Способ генерации водорода



Способ генерации водорода
Способ генерации водорода
Способ генерации водорода

 


Владельцы патента RU 2544652:

Тигунцев Никита Степанович (RU)
Тигунцев Павел Степанович (RU)
Тигунцев Степан Георгиевич (RU)

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. Способ генерации водорода включает размещение изделий из композита алюминия или магния, выполненных в форме куба или параллелепипеда с отверстиями в трех ортогональных направлениях, в решетчатые контейнеры, которые помещают каждый в отдельный герметичный реактор, через который пропускают воду с помощью впускных для воды отверстий, снабженных запорными задвижками, соединенных с магистралью впускной воды, и выпускных для воды отверстий, снабженных запорными задвижками, соединенных с магистралью выпускной воды, при этом магистрали соединены с теплообменником, а водород отводят через отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью водорода, которую соединяют с газопотребляющим устройством. Изобретение позволяет обеспечить быструю замену твердого реагента без остановки процесса выработки водорода, а также безопасность и отсутствие твердых выбросов. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может использоваться для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. В предлагаемом способе производство водорода осуществляется путем химической реакции между водой и композитом из алюминия и щелочи. Способ может быть использован в автомобилях, а также в других подвижных и неподвижных системах, вырабатывающих газообразное топливо для питания ДВС, турбин и других устройств и установок, для работы которых необходимо газообразное топливо. В способе могут быть использованы твердые металлы, композиты из металлов и других твердых материалов, взаимодействие которых с водой или другими жидкостями способно в результате общей химической реакции производить горючие газы.

Известным способом производства водорода является способ на основе использования энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ), выделяющих энергию при химическом взаимодействии с водой [Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев: Наукова думка, 1980. - С.79-105]. В этом способе в реактор газогенератора засыпают ЭАВ, подают воду, отводят водород. Распределение жидкости в слое порошка ЭАВ обеспечивают разветвленной системой каналов для ее подвода, состоящей из вертикального коллектора, по высоте которого устанавливают по три штуцера, заканчивающихся наконечниками с цилиндрическими соплами.

К недостаткам аналога можно отнести следующее:

- недостаточное взаимодействие с водой всех слоев порошка ЭАВ;

- высокая инертность, поскольку часть воды аккумулируется в продуктах реакции и при отключении установки эта часть обусловливает продолжение реакции.

Известен способ [патент RU №2258669], в котором в реактор помещают гранулы твердого реагента, подают жидкий реагент, отводят водород и тепло реакции.

Твердый реагент помещают в загрузочный бункер с люком, герметичным при работе генератора, а внутрь загрузочного бункера вводят пусковой нагреватель и магистраль теплоносителя, которую включают в контур теплообменника для отвода тепла реакции на его выходе.

К недостаткам данного изобретения можно отнести следующее:

- трудность управления процессом производства водорода из-за загрузки гранул твердого реагента в реакционный сосуд из загрузочного бункера;

- сложность технологического процесса из-за необходимости перед загрузкой гранул твердого реагента в реакционный сосуд их предварительного нагревания до температуры реакции в загрузочном бункере;

- зависимость эффективности работы генератора и его быстродействия от работы загрузочного бункера, который используется в качестве важного элемента системы терморегулирования генератора.

Известен способ [патент RU №2253606], в котором производство водорода осуществляют путем химической реакции между водой и композитом из алюминия в реакторе, внутри которого устанавливают пластины из композита алюминия.

В качестве основного недостатка можно отметить сложность технологического процесса смены реагирующего компонента.

Известен способ, принятый за прототип [патент RU 2407701], в котором для производства водорода путем химической реакции воды и композита из алюминия и щелочи внутри реактора устанавливают пластины композита из алюминия и щелочи, пропускают через реактор воду и отводят вырабатывающийся водород.

