Способ активации алюминия для получения водорода

Авторы патента:

Долженко Александр Владимирович (RU)

C01B3/08 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2606449:

Общество с ограниченной ответственностью "ХэндиПауэр" (RU)

Изобретение относится к технологии получения водорода в результате химической реакции компонентов гидрореагирующей композиции, более конкретно к способу активации алюминия для получения водорода, и может найти применение при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах. Способ активации алюминия для получения водорода включает приготовление смеси компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревание смеси до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия, после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°С в течение 5-20 мин. Изобретение позволяет увеличить полноту реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции, повысить скорость генерирования водорода и обеспечить возможность ее регулирования, а также повысить рентабельность технологии активации алюминия. 1 ил., 5 пр.

Широко известны способы активации алюминия для получения водорода, связанные с использованием жидких металлов (амальгамирование), сплавов на основе галлия, водных растворов щелочей, механохимического, ультразвукового воздействия и др.

Известен способ активации алюминия для получения водорода путем заполнения ртутью отверстия, выполненного в центре слитка алюминия, с последующей термообработкой в вакууме при 600-658°C в течение 1-1,5 ч, причем ртуть вводят в количестве 3-5 мас. % (см. авт. свид. СССР №945061, опубл. в бюл. №27, 1982).

Полученный композиционный сплав измельчают до фракции порошка и используют для приготовлении гидрореагирующей композиции и получения водорода при химической реакции с водой. Грамм порошка полученного состава при взаимодействии с водой выделяет водород в количестве 1040 мл менее чем за 1 мин при температуре 90°C.

Недостатком известного способа является сравнительно сложная и, зачастую, экологически неприемлемая технология получения гидрореагирующей композиции при активации алюминия ртутью.

Известно, что добавление к алюминию таких металлов, как галлий, индий, олово и некоторых других, но прежде всего галлия, позволяет достаточно эффективно реализовать реакцию его окисления водой при обычных условиях с образованием водорода. Когда поверхность алюминия смачивается жидким галлием или сплавом на его основе, жидкий металл проникает внутрь слитка по границам зерен с сравнительно высокой скоростью до 25 мкм/с, что приводит к быстрому охрупчиванию слитка (см. Лариков Л.Н. и др. Структурные изменения в алюминии и его сплавах при охрупчиваниии жидким галлием. // Металлофизика. 1990. Т. 12, №1. С. 115-117).

Наиболее близким техническим решением к предложенному является способ активации алюминия для получения водорода, включающий получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси, преимущественно, в шаровой мельнице (см. патент РФ №2394753, опублик. 20.07.2010 - прототип).

Особенностью известного способа является то, что активирующий сплав получают из группы металлов: галлий, индий, олово и цинк при следующем соотношении компонентов, мас.%:

индий	10-40
олово	1-40
цинк	1-20
галлий	остальное,

затем в инертной атмосфере смешивают полученный сплав с алюминием при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эвтектический сплав	1-10
алюминий	остальное,

после чего указанную смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 1-5 мин, преимущественно, в планетарной шаровой мельнице.

К недостаткам известного способа следует отнести ограничения по полноте реакции окисления активированного алюминия и скорости выделения водорода при пониженном содержании активных веществ в гидрореагирующей композиции. В частности, анализ имеющихся экспериментальных данных показывает, что при содержании подобного эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 1-2 мас. % выход водорода за первый час реакции окисления алюминия составляет менее 65%, при этом остальная часть непрореагировавшего алюминия выделяет водород в течение 40-80 час и более. С другой стороны, при содержании эвтектического сплава в гидрореагирующей композиции в диапазоне около 7-10 мас. % общее количество галлия и индия (иначе галламы) относительно велико, что приводит к недостаточной рентабельности технологии получения данной композиции.

Техническим результатом изобретения является увеличение полноты реакции окисления активированного алюминия при пониженном содержании галлия и индия в гидрореагирующей композиции. Дополнительный технический результат заключается в повышении скорости генерирования водорода, обеспечении возможности ее регулирования, а также в повышении рентабельности технологии активации алюминия.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе активации алюминия для получения водорода, включающем получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси в шаровой мельнице, согласно изобретению, приготавливают смесь компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас. %, нагревают смесь до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эвтектический сплав	1-3,5
абразивное вещество	2-5
алюминий	остальное,

после чего смесь подвергают механохимической обработке в инертной атмосфере при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин.

