-Gas ein anderes Bild.While in the combustion of fossil fuels reaction temperatures, the material technically load both the furnace material itself and the usually located inside the furnaces heat exchanger tube bundles made of steel, can be reached and controlled from about 900 to 1300 ° C, resulting in the Combustion of hydrogen (H 2 ) with oxygen (O 2 ) as well as in the combustion of HHO gas a different picture.
Bekannt sind auch die H2-Verbrennungsöfen der Fa. Xerion Advanced Heating GmbH, die im Reaktorraum Graphitelemente enthalten, die dazu dienen, die Verbrennungsreaktion elektronisch anheizen zu können. Diese Öfen dienen der Herstellung von speziellen Stählen und Keramiken sowie zu Forschungszwecken, wobei die Standzeiten der Graphit-Elektroden durch Abbrandreaktionen sehr begrenzt sind.Also known are the H 2 incinerators from the company Xerion Advanced Heating GmbH, which contain graphite elements in the reactor chamber, which serve to heat the combustion reaction electronically. These furnaces are used for the production of special steels and ceramics as well as for research purposes, whereby the service lives of the graphite electrodes are very limited by burnup reactions.
In
Bekannt ist auch die Eigenschaft von Wasserstoff (H2), bei höheren Temperaturen und Drücken durch Stahl zu diffundieren, was die Handhabung von Wasserstoff (H2) unter solchen Bedingungen erschwert bzw. verhindert.Also known is the property of hydrogen (H 2 ) to diffuse at higher temperatures and pressures through steel, which hampers or prevents the handling of hydrogen (H 2 ) under such conditions.
In
Aufgabe der Erfindung ist es, Wasserstoff (H2) und Luftsauerstoff (O2) bzw. HHO-Gas ohne Anwendung eines Wirbelschicht-Verfahrens bei atmosphärischem Druck mit Wirkungsgraden der Wärmegewinnung > 95% zu Wasser (H2O) umzusetzen.The object of the invention is to implement hydrogen (H 2 ) and atmospheric oxygen (O 2 ) or HHO gas without using a fluidized bed process at atmospheric pressure with efficiencies of heat recovery> 95% to water (H 2 O).
Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Verfahren zur Umsetzung von Wasserstoff und Luftsauerstoff bzw. HHO-Gas zu Wasser gemäß Anspruch 1 und einem Verbrennungsofen dafür gemäß Anspruch 10.This object is achieved with a method for the conversion of hydrogen and atmospheric oxygen or HHO gas to water according to
Wenn Wasserstoff und Luftsauerstoff oder HHO-Gas in den Verbrennungsofen eingedüst und gezündet wird und in Gegenwart von metalloxidhaltigen Erden bei Temperaturen bis 2600 °C zu entstehendem Reaktionswasser umgesetzt werden, wobei der Verbrennungsofen mit einer Wärmeträgerflüssigkeit gekühlt wird, kann eine effiziente und dauerhafte Verbrennung der Mischung aus Wasserstoff und Sauerstoff (oder HHO-Gas entstanden aus Elektrolyse von Wasser) mit einer hohen Wärmeenergieausbeute erreicht werden. Die Temperaturen bis 2600 °C treten unmittelbar im Reaktionsbereich an den metalloxidhaltigen Erden auf.When hydrogen and atmospheric oxygen or HHO gas is injected into the incinerator and ignited and reacted in the presence of metal oxide earths at temperatures up to 2600 ° C to emerging reaction water, wherein the combustion furnace is cooled with a heat transfer fluid, can be an efficient and durable combustion of the mixture from hydrogen and oxygen (or HHO gas resulting from electrolysis of water) can be achieved with a high heat energy yield. The temperatures up to 2600 ° C occur directly in the reaction region on the metal oxide earths.
