Способ получения водорода
Владельцы патента RU 2408528:
Институт химии нефти Сибирского отделения Российской Академии наук (RU)
Изобретение относится к области химии. Для получения водорода битумонасыщенный песчаник подвергают механохимическому диспергированию в центробежно-планетарной шаровой мельнице в течение 5-30 минут. Изобретение позволяет повысить выход водорода. 2 табл.
Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу получения водорода путем механохимического измельчения битуминозного песчаника.
Известен способ получения водорода растворением алюминия или кремния в едкой щелочи. При получении водорода данным способом используются компоненты, которые получают путем переработки природного сырья [Г.Реми. Курс неорганической химии, изд. Мир, Москва, т.1, с.42-43].
Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа. Предлагаемый способ основан на известной реакции 3Fe+4H2O=Fe2O3+4Н2, требует большого количества энергии (протекает при температуре ~1000°С) и расхода железа [Патент 2191742, Россия, МПК7 С01В 3/00, 3/10].
Известен способ, заключающийся в том, что водород, полученный из смеси углеводородов (например, бензина, дизельного топлива, метанола) и воды в аутотермическом или паровом риформере, вначале проходит теплообменное устройство и затем водородпроницаемую мембрану (например, из палладия), после чего водород выделяется из потока газа. Данный способ требует большого расхода энергии и дорогостоящих катализаторов [Заявка 10340173, Германия, МПК 7 С01В 3/38, С01В 3/48, Daimler Chrysler AG/№10340173.3; Заявл. 01.09.2003; Опубл. 10.03.2005., DE].
Все перечисленные выше способы получения водорода предполагают использование компонентов, полученных переработкой природного сырья, что существенно увеличивает стоимость конечного продукта - водорода.
Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения водорода при механохимическом диспергировании угля [Хренкова Т.М. «Механохимическая активация углей», изд. Недра, М., 1993, с.43]. Так, при размоле в вакууме в течение 30 минут угля Бородинского месторождения в газовую фазу выделяются продукты деструкции: СО2 (83,28%), CO+N2 (9,28%), Н2 (7,28%), СН4 (8,18%).
Недостатком механоактивационной обработки углей как способа получения водорода является низкий выход водорода и выделение большого количества СО2.
Задачей предлагаемого способа является увеличение количества выделяемого водорода.
Технический результат достигается тем, что в герметично закрываемый реактор планетарной мельницы помещают мелющие стальные шары и битуминозный песчаник. В таблице 1 приведены содержание и состав битумоидов использованных битуминозных песчаников. Реактор вакуумируют и измельчают песчаник в течение 5-30 минут. Процесс измельчения протекает при температуре не более 20°С за счет внешнего охлаждения, сопровождается деструкцией битумоидов и выделением смеси газов, содержание водорода в которой достигает 93,5% об.
Процесс механохимической обработки битуминозных песчаников проводят в механохимическом реакторе лабораторной центробежно-планетарной шаровой мельницы типа АГО-2. Внутренний объем реактора (80 см3) заполняют мелющими шарами диаметром 8 мм (суммарная масса шаров 120 г) и песчаником (размер частиц 2-4 мм). Масса песчаника 10 г. Корпус реактора и мелющие шары изготовлены из закаленной стали. Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Механическую обработку песчаника проводят в течение 5, 10, 20 и 30 минут при комнатной температуре.
Состав образующихся газов определяют газоадсорбционным методом в колонке, заполненной цеолитом СаА (фракция 0,25-0,5 мм, длина колонки 3 м, внутренний диаметр 3 мм), в изотермическом режиме при 293 К, скорость газа носителя (Ar) - 30 см3/мин.
Примеры конкретного выполнения
Пример 1. В реактор центробежно-планетарной шаровой мельницы АГО-2 (объем реактора 80 см3) помещают мелющие шары (диаметр шаров 8 мм, суммарная масса 120 г). Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в течение 5 минут. Кроме водорода в газе после механической обработки присутствуют метан и иные УВ (C2-С4). Полученная газовая смесь содержит: водорода - 75% об., метана - 22% об., УВ (С2-С4) - 3% об.
Пример 2. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 10 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 79% об., метана - 19% об., УВ (С2-С4) - 2% об.
Пример 3. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 20 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 92% об., метана - 7% об., УВ УВ (С2-С4) - 1% об.
Пример 4. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 93,5% об., метана - 6% об., УВ (С2-С4) - 0,5% об.
Пример 5. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке, как в примере 5, но вводят в реактор 20 г песчаника. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 92% об., метана - 7,5% об., УВ (С2-С4) - 0,5% об.
Пример 6. Песчаник Боян-Эрхет месторождения подвергают механохимической обработке, как в примере 4. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 77,7% об.; метана - 9,46% об.; УВ (С2-С4) - 0,25% об.; CO2, CO, N2 - 9,74% об.
Большое содержание в составе газовой смеси СО2, СО, N2 в данном примере связано с наличием в песчанике большого количества смолистых веществ.
Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать водород из природного сырья (битуминозный песчаник Буур-Оленекского и Боян-Эрхетского месторождений, расположенных на территории Восточно-Сибирской платформы) путем его механохимического измельчения в центробежно-планетарной шаровой мельнице.
| Таблица 1 | ||
| Состав битумоидов песчаника | ||
| Песчаник | Буур-Оленекское месторождение, Россия | Боян-Эрхет месторождение, Монголия |
| Выход битумоида, % мас. | 5,6 | 16,5 |
| Вещественный состав битумоида, % мас. | ||
| Масла | 39,2 | 38,36 |
| Смолы | 28,2 | 53,37 |
| Асфальтены | 32,5 | 8,86 |
| Таблица 2 | ||||||
| Параметры процесса | По предлагаемому способу | |||||
| №№ примера | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Температура, °С | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 | 20 |
| Время обработки, мин. | 5 | 10 | 20 | 30 | 30 | 30 |
| Количество песчаника (угля), г | 10 | 10 | 10 | 10 | 20 | 10 |
| Метан, % об. | 22 | 19 | 7 | 6 | 7,5 | 9.46 |
| УВ (С2-4), % об. | 3 | 2 | 1 | 0,5 | 0,5 | 0,25 |
| СО2, СО, N2 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 9,74 |
| Выход водорода, % об. | 75 | 79 | 92 | 93,5 | 92 | 77,71 |
Способ получения водорода механохимическим диспергированием сырья, отличающийся тем, что в качестве сырья используют битуминозный песчаник и механохимическое диспергирование ведут в центробежно-планетарной шаровой мельнице в течение 5-30 мин.