Такое выполнение способа позволяет достичь указанный технический результат, связанный с увеличением полноты реакции окисления активированного алюминия и повышением скорости генерирования водорода в первые десятки минут с возможностью регулирования процесса окисления алюминия на начальных и последующих стадиях путем добавления в композицию абразивного компонента. Кроме того, повышается рентабельность технологии получения активированного алюминия при использовании сравнительно недорогой и эффективной гидрореагирующей композиции, содержащей меньшее количество дорогостоящих компонентов, что особенно важно при создании водородных картриджей для малогабаритных источников питания на топливных элементах.

Использование в предложенном способе каждого из указанных компонентов гидрореагирующей композиции связано с рядом факторов: доступности, стоимости, времени выделения водорода и др. В частности, использование наиболее перспективных трехкомпонентных сплавов для изготовления единицы массы гидрореагирующей композиции оказывается дешевле, чем для двухкомпонентных и многокомпонентных сплавов. В качестве активирующего сплава в предложенном способе предпочтительно используется трехкомпонентный сплав с указанным или близким к нему содержанием индия, олова и галлия, который обеспечивает, при прочих равных условиях, наибольшие полноту и скорость генерирования водорода для малогабаритных источников питания на топливных элементах. В качестве исходного сырья используется металлический алюминий в виде гранул размером 0,1-1,5 мм, а для получения активирующего сплава употребляются указанные металлы чистотой не ниже ХЧ или ЧДА.

Данный способ активации алюминия не препятствует использованию в активирующем сплаве других металлов, например, таких как цинк, однако это не приводит, при прочих равных условиях, к дополнительному увеличению полноты реакции окисления алюминия. Предложенные способ и используемый состав гидрореагирующей композиции прошли опытную проверку в ОИВТ РАН и показали положительные результаты при использовании картриджей для получения водорода в портативных топливных элементах.

По данным указанных экспериментальных исследований для достижения технического результата количественный состав компонентов абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия не должен снижаться менее 2 мас. % в связи с практическим уменьшением эффекта абразивной активации алюминия в присутствии галламы, а превышение указанного количества абразива более 5 мас. % эффект активации стабилизируется вблизи максимума по полноте и скорости выделения водорода. При этом количественный состав компонентов активирующего сплава в гидрореагирующей композиции не должен снижаться менее 1 мас. % из-за значительного увеличения поверхности негалламированных зерен алюминия, а его увеличение более 3,5 мас. % нецелесообразно, поскольку не обеспечивает дополнительного выхода водорода за первые 20-60 мин реакции окисления алюминия.

В свою очередь, экспериментально установлен оптимальный режим механохимической обработки смеси эвтектического сплава с порошкообразными алюминием и абразивным веществом, осуществляемый по предложенному способу в инертной атмосфере в рабочем объеме шаровой мельницы при температуре 20-80°C. При температуре обработки смеси меньше 20°C активация алюминия сравнительно мала из-за ухудшения условий образования жидкой пленки и снижения диффузии компонентов жидкометаллической фазы в объем зерен алюминия, а при температуре более 80°C - не технологична. Механохимическая обработка полученной порошкообразной композиции наиболее эффективна при помоле в указанных условиях в течение 5-20 мин с использованием вибрационной шаровой мельницы типа АГО-2У при стандартном ускорении в диапазоне 300-1200 м/с², развиваемом ее мелющими телами - стальными шарами (65X13) диаметром 10-15 мм. Обработка гидрореагирующей композиции в шаровой мельнице на конечных стадиях помола обеспечивает дисперсность частиц получаемого порошка в диапазоне 10-100 мкм, в том числе благодаря наличию указанного абразивного материала.

