Способ хранения атомарного водорода


 


Владельцы патента RU 2562493:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)

Изобретение относится к химии и водородной энергетике и может быть использовано в транспортном машиностроении. Водород получают в генераторе 1, направляют в приёмник 2, разделяют на два потока 3 и воздействуют на них импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс. Затем пропускают через аккумуляторы атомарного водорода 6, заполненные нанодисперсным углеродом, содержащим углеродные нанотрубки с удельной поверхностью от 200 до 550 м2/г в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, при пульсирующем давлении водорода с амплитудой более 0,1 МПа. Обеспечивается надёжное и безопасное хранение водорода. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам хранения водорода и может быть использовано в водородной энергетике для получения, хранения и транспортировки водорода.

В настоящее время разработаны и успешно применяются в промышленности многочисленные технологии и устройства получения водорода, в частности ортоводорода. Основные проблемы связаны с необходимостью снижать энергопотребление и повышать экологичность и безопасность получения, хранения и транспортировки водорода как в газообразном, так и в жидком состояниях (см. например, В.Г. Цихисели Обоснование целесообразности применения в промышленности и на транспорте криоиспользующих преобразователей энергии // Альтернативная энергетика и экология. Международный научный журнал. - Саров: 2000).

Известно устройство и картридж для хранения сжатого газотурбинного водорода (патент RU 2440290, МПК С01В 3/00, F17C 11/00, 07.06.2007), содержащее корпус, микроконтейнеры, проницаемые для водорода, и арматуру для регулирования процесса выделения газообразного водорода.

Недостатком известного технического решения является недостаточно высокое соотношение массы запасенного водорода к общей массе устройства.

Известен также способ сорбции и хранения гелия или водорода (патент RU 2377176, МПК С01В 3/00, F17C 11/00, 22.08.2008), включающий получение водорода, использование микроконтейнеров для хранения водорода и введение в них водорода под давлением.

Недостатком известного способа является низкая сорбционная способность микроконтейнеров для хранения водорода в виде алюмосиликатных микросфер и непригодность их для использования в качестве топлива.

Наиболее близким из известных технических решений к предлагаемому способу хранения атомарного водорода является принятый за прототип способ ионной имплантации изотопов водорода в полые кристаллические наноструктуры (Заявка US №2009/0123789 А), основанный на использовании полых кристаллических наноструктур и ионной имплантации в них водорода.

Недостатком известного технического решения является высокая трудоемкость осуществления технологических операций.

Задачей заявленного изобретения является обеспечение надежного хранения атомарного водорода.

Технический результат, получаемый при осуществлении изобретения, заключается в повышении надежности и топливной эффективности хранения атомарного водорода.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе хранения атомарного водорода, включающем использование нанодисперсного углерода, содержащего углеродные нанотрубки в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, воздействие на полученный водород импульсным магнитным полем, пропускание водорода через нанодисперсный углерод при пульсирующем давлении, используют нанодисперсный углерод с удельной поверхностью от 200 до 550 м2/г, импульсное магнитное поле с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс и пульсирующее давление водорода с амплитудой более 0,1 МПа.

Принципиальная схема устройства для осуществления предлагаемого способа хранения атомарного водорода показана на чертеже.

Устройство содержит генератор (орто)водорода 1, приемник водорода 2, трубопровод 3, электромагнит 4, блок управления магнитной индукцией 5, аккумулятор атомарного водорода 6 и регулятор давления 7. В качестве микроконтейнеров для хранения водорода используют нанодисперсный углерод, содержащий углеродные нанотрубки, имеющий удельную поверхность от 200 до 550 м2/г и размещенный в аккумуляторе атомарного водорода 6.

В соответствии с принципом Паули электроны атомов водорода, образующих молекулу водорода, должны обязательно отличаться направлением собственного момента количества движения электрона (спином). Если же атомы водорода имеют параллельные спины, то они при взаимодействии упруго отталкиваются друг от друга и не образуют молекулу водорода Н2. Только при взаимодействии атомов водорода с антипараллельными электронными спинами образуется молекула водорода. При генерации водорода в земных условиях магнитное поле Земли нарушает равновероятностный процесс и задает преимущественную ориентацию спина электрона. В результате при температуре выше 273К водород представляет собой смесь: 25% пара- и 75% ортоводорода.

Существование водорода одновременно в двух изомерных формах вызывает определенные сложности при его снижении и связано это с дополнительным выделением энергии при их рекомбинации. В связи с этим необходимо осуществлять орто-пара конверсию водорода и/или разрабатывать способы раздельного хранения атомарного водорода с антипараллельными электронными спинами, воздействуя на водород сильным внешним магнитным полем с управляемым вектором и амплитудой.

