Способ регулирования процесса аккумулирования водорода

 

ОП ИСАНИЕ

М305РЕТЕ Н ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ >996323

Союз Советсиик

Социалистичесиик

Республик (6l ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 06.08.81 (2! ) 3327966/23-26 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.02.83. Бюллетень JA 6

Дата опубликования описания 15.02.83 (5l)M. Кл.

С 01 В 6/24

Q О". Â 27/00

Гвеудвретеевеме кенитет

СССР вo Аевем взееретевив и етермтик (53) УДК 66.

01 2-52 (088. 8) Лыкова оо (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА АККУМУЛИРОВАНИЯ

ВОДОРОДА

Изобретение относится к способу . регулирования (поддержания) процесса. аккумулирования водорода, преимущес твенно получением гидридов интерметаллидов (интерметаллических соединений).

Аккумулированный водород может най- 5 ти широкое применение в металлургии, в машиностроении, на транспорте, в энергетике и в быту.

Известен способ регулирования про о цесса аккумулировании водорода путем поддержания температуры в слое интерметаллида изменением теплоотвода 31).

Известные аккумуляторы водорода на базе гидридов интерметаллидов имеют .тонкие (1-2 мм) слои интерметаллида, контактирующие с охлаждаемым теплоносителем стенками теплообменников, Возможно также, не развивая значительно поверхность теплообмена, увеличивать эъ толщину слоя интерметаллида, например, до 10-25 мм, но при этом необходимо значительно увеличивать давление водорода (до 1-3 МГТа).

В первом случае (при развитой поверхности теплообмена) возможно регулирование режимов процесса. Но при необходимости увеличения массы интерметаллида, т. е. емкости аккумулятора по водороду, до промышленных масштабов (lO и более кг) масса металлоконструкций резко возрастает, что практически приводит к неэффективности их использования в технике.

Во втором случае (увеличение давления водороде) масса металлоконструкций растет в приемлемых соотношениях с массой интерметаллида, но регулирование режиме процесса становится невозможным в силу того, что затруднен сброс тепла от гидрида к теплообменной

creme из-аа тепловой инерционности слоя(малая теплопроводность) . Для этого случая характерен локальный перегрев интерметаллида, контактирующего с водородом, и, как следствие, образование необратимых изменений в последнем и его выход из строя.

3 0963 2

Известен также способ регулирования

1 процесса аккумулирования водорода гидрированием интерметаллических соединений в смеси с жидким углеводородом путем поддержания щ заданного уровня углеводорода вводом его в аппарат. Сущность этого способа состоит в том, что интерметаллид гидрируют под слоем жидкости-углеводорода, что обеспечивает равномерность температуры во всем объеме 10 интерметаллида, и вследствие этого сохраняется его качество. Благодаря подбору соответствующего углеводорода (по температуре кипения) можно использовать любые известные интерметаллиды 1s для аккуму .ирования водорода, а подбором давления водорода, можно в некоторых пределах влиять на скорость процесса сорбции (21

Однако в данном случае нельзя обес- щ0 печить приемлемую для практического применения скорость процесса гидрирования интерметаллида в силу транспортных (диффузионных) ограничений для поступления водорода к интерметаллицу через слой жидкости. Так, например, время гидрирования "сухого интерметаллида толщиной 10 мм - 6 мин, а под слоем жидкости — 15 мин, при толщине слоя

100 мм: "сухого» вЂ” 640 мич, мокро- щ го" — 1620 мин.

Увеличение же скорости процесса гидрирования приводит к перегреву интерметаллида и, следовательно, к ухудшению его качества.

Цепью изобретения является стабилизация качества гидрида интерметаллических соединений.

Поставленная цель достигается тем, .что согласно способу регулирования про40 цесса аккумулирования водорода поддерживают уровень углеводорода ниже уровня слоя гидрируемого интерметаллического соединения, и по ходу процесса сни- жают уровень углеводорода отводом его из аппарата до момента выравнивания

g$ давления на входе и выходе аппарата.

Предлагаемый способ обеспечивает управляемость процесса получения гидрида интерметаллида путем "послойного" гидрирования объема интерметаллида.

При атом происходит интенсивный отвод тепла из зоны реакции эа счет фазового превращения, вскипающего на поверхности интерметаллида (гидрида) углеводорода.

Таким образом, процесс и режим гидрирования легко регулировать за счет изменения скорости снижения уровня углеводорода, а благодаря подбору соответствующего углеводорода (или смеси) по температуре кипения можно проводить процесс при различных температурах, что дает возможность использовать все известные в настоящее время металлы и их соединения, легко образующие гидриды.

На чертеже изображен аппарат, реализующий предлагаемый способ.

Аппарат (сосуд) 1 заполнен интерметаллидом 2. В верхней части сосуда 1 расположен конденсатор 3 с теплоносителем 4. На входе и выходе сосуда l расположены фильтры 5 и 6. Водород пос— тупает по магистрали 7 и регулируется с помощью вентиля 8, а углеводород выводится по магистрали 9 и регулируется с помощью вентилей 10 и 11 Сосуд l соединен со вспомогательной емкостью

12, в которой находится углеводород

l3. В емкости 12 расположен поршень

l4 со штоком 15 и приводом 16.