Предложенный способ активации алюминия для получения водорода реализуют в несколько этапов: приготавливают активирующий сплав на основе галлам, смешивают его с порошками абразивного материала и алюминия и осуществляют механохимическую обработку смеси в шаровой мельнице. Для получения активирующего сплава на основе индия, олова и галлия смешивают их гранулированные компоненты в указанном предпочтительном соотношении. На аналитических весах с точностью до 0,001 г взвешивают определенное количество металлического галлия (ТУ 48-4-350-84, ГОСТ 12797-77), индия (ТУ 48-4-447-84, ГОСТ 10297-94)) и олова Sn (ТУ 6-09-2704-88) и помещают их при нормальных условиях в стеклографитовый тигель. Затем указанную смесь нагревают в течение 15 мин в сушильном шкафу при температуре около 300°C (температура плавления олова 231°C), после чего приготовленный жидкий эвтектический сплав выдерживают на воздухе для остывания в естественных условиях до комнатной температуры, что занимает примерно 30-40 мин. После этого полученный жидкий эвтектический сплав в количестве 1-3,5 мас. % смешивают при нормальных условиях уже в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,1-1,5 мм. В качестве последнего выбраны компоненты абразивного вещества из группы хлорид натрия или оксид алюминия в диапазоне 2-5 мас. % при указанных количествах эвтектического сплава и алюминия. Смесь подвергают механохимической обработке при температуре 20-80°C в течение 5-20 мин в указанной шаровой мельнице с частотой вращения 1500 об/мин. Затем извлекают активированный алюминий в объеме бокса с инертной атмосферой, взвешивают на аналитических весах и размещают в пластиковых пробирках с притертыми крышками. Активированный алюминий представляет собой мелкодисперсный порошок с максимальным размером частиц около 100 мкм, реагирующий с высокой скоростью с водой при комнатой температуре.

Процесс активации алюминия по предложенному способу происходит, прежде всего, за счет добавления к металлическому алюминию указанного жидкого эвтектического сплава на основе галлия, индия и олова, что приводит к снижению механической прочности компактных зерен алюминия по границам кристаллической решетки и служит основной причиной последующего дробления вплоть до монокристаллического состояния. При этом нанесенная на поверхность алюминия жидкая эвтектика препятствует образованию оксидной пленки и приводит к увеличению реакционной способности металла по отношению к воде.

Другим важным фактором активации алюминия является увеличение поверхности контакта частиц алюминия за счет уменьшения их размеров. Значительная поверхность частиц приводит к тому, что большее количество молекул воды вступают в реакцию с поверхностью алюминия. Однако из-за податливой (пластичной) природы алюминия обычный механический размол его недостаточно эффективен. Для улучшения помола алюминия согласно предложенному способу необходимо использовать метод механохимической обработки с использованием абразивного кристаллического хлорида натрия или оксида алюминия в качестве мелющего вещества. Соль NaCl и оксид Al₂O₃ тверже алюминия, они экономически доступны, нетоксичны и экологически безопасны, кроме того, соль NaCl легко растворима в воде. Из-за хрупкости частиц хлорида натрия или оксида алюминия во время помола они ломаются и острыми краями проникают внутрь частиц алюминия, тем самым создавая на поверхности частиц алюминия области, обладающие повышенной активностью к молекулам воды. Кроме того, мелющее вещество препятствует частицам алюминия склеиваться при размалывании, что дополнительно способствует уменьшению размера частиц. При механохимическом размоле в частицах алюминия возникает множество дефектов в виде дислокаций, вакансий и др. Эти факторы увеличивают активность реакции окисления алюминия, в результате скорость и эффективность выделения водорода растет.

Повышение эффективности реакции гидролиза алюминия, предварительно молотого с абразивным веществом, происходит вследствие того, что молекулы воды взаимодействуют с образовавшейся во время размола поверхностью, еще не покрытой оксидной пленкой. Тем самым области или зоны на поверхности частиц алюминия, обладающие повышенной активностью, увеличивают доступ молекулам воды внутрь частиц алюминия, за счет чего реакция окисления более полная и быстрая. В отношении абразивного материала NaCl кристаллы соли, образовавшие в процессе помола, растворяются в воде и формируют на поверхности алюминиевых частиц, так называемые «соляные ворота», которые дополнительно увеличивают доступ молекулам воды к частицам алюминия. Указанный эффект наблюдается также при дополнительном растворении указанного количества хлорида натрия в воде в водородных картриджах в портативных топливных элементах.