Entsprechend wird die Aufgabe vorrichtungsgemäß in einem Verbrennungsofen mit einem Verbrennungsraum mit wenigstens einer Gaszufuhrleitung mit Austrittsdüse, durch die das zu verbrennende Gas zugeführt wird, dadurch gelöst, dass im Verbrennungsraum metalloxidhaltige Erden als Katalysator angeordnet sind. Da, wie bereits vorangehend erläutert, die max. Reaktionstemperatur von bis zu 2600 °C nur im Bereich des Katalysators (metalloxidhaltige Erden) auftritt, kann diese Verbrennungsreaktion in einem Verbrennungsofen durchgeführt werden, der beispielsweise aus Edelstahl, geeignet gegen Wasserstoff-Versprödung, beispielsweise der Werkstoff Nr. 1.4438 317 L oder anderen geeigneten Stählen durchgeführt werden. Der bei solchen Verbrennungsräumen üblicherweise vorgesehene umschließende Kühlmantel wird dabei durch das darin zirkulierende Wärmeträgermedium auf einer Temperatur deutlich unterhalb der Schmelztemperatur des Stahlwerkstoffs von beispielsweise 1400 °C gehalten. Daneben können in dem Verbrennungsofen auch keramische Bestandteile enthalten sein, die eine höhere Temperaturbeständigkeit aufweisen. Das zu verbrennende Gas, zumindest Wasserstoff und Sauerstoff im Gemisch, werden über eine Gaszufuhrleitung mit Austrittsdüse in den Verbrennungsraum des Verbrennungsofens eingedüst und entzündet.Accordingly, the object is according to the device in a combustion furnace with a combustion chamber with at least one gas supply line with Outlet nozzle, through which the gas to be burned is supplied, achieved in that metal oxide-containing earths are arranged as a catalyst in the combustion chamber. Since, as already explained above, the max. Reaction temperature of up to 2600 ° C only in the range of the catalyst (metal oxide containing earths) occurs, this combustion reaction can be carried out in a combustion furnace, for example made of stainless steel, suitable for hydrogen embrittlement, for example, the material no. 1.4438 317 L or other suitable steels be performed. The enclosing cooling jacket usually provided in such combustion chambers is kept at a temperature substantially below the melting temperature of the steel material, for example 1400 ° C., by the heat transfer medium circulating therein. In addition, ceramic components which have a higher temperature resistance can also be contained in the incinerator. The gas to be burned, at least hydrogen and oxygen in the mixture are injected and ignited via a gas supply line with outlet nozzle in the combustion chamber of the incinerator.
Um eine ausreichende Reaktionsmasse einerseits und andererseits eine nicht zu große, nicht mehr beherrschbare Reaktion hervorzurufen, werden bei der Verbrennung 1000 bis 5000 l/h Wasserstoff und Luftsauerstoff oder HHO-Gas zugeführt.In order to produce a sufficient reaction mass on the one hand and on the other hand a not too large, no longer controllable reaction, 1000 to 5000 l / h of hydrogen and atmospheric oxygen or HHO gas are supplied during combustion.
Wenn die Verbrennungsflamme direkt auf die metalloxidhaltigen Erden gerichtet wird, wird der intensive Kontakt der Verbrennungsgase mit dem als Katalysator wirkenden metalloxidhaltigen Erden erreicht. Dabei sind die metalloxidhaltigen Erden bevorzugt pulverförmig und/oder grobkörnig strukturiert (grob kristallin). Entsprechend groß ist die wirksame Oberfläche des Katalysators, der mit den Verbrennungsgasen in Kontakt tritt.When the combustion flame is directed directly onto the metal oxide-containing earths, the intensive contact of the combustion gases with the metal oxide-containing earth acting as a catalyst is achieved. In this case, the metal-oxide-containing earths are preferably pulverulent and / or coarse-grained (coarsely crystalline). The effective surface area of the catalyst which comes into contact with the combustion gases is correspondingly large.
Wenn der Abstand des Eindüsungspunktes der Gaszufuhr zu den metalloxidhaltigen Erden zur Steuerung des Verbrennungsprozesses verändert wird, kann der Einfluss des Katalysators auf die Verbrennungsreaktion gesteuert werden. Unter anderem kann mit dieser Verstellbarkeit der Austrittsdüse zur Gaszufuhr relativ zu den im Verbrennungsraum abgelegten metalloxidhaltigen Erden die Verbrennungstemperatur in einem Bereich von vorzugsweise 1800 °C bis max. 2600 °C gesteuert werden. Dabei erfolgt die Steuerung der Position der Austrittsdüse (Verbrennungsdüse im Verbrennungsraum) durch eine nach außen reichende Mechanik, mit der der Wirkungsgrad der Reaktionswärme und der Wärmeübertragung an den Kühlmantel optimiert werden kann.When the distance of the injection point of the gas supply to the metal oxide-containing earths for controlling the combustion process changes is, the influence of the catalyst on the combustion reaction can be controlled. Among other things, with this adjustability of the outlet nozzle for gas supply relative to the metal oxide-containing earths stored in the combustion chamber, the combustion temperature in a range of preferably 1800 ° C to max. Be controlled 2600 ° C. In this case, the control of the position of the outlet nozzle (combustion nozzle in the combustion chamber) by an outwardly reaching mechanism, with the efficiency of the reaction heat and the heat transfer to the cooling jacket can be optimized.
