Способ получения водорода


 


Владельцы патента RU 2424973:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Самарский государственный университет путей сообщения" (СамГУПС) (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении водорода. В реактор с электродами периодически вводят железную проволоку, которую пропускают между электродами в среде перегретого насыщенного водяного пара. На электроды периодически подают электрический разряд напряжением 45 кВ и периодически производят взрыв проволоки на мельчайшие жидкие частицы металла, которые вступают в реакцию с парами воды, образуют окислы железа и газообразный водород. Изобретение позволяет повысить производительность процесса. 1 ил.

 

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения газообразного водорода.

Известен способ получения водорода, включающий взаимодействие водяного пара с элементарным железом и/или с его низшим окислом в кипящем слое при 500-650°С, давлении 0,1-0,4МПа, регенерацию образующихся окислов железа контактированием их с твердым углеродосодержащим материалом при 800-1100°С с получением газов регенерации и восстановленных окислов железа и возврат последних на стадию взаимодействия, газы регенерации возвращают на стадию регенерации, а окислы железа на стадии регенерации используют с размером частиц 50·10-6-140·10-6 м [патент РФ №1125186, МПК С01В 3/10, опубл. 23.11.1984 г. БИ №43, «Способ получения водорода», авторы Лебедев В.В. и др.].

Недостатком способа является сложность процесса, низкая производительность и большие энергозатраты.

Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода, в котором используют реактор, состоящий из рубашки охлаждения и высоковольтного разрядника с двумя электродами, один из которых изготовлен из технического железа, в баке кипятят дистиллированную воду, образуя насыщенный пар, его подают в рубашку охлаждения реактора, образуя перегретый пар, на высоковольтный разрядник подают переменный ток напряжением 3,6 кВ, одновременно через форсунку в разрядный промежуток вводят перегретый пар, а образовавшиеся окислы железа при помощи вибрации сбрасывают в сборную емкость; влажный водород выпускают из реактора в конденсатор, охлаждаемый водой из системы водоснабжения, конденсат сбрасывают, после этого предварительно осушенный водород подвергают окончательной осушке в регенерируемых силикагелевых патронах, затем водород через микропористый фильтр раздают потребителям в интерметаллидных компрематорах, которые при десорбции водорода обеспечивают его чистоту до 99,99 об.% [патент РФ №2191742, МПК С01В 3/00, С01В 3/10, опубл. 27.10.2002 г. БИ №30, «Способ получения водорода», авторы Адамович Б.А. и др.].

Недостатком способа является низкая производительность и большие энергозатраты.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение производительности водорода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения водорода, заключающемся в конверсии перегретого насыщенного водяного пара в реакторе с электродами, в реактор периодически вводят железную проволоку, которую пропускают между электродами в среде перегретого насыщенного водяного пара, на электроды периодически подают электрический разряд напряжением 45 кВ и периодически производят взрыв проволоки на мельчайшие жидкие частицы металла, которые вступают в реакцию с парами воды, образуя окислы железа и газообразный водород.

Реакцию взаимодействия железа с водяным паром производят на поверхности железа при температуре 1500°С. Взрыв проволоки обеспечивает плавление и моментальное диспергирование сразу всего участка проволоки, поданного в реактор, вследствие чего увеличивается реагируемая поверхность и происходит равномерный нагрев диспергируемого материала до 1500°С. Мелкодисперсные высокотемпературные жидкие частицы железной проволоки позволяют быстро провести реакцию окисления железа с выделением водорода по всему объему реактора, таким образом, скорость получения водорода ограничивается только скоростью подачи проволоки в реактор.

На чертеже представлена схема получения водорода.

Реактор 1 состоит из рубашки охлаждения 2, двух электродов 3 и 4, взрываемого участка проволоки 5, магистрали 6 выхода водорода, магистрали 7 выхода продуктов реакции, высоковольтного источника питания 8, емкостного накопителя энергии 9, коммутатора 10.

Насыщенный водяной пар подают в рубашку охлаждения 2 реактора 1, где его перегревают до температуры 350-400°С, и его подают в реактор.

От высоковольтного источника питания 8 заряжают емкостной накопитель энергии 9. Взрываемый участок проволоки 5 подают в реактор 1. Как только взрываемый участок проволоки займет положение между электродами 3 и 4, включают коммутатор 10 и происходит разряд емкостного накопителя энергии 9 на взрываемый участок проволоки 5. Проволока взрывается, разрушаясь на мельчайшие жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. При этом реакция окисления жидких железных частиц идет по уравнению:

3Fe+4H2O=Fe3O4+4Н2

Окислы железа выводят из реактора по магистрали выхода продуктов реакции 7, а влажный водород выводят из реактора по магистрали выхода водорода 6.

После взрыва участка проволоки в реактор снова подают участок проволоки и пропускают ее между электродами. Затем на электроды опять подают электрический разряд и взрывают участок проволоки. Взрываемый участок проволоки разрушается на мельчайшие жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. И процесс взрыва проволоки с последующим получением водорода повторяют снова с определенной периодичностью.