Выход водорода при реализации предложенного способа определяли газометрическим методом по объему выделившегося при реакции водорода в экспериментальной лабораторной установке, включающей измерительный цилиндр, бюретку с реакционной водой и реактор водорода в виде стеклянного реакционного сосуда с трубкой для отвода газа. Запас энергоемкости по водороду для полученных образцов алюминия, активированного по предложенному способу, определяется массой алюминия, при взаимодействии 1 г которого с водой выделяется до 1,2 л водорода, при этом скорости выделения водорода на начальных стадиях находятся в диапазоне 1250-1440 мл/г⋅мин. При проведении реакции при повышенной температуре реакционный сосуд помещался в водяной термостат, поддерживающий температуру с точностью ±0,1 град, при этом имелась возможность периодически во время реакции перемешивать содержимое реактора.

Ниже приведены примеры реализации способа активации алюминия для получения водорода, основанные на результатах экспериментальных исследований, результаты которых частично представлены на Фиг. 1 (графики a, b, c, d, e, f, g).

Пример 1. Активация алюминия при 1% NaCl и 3,2% галламы.

Для приготовления общей смеси рассчитывают массы компонентов, исходя из того, что масса готовой смеси для эффективного перемола должна составлять 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,58 г, NaCl - 0,1 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Предварительно отдельно смешивают алюминий с солью хлорида натрия, затем к данной смеси добавляется галламу и полученная смесь перемалывается в шаровой мельнице в течение 10 мин. Полученный активированный алюминий пересыпают в герметичную пробирку в атмосфере аргона. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-a), по которой выход водорода составил 83% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 мин.

Пример 2. Активация алюминия при 2% NaCl и 3,2% галламы.

Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия при этом составляет 9,48 г, NaCl - 0,2 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,32 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-b), по которой выход водорода составил 87% в течение 25 мин, причем основной выход (80%) был получен в течение первых 5 минут.

Пример 3. Активация алюминия при 3.1% NaCl и 3.2% галламы.

Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,39 г, NaCl - 0,30 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,31 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 10 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-c), по которой выход водорода составил 91% в течение 25 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.

Пример 4. Активация алюминия при 4.9% NaCl и 3.2% галламы.

Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9.22 г, NaCl - 0.48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с солью хлорида натрия и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 15 мин. В результате испытания активности гидрореагируюшей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-d), по которой выход водорода составил 90% в течение 22 мин, причем основной выход (более 80%) был получен в течение первых 5 минут.

Пример 5. Активация алюминия при 4,9% Al₂O₃ и 3,2% галламы.

Масса готовой смеси для эффективного перемола также составляет 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,22 г, Al₂O₃ - 0,48 г, а галламы с соотношением компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0,30 г соответственно. Смешивание алюминия с Al₂O₃ и галламой производится как в примере 1, а перемол в шаровой мельнице осуществляют в течение 20 мин. В результате испытания активности гидрореагирующей композиции получена кинетическая кривая (Фиг. 1-g), по которой выход водорода составил 85% в течение 25 мин, причем основной выход (58%) был получен в течение первых 20 минут. Это позволяет регулировать скорость выделения водорода, что важно для стабилизации работы источников питания на топливных элементах.

Для сравнения с полученными результатами на фиг. 1 приведены кинетические кривые «e», «f», соответственно, для активации алюминия с использованием 3,4% и 5% галламы в прежних условиях приготовления общей массы готовой смеси 10 г. Масса алюминия в таком случае составляет 9,66 г (9,5 г) а галламы с соотношением тех же компонентов In-Sn-Ga (20-20-60 мас. %) - 0.34 г (0,5 г), соответственно, при времени помола 10-15 мин. Активность гидрореагируюшей композиции по кинетическим кривым (Фиг. 1 - кривые «e», «f»), по выходу водорода составила 82% (92%) в течение 25 мин.