Ferner sind die metalloxidhaltigen Erden mit Wasser in einem Massenverhältnis bis zu 33 % der metalloxidhaltigen Erden-Masse gemischt, um die katalytische Wirkung der metalloxidhaltigen Erden weiter zu verbessern.Furthermore, the metal oxide-containing earths are mixed with water in a mass ratio of up to 33% of the metal oxide-containing earth mass, in order to further improve the catalytic effect of the metal oxide-containing earths.
Wenn die metalloxidhaltigen Erden auf einer massiven, die Verbrennungstemperatur widerstehenden Grundplatte im Zentrum des Verbrennungsofens angeordnet sind, können die als Katalysator wirkenden metalloxidhaltigen Erden im Zentrum des Verbrennungsofens bereitgestellt werden, ohne dass eine unmittelbare Beeinflussung der Brennofenaußenwände und damit eine dort evtl. entstehende thermische Überlastung entstehen könnte.If the metal-oxide-containing earths are arranged on a solid, combustion-temperature-resistant baseplate in the center of the incinerator, the metal-oxide-containing earths acting as catalyst can be provided in the center of the incinerator, without directly influencing the furnace's outer walls and thus possibly resulting thermal overloading could.
Als weiteres Mittel zur Steuerung der Verbrennungstemperatur auf 1800 °C bis max. 2600 °C zur Erzielung einer optimalen Wärmegewinnung im Kühlmantel des Verbrennungsofens wird Wasser während der Verbrennung in den Verbrennungsofen eingespritzt. Bevorzugt wird destilliertes, entionisiertes Wasser oder auch Meerwasser verwendet. Alternativ wird ein Teil des entstandenen Reaktionswassers während der Verbrennung in den Verbrennungsofen zurückgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass bei einem Durchsatz von Verbrennungsgas von 1000 bis 5000 l/h eine Wassereinspritzung bis zu 1,5 l/h besonders bevorzugt ist.As another means of controlling the combustion temperature to 1800 ° C to max. 2600 ° C for optimal heat recovery in the cooling jacket of the incinerator, water is injected during combustion in the incinerator. Preferably, distilled, deionized water or seawater is used. Alternatively, a portion of the resulting reaction water is returned to the incinerator during combustion. It has been found that with a throughput of combustion gas of 1000 to 5000 l / h, a water injection of up to 1.5 l / h is particularly preferred.
Weiter kann zur Steuerung der Verbrennung und damit auch der Verbrennungstemperatur Wasserstoff und Luftsauerstoff oder das HHO-Gas mit gasförmigem Stickstoff oder gasförmigen Kohlendioxid oder Luft vermischt werden. Diese zusätzlichen gasförmigen Stoffe werden bevorzugt über eine gesonderte Hilfsdüse unmittelbar neben der Austrittsdüse für die zu verbrennenden Gase Wasserstoff und Sauerstoff bzw. HHO-Gas im Verbrennungsraum angeordnet.Further, to control the combustion and thus also the combustion temperature of hydrogen and atmospheric oxygen or the HHO gas with gaseous nitrogen or gaseous carbon dioxide or air. These additional gaseous substances are preferably arranged via a separate auxiliary nozzle immediately adjacent to the outlet nozzle for the gases to be combusted hydrogen and oxygen or HHO gas in the combustion chamber.
Dass der Verbrennungsraum bei einem Gasdurchsatz von 1000 bis 5000 l/h ein Volumen von 4 bis 25 I, bevorzugt 6 bis 12 I und besonders bevorzugt 8 I aufweist, wird für den bevorzugten Gasdurchsatz ein vom Volumen her idealer Verbrennungsraum bereitgestellt. Beispielsweise kann der Verbrennungsraum kubisch oder kugelförmig ausgebildet sein. Ein besonders bevorzugter Verbrennungsraum weist Innenmaße von 200 x 200 x 200 mm3, also 8 I in kubischer Ausprägung auf.That the combustion chamber at a gas flow rate of 1000 to 5000 l / h, a volume of 4 to 25 I, preferably 6 to 12 I and more preferably 8 I, is provided for the preferred gas flow from a volume ideal combustion chamber. For example, the combustion chamber may be cubic or spherical. A particularly preferred combustion chamber has internal dimensions of 200 × 200 × 200 mm 3 , ie 8 I in cubic form.
