Устройство для выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси


 


Владельцы патента RU 2430876:

Открытое акционерное общество "Конструкторское бюро химавтоматики" (RU)

Изобретение относится к области химии и может быть использовано для разделения газов. Устройство для выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси содержит корпус 1, в котором соосно установлен, по крайней мере, один полый мембранный элемент 2. Полый мембранный элемент 2 представляет собой электронагреватель, хотя бы один конец которого электрически изолирован от корпуса 1 и соединен с шиной 3 подачи электрического тока. На поверхность мембранного элемента нанесен катализатор 12. Мембранный элемент выполнен из титана, а на его внешнюю поверхность нанесен палладий. Изобретение позволяет повысить эффективность процесса выделения водорода и упростить конструкцию. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к технологии разделения газов и может быть использовано в отраслях промышленности, использующих чистый водород, например химической, авиационной или космической, где проблемы повышения эффективности и качества очистки газов стоят особенно остро.

В настоящее время известны различные способы разделения газов и конструкции мембранных узлов, предназначенных для выделения чистых газов, например водорода, из газовой смеси, подаваемой на вход устройства.

Известен способ разделения газов и мембранный узел для выделения водорода (Патент США №3469372, B01D 63/00, 1969), который содержит селективные мембраны, изготовленные из палладия или его сплавов, патрубок отвода чистого водорода и газопроницаемый разделитель из мембран. В процессе реализации известного способа возникают механические напряжения, обусловленные наводороживанием мембран, в результате чего снижаются прочность и соответственно ресурс работы устройства.

Известен мембранный разделительный узел (а.с. СССР №1611421, B01D 63/00, 1989).

Известный мембранный узел содержит гофрированные мембраны, изготовленные из палладия или его сплавов и установленные на рамах, образующих кольцевой коллектор для отвода чистого водорода, и газопроницаемый разделитель мембран.

Недостатком такого устройства является наличие сварного соединения палладиевых мембран, герметизирующего полость с очищенным водородом, что ограничивает длительность работы мембранного узла с агрессивными газовыми смесями и исключает возможность многократной разборки и очистки узла, что отрицательно влияет на эффективность процесса.

Известен способ разделения газов и мембранная система для его реализации, включающий подачу исходной газовой смеси в первую и последующие ступени мембранной очистки (см. патент РФ №2035981 от 09.12.1991 г., МПК B01D 61/00 - прототип).

Известное техническое решение обладает недостаточной эффективностью процесса и недостаточной чистотой получаемого продукта.

Известно устройство для разделения газов (см. патент РФ №2126290, МПК B01D 63/00 - прототип), содержащее, по меньшей мере, одну мембрану из палладия или его сплава, патрубки подвода и отвода газов, уплотнения.

Недостатком известного технического решения является невысокая эффективность процесса очистки и сложность конструкции.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных выше недостатков, а именно повышение эффективности процесса выделения водорода из водородосодержащей смеси и упрощение конструкции устройства для реализации этого процесса.

Указанная цель достигается тем, что в известном способе выделения водорода из водородосодержащей смеси, основанном на ее пропускании через мембранный элемент, согласно изобретению, сначала нагревают мембранный элемент, содержащий катализатор, а нагревание газовой смеси осуществляют посредством нагретого мембранного элемента, например, пропуская ее через мембранный элемент.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря нагреву мембранного элемента, содержащего катализатор, при контакте с ним газовой смеси происходит расщепление молекул водорода Н2 и прохождение атомов Н сквозь кристаллическую решетку мембранного элемента с последующим образованием молекул Н2. Все другие составляющие газовой смеси не в состоянии преодолеть мембранный барьер вследствие существенных (по сравнению с атомарным водородом) размером их молекул. Таким образом, повышается чистота выделенного водорода и эффективность способа в целом.

Предлагаемый способ реализован в устройстве, содержащем корпус с соосно установленым в нем, по крайней мере, одним полым трубчатым мембранным элементом, представляющим собой электронагреватель, хотя бы один конец которого электрически изолирован от корпуса и соединен с шиной подачи электрического тока, причем на поверхность мембранного элемента нанесен катализатор, в качестве которого использован палладий, а сам мембранный элемент выполнен из титана или его сплава.

Указанная совокупность признаков проявляет новые свойства, заключающиеся в том, что благодаря выполнению мембранного элемента в виде полого электронагревателя с нанесенным на его поверхность катализатором повышается эффективность нагрева газовой смеси и возрастает КПД используемой энергии. Кроме того, вследствие совмещения функций нагревателя и мембраны в одном элементе, упрощается конструкция устройства и повышается ее надежность.

