Поглотитель водорода



Поглотитель водорода
Поглотитель водорода

 


Владельцы патента RU 2596258:

Федеральное государственное унитарное предприятие "РОССИЙСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ЯДЕРНЫЙ ЦЕНТР - ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ АКАДЕМИКА Е.И. ЗАБАБАХИНА" (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к области химии. Поглотитель водорода размещают в замкнутом объеме с очищаемой кислородсодержащей или кислородобедненной газовой средой. Обеспечивают окисление содержащегося в смеси водорода на палладиевом катализаторе 4. Образующиеся пары воды проникают через мембрану 5 в область размещения источника кислорода 6. В результате проводимой реакции гидролиза в области 6 получают кислород. Изобретение позволяет повысить эффективность извлечения водорода из газообразной смеси в замкнутых объемах за счет восполнения потерь кислорода, снизить влажность газовой среды за счет поглощения воды источником кислорода. 6 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии очистки газовых смесей от водорода или его изотопов в статическом режиме из газовоздушных и кислородобедненных газовых смесей, в которых необходимо минимизировать потери кислорода и уменьшить или исключить накопление паров воды в замкнутых объемах, и может быть использовано в электрохимической, химической, радиоэлектронной, приборостроительной и других отраслях промышленности.

Известно устройство для удаления водорода из смеси газов, содержащей водород, кислород, пары воды и аэрозоли, включающее, по меньшей мере, один носитель, покрытый катализаторным материалом для окисления водорода с выделением тепла и содержащее защитное приспособление, соединенное с носителем, описанное в патенте РФ №2010598 от 08.01.1990 г., опубл. 15.04.1994 г., МПК B01J 8/02, B01D 53/22.

К недостаткам известного устройства в условиях замкнутого объема и кислородсодержащей газовой среды следует отнести:

- увеличение влажности внешней газовой среды вследствие образования воды на катализаторе при окислении водорода,

- отсутствие реагентов и элементов конструкции, обеспечивающих восполнение потерь кислорода на окисление водорода, что может привести к полному израсходованию кислорода и, как следствие, к остановке работы устройства.

Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является устройство, описанное в патенте РФ №2121871 от 14.06.1996 г. МПК B01D 7/00, опубл. 20.11.1998 г., под названием «Генератор газа». Устройство содержит корпус в виде полой емкости с областями размещения реагентов, сообщающихся между собой и разделенных мембраной.

К недостаткам прототипа следует отнести отсутствие реагентов и элементов конструкции, обеспечивающих удаление водорода из внешней газовой среды, а также сложную процедуру задействования.

Задачей изобретения является создание устройства для максимально эффективной очистки газовоздушной и кислородобедненной газовой смеси от водорода с минимальным расходом кислорода и ограничением или исключением накопления паров воды в газовой смеси.

Технический результат заключается в повышении эффективности извлечения водорода из газообразной смеси в замкнутых объемах за счет восполнения потерь кислорода, в упрощении процедуры задействования, а также в снижении влажности газовой среды за счет поглощения воды источником кислорода.

Это достигается тем, что в поглотителе водорода, включающем корпус в виде полой емкости с областями размещения реагентов, сообщающимися между собой и разделенными газопроницаемой мембраной, последовательно расположенные области размещения источника кислорода, катализатора и адсорбента разделены перегородками, не менее трех, выполненными перфорированными и расположенными между областью размещения катализатора и газопроницаемой мембраной, выполненной непроницаемой для источника кислорода и продуктов его гидролиза и граничащей с областью размещения источника кислорода, а также между областью размещения катализатора и областью размещения адсорбента, граничащей, в свою очередь, с перегородкой, обеспечивающей газообмен внутреннего объема поглотителя водорода с внешней средой.

Кроме того, корпус выполнен цилиндрическим.

Кроме того, корпус и мембрана выполнены из фторопласта, стойкого в окислительной и щелочной среде.

Кроме того, перфорированные перегородки выполнены из поликарбоната.

Кроме того, в качестве адсорбента использованы гранулы силикагеля и/или цеолита.

Кроме того, в качестве катализатора использованы гранулы оксида алюминия с нанесенным на них палладием.

Кроме того, источник кислорода представляет собой материал, содержащий пероксид и/или надпероксид (супероксид) щелочного металла.

Наличие в заявляемом изобретении признаков, отличающих его от прототипа, позволяет считать его соответствующим условию «новизна».

