Реактор для аккумулирования водорода

 

Изобретение относится к металлогидридной технологии, может быть использовано для аккумулирования водорода. Цель изобретения - повышение эффективности за счет увеличения скорости поглощениявыделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления. Реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса с патрубками ввода и вывода газа, снабжен каркасом для размещения порошкообразного гидридообразующего материала, который выполнен в виде расположенных по высоте рулонов, скрученных из одной или двух полос гофрированной металлической сетки, 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)й F 17 С 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И. ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4716845/26 (22) 10.07.89 (46) 23.10.91. Бюл. ЬЬ 39 (71) Московский химико-технологический институт им.Д.И. Менделеева (72) G..М.Андреев, А,Н.Перевезенцев, А.Н.Борисенко, Л,А.Ривкис и В,В.Крайнев (53) 621.59 (088.8) (56) Патент Великобритании

М 1581639, кл. F 17 С 11/00, 1980, (54) РЕАКТОР ДЛЯ АККУМУЛИРОВАНИЯ

ВОДОРОДА

Изобретение относится к области металлогидридной технологии и может быть использовано для аккумулирования водорода, Цель изобретения — повышения эффективности за счет увеличения скорости поглощения-выделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления.

На фиг. 1 изображен реактор; на фиг. 2 — то же, с рулонами из двух полос, поперечный разрез; на фиг. 3 — то же, продольный разрез.

Реактор состоит из цилиндрического корпуса 1, днища 2, крышки 3, каркаса 4 с . расположенным в нем гидридообразующим материалом, патрубков ввода 5 и вывода б газа и фильтров 7 и 8. Каркас 4 выполнен из рулонов 9, содержащих полосы 10 металлической сетки с гофрами 11.

„, ЫÄÄ 1686249 А1

2 (57) Изобретение относится к металлогидридной технологии, может быть использовано для аккумулирования водорода, Цель изобретения — повышение зффективности за счет увеличения скорости поглощениявыделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления, Реактор выполнен в виде цилиндрического корпуса с патрубками ввода и вывода газа, снабжен каркасом для размещения порошкообразного гидридообразующего материала, который выполнен в виде расположенных по высоте рулонов, скрученных из одной или двух полос гофрированной металлической . сетки. 2 з.п, ф-лы, 3 ил., 3 табл.

На фиг. 2 и 3 hr — высота гофра, О— диаметр рулона, и — угол наклона гофра к оси рулона, при этом а составляет 30-600, D/hr — 6-12, hr + 5 мм.

Реактор работает следующим образом, 0

B стадии сорбции водород:пропускает- ОО ся через патрубок 5 ввода га ; фильтр 7 в © днище 2 и поглощается материалом, нахо- Я дящимся в каркасе 4, который помещен в ф корпус 1, При десорбции газ проходит через 0 фильтр 8 в крышке 3 и выходи через патру-. бок б вывода газа, Пример. В реактор цилиндрической а формы с внутренним диаметром 18 мм вставляют каркас, выполненный из рулонов, . скрученных из двух полос гофрированной сетки из нержавеющей стали, Высота одно-. го рулона 40 мм, Характеристики каркаса представлены в табл. 1. При скручивании рулона две одинаково гофрированные полосы повернуты друг относительно друга та1686249 ким образом, чтобы направление линий гофров на полосах были различны. 8 свободное пространство каркаса засыпают мелкодисперсный порошок ZrCrFe, предварительно активированнь;й в циклах сорбции-десорбции водорода, После активации размер частиц составил менее 140 мкм.

Реактор подсоединен к установке для определения скорости сорбции и количества поглощенного водорода объемным методом.

Скорость сорбции определили при начальном давлении 0,3 МПа. При этом с помощью TepMQGTBYB на внешней поверхности реактора поддерживали температуру 295 К, В табл, 2 приведены результаты испытания реакторов с каркасами, имеющими различные характеристики.