Лабораторные испытания предложенного способа активации алюминия для получения водорода проводились на лабораторной базе ОИВТ РАН. Кинетические и количественные данные по измерению объемов водорода, выделившегося при взаимодействии алюминия с водой, проводили с использованием избытка воды против стехиометрии реакции. Проведенные исследования подтверждают достижение технического результата при использовании предложенного способа активации алюминия для получения водорода. По результатам указанных исследований в ОИВТ РАН был разработан генератор водорода для автономного источника питания на топливных элементах для аппаратуры приема и обработки информации и, в частности, для внешнего источника питания (зарядного устройства) сотовых телефонов различных модификаций. Испытания генератора водорода также подтвердили основные технические данные и эффективность предложенного способа.

Способ активации алюминия для получения водорода, включающий получение активирующего сплава на основе галлия и индия, его смешивание в инертной атмосфере с алюминием и механохимическую обработку указанной смеси в шаровой мельнице, отличающийся тем, что приготавливают смесь компонентов индия, олова и галлия, предпочтительно, в соотношении 20:20:60 мас.%, нагревают смесь до получения эвтектического сплава, который затем смешивают при нормальных условиях в инертной атмосфере с порошкообразными алюминием и абразивным веществом дисперсностью 0,5-1,5 мм, преимущественно, из группы хлорид натрия или оксид алюминия при следующем соотношении компонентов, мас.%:

эвтектический сплав	1-3,5
абразивное вещество	2-5
алюминий	остальное,

Изобретение относится к способу обработки обогащенной диоксидом углерода газовой смеси, которая образуется при получении синтез-газа. Способ включает проведение сырья, содержащего углеводород, через трубы, находящиеся в огневом пространстве отапливаемого горелками реактора парового риформинга, при этом сырье превращается в неочищенный синтез-газ, содержащий водород, моноксид углерода, диоксид углерода, а также углеводороды, отделение из неочищенного синтез-газа газовой смеси, обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества, термообработку части газовой смеси, обогащенной диоксидом углерода, содержащей окисляющиеся вещества, в кислородсодержащей атмосфере и сжигание окисляющихся веществ.

Способ производства синтез - газа // 2605991

Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к способам производства синтез-газа, окисления углеводородного сырья воздухом, кислородом или их смесью с использованием выделяющейся при этом энергии, и может быть использовано при переработке углеводородного сырья в нефтяной и газовой промышленности.

Способ сухого тушения кокса посредством пара с последующим использованием образующегося синтез-газа // 2605125

Изобретение относится к области коксохимии. Нагревают уголь (2) в коксовой печи (1).

Извлечение сжиженного природного газа из синтез-газа с использованием смешанного хладагента // 2604632

Изобретение относится к способам и устройству для извлечения потока сжиженного природного газа (СПГ) из потока углеводородсодержащего исходного газа с использованием единственного замкнутого цикла со смешанным хладагентом.

Способ аккумулирования водорода // 2604228

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий.

Способ и установка для получения жидкого топлива и выработки энергии // 2603961

Изобретение относится к способу и установке для получения жидкого топлива из углеводородного газа. Заявлен способ получения жидкого топлива из углеводородного газа и выработки энергии, в котором осуществляют риформинг углеводородного газа для получения газа риформинга путем реакции парового риформинга углеводородного газа; осуществляют синтез бензина, диметилового эфира или дизельного топлива из газа риформинга через метанол; извлекают тепло термической энергии газа риформинга для получения насыщенного водяного пара, имеющего температуру не более 180°C, до использования указанного газа риформинга на стадии синтеза; осуществляют перегревание указанного насыщенного водяного пара с использованием теплового источника, имеющего температуру по меньшей мере 200°C, образовавшегося в указанном способе, чтобы получить перегретый водяной пар; и осуществляют выработку энергии с использованием указанного перегретого водяного пара, причем в качестве теплового источника для перегревания на стадии перегревания используют водяной пар, образовавшийся за счет экзотермической реакции на стадии синтеза.

Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия // 2603802

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, в котором в воде располагаются реакционные колбы, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия // 2603669

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды.

Способ получения синтез-газа высокотемпературным каталитическим окислительным превращением метана // 2603662

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к высокотемпературным каталитическим окислительным способам превращения метана с получением синтез-газа.