Новые признаки (последовательно расположенные области размещения источника кислорода, катализатора и адсорбента разделены перегородками, не менее трех, выполненными перфорированными и расположенными между областью размещения катализатора и газопроницаемой мембраной, выполненной непроницаемой для источника кислорода и продуктов его гидролиза и граничащей с областью размещения источника кислорода, а также между областью размещения катализатора и областью размещения адсорбента, граничащей, в свою очередь, с перегородкой, обеспечивающей газообмен внутреннего объема поглотителя водорода с внешней средой), не выявлены в технических решениях аналогичного назначения. На этом основании можно сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию «изобретательский уровень».

На фиг. 1 представлен общий вид поглотителя водорода и введены следующие обозначения:

1 - корпус;

2 - перфорированная разделительная перегородка;

3 - область размещения адсорбента;

4 - область размещения катализатора;

5 - мембрана;

6 - область размещения источника кислорода.

На фиг. 2 показана динамика изменения количеств газов при функционировании поглотителя в замкнутом объеме.

Поглотитель водорода содержит (см. фиг. 1) корпус 1 в виде цилиндра, выполненный из конструкционного фторопласта, перфорированные перегородки 2, разделяющие области размещения реагентов и фиксирующие мембрану 5 в корпусе 1, область размещения адсорбента 3, представляющую собой размещенную в тканевом мешке навеску силикагеля, или цеолита, или их комбинацию, область размещения катализатора 4, представляющего собой палладий, нанесенный на гранулы оксида алюминия, мембрану 5, разделяющую область размещения катализатора 4 и область размещения источника кислорода 6, непроницаемую для материала источника кислорода и продуктов его гидролиза и проницаемую для газов, в качестве источника кислорода использован материал, содержащий пероксид и/или надпероксид (супероксид) щелочного металла.

В состоянии хранения (незадействованном) поглотитель закрыт герметичной крышкой (на фиг. 1 не показана). Перед началом работы поглотитель задействуют: снимают крышку с корпуса 1.

Работа поглотителя водорода осуществляется следующим образом. Задействованный поглотитель размещают в замкнутом объеме с очищаемой кислородсодержащей или кислородобедненной газовой средой. Водород из газовой среды за счет диффузии проникает вовнутрь корпуса 1 поглотителя водорода и достигает области размещения палладиевого катализатора 4. Палладиевый катализатор 4 окисляет водород кислородом, имеющимся в газовой среде, с образованием паров воды. Пористая мембрана 5 обеспечивает проникновение образующихся на катализаторе 4 паров воды в область размещения источника кислорода 6, одновременно препятствует проникновению материала источника кислорода 6 и продуктов его гидролиза в область размещения катализатора 4. Материал источника кислорода 6 вступает в реакцию гидролиза с парами воды, образовавшимися на катализаторе 4 при окислении водорода, в результате взаимодействия выделяется кислород. Адсорбер 3 защищает катализатор 4 от воздействия компонентов газовой среды, которые адсорбируются на поверхности адсорбента.

Эмпирический вид реакций окисления водорода и выделения кислорода можно представить в виде уравнений:

Пример 1. Эксперимент проводили в лабораторных условиях. Корпус поглотителя был выполнен из фторопласта. В нем были размещены: адсорбер, где в качестве адсорбента применяли силикагель КСМГ, палладиевый катализатор, представляющий собой гранулы оксида алюминия с нанесенным на них палладием в количестве 2% масс.; источник кислорода - надпероксид натрия. В корпусе также была закреплена пористая фторопластовая мембрана. Перфорированные перегородки выполнены из поликарбоната. Поглотитель был размещен в герметичном контейнере, исходной газовой средой был атмосферный воздух. Во внутреннюю полость контейнера был организован приток водорода. Графики изменения во времени количества газов, находящихся в контейнере и поступивших в него, представлены на фиг. 2. Из фиг. 2 видно, что в течение ≈120 сут в испытательный контейнер поступал водород (см. график 1) общим количеством 1,7 л. В контейнере водород в течение эксперимента практически отсутствовал (см. график 4). Количество кислорода за 120 сут не снизилось (см. график 2), а возросло на 0,8 л. Из поглотителя постоянно выделялся кислород (см. график 3), его общее количество составило 1,3 л. По результатам измерений в течение эксперимента влажность в контейнере снизилась с 6 до 0,5 г/л (на фиг. 2 не показано).

Использование данного изобретения позволит

- повысить эффективность извлечения водорода из газообразной смеси в замкнутых объемах за счет восполнения потерь кислорода;

- упростить процедуру задействования;

- снизить влажность газовой среды за счет поглощения воды источником кислорода.