Из табл. 2 следуе, что каркас из рулонов, скрученных из двух полос, одна из которых негофрирована, характеризуется невысокой скоростью газа, соответствуюmeA началу псевдоожижения мелкодисперсных частиц материала и большим гмдравлическим сопротивлением.

Каркасы из рулонов, скрученных из одной или двух полос гофрированной сетки, обладают меньшим гидравлическим сопротивлением и более высокой скоростью газа, соответствующей началу псевдоожижения частиц материала, по сравнению с каркасом из рулонов, имеющих полосу из негофрированной сетки, при примерно одинаковом содержании порошкообразного материала в свободном объеме карка=à. Содержание материала в свободном объеме каркаса характеризует количество водорода, которое может быть аккумулировано вединице,объема.

В каркасе из рулонов, скрученных из двух полос гофрированной сетки, полосы расположены таким образом, чтобы линии

Ф вдоль гофров на них имели разное направление и не были параллельны.

Рулоны из одной полосы помещаются в реактор таким образом, чтобы линии вдоль гофров двух соседних рулонов не были параллельны. Такое устройство рулонов и их расположение в каркасе позволяет достичь равномерного распределения порошкообразного материала в реакторе при прохождении через него газа.

Угол наклона линий вдоль гофра к оси рулона ограничен следук щими факторами.

При величине угла более 50 расположение гофров не способствует распределению частиц ма ериала по высоте каркаса при загрузке ИМС в реактор, Поэтому материал скапливается в верхней части каркаса и общее количество материала, которое может

40 находиться в свободном объеме каркаса, уменьшается, При угле наклона менее 30 наблюдается резкое уменьшение скорости газа, соответствующей псевдоожижению слоя материала и возможен унос частиц при низких скоростях газа, Поэтому угол наклона линий вдоль гофра к оси рулона в интервале значений от 30 и 60 является оптимальным (табл. 3), Из данных табл. 2 видно, что существует оптимальный интервал значений отношения диаметра рулона к высоте гофра. При величине отношения меньше 6 растет гидравлическое сопротивление движению газа в реакторе. При величине отношения больше 12 уменьшается количество материала, которое может находиться в свободном объеме каркаса, Таким образом, с точки зрения количества материала в единице объема каркаса, максимальной скорости газа в реакторе и . гидравлического сопротивления каркасы из рулонов с отношением диаметра рулона к высоте гофра от 6 до 12 являются оптимальными.

Экспериментально обнаружено, что при высоте гофра больше 5 мм возможно образование плотного слоя материала в объеме каркаса, что приводит к снижению максимально возможной скорости газа в реакторе и увеличению его гидравлического сопротивления. Таким образом, отношение диаметра рулона к высоте гофра от 6 до 12 является оптимальным для реакторов с диаметром до 60 мм. При использовании реакторов с диаметром более 60 мм высота гофра не должна превышать 5 мм.

Увеличение скорости поглощения водорода с использованием реактора с каркасом из рулонов связано с улучшением условий теплопереноса и уменьшением сопротивления движению газа.

Для многих известных материалов скорость поглощения водорода ограничена скоростью отвода выделяющегося тепла, 45 Коэффициент теплопроводности в слое порошкообразного материала равен-1 Вт/м«К.

Наличие каркаса приводит к дополнительному отводу тепла и увеличивает коэффициент теплопроводности всей системы каркас — материал до величины, большей коэффициента теплопроводности гранулированного сорбента (равен 3,5 Вт/м К), При многократном повторении циклов поглощения-выделения водорода в реакторе с каркасом из рулонов из сетки не наблюдается деформации стенок реактора. Это связано с тем, что наличие каркаса, в свободном пространстве которого находится порошкообразный материал, препятствует образованию плотного слоя, в котором раз1686249

Таблица1 воваются значительные механические напряжения при поглощении водорода.