Пластины композита из алюминия и щелочи выполняют прямоугольной формы, устанавливают их внутри реактора в сменном картридже, вертикально, меньшей стороной вниз, располагают по радиусу равномерно по окружности и фиксируют с двух сторон в радиальных пазах крепежного элемента пластин. Выработанный водород из реактора отводят через отверстие, расположенное в верхней части реактора. Подачу и отвод воды осуществляют через два отверстия, расположенных на одном уровне в центральной части реактора. Полный отвод воды и удаление шлаков из реактора осуществляют через отверстие в нижней части реактора.

Описанный способ позволяет производить водород в результате химической реакции композита из алюминия с содержанием NaOH до 10% и водой. Производительность данного реактора определяется суммарной площадью поверхности пластин активированного композита, а время работы - их толщиной и массой.

К недостаткам следует отнести необходимость полной остановки процесса выработки водорода при смене картриджа с пластинами композита из алюминия.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи по созданию технологий, позволяющих повысить эффективность генерации газообразного топлива.

Технический результат изобретения заключается в разработке способа генерации водорода в автономном генераторе водорода со сменой реагирующего компонента без остановки процесса выработки водорода.

Технический результат достигается тем, что изделия из композита алюминия (магния, бериллия) выполняют в форме куба (параллелепипеда) с отверстиями в трех ортогональных направлениях, размещают их в решетчатые контейнеры, которые помещают каждый в отдельный герметичный реактор, воду через которые пропускают через впускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью впускной воды, и через выпускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью выпускной воды, соединяют магистрали с теплообменником, а водород отводят через отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью водорода, которую соединяют с газопотребляющим устройством.

Объем выделения водорода регулируют объемом подачи воды в каждый реактор.

Для определения степени израсходованности ресурса материала изделий фиксируют время нахождения каждого изделия во взаимодействии с водой и сравнивают с нормой времени.

Для замены изделия в каждом отдельном реакторе закрывают впускные и выпускные запорные задвижки воды, сливают воду вместе со шлаками через сливное отверстие, закрывают запорную задвижку водорода, открывают съемную крышку реактора и заменяют изделие вместе с решетчатым контейнером.

В предлагаемом способе водород производят в результате химической реакции композита из алюминия (магния, бериллия) с содержанием NaOH до 10% и воды. Производительность каждого из реакторов определяется суммарной площадью поверхности отверстий кубических изделий активированного композита, а время работы - их толщиной стенок отверстий и массой куба изделия.

Отличия от прототипа доказывают новизну заявляемого технического решения, охарактеризованного в пунктах 1-4 формулы изобретения.

Новый подход позволяет производить замену изделий из композита алюминия (магния, бериллия) без остановки процесса выработки водорода и в то же время дает возможность практической реализации благодаря простоте действий, что подтверждает его соответствие условию патентоспособности «промышленная применимость».

Из уровня техники неизвестны отличительные существенные признаки заявляемого способа, охарактеризованные в пунктах 1-4 формулы изобретения, что подтверждает их соответствие условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Способ поясняется чертежами, где:

на фиг.1 представлена схема соединения по воде единичных реакторов с магистралями и теплообменником - разрез по А-А на схеме фиг.2;

на фиг.2 представлена схема соединения по водороду единичных реакторов с газопотребляющим устройством - разрез по Б-Б на схеме фиг.1;

на фиг.3 представлены вид и схема отверстий изделия из композита алюминия (магния, бериллия) и щелочи.

На фиг.1 изделия 1 из композита алюминия (магния, бериллия) и щелочи в форме куба с отверстиями помещены в контейнеры 2 из химически нейтрального материала, которые помещены в реакторы 3. В реакторах выполнены впускные 4 и выпускные 5 отверстия для подачи и отвода воды, которые через запорные задвижки 6 и 7 соединены с магистралью впускной воды 8 и магистралью выпускной воды 9. Воду по магистралям и теплообменнику 10 перекачивают насосом 11.

На фиг.2 изделия 1 в контейнерах 2, оснащенных ручками 12, помещены в воду 13 (показан уровень воды). Водород отводят через отверстие 14 запорную задвижку 15 к магистрали водорода 16, соединенной с газопотребляющим устройством 17. В нижней части каждого реактора установлена запорная задвижка 18 для слива воды и шлака. В верхней части каждого реактора 3 устанавливают съемную крышку 19, которая обеспечивает герметичность реактора.

