Сплав для получения водорода
1ф(OOIO3 СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (5!)5
Г О СУДА Р СТ В Е НГ 1Ы Й КОМИТЕТ
Г10 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГК1-(Т ССС1 (21) 4866283/26 (22) 18.06.90 (46) 15.08.92, Бюп, N 30 (71) Институт металлургии Уральского отделения АН СССР (72) А,Л.Завьялов, M.Ë,Õàçèí, В,И,Жучков, Б.А.Троше1п-.кин, В.А. 10рма нов, Н.A. Ватопин и Г,Э,Сарджвеладзе (53) 66 t,96 (088,8) (56) Инструкция по безопасной эксплуата-. ции баплонных генераторов АВТ-45т и баллонов с водородом. 1У1.; Гидрометиздат, 1978, с. 10, Изобретение относится к водородной з ергетике, использующей знергоаккумули.рующие вещества дпя получения водорода, окиспяемого B двигателях внутреннего cloрания.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому сплаву является сплав железа с кремнием с добавкой 5-15 Р ап1оминия для получения водорода путем разложения водного раствора едкого натра.
Основным недостатком данного сплава является малая скорость взаимодействия реагентов и низкая степень использования сплава. Это объясняется тем, что в процессе химической реакции на частицах ферросилиция формируется оболочка из силикатов натрия, которая препятствуег дальнейшему контакту между сплавом и раствором едкого натра. Реакция замедляется и прекращается. вследствие чего коэффициент использования исходного вещества остается низким и составляет 60%.
Цеп ь изобретения — по вы ш ение удельной газопроизводитепьности и степени использования сплава.
„,5Ы „„1754643 Al
2 (54) СПЛАВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА (57) Сущность: сплав содержит железо. алюминий, кальций, бор, калий и кремний при следу1ощем соотношении компонентов, мас.7: железо 5,0-15,0; алюминий 3-20; кальций 0,1 — 1,5; бор 0,01 — 3,2; калий 0,01—
1,0; кремний остальное. 1 табл.
Это достигается тем, что в сплав для получения водорода из водного раствора едкого натра, содержащий железо, кремний и алюминий, дополнительно вводят кальций, калий и бор при следующем соотношении компонентов, мас.7; железо 5-15; алюминий 3 — 20; кальция 0,1--1,5; калий
0,01 — 1,0; бор 0,01-3,2; кремний остальное, Изобретение позволяет увеличить не только скорость химических реакций, но и объем выделяющегося водорода и таким образом повысить степень использования сплава до 97; . Введение в сплав кальция и бора измельчает структуру сплава по сравнению с ферросилицием. Образующаяся более. мелкокристаллическая структура обеспечивает большую удельную площадь взаимодействия сплава с раствором едкого натра, что ведет к увеличению объема выделяющегося водорода и повышению козффициента использования исходного энергоаккумулирующего вещества, Наличие в сплаве добавки бора ведет k образованию в составе сплава многочисленных микрогапьванопар на границе зе1754643 рен, существование которых может инициировать процесс растворения частиц порошка сплава при взаимодействии с раствором едкого натра, что ведет к разрушению силикатных оболочек, образующихся на частицах. Разрушение силикатных оболочек позволяет вступить в реакцию с раствором едкого натра более глубоким слоям частиц сплава, Кроме того, на границах и в междендритном пространстве цепочками выделяются вторые фазы, Соответственно этому развивается межкристаллинескэя и очаговая коррозия внутри зерна.
Наличие в сплаве кальция и калия позволяет сократить расход щелочи и снизить ее концентрацию зэ счет электрокоррозии. происходящей в самом сплаве-, что повышает безопасность работы.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Сплав получали сплавлением или восстановлением отдельных компонентов в инертной атмосфере из коксика, брикетов золы и кварцита.
Нижний предел по железу(5%) обусловлен технологическими особенностями получения сплава в руднотермической печи, не позволяющей иметь сплав с меньшим количестном железа. Количество железа более
15 приводит к уменьшению степени использования сплава.для получения водорода.
СОдержание в сплаве алюминия менее
3 не достаточно для образования силицидов алюминия, улучшающих -степень использования сплава. Количество алюминия в сплаве более 20% приводит к образованию сложных интерметаллидов, препятствующих выделению при реакции со щелочным продуктом максимального количества водорода.
Содержание кальция в сплаве менее 0,1 и более 1,5 приводит к снижению газопроизводительности по водороду, так как кальций s этих количествах является катализатором этой реакции.
Количество бора менее 0,01% не позволяет использовать его как катализатор процесса выделения водорода из ферросиликоэлюминия. При содержании бора 5 — 10% образуются химические соединения с железом, алюминием и кремнием, что ведет к уменьшению газопроизводител ьности сплава.