Dadurch, dass das Verfahren so gesteuert wird, dass der im Reaktionswasser natürlich vorkommende Deuterium-Gehalt im Verlaufe des Verfahrens bei Reaktionstemperaturen über 2000 °C abnimmt, wird vermutlich erreicht, dass bei der Verbrennung neben der chemischen Reaktion eine partielle Kernreaktion abläuft, da möglicherweise eine Kernfusion von Deuterium unter erheblicher Energieabgabe innerhalb der Verbrennungsreaktion auftritt.The fact that the process is controlled so that the deuterium content naturally occurring in the water of reaction decreases in the course of the process at reaction temperatures above 2000 ° C, it is probably achieved that during the combustion in addition to the chemical reaction, a partial nuclear reaction proceeds as possibly Nuclear fusion of deuterium occurs with significant energy release within the combustion reaction.
Entsprechend wird der Wärmeenergieertrag so gesteuert, dass er die Energie der Wasserbildungsreaktion aus HHO-Gas deutlich übersteigt, da somit das Verbrennungsverfahren so abläuft, dass die Wahrscheinlichkeit von Kernfusionen innerhalb der Verbrennungsreaktion zunimmt.Accordingly, the heat energy yield is controlled to significantly exceed the energy of the hydrogen evolution reaction of HHO gas, thus the combustion process proceeds to increase the likelihood of nuclear fusions within the combustion reaction.
Um ein zu starkes Absinken des Deuterium-Gehalts zu vermeiden, ist es bevorzugt frisches Wasser statt Reaktionswasser in den Verbrennungsprozess einzuspritzen. Damit wird erreicht, dass der Deuterium-Gehalt für eine gleichbleibend hohe Energieausbeute im Wesentlichen stabil gehalten wird. Beim Einspritzen von Meerwasser kann der Deuterium-Gehalt sogar leicht gesteigert werden. Somit kann über das zur Einspritzung verwendete Wasser auch die Verbrennungstemperatur beeinflusst werden.In order to avoid too great a decrease in the deuterium content, it is preferable to inject fresh water instead of water of reaction into the combustion process. This ensures that the deuterium content is kept substantially stable for a consistently high energy yield. When injecting seawater, the deuterium content can even be increased slightly become. Thus, the combustion temperature can be influenced by the water used for injection.
Wenn bei der Verbrennungsreaktion die metalloxidhaltigen Erden, insbesondere bei Verwendung von Al2O3, Edelsteine mit einer mohsschen Härte von 8 bis 10 entstehen, können als Nebenprodukt der Verbrennungsreaktion Edelsteine hergestellt werden, die beispielsweise für industrielle Zwecke verwertet werden können. Insgesamt ist die Verwendung von Aluminiumoxid Al2O3 als Katalysator für eine möglichst optimale Umsetzung der Verbrennungsgase Wasserstoff und Sauerstoff zu Wasser bei den Verbrennungstemperaturen von 1800 °C bis max. 2600 °C bevorzugt. Der Katalysator wird dabei in den Verbrennungsraum des Verbrennungsofens auf der massiven Grundplatte aufgelegt, wobei sich der Katalysator im kontinuierlichen Betrieb des Verbrennungsofens kaum verbraucht. Bei entsprechenden Wartungsinterwallen von mehreren Wochen oder Monaten kann dann der Katalysator ergänzt oder ausgetauscht sowie die entstandenen Edelsteine entnommen werden.If, in the combustion reaction, the metal-oxide-containing earths, in particular when using Al 2 O 3 , give gemstones with a Mohs hardness of 8 to 10, gemstones which can be utilized, for example, for industrial purposes can be produced as a by-product of the combustion reaction. Overall, the use of alumina Al 2 O 3 as a catalyst for the best possible implementation of the combustion gases hydrogen and oxygen to water at the combustion temperatures of 1800 ° C to max. 2600 ° C preferred. The catalyst is placed in the combustion chamber of the incinerator on the massive base plate, wherein the catalyst hardly consumed in the continuous operation of the incinerator. With appropriate maintenance intervals of several weeks or months then the catalyst can be supplemented or replaced and the resulting gems are removed.