На фиг.3 показано изделие 1 из композита алюминия (магния, бериллия) и щелочи в форме куба с отверстиями 20 в трех ортогональных направлениях перпендикулярно поверхностям. Кубическая форма наиболее оптимальна для изготовления изделия и выполнения отверстий - после формования куба отверстия можно просверлить за один проход с каждой из трех сторон куба - и для использования изделия в реакторе.

Реализация способа

Изготавливают изделия 1 композита из алюминия (магния, бериллия) и щелочи в форме куба, формируют в материале куба отверстия в трех ортогональных направлениях, помещают изделия в контейнеры 2 из химически нейтрального материала (например, тефлона), которые помещают в корпуса реакторов 3, через которые пропускают воду 13. В результате химической реакции выделяется водород, тепло и образуется шлак. Водород отводят через отверстия 14 и запорную задвижку 15 в магистраль 16 и далее к газопотребляющему устройству 17. Воду в реакторы 3 подают из магистрали впускной воды через запорные задвижки 6 и впускные отверстия 4 насосом 11. Нагретую воду из реакторов 3 через выпускные отверстия 5, запорные задвижки 7 и магистраль выпускной воды 9 направляют в теплообменник 10, где вода охлаждается и откуда насосом 11 направляется на следующий цикл циркуляции.

Для регулирования количества вырабатываемого водорода поочередно отключают/подключают от подачи воды отдельные реакторы. При этом целесообразно воду в реакторы или наполнять до полного объема, или полностью удалять. Для увеличения количества вырабатываемого водорода имеется возможность подключения к установке дополнительных модулей, состоящих из реактора 3 с отверстиями 4, 5 и задвижками 6, 7 для воды и отверстием 14, задвижкой 15 для водорода.

В ходе эксплуатации установки сработка материала кубов 1 в разных реакторах происходит неравномерно, поэтому целесообразно вести подсчет времени нахождения каждого куба в каждом реакторе в активном (покрытом водой) состоянии.

Замену контейнера 2 с изделием 1 производят по мере необходимости в каждом отдельном реакторе 3, для чего закрывают впускные 6 и выпускные 7 запорные задвижки воды конкретного реактора, сливают воду 13 вместе со шлаками через сливную затворную задвижку 18, закрывают запорную задвижку 15 водорода, открывают съемную крышку 19 реактора и заменяют изделие 1 вместе с решетчатым контейнером 2.

Предлагаемый способ позволяет обеспечить быструю замену твердого реагента, безопасность и отсутствие вредных выбросов. Применение модульного принципа допускает технологическое масштабирование. Ресурс единичной заправки всех реакторов позволяет обеспечивать непрерывную работу топливного элемента на максимальной расчетной мощности в течение расчетного времени. В режиме ожидания время гарантированной готовности установки, реализующей предлагаемый способ, к использованию может составлять достаточно продолжительный расчетный период.

1. Способ генерации водорода, в котором помещают в герметичный реактор со съемной крышкой изделия из композита алюминия, или магния, или бериллия и щелочи, пропускают через реактор воду, отводят выделяющийся водород и тепло, отличающийся тем, что изделия выполняют в форме куба или параллелепипеда с отверстиями в трех ортогональных направлениях, размещают их в решетчатые контейнеры, которые помещают каждый в отдельный герметичный реактор, воду через которые пропускают через впускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью впускной воды, и через выпускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью выпускной воды, соединяют магистрали с теплообменником, а водород отводят через отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью водорода, которую соединяют с газопотребляющим устройством.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что объем выделения водорода регулируют объемом подачи воды в каждый реактор.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для определения степени израсходованности ресурса материала изделий фиксируют время нахождения каждого изделия во взаимодействии с водой и сравнивают с нормой времени.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для замены изделия в каждом отдельном реакторе закрывают впускные и выпускные запорные задвижки воды, сливают воду вместе со шлаками через сливное отверстие, закрывают запорную задвижку водорода, открывают съемную крышку реактора и заменяют изделие вместе с решетчатым контейнером.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к улучшенному способу конверсии моноксида углерода СО и воды Н2О в диоксид углерода СO2 и водород Н2, который включает стадии связывания моноксида углерода из газовой фазы первым растворителем с получением формиата НСОО-, разложение формиата НСОО- и отделение образующегося водорода Н2.

