Способ получения водорода


 


Владельцы патента RU 2429191:

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

Изобретение относится к области химии. В реакторе создают вакуум, подают воду и между электродами реактора пропускают алюминиевую проволоку. На электроды периодически подают электрический импульс с энергией 10-20 кДж/г и производят первоначальный взрыв алюминиевой проволоки с получением жидких наночастиц алюминия в воде, образующих окислы алюминия и водород, заполняющий пространство над водой. Далее процесс взрыва алюминиевой проволоки проводят в среде водорода. Проволоку взрывают в воде с температурой ниже 80°С. Изобретение позволяет повысить производительность и снизить энергозатраты процесса, повысить чистоту водорода. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 1 табл.

 

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 0,1-0,4 МПа, 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 [патент РФ №1125186, МПК C01B 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 C01B 3/00, C01B 3/10 опубл. 27.10.2002 г. БИ №30 «Способ получения водорода», авторы Адамович Б.А. и др.]

Недостатками способа являются низкая производительность и большие энергозатраты.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение производительности, снижение энергозатрат и повышение чистоты водорода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения водорода в реакторе с электродами в реакторе создают вакуум, подают воду и между электродами реактора пропускают алюминиевую проволоку, на электроды периодически подают электрический импульс с энергией 10-20 кДж/г и производят первоначальный взрыв алюминиевой проволоки с получением жидких наночастиц алюминия в воде, образующих окислы алюминия и водород, заполняющих пространство над водой, далее процесс взрыва алюминиевой проволоки производят в среде водорода. Алюминиевую проволоку взрывают в воде с температурой ниже 80°С.

Реакцию взаимодействия алюминия с водой производят на поверхности алюминия при температуре 600-700°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 700°С. Высокотемпературные наночастицы алюминиевой проволоки размером 70-120 нм позволяют быстро провести реакцию окисления алюминия с выделением водорода по всему объему реактора. Таким образом, скорость получения водорода ограничивается только скоростью подачи проволоки в реактор.

Взаимодействие алюминия с водой позволяет окислять алюминий до Al(ОН)3, что увеличит производительность способа получения водорода.

Взаимодействие алюминия с водой при низких температурах позволяет предотвратить парообразование, тем самым получить более чистый водород.

На чертеже представлена схема получения водорода.

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

Из реактора откачивают воздух, создавая вакуум, и подают воду в нижнюю часть реактора.

От высоковольтного источника питания 8 заряжают емкостный 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 жидкие наночастицы размером 70-120 нм, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с водой, образуя окислы алюминия и водород. Водород, выделяясь, заполняет пространство над водой в верхней части реактора и далее процесс взрыва проволоки с образованием жидких наночастиц происходит в среде водорода. При этом реакция окисления жидких алюминиевых наночастиц идет по двум уравнениям:

2Al+2H2O=2AlOOH+H2;

2Al+6H2O=2Al(OH)3+3H2;

Состав продуктов реакции окисления алюминия
Энергия, введенная в алюминиевую проволоку, кДж/г Состав продуктов реакции при диспергировании алюминия в среде водорода и окислении его в воде Количество водорода (л) на 1 кг алюминия
AlOOH Al(ОН)3 H2
9 30 70 995
10 41 59 904
15 42 58 895
20 40 60 912

Выход водорода по первой и второй реакции разный, поэтому предпочтительнее, чтобы взаимодействие жидких алюминиевых наночастиц с водой проходило по второй реакции, так как производительность водорода в этом случае больше, чем при первой реакции.

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

Выйдя с зоны контакта воды с алюминием, пузырек водорода имеет такую же температуру, как и в зоне его образования порядка 500-700°С. По мере продвижения его к поверхности воды пузырек водорода интенсивно охлаждается за счет теплообмена с водой, при этом происходит парообразование на поверхности пузырька водорода. Продвигаясь к поверхности воды, пузырек водорода постепенно насыщается парами воды. Достигая поверхности воды, пузырек лопается и выбрасывает пары воды в верхнюю часть реактора. Таким образом, происходит загрязнение водорода парами воды. Для предотвращения этого явления необходимо производить реакцию окисления алюминия водой при температуре воды ниже 80°С. В этом случае парообразование на поверхности пузырька водорода будет проходить менее интенсивно и водород будет более чистым, при этом основным продуктом окисления алюминия будет Al(ОН)3.

Алюминиевая проволока в реактор подается, например, из барабана, на который она предварительно наматывается. При подаче взрываемого участка алюминиевой проволоки в реактор барабан поворачивается и проволока разматывается, затем взрываемый участок подается в реактор.

Пример реализации способа. Осуществляют получение водорода путем взрыва алюминиевой проволоки в среде водорода. Для осуществления способа реактор вакуумируют, используют алюминиевую проволоку, например, диаметром 0,3 мм и длиной взрываемого отрезка 110 мм, с емкостью накопителя 2,75 мФ. Перед подачей проволоки в реактор в него наливают воду, причем нижний электрод выступает из воды, а затем реактор вакуумируют. После чего взрываемый участок алюминиевой проволоки размером 110 мм подают в реактор и устанавливают между электродами, причем взрываемый участок проволоки находится в контакте с верхним электродом и установлен с зазором к нижнему электроду. На электроды подают электрический импульс 14,7 кДж/г в течение 3,3 мкс, который переходит на взрываемый участок алюминиевой проволоки. Производят первоначальный взрыв участка проволоки в вакууме, причем участок проволоки взрывается, разрушаясь на жидкие наночастицы алюминия размером 70-120 нм, которые разлетаются в реакторе и взаимодействуют с водой, образуя окислы алюминия и водород. Затем процесс ввода взрываемого участка проволоки в реактор, пропускание его между электродами, подача на электроды электрического импульса и периодический взрыв участка проволоки с последующим получением водорода повторяют с определенной периодичностью, а процесс взрыва алюминиевой проволоки производят в среде водорода.