Mit dem Anmeldungsgegenstand ist es somit möglich, einen sehr hohen Wirkungsgrad der Wärmegewinnung im Wärmeträgerflüssigkeitskreislauf von > 95 % bezogen auf die Energie zur Erzeugung von Wasserstoff bei der Wasser-Elektrolyse zu erreichen. Dies scheint insbesondere durch die Kombination von Wärmeleitung und Wärmestrahlung möglich zu sein. Dabei wird der hohe Wirkungsgrad der Wärmegewinnung durch ein Verbrennungsverfahren ohne Wirbelschicht erreicht.With the subject of the application, it is thus possible to achieve a very high efficiency of heat recovery in the heat transfer fluid circuit of> 95% based on the energy for generating hydrogen in the water electrolysis. This seems to be possible in particular through the combination of heat conduction and thermal radiation. The high efficiency of heat recovery is achieved by a combustion process without fluidized bed.
Die anfallende thermische Energie kann entsprechend dem Stand der Technik in verschieden hohen Niveaus erzeugt werden und direkt als solche spezifisch für Heiz- und Kühlprozesse genutzt oder nach klassischem Verfahren über Turbine und Generator in Strom umgewandelt werden. Somit läge der Wirkungsgrad bei Kraftwärmekopplung bei ca. 90 % ohne Berücksichtigung von Elektrolyseverlusten, die bei der Zerlegung von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff auftreten.The resulting thermal energy can be generated according to the state of the art in different levels and used directly as such specifically for heating and cooling processes or converted by conventional method via turbine and generator into electricity. Thus, the efficiency of combined heat and power would be about 90% without consideration of electrolysis losses that occur in the decomposition of water to hydrogen and oxygen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben.Hereinafter, an embodiment of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
Darin zeigt:
- Fig. 1
- schematisch den Aufbau eines Verbrennungsofens und
- Fig. 2
- ein Verfahrensschema der Verbrennungsreaktion.
- Fig. 1
- schematically the structure of a combustion furnace and
- Fig. 2
- a process scheme of the combustion reaction.
In
Zum Zuführen der zu verbrennenden Gase, hier Wasserstoff und Sauerstoff, ist eine Gaszufuhrleitung 3mit einer Austrittsdüse 31 innerhalb des Verbrennungsraumes 11 angeordnet. Optional sind noch weitere Gaszufuhrleitungen, beispielsweise eine Luftzufuhrleitung 32 mit einer entsprechenden Hilfsdüse 33 im Verbrennungsraum 11 angeordnet.For supplying the gases to be combusted, here hydrogen and oxygen, a
Über die Gaszufuhrleitung 3 wird von außen Wasserstoff und Sauerstoff in vermischter Form zugeführt und unter Druck durch die Austrittsdüse 31 in den Verbrennungsraum 11 eingedüst. Optional wird, so wie schematisch in
Innerhalb des Verbrennungsraumes 11 ist im Zentrum eine massive, die Verbrennungstemperatur widerstehende Grundplatte 5 vorgesehen. Die Grundplatte 5 besteht beispielsweise aus Keramik. Auf der Oberseite der Grundplatte 5 sind als Katalysator metalloxidhaltige Erden 4 aufgelegt. Ferner ist an geeigneter Stelle im Verbrennungsraum 11 ein Abgasausgang 6 vorgesehen, durch den die "Abgase", im Wesentlichen bestehend aus Wasserdampf, entweichen können.Within the
In einem Versuchsaufbau wurde in einem derartigen Verbrennungsofen 1 ein Wasser-Aluminiumoxid-Gemisch bis zur Sättigung, sodass kein freies Wasser vorhanden ist, als Katalysator 4 auf die im Verbrennungsraum 11 im Zentrum angeordnete Grundplatte 5 gefüllt. Anschließend wurde HHO-Gas aus einer Wasser-Elektrolysevorrichtung bei geöffneter Gaszufuhrleitung 3 und geöffnetem Abgasausgang 6 im Verbrennungsraum 11 elektrisch gezündet. Die Zündanlage ist in