Предлагаемое техническое решение схематически представлено на чертеже, где:

1 - корпус;

2 - мембранные элементы;

3 - шина;

4 - штуцер-клемма;

5 - крышка;

6 - фланец;

7 - штуцер отвода ретанта;

8 - крышка;

9 - штуцер-клемма отвода пермента (Н2);

10 - фланец;

11 - трубная решетка;

12 - катализатор.

Устройство выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси содержит корпус 1, в котором соосно установлены трубчатые мембранные элементы 2, служащие также электронагревателями, правые концы которых электрически изолированы от корпуса 1 и посредством шины 3 соединены со штуцером-клеммой 4, установленным в крышке 5 и электрически изолированным от нее. Крышка 5 посредством фланца 6 крепится к корпусу 1.

В корпусе 1 расположен штуцер отвода ретанта 7, а в крышке 8, закрывающей левую часть корпуса 1, находится штуцер-клемма отвода пермента (Н2) 9. Крышка 8 крепится к корпусу 1 посредством фланца 10. Полость подачи водородосодержащей газовой смеси герметически изолирована от полости выхода пермента Н2 посредством трубной решетки 11, к которой при помощи сварки крепятся мембранные элементы 2.

На внешних поверхностях мембранных элементов 2 нанесен катализатор - (палладий) 12, а сами мембранные элементы выполнены из титана.

Подготовка устройства к работе предполагает его подсоединение посредством штуцера-клеммы 4 к магистрали подачи водородосодержащей газовой смеси и источнику тока, а штуцера-клеммы 9 к источнику тока (для осуществления нагрева мембранных элементов 2) и потребителю чистого водорода.

При подаче газовой смеси к нагретым мембранным элементам 2 (при температуре от 350°С до 650°С), благодаря наличию катализатора 12 (палладия), молекулярный водород начинает разлагаться на атомарный, проникает сквозь кристаллическую решетку титанового мембранного элемента в силу малости размеров атомов, вновь соединяется в молекулы и выходит из штуцера-клеммы 9.

Поскольку размеры молекул всех остальных газов в водородосодержащей газовой смеси существенно больше размеров атомов водорода, то это практически исключает попадание других компонентов в выделенный водород, что ведет к повышению эффективности работы устройства и получению более чистого водорода.

1. Устройство выделения водорода из водородосодержащей газовой смеси, содержащее корпус, в котором соосно установлен, по крайней мере, один полый мембранный элемент, отличающееся тем, что полый мембранный элемент представляет собой электронагреватель, хотя бы один конец которого электрически изолирован от корпуса и соединен с шиной подачи электрического тока, причем на поверхность мембранного элемента нанесен катализатор.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что мембранный элемент выполнен из титана, а на его внешнюю поверхность нанесен палладий.



 

Похожие патенты:

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

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

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.

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 области концентрирования растворов методом ультрафильтрации, обратного осмоса и может быть использовано в пищевой, химической, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Изобретение относится к энергетике, транспорту, нефтехимической и другим отраслям промышленности и может быть использовано в системах для очистки питьевой и технической воды, топлив, масел и других жидкостей.

Изобретение относится к трубчатым мембранным аппаратам для очистки жидкостей, в частности очистки пульп и стоков гальванических производств, природных вод в системах водоснабжения.

Изобретение относится к полупроницаемым мембранным трубчатым фильтрующим элементам с переменной пористостью для использования в процессах разделения растворов. .

Изобретение относится к способу обработки жидкостей газами и может быть использовано в промышленности для газификации и аэрации технологических жидкостей, водоподготовки, обработки стоков.

Изобретение относится к мембранному фильтрующему элементу для очистки агрессивных жидкостей, который состоит из полого пористого цилиндра 1, днища 3 и крышки 4, установленных по торцам полого пористого цилиндра.

Изобретение относится к области тангенциальной сепарации и может быть использовано для экстракции и концентрации. .

Изобретение относится к области оборудования для получения газожидкостных дисперсий. .

Изобретение относится к нефтехимическому производству, а также к технологии производства органических веществ из сопутствующих газов и газового конденсата. .

Изобретение относится к области разделения суспензий промышленного, сельскохозяйственного и бытового назначения. .

Изобретение относится к фильтрующему модулю и его последовательному расположению в фильтрующей системе и может быть использовано в области подготовки воды, особенно в качестве составной части установок обратного осмоса, а также в области газовой фильтрации
Наверх