Таким образом, поглотитель водорода, воплощенный в заявленном изобретении, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «промышленная применимость».

1. Поглотитель водорода, включающий корпус в виде полой емкости с областями размещения реагентов, сообщающимися между собой и разделенными газопроницаемой мембраной, отличающийся тем, что последовательно расположенные области размещения источника кислорода, катализатора и адсорбента разделены перегородками, не менее трех, выполненными перфорированными и расположенными между областью размещения катализатора и газопроницаемой мембраной, выполненной непроницаемой для источника кислорода и продуктов его гидролиза и граничащей с областью размещения источника кислорода, а также между областью размещения катализатора и областью размещения адсорбента, граничащей, в свою очередь, с перегородкой, обеспечивающей газообмен внутреннего объема поглотителя водорода с внешней средой.

2. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что корпус выполнен цилиндрическим.

3. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что корпус и мембрана выполнены из фторопласта.

4. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что перфорированные перегородки выполнены из поликарбоната.

5. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что в качестве адсорбента использованы гранулы силикагеля и/или цеолита.

6. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что в качестве катализатора использованы гранулы оксида алюминия с нанесенным на них палладием.

7. Поглотитель водорода по п. 1, отличающийся тем, что источник кислорода представляет собой материал, содержащий пероксид и/или надпероксид (супероксид) щелочного металла.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области мембранных технологий и касается устройств, осуществляющих выделение кислорода из смеси газов на керамических мембранах со смешанной ионно-электронной проводимостью.

Изобретение относится к квантовой электронике и может быть использовано при разработке кислородно-йодных лазеров, генераторов возбужденных частиц для научных исследований.

Изобретение относится к способу получения водорода низкого давления для последующего сжигания и получения водяного пара с помощью низковольтного электролиза щелочного электролита раствора солей галогенводородных кислот и их смесей постоянным током, с помощью алюминиевых электродов, с дальнейшим извлечением кислорода в отдельный накопитель из образовавшихся алюминиевых комплексов, с поддержанием состава электролита и контролем температуры и давления в электрохимической ячейке.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для производства водорода и кислорода из водяного пара методом термической диссоциации и может быть использовано в сельском хозяйстве, коммунально-бытовой отрасли для работы двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок.

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано для частичного или полного замещения углеводородного топлива на различных видах транспорта, в отопительных системах жилых и производственных помещений, в генераторах производства пара и для раздельного получения чистого кислорода и водорода для производственных, медицинских и других нужд.

Изобретение относится к способу получения углеводородов, водорода и кислорода с использованием диоксида углерода и воды. Согласно способу насыщают воду диоксидом углерода с получением карбонизированной воды; пропускают карбонизированную воду, по меньшей мере, через один реактор, содержащий катализатор, с осуществлением реакции: n C O 2 + [ 4 n + 2 ( k + 1 ) ] H 2 O = C n H 2 n + 2 + [ 3 n + 2 k + 1 ] H 2 + [ 3 n + k + 1 ] O 2   , где k - целое число, большее или равное 0, n - целое число, большее или равное 1, с получением углеводородов, водорода и кислорода, поступающих далее, по меньшей мере, в один разделитель; по меньшей мере, в одном разделителе отделяют продукты реакции от исходной карбонизированной воды путем сепарации газообразной и жидкой фаз, при этом из жидкой и газообразной фаз выделяют углеводороды, а из газообразной фазы дополнительно выделяют водород и кислород.

Изобретение относится к приводимому в действие электричеством узлу отделения кислорода, включающему в себя по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, имеющий слой анода, слой катода, слой электролита, расположенный между слоем анода и слоем катода, и два слоя токоприемника, расположенные смежными с и в контакте со слоем анода и слоем катода и размещенные на внутренней стороне и наружной стороне упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента; комплект проводников, соединенных с одним из двух слоев токоприемника в двух центральных разнесенных местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента и с другим из двух слоев токоприемника по меньшей мере в противоположных концевых местоположениях упомянутого по меньшей мере одного трубчатого мембранного элемента, разнесенных наружу от упомянутых двух центральных разнесенных местоположений, так что источник питания способен прикладывать электрический потенциал через набор проводников между двумя центральными разнесенными и по меньшей мере двумя противоположными концевыми местоположениями, а вызванный приложенным электрическим потенциалом электрический ток, текущий через упомянутый по меньшей мере один трубчатый мембранный элемент, делится на две части, текущие между двумя центральными разнесенными и противоположными концевыми местоположениями.