Предлагаемый способ в устройстве реализуют следующим образом.

Водород после генератора 1 в приемнике 2 разделяют на два потока и воздействуют на разделенные потоки водорода импульсным магнитным полем с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс антипараллельного направления и пропускают разделенные потоки через нанодисперсный углерод, размещенный в аккумуляторах атомарного водорода 6, при пульсирующем давлении водорода с амплитудой более 0,1 МПа.

В выполненных исследованиях в аккумуляторах атомарного водорода 6 был использован нанодисперсный углерод, содержащий около 30% по объему углеродных нанотрубок, с высокой поверхностной активностью и имеющий удельную поверхность порядка 300 м2 на 1 г массы.

Способ хранения атомарного водорода, включающий использование нанодисперсного углерода, содержащего углеродные нанотрубки в качестве микроконтейнеров для хранения водорода, воздействие на полученный водород импульсным магнитным полем, пропускание водорода через нанодисперсный углерод при пульсирующем давлении, отличающийся тем, что используют нанодисперсный углерод с удельной поверхностью от 200 до 550 м2/г, импульсное магнитное поле с амплитудой магнитной индукции В более 100 гаусс и пульсирующее давление водорода с амплитудой более 0,1 МПа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технологиям получения наноструктурированного углеродного материала и может быть использовано в химической, электротехнической, машиностроительной промышленности при изготовлении усиливающих наполнителей резин и пластмасс, пигментов для типографских красок, в производстве сплавов, специальных сортов бумаги, электродов, гальванических элементов.

Изобретение относится к области нанотехнологий и может быть использовано для получения углеродных наноструктур. Устройство для синтеза углеродных нанотрубок включает камеру 1, заполненную инертным газом, в которой расположены цилиндрические углеродосодержащие катод 2 и анод 3, расположенные соосно, выполненные с возможностью их перемещения относительно друг друга в продольном направлении.

Изобретение относится к области получения теплозащитных материалов, стойких к эрозионному разрушению при воздействии высоких температур и давлений, а более конкретно к конструкции армирующего каркаса из углеродного волокна и способу его изготовления.

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Сначала при температуре 25÷50°C готовят раствор, содержащий, мас.%: полиакрилонитрил - 4,58; CoCl2·6H2O - 1,86; NiCl2·6H2O - 1,86; диметилформамид - 91,7, и выдерживают до полного растворения всех компонентов.

Изобретение может быть использовано в медицине и биологии. На первой стадии получают низкогидроксилированные нерастворимые фуллеренолы путем взаимодействия концентрированного раствора фуллерена в о-ксилоле с водным раствором аммиака в присутствии катализатора межфазового переноса тетрабутиламмониевого гидроксида при температуре 35-40°C.

Изобретение может быть использовано при получении покрытий, уменьшающих коэффициент вторичной электронной эмиссии, выращивании алмазных плёнок и стёкол, элементов, поглощающих солнечное излучение.

Изобретение может быть использовано при изготовлении герметичных изделий, предназначенных для работы в химической и химико-металлургической промышленности. Сначала формируют каркас из жаростойких волокон, имеющих коэффициент линейного термического расширения, близкий к коэффициенту линейного термического расширения компонентов материала матрицы.

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Природный или синтетический графит или терморасширенный графит контактирует с кислородом или озоном при температуре от -30оС до 700°C.

Изобретение относится к области химии и нанотехнологии. Сначала готовят раствор полиакрилонитрила (ПАН) и ацетилацетоната Fe(CH3COCH=C(CH3)O)3·6H2O в диметилформамиде при температуре 40°C.

Изобретение относится к химической промышленности. Способ разделения фуллеренов включает растворение фуллеренов в о-ксилоле, высокотемпературную обработку полученного раствора при 70-90°C 60-120 минут с получением концентрата С60 и раствора, направляемого на низкотемпературную обработку при (-15)÷(-25)°C в течение 10-30 часов.

Изобретение относится к способу переработки углеводородсодержащего сырья, включающему стадию плазменной конверсии сырья в плазмохимическом модуле с дуговым плазмотроном, снабженным полым катодом, основанному на взаимодействии потока сырья с пароводяной плазмой с получением синтез-газа, с осуществлением вспомогательных стадий - рекуперации тепла, производства электроэнергии, очистки и компрессии синтез-газа.

Изобретение относится к каталитической системе, подходящей для проведения частичного каталитического окисления при малой продолжительности контакта, для получения синтез-газа и, возможно, водорода.

Изобретение относится к области переработки и утилизации углеводородного сырья на основе метана в синтез-газ (смесь H2 и CO). В способе исходную смесь топлива и воздуха поочередно подают в два синхронизированных конверсионных блока, заполненных инертной пористой средой, где формируется и распространяется волна горения.