Из-табл.2 следует, что признак, касающийся определения размера гофра— высота не более 5 мм, является необходи- 5 мым для достижения положительного эффекта. Увеличение высоты гофра с 5 до 7 мм (две нижние строки табл. 2) приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления (в два раза) независимо от 10 типоразмера устройства, а следовательно, и уменьшению скорости поглощения-выделения водорода. Это связано с уплотнением порошка материала в объеме каркаса. Таким образом, ограничение высоты гофра не 15 более 5 мм важно при любых типоразмерах устройства.

Изменение высоты гофра в меньшую сторону возможно, при этом гидравлическое сопротивление реактора будет менять- 20 ся слабо (табл. 2, 6 графа, строчки 3-8), однако в этом случае будет уменьшаться количество материала в единице объема реактора (табл. 2, 4 графа) и, следовательно, количество поглощаемого водорода. С дру- 25 гой стороны при соотношении диаметра реактора к высоте гофра(6 изготовить каркас технически сложно. Поэтому при уменьше-. нии размеров устройства уменьшать высоту гофра необходимо, На основании этого де- 30 лаем вывод, что при высотах гофра меньше

5 мм для получения максимальной эффективности необходимо придерживаться отношения диаметра рулона к высоте гофра

6-12, 35

В табл. 2 в 3 строке показано, что при отношении диаметра рулона к высоте гофра

26 количество материала в единице объема меньше в два раза, чем при отношении 6 в строке 7, а при отношении 3,8 возрастает 40 гидравлическое сопротивление. Кроме того, при значениях отношения диаметра рулона к высоте гофра меньше 6 возникают трудности и при изготовлении рулонов, поэтому и количество данных в этом предельном слу- 45 чае ограничено. Изменение соотношения в сторону увеличения приводит к снижению количества материала в единице объема при сохранении гидравлического сопротивления. При соотношении диаметра рулона к высоте гофра равному 14 количество материала в единице объема уменьшается до

1000 кг!м при том же гидравлическом сопротивлении, Так как скорость процесса, характеризующаяся количеством водорода, поглощенного единицей массы сорбента за единицу времени, не постоянна из-за тепловых эффектов в реакторах данного типа, т,е. уменьшается в ходе процесса, то в литературе принято проводить сравнение различных типов реакторов llo зависимости степени заполнения сорбента от времени при одинаковых P и Т. Так степень насыщения F = 0,5 для предлагаемого реактора достигается за 12 с, для прототипа — за 28 с, а для плотного слоя — более чем за 160 с.

Формула изобретения

1, Реактор для аккумулирования водорода, содержащий цилиндрический корпус с патрубками ввода и вывода газа, в котором расположен каркас для размещения порошкообразного гидридообразующего материала в виде свернутых полос, отл ич а ю щи йс я тем, что, с целью повышения эффективности за счет увеличения скорости поглощения-выделения водорода при сохранении гидравлического сопротивления, колосы выполнены из гофрированной металлической сетки и образуют расположенные по высоте корпуса рулоны, при этом угол наклона линии гофра к оси рулона составляет 30-60, отношение диаметра рулона к высоте гофра 6-12 при высоте гофра не более 5 мм.

2. Реактор поп. 1, отл ича ю щийся тем, что соседние рулоны имеют непараллельные между собой линии гофров.

3. Реактор по и. 1, отличающийся тем, что рулоны образованы двумя свернутыми полосами. ысота офра, мм

7 f

2,с) ги Копичестео материа ла а единице объем каркаса1О кг!мз

1,7

1,6

1,6- 1,8

1,0 - 1,3

1,4

2,6

2,7

2,9

2,,;2

0,7

1,!э

1,7

2.5

2.,7

5,О

7,0

* При скорости газа 1 и/с

Отнош диамет лона к в гоФ

7,2

26

12, 1О

7,2

6,О

3,8

2, корость газа тствующая н еадоожижен

Таблица2

ТаблицаЗ

1686249

Составитель Г.Ольшанская

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор М.Максимишинец

Редактор Е.Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3589 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж;35. Раушская наб., 4/5