Durch die Wasserbildungsreaktion steigt die Temperatur im flammennahen Bereich auf ca. 1000 bis 1300 °C. Nun werden Luftzufuhrleitung 32 mittels Hilfsdüse/-ventil 33 und Abgasabgang 6 mit zugeordnetem Regelventil 6 auf ca. 50 % gedrosselt, sodass die Temperatur im Verbrennungsraum auf ca. 1500 °C steigt. Über den Abgasausgang 6 abgehender Wasserdampf wird auf das als Katalysator 4 wirkende Aluminiumoxid Al2O3 gerichtet, indem es über eine entsprechende Zufuhrleitung und Hilfsdüse in den Verbrennungsraum rückgeführt wird. Entsprechend wird nun durch Zirkulation der Wärmeträgerflüssigkeit im Kühlmantel 2 die Temperatur des Verbrennungsofens 1 so gesteuert, dass eine Überhitzung der Wandung 10 des Verbrennungsofens 1 vermieden wird.As a result of the water-forming reaction, the temperature in the near-flame region rises to about 1000 to 1300 ° C. Now
Durch Erhöhung der Luftzufuhr über Luftzufuhrleitung 32 und Hilfsdüse/-ventil 33 wird die Temperatur im Zentrum des Verbrennungsraums 11 nunmehr auf 1800 °C bis max. 2600 °C erhöht. Bei dieser Temperatur erfolgt der Dauerbetrieb. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Temperatur von 1800 °C bis max. 2600 °C nur im zentralen Bereich des Verbrennungsraumes 11 auftritt, nämlich unmittelbar im Bereich der als Katalysator wirkenden metalloxidhaltigen Erden 4, hier Aluminiumoxid Al2O3, wobei dieser Katalysator auf einer temperaturbeständigen Grundplatte 5, beispielsweise aus Keramik, bereitgehalten wird.By increasing the air supply via
Nach einem längeren Dauerbetrieb, beispielsweise von 4 Wochen, haben sich am als Katalysator wirkenden Aluminiumoxid-Pulver edelsteinartige Kristallstrukturen mit einer mohsschen Härte von ca. 9,5 gebildet. Diese Edelsteine können beispielsweise für industrielle Anwendungen verwendet werden.After a prolonged continuous operation, for example, of 4 weeks, gem-like crystal structures having a Mohs hardness of about 9.5 have formed on the alumina powder acting as a catalyst. These gems can be used for industrial applications, for example.
Während des Dauerbetriebes wurde der Wärme-Gewinnungs-Wirkungsgrad bezogen auf die für die Wasser-Elektrolyse eingesetzte Energie zur Erzeugung des HHO-Gases gemessen. Der Wirkungsgrad betrug 98 %. Die Temperatur der Abgase direkt am Abgasausgang 6 betrugen ca. 500 °C. Es ist daher davon auszugehen, dass auch die sonstige Wandung 10 des Verbrennungsraumes 11 Temperaturen von wenig mehr als 1000 °C erreichen. Hier konnten bei dem bisher durchgeführten Versuchen noch keine Messwerte erzielt werden.During continuous operation, the heat recovery efficiency was measured relative to the energy used for the water electrolysis to produce the HHO gas. The efficiency was 98%. The temperature of the exhaust gases directly at the
Darüber hinaus waren in den Abgasen keine Stickoxide und keine Kohlenwasserstoffverbindungen enthalten. Die CO- und CO2-Werte lagen bei jeweils 0,00 ppm. Das Verfahren zeichnet sich somit durch sehr geringe Schadstoffimmissionen gegenüber herkömmlichen Energiegewinnungs-Verfahren auf Basis fossiler Brennstoffe aus.In addition, the exhaust gases contained no nitrogen oxides and no hydrocarbon compounds. The CO and CO 2 values were 0.00 ppm each. The process is therefore characterized by very low pollutant emissions compared to conventional fossil fuel-based energy production processes.