Изобретение относится к пористому металлорганическому скелетному материалу. Материал содержит по меньшей мере одно по меньшей мере двухкоординационное органическое соединение, координационно соединенное по меньшей мере с одним ионом металла и являющееся производным 2,5-фурандикарбоновой или 2,5-тиофендикарбоновой кислоты.

Изобретение относится к области химии и может быть использовано при получении водорода из углеводородов. Способ получения водорода по технологии двухстадийного окисления углеводородного сырья включает первую стадию - парциальное окисление углеводородов при недостатке окислителя, на которой происходит смешение сырья с кислородом и сжиганием его в камере сгорания проточного охлаждаемого высокотемпературного реактора при высокой температуре (до 3000°C) и на высоких скоростях с получением парогазовой смеси, содержащей водород, моно- и двуокись углерода, воду и побочные продукты реакции горения, затем полученную смесь увлажняют и одновременно охлаждают до температуры от 300 до 700°C путем впрыскивания и распыления воды в газовый поток, и очистка смеси пропусканием ее через фильтры; и вторую стадию - паровое каталитическое окисление монооксида углерода, на которой конверсию монооксида углерода проводят последовательно в два этапа на соответствующих конверторах: первом, предназначенном для среднетемпературной конверсии монооксида углерода при температурах 300-700°C на соответствующем среднетемпературном катализаторе, с последующим дополнительным увлажнением, а затем на втором, предназначенном для низкотемпературной паровой конверсии монооксида углерода при температурах от 200 до 300°C на соответствующем низкотемпературном катализаторе.

Изобретение относится к способу получения синтез-газа из углеводородного сырья. Способ включает последовательное пропускание углеводородного сырья через радиационную печь, устройство теплообменного риформинга и устройство автотермического риформинга, при этом газ, выходящий из устройства автотермического риформинга, используют в качестве источника тепла для реакций риформинга, протекающих в устройстве теплообменного риформинга, а в устройство теплообменного риформинга подают охлаждающую среду.

Изобретение относится к катализатору парциального окисления метана, который представляет собой никель-алюминиевую шпинель. Данная шпинель имеет общую химическую формулу (Ni1-x(М2O3)x)y·γ-Аl2O3, где М - Сr, Мn или Fe, 0,01≤x≤0,99, 0,01≤y≤1.

Изобретение относится к способу получения водорода из сырьевого материала, содержащего углерод, и водяного пара. Способ включает газификацию сырьевого материала газовым потоком, включающим диоксид углерода при высокой температуре и кислород, для получения первого газового потока, содержащего молекулы монооксида углерода и молекулы молекулярного водорода, окисление первого газового потока носителями кислорода в окисленном состоянии и потоком кислорода для получения второго газового потока при высокой температуре, включающего диоксид углерода, носителей кислорода в восстановленном состоянии, и избытка тепловой энергии, активацию носителей кислорода в восстановленном состоянии газовым потоком активации, включающим водяной пар при высокой температуре, для получения носителей кислорода в окисленном состоянии, третьего газового потока, включающего водород, и избытка тепловой энергии.

Изобретение относится к устройству для извлечения трития путем изотопного обмена из таких вещей, как, например, перчатки, бумага и других подобных объектов, называемых «мягкими бытовыми отходами», имеющихся в лабораториях и заводах, обрабатывающих загрязненные тритием материалы.

Изобретение относится к способу и соответствующему оборудованию для получения кондиционного синтез-газа для производства аммиака с криогенной очисткой. Способ включает конверсию углеводородного исходного сырья с последующими стадиями конверсии СО, удаления СО2 и метанирования с получением потока сырого кондиционного синтез-газа, содержащего водород и азот, обработку сырого синтез-газа в секции криогенной очистки с получением потока очищенного синтез-газа, подачу жидкого потока, обогащенного азотом, при криогенной температуре в секцию криогенной очистки, обеспечение косвенного теплообмена между синтез-газом и жидким потоком, обогащенным азотом, в криогенной секции, причем поток, обогащенный азотом, частично испаряют для обеспечения охлаждения криогенной секции, и обработку воздушного потока в устройстве разделения воздуха с получением жидкого потока, обогащенного азотом, и потока, обогащенного кислородом.

Изобретение относится к технологиям получения наноструктурированного углеродного материала и может быть использовано в химической, электротехнической, машиностроительной промышленности при изготовлении усиливающих наполнителей резин и пластмасс, пигментов для типографских красок, в производстве сплавов, специальных сортов бумаги, электродов, гальванических элементов.
Наверх