Способ осуществляют следующим образом.

Активированный интерметаллид -.ЬG N1 g

2 загружают в аппарат 1. Закрывают вентили 8,:L0 и 11. Во вспомогательную емкость 12 заливают углеводородпентан и устанавливают шток L5 с поршнем 14, после чего открывают вентили

10 и 11, и приводом 16 перемещают поршень 14 до положения, когца жицкость в аппарате 1 установится ниже уровня интерметаппица на 1-2 мм, После этого поцают теппоноситепь 4 в конденсатор

3 (воца с Ь = 14-20 С), "и открывают вентиль 8 подачи воцороца в сосуц 1.

В "сухом" слое интерметаппица происхо« цит образование гицрица и выцепяется тепло. Поспецнее расхоцуется-на фазове превращение пентана,который конденсируется на стенках конценсатора .3 и стекает по его стенкам в объем интерметаппица (гицрица). При этом температура теппоносителя в конценсаторе цопжна быть ниже температуры кипения угпевоцороца.

В зоне реакции образования гицрица поцдерживается постоянная температура, близкая к температуре кипения пентана (3640 С); и реакция гицрирования интерметаплица ицет цо конца с образованием состава с й1 Нь Ч

После того как верхний сухой слой интерметаллида прореагировал, приводом

16 поршень 14 приводится в движение, и углеводород 1 3 постепенно перекачиТаблица 1

Декан

40 "22

Гексан + пентан (1:1) Неогексан Гептан

Углеводород

Гексан

С, Н1+

Пентан

5 12

Бутан

С4 Н10

Сь Н1+

С, 1, Температура кипения угле- 0 водорода, С о

174

246

-Таблица2 ет (.аМ

РЕТ1

Тип интерметаллида

М%2М1

Температура объема о гидрирования, С

Давление водорода в. объеме интерметаллида, кгс/см2

8-10

10-20 3-7

Скорость понижения уровня углеводорода, мм/мин

60 и менее

5 0963 вается из сосуда 1 в емкость 12. Постепенно освобождаемые от жидкости слои интерметаллида вступают в. реакцию с водородом, и образуются все новые порции гидрида. Таким образом происходит послоЬ 5 ное гидрирование интерметаллида. Окончание процесса гидрирования всего объема интерметаллида 2 в сосуде 1 определяется по выравниванию давления в магистралях 7 и 9. После окончания процесса зак-, >0 рывают вентили 8, 10 и 11.

Аппарат 1 с аккумулированным водородом в виде гидрида интерметаллида может быть использован у потребителя как источник водорода.

Регулирование процесса получения гидрида интерметаллида осуществляют различными углеводородами или их смесями.

В табл. 1 представлены температуры j кипения используемых углеводородов или их смесей.

Из табл. 1 видно, .что для поддержания температуры процесса гидрирования не . выше 50 С целесообразно испольэовать пентан с = 36 С.

Проведенные экспериментальные исследования, показывают, что с целью получе-. ния оптимальных условий гидрирования различных интерметаллидов необходимо вести процесс.при режимах, указанных в табл. 2.

23 6 для замедления процесса гидрирования (при технологической необходимосЪ ти) целесообразно уменьшить скорость снижения уровня углеводорода, например до 30-40 мм/мин (при диаметре сосуда с интерметаллидом > 80 мм).

В зависимости от значения оптимальной -температуры гидрирования легко по табл. 2 подобрать соответствующий тип углеводорода, который обеспечил бы поддержание заданного уровня температуры процесса гидрирования и регулирование ее скорости. Например, для гидрирования ЕТ в качестве жидкого теплоносителя целесообразно использовать бутан, температура кипения которого 0 С, для о

Mg2 8 — неогексан и т. п. При этом необходимо учитывать тумпературу теплоносителя в конденсаторе.

Использование предпагаемого способа обеспечивает, автоматическое регулирова

I ние процесса образования гидрида заданного состава при существенном упрощении конструкции аккумулятора водорода (металлоемкосT6 в сравнении с известными уменьшается на 40- 50%), исключается перегрев интерметаллида, что обусловливает возможность его многократного использования.

1 0-20 20-50 250-300

7 9963

Ф ормула изобре тен и

Способ регулирования процесса аккумулирования водорода гидрированием интерметаллических соединений в смеси с жидким углеводородом путем поддержания заданного уровня углеводорода вводом его в аппарат, о т л и ч а ю ш и й— с я тем, что, с целью стабилизации качества гидрида интерметаллических соеди->о нений, поддерживают уровень углеводорода ниже уровня слоя гидрируемого интерметаллического соединения, и по ходу процесса снижают уровень углеводорода отводом его из аппарата до момента выравнивания давления на входе и выхоЙР аппарата

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Андриевский P. А. Атомная техника за рубежом. 1976, N. 12, с. 24.

2, Известия АН СССР, сер. "Неорганические материалы, 1977, т. 13, N 11, с. 2012.

Составитель Г. Огаджанов

Редактор О. Персиянцева Техред M. Коштура Корректор С. Шекмар

Заказ 823/31 Тираж 469 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 1