Способ приготовления катализатора среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром // 2603641

Изобретение относится к способу приготовления катализаторов для среднетемпературной конверсии оксида углерода водяным паром, которые могут быть использованы в промышленности при получении азотоводородной смеси для синтеза аммиака.

Установка риформинга, способ риформинга, установка для получения химических продуктов, снабженная установкой риформинга, и способ получения химических продуктов // 2606606

Изобретение относится к области нефтегазохимии. Природный газ 21 подают в компрессор 11. Сжатый природный газ 21 последовательно нагревают в четвертом 20 и первом 12 теплообменниках. В первом теплообменнике 12 в качестве источника тепла используют дымовые газы 22. Нагретый природный газ 21 подают в устройство десульфуризации 13. В аппарате 14 проводят риформинг природного газа, очищенного от серосодержащих соединений, и получают H2 и CO или H2 и CO2. Газ, подвергнутый риформингу, используют для синтезирования аммиака, мочевины и метанола. Во втором теплообменнике 16 нагревают воздух 26, используемый для нагрева в аппарате риформинга 14. Нагрев воды 75 осуществляют посредством дымовых газов 22 в третьем теплообменнике 19. Изобретение позволяет улучшить термическую эффективность при проведении риформинга природного газа, исключить возникновение коррозии, улучшить эффективность получения аммиака, мочевины и метанола. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил., 6 пр.

Разделение многокомпонентных газовых смесей способом короткоцикловой безнагревной адсорбции с трехэтапным извлечением целевого газа высокой чистоты // 2607735

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано при производстве азота, кислорода и аргона из атмосферного воздуха. Способ включает использование нескольких адсорбционных колонн. Основные колонны (1, 2) заполнены адсорбентом, поглощающим нецелевые компоненты газовой смеси, а вспомогательные адсорбционные колонны (3) заполнены адсорбентом, поглощающим целевой компонент газовой смеси. Сырьевую газовую смесь под избыточным давлением подают в основные адсорбционные колонны (1, 2), после чего обогащенный целевым продуктом газ перемещают в вспомогательные адсорбционные колонны (3), где адсорбент поглощает целевой газ. После этого целевой газ выделяют из адсорбента и перемещают обратно в основные адсорбционные колонны (1, 2), где поднимают давление целевого газа с его доведением до высокой чистоты. Адсорбенты подбираются таким образом, чтобы время насыщения адсорбента в основных адсорбционных колоннах было примерно вдвое больше времени насыщения адсорбента в одной или нескольких вспомогательных адсорбционных колоннах. Изобретение позволяет уменьшить сложность технологической схемы, общие габариты и материалоемкость установки. 5 з.п. ф-лы, 1 табл., 1 ил.

Способ параллельного получения водорода и углеродсодержащих продуктов // 2608398

Изобретение может быть использовано в водородной энергетике и сталелитейной промышленности. В реакционное пространство помещают обогащенный углеродом гранулят с размером частиц от 0,1-100 мм, содержащий по меньшей мере 80 мас. % углерода, вводят углеводороды и подвергают их термической деструкции на углерод и водород. Тепловую энергию, необходимую для деструкции углеводородов, производят вне реакционного пространства, а затем в него вводят нагретый газообразный теплоноситель - водород или азот. В качестве обогащенного углеродом гранулята используют коксовую мелочь, низкокачественный кокс коксохимического производства на основе бурого или каменного угля и/или кокс, полученный из биомассы, и пропускают его через реакционное пространство непрерывно в виде подвижного или кипящего слоя. Часть удаленного из реакционного пространства углеродсодержащего гранулята возвращают в реакционное пространство. Изобретение позволяет получить одновременно углерод и водород высокой степени чистоты в промышленных масштабах. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.