Пример реализации способа. Осуществляют получение водорода путем взрыва железной проволоки в атмосфере перегретого насыщенного водяного пара. Для осуществления способа используют проволоку, изготовленную из технического железа, например, диаметром 0,35 мм и длиной взрываемого отрезка 100 мм. Для этого необходима емкость накопителя 2,6·10-6 диаметра, зарядное напряжение 45 кВ, энергия сублимации железа ес=55,6 Дж/мм3, энергия ионизации железа еи=102 Дж/мм3 с соотношением еис=1,83. Отношение удельных сопротивлений железа в жидком и твердом состоянии равно 1,01. Перед взрывом проволоки реактор заполняют перегретым насыщенным водяным паром с температурой 350-400°С. Затем заготовку проволоки размером 100 мм подают в реактор. На заготовку подают энергию 72 Дж/мм3, это больше ес и меньше еи. Энергию на заготовку подают в течение 6,5 мкс. Заготовка проволоки взрывается, разрушается на жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. Затем процесс ввода участка проволоки в реактор, пропускание его между электродами, подачу на электроды электрического разряда и периодический взрыв участка проволоки с последующим получением водорода повторяют с определенной периодичностью. Средний размер частиц окислов железа составил 0,05 мкм. Таким образом, из 1 кг железной проволоки получаем 530 водорода.

Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность получения водорода в несколько порядков и снизить энергозатраты на его получение в 1,5 раза.

Способ получения водорода, заключающийся в конверсии перегретого насыщенного водяного пара в реакторе с электродами, отличающийся тем, что в реактор периодически вводят железную проволоку, которую пропускают между электродами в среде перегретого насыщенного водяного пара, на электроды периодически подают электрический разряд напряжением 45 кВ и периодически производят взрыв проволоки на мельчайшие жидкие частицы металла, которые вступают в реакцию с парами воды, образуя окислы железа и газообразный водород.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области реакторов, используемых для осуществления реакций парового риформинга. .

Изобретение относится к области металлургии, а именно к жаропрочным сплавам, применяемым при производстве водорода конверсией. .
Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к способу получения ацетилена и синтез-газа путем термического частичного окисления углеводородов, которые при используемых температурах для предварительного нагревания являются газообразными, в реакторе, оснащенном горелкой с проходными отверстиями, характеризующемуся тем, что превращаемые исходные вещества быстро и полностью смешивают только непосредственно перед пламенной реакционной зоной в проходных отверстиях горелки, причем в зоне смешения в пределах проходных отверстий устанавливают среднюю скорость потока, которая превышает скорость распространения пламени при существующих реакционных условиях.

Изобретение относится к системе синтеза жидкого топлива, включающей: реформинг-аппарат, который преобразует углеводородный сырьевой материал для получения синтез-газа, содержащего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов; реактор, который синтезирует жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе с помощью реакции синтеза Фишера-Тропша; устройство для повышающей качество обработки, которое осуществляет заданную повышающую качество обработку жидких углеводородов, синтезированных в реакторе; и нагревательное устройство, которое нагревает жидкие углеводороды, вводимые в устройство для повышающей качество обработки, с использованием отработанного газа, полученного сжиганием газообразного топлива в горелке реформинг-аппарата и выводимого из реформинг-аппарата, в качестве теплоносителя, причем отработанный газ непосредственно подается в устройство для повышающей качество обработки, и причем устройство для повышающей качество обработки представляет собой ректификационную колонну, которая производит фракционную разгонку жидких углеводородов на множество видов жидких топлив, имеющих различные температуры кипения, и/или реактор для гидрирования, который производит гидрирование жидких углеводородов.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения водорода. .

Изобретение относится к катализатору углекислотного риформинга, который используют при производстве синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода, путем углекислотного риформинга газообразного углеводородного исходного сырья, к способу производства синтез-газа при использовании катализатора углекислотного риформинга, к способу получения катализатора углекислотного риформинга и к носителю для катализатора углекислотного риформига.

Изобретение относится к катализатору углекислотного риформинга, который используют при производстве синтез-газа, содержащего водород и монооксид углерода, путем углекислотного риформинга газообразного углеводородного исходного сырья, к способу производства синтез-газа при использовании катализатора углекислотного риформинга, к способу получения катализатора углекислотного риформинга и к носителю для катализатора углекислотного риформига.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для получения синтез-газа из легких углеводородов

Изобретение относится к способу генерирования водяного пара по меньшей мере двух типов, обладающих разной чистотой, в процессах реформинга с водяным паром и к устройству для осуществления этого способа

Изобретение относится к способу и устройству для выделения диоксида углерода и сульфида водорода из синтетического газа для превращения источника топлива в водород

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для получения тепловой энергии:- автономно для подачи перегретого пара на промышленные и бытовые теплообменники, турбоустановки, турбогенераторы и другие потребители перегретого водяного пара;- в ядерных энергетических установках с реакторами типа ВВЭР как для непосредственного перегрева насыщенного пара, так и для смешения насыщенного пара с перегретым паром с целью повышения коэффициента полезного действия, увеличения мощности, сокращения расхода охлаждающей воды, понижение влажности пара перед последними ступенями турбин, что позволит заменить турбины влажного пара на турбины перегретого пара для атомных электрических станций и транспортных установок, например, судовых и корабельных с повышением коэффициента полезного действия, мощности, надежности и безопасности эксплуатации;- по мощности и своим весогабаритным характеристикам энергетическая установка может быть использована в транспортных энергоустановках железнодорожного типа;- при заводском блочном исполнении агрегатов установки она может доставляться на стройплощадку посредством: автомобильного транспорта, например трейлер с тягачом типа «Faun», воздушным транспортом транспортным самолетом типа «Руслан», экранопланом, водным транспортом речным и морским

Изобретение относится к области химии и может быть использовано в производстве водородного топлива

Изобретение относится к области химии

Изобретение относится к области химии
Изобретение относится к катализаторам, способу его получения и способу получения синтез-газа путем каталитического превращения углеводородов в присутствии газов, содержащих кислород или воздух
Наверх