При содержании кальция и калия в сплаве мейее 0,1 и 0,01% соответственно не происходит интенсивного взаимодействия сплава с раствором и образования щелочных комплексов, благодаря которым происходят наиболее полная реакция сплава со
50 жащий железо, кремний и алюминий, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения удельной газопроизводительности и степени использования сплава, он дополнительно содержит кальций, бор и калий при следующих соотношениях компонентов, мас,%:
Железо 5,0 — 15 0
Алюминий 3,0 — 20,0
Кальций 0,1-1,5
Бор 0,01-3,2
Калий 0,01-1,0
Кремний Остальное щелочью и лучшее разделение металла и продуктов реакции. Выбор верхнего предела 1 обусловлен тем, что высокая температура руднотермической плавки не позволяет получить
5 более 1 калия в сплаве.
Полученный сплав испытывали следующим образом. Порошок сплава засыпали в термостатируемый реактор с водным раствором едкого натра концентрацией 10%, 10 Через 5-8 с начиналась химическая реакция, сопровождающаяся выделением водорода. Время реакции 60 мин, температура реакции 90ОС. Масса сплава 10 r, Выделяющийся газ по газоотводной трубке поступал
15 в газометрическую бюретку, Скорость выделения водорода определяли как изменение объема выделяющегося газа на единицу массы за единицу времени, Коэффициент использования сплава on20 ределяли как отношение экспериментально полученного обьема газа к теоретически возможному.
Предлагаемый сплав опробован на кафедре общей химии Свердловского горного
25 института и в лаборатории металлургии стали и ферросплавов Института металлургии
УрО АН СССР.
Примеры газовыделения из сплавов известного и предлагаемого приведены в таб30 лице.
По результатам испытаний можно сделать следующие выводы; введение в сплав дополнительных компонентов (кальция, калия и бора) обеспечивает получение опти35 мальной структуры сплава и позволяет интенсифицировать химическую реакцию.
Наилучшие результаты показал сплав со.став, мас, : железо 10-15; алюминий 4-6; кальция 0,5-1;0; калий 0,5-1,0; бор 0,01-3,2;
40 кремний остальное.
Коэффициент использования исходного вещества повысился до 96-97% против 60% в известном сплаве, а удельная пооизводительность возросла уо 4,71 10 м кг-1 с — 1
45 против 1,41 10 м кг с в известном сплаве.
Формула изобретения
Сплав для получения водорода, содер1754643
»»" »
»»»»»»»»
Степень использо, вания вещества, 3
Состав
Газопроизаодительность, л/г
Удельная, производительность, м
10 кг с
А1 Са: В
Ге
° »»»» «»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»»ailiki»»«
Составитель А.Завьялов
Техред ММоргентал
Корректор H.Ìèëþêîâà
Редактор H.Ôåäîðîâà
Заказ 2863 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
1)3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/Ь
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101
25,0
5,0
15,0
10,0
4,9
15,1
9,1
11,2
10,2
14,0
13,0 l0,2
11,3
6,2
6,9
14,2 7,8
5,4
l О, 0
14,491
)4, 00 . 12,)
, )0,0
11,4
5,0
9,0
11,0
:б,о, 75,0
86,0
78,4
73,2
77,0
63,0
84,5
67,0
67,6
81,0
7,0
70,8
70,4
74,9
74,0
74,0
74, о
71,1
83,49
70,4
66,5
72 1
79,5
74,0
75,0
7),0
75.,99
75,0
6,0
4,0
14,0
16,05
)9,0
3,0
20,0
20,4
2,8
4 1
15,0
14
)5,12
18,0
10,0
14,О
1 )9
4,о
12,5
)6,79
12,0
5,0
10,0
)5,0
15,0
12,0
)5,0
0,5
0 9
0,7
0,15 о,8
0,5 о,8
0,7
1,0
0,1
1,0
1 9 1
0,08;
0,5
0,8
0,8
0,9
0,5
0,2
0,7
0,3
1,5
1 96
1 3
1,0
0,4
1,0
»»
»
2,0 I 0 l,6
1,8
2,0
2,5
0,8
0,5
О,б
2,9
2,7
2,5
2,9
Оз)
0 09
3,0
3,4
2,0
2,4
1,Р
2,5
3,0
2,0
3,2
3,3
0,G)
2,0
° »»»»
«
0,5
0,7
0,5
0,1
0,1
0,4
0,2
0,6
0,6
0,9
0,3
0,4
0,8
0,5
0,91
0,1
О,О)
0,009
),О)
f,P0
1,00
1,ОО
0,5
0,7
0,6
),ОО
0,67
1,30
1,27
1,29
0,85
0,81
1,24
1,29
0,74
0,69
1,27
1,31
0,88
0,85
1,35
0,91
),38
0,82
1,33
0,8)
0,79
),35
4,38
0,94
1,35
),оо
1,39
1,33
»»
1,4)
4,42 ;39
4,38
2,10
1,05
4,20
4,38
1,91
1,80
4,32
4,43
2,01
1,95
4,53
2,14
4,59
2,14
4,23
2,15
2,11
4,12
4,71
2,15
4,62
1,92
4,69
4,71
93
92
91
72
69
91
93
68
66
94
72
71
97
73
97
69
94
71
92
97
69
72