Процесс использования в полном объеме остаточного газа синтеза фишера-тропша с низким выделением углерода // 2608406

Изобретение относится к обработке отходящего газа из синтеза Фишера-Тропша, приводящей к понижению выделения углерода. Нециркуляционный остаточный газ, вырабатываемый после реакции синтеза Фишера-Тропша подвергается реформингу паром и превращается в обогащенный водородом синтез-газ. Затем водород высокой чистоты отделяется и извлекается из обогащенного водородом синтез-газа для использования. Способ содержит следующие стадии: 1) проведение реакции конверсии паром для получения конвертированного газа; 2) проведение реакции синтеза Фишера-Тропша для получения углеводородного топлива; 3) после реакции предварительного реформинга превращение углеводородного соединения, содержащего два или более атомов углерода, в метан; 4) проведение реакции реформинга для превращения метана и пара в водород и моноксид углерода; 5) отделение водорода и моноксида углерода от газа; и 6) обеспечение тепла для реактора реформинга. Изобретение эффективно использует остаточный газ синтеза Фишера-Тропша и остаточные горючие компоненты в реформированном газе после того, как отделен водород, таким образом улучшая эффективность использования энергии. 9 з.п. ф-лы, 3 ил., 6 табл., 5 пр.

Способ повышения производительности установки для получения аммиака // 2608766

Изобретение относится к области получения аммиака на основе риформинга углеводородов, в частности к способу повышения производительности установки для получения аммиака. Способ включает увеличение количества водорода, вырабатываемого секцией риформинга, посредством замены труб первичного риформера новыми трубами, имеющими меньшую толщину, для увеличения внутреннего диаметра труб, и установки источника кислорода для обогащения кислородом, поставляемым этим источником, воздуха, подаваемого на вторичный риформер, модернизацию воздушного компрессора посредством установки новых статорных и роторных частей, для увеличения расхода воздуха, подаваемого во вторичный риформер, при сохранении прежнего выходного давления, а также модернизацию секции удаления СО2, компрессора синтез-газа, блока осушения синтез-газа и контура синтеза аммиака. Изобретение обеспечивает повышение производительности установки для получения аммиака. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ получения синтетического газа // 2610082

Изобретение относится к получению синтетического газа и может быть использовано в химической промышленности. Способ получения синтетического газа включает введение метана и углекислого газа в реакционную камеру. Через реакционную камеру направляют слой углеродсодержащего твердого материала как движущийся слой. В слое углеродсодержащего твердого материала метан и углекислый газ преобразовывают в водород и окись углерода. Образующийся в реакционной камере синтетический газ противотоком подводят к движущемуся слою и в нем охлаждают. В качестве углеродсодержащего твердого материала применяют углеродсодержащий гранулят, содержащий по меньшей мере 80 мас. % углерода. Изобретение позволяет обеспечить непрерывный режим получения синтетического газа, при котором не требуется регенерация катализатора, создать поток газообразного продукта, который в основном лишен примеси твердых частиц. 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

Установка для извлечения водорода из воды чёрного моря // 2610429

Изобретение относится к области добычи и переработки полезных ископаемых. Установка для извлечения водорода из воды Черного моря содержит реактор, соединенный трубопроводами с воздухозаборником и емкостью с серной кислотой, поступающей из окислителя. Реактор размещен в резервуаре в виде цилиндра, помещенного в береговой грунт. Цилиндр соединен водозаборным и сливным шлангами с сероводородным слоем моря. Дно цилиндра ниже уровня моря на 6-8 метров. Внутри цилиндра расположена перегородка, в центре которой установлен реактор, верхняя часть которого ниже уровня моря. Цилиндр через штуцер выпуска сероводорода и трубопровод связан с первым компрессором и окислителем, выход которого соединен с накопителем серной кислоты, соединенным с реактором. Реактор также соединен со вторым воздушным компрессором, второй выход которого соединен со вторым входом окислителя. Первый компрессор через устройство контроля соединен с нагревателем, имеющим тепловой контакт с окислителем. Нагреватель соединен с плазмотроном, второй вход которого соединен с управляемым вентилем, соединенным с водородным выходом плазмотрона, а вход управления вентиля подключен к устройству контроля. Водозаборный и сливной шланги соединены с всасывающим насосом и насосом отработанной воды соответственно и опущены в сероводородный слой на разную глубину. Технический результат: уменьшение энергозатрат на получение водорода за счет максимального использования энергии каждого технологического цикла. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Модуль реактора для получения синтез-газа (варианты) и реактор для получения синтез-газа // 2610616