Средний размер частиц окислов алюминия составляет 80 нм. Таким образом, из 1 кг алюминиевой проволоки получаем 895 л чистого водорода.

Предлагаемый способ позволяет увеличить выход водорода, повысить производительность получения водорода в несколько порядков и снизить энергозатраты на его получение в 3 раза.

1. Способ получения водорода в реакторе с электродами, отличающийся тем, что в реакторе создают вакуум, подают воду и между электродами реактора пропускают алюминиевую проволоку, на электроды периодически подают электрический импульс с энергией 10-20 кДж/г и производят первоначальный взрыв алюминиевой проволоки с получением жидких наночастиц алюминия в воде, образующих окислы алюминия и водород, заполняющий пространство над водой, далее процесс взрыва алюминиевой проволоки проводят в среде водорода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что алюминиевую проволоку взрывают в воде с температурой ниже 80°С.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к катализаторам, способу его получения и способу получения синтез-газа путем каталитического превращения углеводородов в присутствии газов, содержащих кислород или воздух.

Изобретение относится к области химии. .

Изобретение относится к области химии. .

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

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

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 области химии и может быть использовано для получения синтез-газа из легких углеводородов. .

Изобретение относится к области химии, в частности к способу получения водорода

Изобретение относится к способу импульсного потока для обессеривания циркулирующего водорода и к устройству для осуществления этого способа

Изобретение относится к способу получения продукта синтеза Фишера-Тропша из газообразной смеси углеводородов, содержащей метан, этан и, необязательно, углеводороды с более высоким числом атомов углерода, в которой содержание метана составляет по меньшей мере 60 об.%, путем осуществления следующих стадий: (а) адиабатический предварительный риформинг углеводородной смеси в присутствии катализатора риформинга, содержащего оксидный материал носителя и металл, который выбирают из группы, состоящей из Pt, Ni, Ru, Ir, Pd и Со, с целью превращения этана и необязательных углеводородов с более высоким числом атомов углерода в метан, диоксид углерода и водород, (b) нагревание газообразной смеси, полученной на стадии (а), до температуры выше, чем 650°С, (с) осуществление некаталитического неполного окисления путем введения в контакт нагретой смеси со стадии (b) с источником кислорода в реакторной горелке, с образованием выходящего из реактора потока, имеющего температуру между 1100 и 1500°С, (d) осуществление синтеза Фишера-Тропша с использованием в качестве сырья газа, содержащего водород и монооксид углерода, который получен на стадии (с) и (е) где продукт синтеза, полученный на стадии (d), разделяют на относительно легкий поток и относительно тяжелый поток, причем относительно тяжелый поток содержит продукт синтеза Фишера-Тропша, а относительно легкий поток содержит непревращенный синтез-газ, инертные вещества, диоксид углерода и C1 -С3 углеводороды, и где первую часть легкого потока рециркулируют на стадию (а) для того, чтобы подвергнуть ее предварительному риформингу, и где вторую часть легкого потока рециркулируют в реакторную горелку стадии (с) для того, чтобы подвергнуть ее неполному окислению, и где температуру на стадии (а) регулируют, устанавливая количество легкого потока, которое рециркулируют на стадию (а)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для разделения газов

Изобретение относится к способу пуска системы синтеза жидкого топлива, имеющей реактор десульфуризации, который производит гидрирование и десульфуризацию углеводородного сырьевого материала, риформинг-аппарат, который преобразует углеводородный сырьевой материал для получения синтез-газа, включающего газообразный монооксид углерода и газообразный водород в качестве основных компонентов, реактор Фишера-Тропша, который синтезирует жидкие углеводороды из газообразного монооксида углерода и газообразного водорода, содержащихся в синтез-газе, и реактор гидрирования, который производит гидрирование жидких углеводородов, синтезированных в реакторе Фишера-Тропша, при котором: отделяют часть газообразного водорода, содержащегося в синтез-газе, полученном в риформинг-аппарате, от синтез-газа при нормальном функционировании системы синтеза жидкого топлива; хранят часть отделенного газообразного водорода; и подают газообразный водород, накопленный в устройстве для хранения водорода, при запуске системы синтеза жидкого топлива, сначала в реактор гидрирования, перед пуском риформинг-аппарата, а затем в реактор десульфуризации, когда риформинг-аппарат запускается

Изобретение относится к каталитическому способу осуществления реакции паровой конверсии метанола с целью получения обогащенной по водороду газовой смеси, которая может использоваться в водородной энергетике, в частности, в качестве топлива для питания топливных элементов различного назначения

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

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

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении водорода
Изобретение относится к технологии приготовления катализаторов для конверсии углеводородов и может быть использовано в химической промышленности, например, для получения технического водорода из природного газа и технологических газов, необходимых в синтезе аммиака и метанола
Наверх