Изобретение относится к способам создания дыхательных атмосфер в различных рабочих пространствах, включая тренажерные помещения, медицинские камеры, дыхательные устройства и больничные палаты.

Изобретение относится к области комплексной переработки твердого топлива на основе биоресурсов и может быть использовано при комплексной переработке пищевых продуктов.

Изобретение относится к области ракетной техники, а более конкретно к области регулирования твердотопливных газогенерирующих систем для подводного применения. Твердотопливный газогенератор для подводного использования содержит установленную на опоре цилиндрическую шашку унитарного твердого топлива, на верхнем торце которой надет локализатор зоны горения в виде перевернутого термостойкого стакана с электрическим нагревателем, и средство управления.

Изобретение относится к области химического машиностроения, а именно, к установкам для получения водорода риформингом жидкого углеводородного сырья, может быть использовано в энергетической установке подводной лодки.

Изобретение относится к области получения водорода или синтез-газа при переработке различных водородсодержащих топлив посредством парциального окисления и может быть использовано для переработки различных углеводородных топлив и сероводорода.

Изобретение относится к системе выработки водорода и способу управляемой выработки водорода. Способ заключается в реакции металлического реактива, отобранного среди щелочных металлов, щелочноземельных металлов, сплавов и смесей, состоящих из щелочных металлов, щелочноземельных металлов, сплавов, состоящих, как минимум, из одного щелочного металла, и как минимум, одного щелочноземельного металла, с водой для получения водорода и остаточного продукта реакции в виде гидроксида металла, отобранного среди щелочных гидроксидов и щелочноземельных гидроксидов, при этом осуществляют сжижение металлического реактива путем нагревания в вакууме, подачу жидкого металлического реактива в гомогенный реактор выдавливанием при помощи средств подачи и одновременную подачу воды для поддержания стехиометрического соотношения воды в соответствии с количеством жидкого металлического реактива, транспортировку водорода и остаточного продукта из реактора в средства разделения, разделение водорода и остаточного продукта реакции, транспортировку отделенного водорода в приемник водорода, транспортировку остаточного продукта реакции в приемник гидроксида металла и предотвращение попадания кислорода в средства подачи металлического реактива, систему подачи воды, реактор, разделители и приемник водорода путем выборочного применения вакуума.

Изобретение относится к подаче тепловой энергии и может быть использовано в химической промышленности и газификации. Способ подачи тепловой энергии в систему термообработки (104) сырья включает: газификацию сухого сырья в первом реакторе (106) потоком газифицирующего газа (FGG) с получением первого газового потока (PFG); окисление во втором реакторе (108) с получением второго газового потока (DFG); активацию в третьем реакторе носителей кислорода с получением избытка тепловой энергии; подачу части тепловой энергии указанного второго газового потока (DFG) и/или избыточного тепла с активации носителей кислорода в систему (104) термообработки сырья; и повышение температуры потока газифицирующего газа (FGG) по меньшей мере одной частью избыточного тепла с активации носителей кислорода для повышения температуры указанного потока газифицирующего газа (FGG) до температуры газификации.

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для производства водорода и кислорода из водяного пара методом термической диссоциации и может быть использовано в сельском хозяйстве, коммунально-бытовой отрасли для работы двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установок.

Изобретение относится к области газохимии, а именно к установке для получения синтез-газа для производства углеводородов. Установка включает магистраль подачи углеводородного сырья, магистраль подачи остаточного газа с установки синтеза углеводородов из синтез-газа, соединенные с блоком адиабатического предриформинга, трубопровод для подачи кислородосодержащего газа, соединенный с блоком автотермического риформинга, связанного с блоком адиабатического предриформинга, и трубопровод для выхода полученной парогазовой смеси, соединенный с выходом блока автотермического риформинга.

Изобретение относится к устройству переработки газового углеводородного сырья для получения синтез-газа. Устройство содержит узел подвода исходных компонентов - окислителя и углеводородного газа, узел охладителя, смеситель образования реакционной смеси, камеру горения в виде цилиндрического канала, корпус которой имеет охлаждающий тракт, дополнительные стенки-перегородки с охлаждающим внутренним проходным трактом, связанным с охлаждающим трактом корпуса камеры.

Изобретение относится к насосной технике и может применяться при создании систем водоснабжения и силовых гидравлических установок, в том числе малогабаритных гидросистем высокого давления для космических аппаратов (КА).

Изобретение относится к области мембранных технологий и касается устройств, осуществляющих выделение кислорода из смеси газов на керамических мембранах со смешанной ионно-электронной проводимостью.
Наверх