Изобретение относится к химической промышленности, а именно к реактору переработки газового углеводородного сырья для получения синтез-газа, который может быть использован в газохимии для получения метилового спирта, диметилового эфира, альдегидов и спиртов, углеводородов и синтетического моторного топлива. Реактор содержит корпус в виде цилиндрического канала круглого или прямоугольного сечения, футерованный изнутри огнеупорной керамикой, не менее двух отсеков, в которые установлены перпендикулярно оси корпуса не менее двух модулей, включающих оснастку, круглого или прямоугольного сечения, футерованную огнеупорной керамикой и помещенную в нее мембрану, выполненную из материала, обладающего смешанной электронно-ионной проводимостью, снабженную входом и выходом, при этом вход соединен с общим коллектором подачи воздуха, а каждый выход соединен с общим коллектором выхода обедненного по кислороду воздуха, мембрана может быть выполнена монолитно либо в форме кольцевого коллектора с перемычками и решетки в виде трубчатых каналов, сопряженных в узлах пересечения, либо в форме двух прямоугольных коллекторов и решетки, состоящей из крест-накрест соединенных трубчатых каналов, сопряженных в узлах пересечения, причем h<<l, где h - толщина стенки канала, l - длина канала, мембрана имеет внешнюю реакционную зону, расположенную между поверхностью мембраны и металлической сеткой, закрепленной с внешней стороны модуля. Изобретение обеспечивает простую и надежную конструкцию реактора и устранение эффекта температурной неоднородности. 3 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Генератор синтез-газа // 2612632

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Генератор синтез-газа содержит цилиндрический корпус 1, внутри которого с кольцевым зазором установлена камера сгорания 2. Указанная камера сгорания 2 выполнена в виде цилиндра с заглушенным выходным торцом из материала, проницаемого для смеси углеводородного горючего с окислителем. Внутри камеры сгорания размещен рекуператор 4, состоящий из наружной 5 и внутренней 6 труб разного диаметра, установленных одна в другую. Торец наружной трубы 5 выполнен заглушенным. Полость внутренней трубы 6 сообщена с кольцевым зазором 11 между наружной 5 и внутренней 6 трубой. Кольцевая полость 13 камеры сгорания 2, образованная ее стенкой и наружной трубой 5 рекуператора 4, соединена с кольцевой полостью 14 коллектора 3 синтез-газа, размещенного на рекуператоре 4. Во входной части внутренней трубы 6 указанного рекуператора 4 установлено сопло 8. Кольцевая полость 10 между стенкой корпуса 1 и стенкой камеры сгорания 2 соединена с кольцевой полостью 11 между внутренней 6 и наружной трубами 5 рекуператора 4. В кольцевую полость между наружной стенкой рекуператора 4 и стенкой камеры сгорания 2 выведена выходная часть запального устройства 9. Изобретение позволяет повысить производительность, уменьшить габариты и массу генератора синтез-газа путем рекуперации тепла продуктов конверсии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Реактор пиролиза для получения синтез-газа // 2614168

Изобретение относится к нефтехимии и может быть использовано для получения моторных топлив. Внутреннюю полость реактора загружают сырьём фракцией до 50 мм: биотопливом, твердыми бытовыми или сельскохозяйственными отходами, угольными шламами посредством узла загрузки 3. Реактор содержит шнековый уплотнитель 4, а также скребковый механизм 5 для удаления шлака. На корпусе 1 реактора в одной горизонтальной плоскости на равном расстоянии друг от друга установлено нечётное количество магнетронов 2, создающих температуру 1000-1500°C посредством СВЧ-излучения. Синтез-газ и шлаки, полученные в результате пиролиза сырья, выводят из реактора через выгрузной канал 9, разделяют и очищают от примесей. Корпус 1 выполнен трёхслойным: внутренний слой 6 - из керамической плитки, средний 8 - теплоизоляционный, внешний 7 - из нержавеющей стали с отверстиями для свободного прохождения СВЧ-излучения от магнетронов 2. Расширяются функциональные возможности реактора. 7 з.п. ф-лы, 2 ил.