Изобретение относится к трубе риформинга с переменной толщиной стен, предназначенной для риформинга газа в процессе прямого восстановления железа. Труба содержит аксиально выровненную трубчатую конструкцию, выполненную из металлического материала.

Изобретение относится к способу получения метано-водородной смеси, содержащей в основном Н2 и СН4, для производства водорода, спиртов, аммиака, диметилового эфира, этилена, для процессов Фишера-Тропша, и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в качестве топлива в газотурбинных приводах компрессорных станций и на транспорте, для производства электроэнергии.

Изобретение относится к области технологии создания композиционных полимерных материалов и может быть использовано для предотвращения нежелательной пассивации воздухом или компонентами, содержащимися в технических водородсодержащих газах и других газообразных средах, гидридообразующих сплавов, предназначенных для хранения водорода.

Изобретение относится к области разработки структурированного катализатора для получения синтез-газа в процессе паровой и парокислородной конверсии ацетона или этанола.

Изобретение может быть использовано в химии и энергетике. Исходные реагенты - воду и диоксид углерода, через смеситель 2 подают в реактор 1, выполненный в виде герметичной емкости, содержащей катализатор, при этом концентрацию диоксида углерода в воде регулируют, чтобы получить карбонизированную воду, посредством давления и времени насыщения воды диоксидом углерода.
Изобретение относится к химии и технологии органического синтеза, а именно к способу получения синтез-газа (смеси оксида углерода и водорода), который может быть использован в нефтехимии для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов и спиртов оксосинтезом, углеводородов и синтетического моторного топлива.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к сплавам на основе титана, используемых для аккумулирования водорода, и может быть использовано в экологически чистых энергетических устройствах.

Изобретение относится к области хранения и отбора водорода с применением пористых компонентов, взаимодействующих с водородом с обратимым образованием гидридов металлов.

Изобретение относится к химической промышленности. Технологический углеводородный газ после сероочистки в смеси с водяным паром подают в обогреваемые жаропрочные трубы, внутри которых размещают никельсодержащий катализатор в виде слоя гранул в форме шара или цилиндра с поверхностью 400÷700 м2/м3 и порозностью 0,5-0,7 м3/м3.

Изобретение относится к водородной энергетике и может быть использовано для получения водорода. Устройство содержит нижнюю реакционную камеру (1) с гидрореакционной гетерогенной композицией, состоящей из алюминиевой пудры (2) и воды (12), верхнюю камеру (3), сочлененную с нижней камерой (1), которую через заливочное окно (6) заполняют водным раствором кристаллогидрата метасиликата натрия (5).

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

Изобретение относится к области регулируемых твердотопливных газогенерирующих систем. .

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может использоваться для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. .

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может использоваться для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. .

Изобретение относится к газоаналитическому приборостроению и может быть использовано , например, при разработке и метрологической аттестации устройств при приготовлении поверочных газовых смесей, а также калибровочных газов.

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте. Генератор водорода содержит реакционный сосуд, магистраль подачи водного раствора едкого натра, магистраль выдачи водорода, а также контейнер с твердым реагентом - алюминием. Реакционный сосуд выполнен проточным. Генератор снабжен магистралью подачи водной суспензии с твердым реагентом - алюминием, смешивающим устройством в виде тангенциальных вводов в реакционный сосуд на магистралях подачи водного раствора едкого натра и подачи водной суспензии с твердым реагентом - алюминием, кольцеобразным фильтром и магистралью вывода водного раствора продуктов гидролиза, которые установлены в нижней части реакционного сосуда. Изобретение позволяет повысить качество производственного процесса и снизить эксплуатационные расходы. 1 ил.
Наверх