Besonderes Augenmerk ist auf die Abnahme des Deuterium-Gehalts im Reaktionswasser der Versuchsanlage zu richten. Die natürliche Häufigkeit des Isotops Deuterium in Wasserstoff beträgt 0,015 %. Am Anfang einer Messserie konnte dieser Anteil verifiziert werden. Im Laufe des Betriebes, bei dem die Verbrennungstemperatur am Katalysator stets über 2000 °C und unterhalb von 2600 °C gehalten wurde, konnte eine Abnahme des Deuterium-Gehalts nachgewiesen werden. Bei diesem Versuch konnte festgestellt werden, dass der Wärmeenergieertrag die Energie der Wasserbildungsreaktion aus HHO-Gas deutlich übersteigt. Unter Zugrundelegung der herkömmlichen Berechnung des Wirkungsgrades nämlich der Wärmegewinnung im Kühlkreislauf bezogen auf die Energie zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff mittels Wasser-Elektrolyse konnte somit ein Wirkungsgrad von deutlich über 100 %, nämlich ca. 120 % ermittelt werden. Dieser eigentlich physikalisch nicht mögliche Wirkungsgrad lässt sich nur durch eine in der Verbrennungsreaktion stattfindende, spontane Kernfusion erklären. Als Indiz für das tatsächliche Auftreten von vereinzelten Kernfusionsreaktionen kann dabei der sinkende Deuterium-Gehalt im Reaktionswasser dienen.Particular attention should be paid to the decrease of the deuterium content in the reaction water of the pilot plant. The natural frequency of Isotope deuterium in hydrogen is 0.015%. At the beginning of a series of measurements, this percentage could be verified. In the course of the operation, in which the combustion temperature at the catalyst was always kept above 2000 ° C and below 2600 ° C, a decrease in the deuterium content could be detected. In this experiment, it was found that the heat energy yield significantly exceeds the energy of the hydrogenation reaction from HHO gas. On the basis of the conventional calculation of the efficiency, namely the heat recovery in the cooling circuit based on the energy for the production of hydrogen and oxygen by means of water electrolysis, an efficiency of well over 100%, namely about 120% could be determined. This actually physically not possible efficiency can only be explained by a spontaneous nuclear fusion taking place in the combustion reaction. As an indication of the actual occurrence of isolated nuclear fusion reactions can serve the sinking deuterium content in the reaction water.
Es ist daher bevorzugt, dass die chemische Verbrennung von Wasserstoff und Sauerstoff im Verbrennungsofen so gesteuert wird, dass der Wärmeenergieertrag die Energie der Wasserbildungsreaktion aus dem zu verbrennenden Gas übersteigt. Damit kann eine zusätzliche Energiequelle aus der vermuteten, partiell ablaufenden Kernfusion in einem apparativ relativ einfachen und ökonomisch durchführbaren Verfahren ausgenutzt werden.It is therefore preferable that the chemical combustion of hydrogen and oxygen in the combustion furnace is controlled so that the heat energy yield exceeds the energy of the water-forming reaction from the gas to be combusted. Thus, an additional source of energy from the suspected, partial nuclear fusion can be exploited in a relatively simple apparatus and economically feasible method.
Hinsichtlich der Langlebigkeit des Verbrennungsofens 1 sei darauf hingewiesen, dass die gewünschte Verbrennungsreaktion bei Temperaturen von 1800 °C bis max. 2600 °C, insbesondere unter Berücksichtigung einer möglichen Kernfusion über 2000 °C zu halten ist. Dabei ist die Flammengeometrie eng begrenzt auf das Zentrum des Verbrennungsraumes 11, in dem das als Katalysator 4 dienende Aluminiumoxid auf der beispielsweise keramischen Grundplatte 5 aufliegt. Die Verbrennungsflamme wird dabei direkt auf diesen Katalysator und somit allenfalls auf die Grundplatte 5 gerichtet. Die Wandungen 10 des Verbrennungsraumes 11 werden jedoch nicht direkt von der Flamme berührt.With regard to the longevity of the
Entsprechend ist es möglich, die Wandung 10 des Verbrennungsraumes 11 auf Temperaturen < 1250 °C auch im Dauerbetrieb halten zu können. Für solche Temperaturen sind geeignete Stähle im Stand der Technik bekannt. Beispielsweise kann Edelstahl mit dem Werkstoff Nr. 1.4438 317 L verwendet werden, das einen Schmelzpunkt von über 1400 °C hat und zudem resistent gegen Wasserstoff-Versprödung ist.Accordingly, it is possible to keep the
- 11
- Verbrennungsofenincinerator
- 1010
- Wandungwall
- 1111
- Verbrennungsraumcombustion chamber
- 22
- Kühlmantelcooling jacket
- 33
- GaszufuhrleitungGas supply line
- 3131
- Austrittsdüseexhaust nozzle
- 3232
- LuftzufuhrleitungAir supply line
- 3333
- Hilfsdüse/-ventilAuxiliary nozzle / valve
- 44
- metalloxidhaltige Erden; Katalysatormetal oxide containing earths; catalyst
- 55
- Grundplattebaseplate
- 66
- Abgasausgangexhaust outlet
- 6161
- Regelventilcontrol valve
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2017
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