×
20.03.2014
216.012.abe4

СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области химии. Согласно первому варианту для получения водорода железные стержни изолируют от стенок реактора 1 и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14. Реактор 1 заземляют и заполняют водой до образования разряда между железными электродами и поверхностью воды. Согласно второму варианту плоский горизонтальный охлаждаемый электрод 18 изолируют от стенок реактора 1 и подают на него высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла 14. Реактор заземляют, внутри реактора устанавливают вертикально тонкостенные трубы 23 из железа с устройством 24 перемещения, уменьшают расстояние между тонкостенными трубками и плоским электродом 18 до образования разряда. Через тонкостенные трубки подают водяной пар. Изобретение позволяет повысить чистоту водорода, снизить затраты энергии. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 пр.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химической технологии, а более конкретно к способам и устройствам для получения водорода путем экзотермической реакции водяного пара с металлами.

Известен способ и устройство получения водорода электролизом воды, где электролитом служит водный раствор КОН (350-400 г/л), давление в элекролизерах от атмосферного до 4 МПа (Химическая энциклопедия в 5 томах под редакцией Н.П.Кнунянца. - М.: Сов. энциклопедия, 1988 г., т.1, с.401).

Производительность электролизеров в известном способе составляет 4-500 м3/ч, а расход электроэнергии для получения 1 м3 водорода равен 4,0-5,6 кВт/ч.

Недостатком известного способа является большой расход электроэнергии.

Известен способ получения водорода методом конверсии, которым в настоящее время получают более половины промышленного водорода (Путилова И.Н. Курс общей химии. Высшая школа, 1964, с.208). Этот способ включает получение водяного газа (смеси СО и Н2) из кокса и водяного пара при температуре 1000°С (С+H2O=СО-Н2).

Чистый водород получают, используя реакцию СО и H2O в присутствии катализатора Fe2O3 (СО+H2O=CO22). Образующуюся смесь Н2, CO2 и СО растворяют в воде под давлением.

Данный способ, несмотря на относительную дешевизну, многостадиен, экологически ущербен и сложен в управлении.

Известен способ и устройство получения водорода при химической реакции воды (H2O) и алюминия (А1), в результате которой получается водород (Н2) как топливо и гидроокись алюминия (A1OH) как сырье, пригодное для дальнейшей переработки и использовании в промышленных целях: А1+3Н2О=А1(OH)3+1,5H2.

В обычных условиях эта реакция не протекает из-за наличия на поверхности алюминия очень тонкой, но большой плотности оксидной пленки, образующейся почти мгновенно по реакции:

2А1+1,5O2=A12O3.

В известном способе и устройстве используют сплав алюминия и едкого натра, благодаря которому оксидная пленка вокруг алюминия растворяется, и к поверхности алюминия открыт доступ для воды (патенты РФ МПК С01В 3/08, №2407701, опубл. 27.12.2010, №2410325, опубл. 27.01.2011). В качестве растворителя в данном сплаве используется щелочь, а именно едкий натр (NaOH):

2А1+2NaOH+10Н2О=2Na[Al(OH)4(H2O)2]+3Н2.

Недостатком известного способа и устройства является использование химически вредного вещества - щелочи для получения водорода.

Известен способ получения водорода, заключающийся в подаче в реактор металлосодержащих веществ и водной среды и последующем осуществлении взаимодействия металлосодержащих веществ с водной средой, в котором перед подачей в реактор металлосодержащих веществ осуществляют покрытие последних водорастворимой полимерной пленкой, а при осуществлении взаимодействия с водной средой в качестве последней используют водную среду, параметры которой соответствуют параметрам ее сверхкритического состояния для обеспечения возможности создания процесса послойного горения металлосодержащих веществ с выделением водорода. В качестве металлосодержащих веществ используют порошкообразный алюминий, а в качестве водорастворимой полимерной пленки - раствор полиэтиленоксида в диоксане или метиловом спирте, а давление сверхкритического состояния водной среды составляет более 22,12 МПа, температура - более 647,3°К (Мазалов Ю.А. Способ получения водорода. Патент РФ №2165888, опубл. 20.04.2001).

Недостатком известного способа является необходимость использования ультрадисперсного порошка алюминия с размером частиц 0,2 мкм, а также высокое давление и большая температура в реакторе, что увеличивает затраты энергии и создает проблемы безопасности при осуществлении процесса.

Наиболее близким по технической сущности и числу общих признаков является способ, принятый в качестве прототипа и заключающийся в реакционном взаимодействии водяного пара с раскаленным железом (Путилова И.Н. и др. Курс общей химии. Изд. «Высшая школа», 1964 г., с.209).

Реакция выглядит следующим образом:

4H2O+3Fe=Fe3O4+4H2.

Недостатком известного способа является ограниченность его использования в промышленности из-за больших затрат энергии и сложности технологического процесса.

Задачей, на решение которой направлен предлагаемый способ и устройство, является безопасное, экологически чистое получение водорода путем одностадийной реакции с возможностью регенерации исходного сырья.

Технический результат от использования заключается в реализации прямого окисления металлосодержащего вещества без предварительного его нагревания, требующего энергозатрат и использования растворов щелочи в воде.

Вышеуказанный технический результат достигается за счет того, что в способе получения водорода путем реакционного взаимодействия в реакторе водяного пара с раскаленным железом железные стержни изолируют от стенок реактора и подают на них высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла с напряжением 1-500 кВ при частоте 1-500 кГц, реактор заземляют и заполняют водой до образования холодноплазменного высокочастотного разряда между железными электродами и поверхностью воды и осуществляют реакцию: 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 в зоне холодноплазменного разряда.

В варианте способа получения водорода в качестве железных стержней используют множество игольчатых электродов из железа диаметром 1-10 мм, установленных на общем проводящем электроизолированном от стенок реактора основании.

В способе получения водорода путем реакционного взаимодействия в реакторе водяного пара с раскаленным железом плоский горизонтальный охлаждаемый электрод изолируют от стенок реактора и подают на электрод высоковольтный потенциал от трансформатора Тесла с напряжением 1-500 кВ при частоте 1-500 кГц, реактор заземляют, внутри реактора устанавливают вертикальные тонкостенные трубы из железа с устройством перемещения, уменьшают расстояние между тонкостенными трубками и плоским электродом до образования холодноплазменного высокочастотного разряда, подают через тонкостенные трубки водяной пар и осуществляют реакцию: 3Fe+4H2O=Fe3O4+4H2 в зоне холодноплазменного разряда.

В устройстве получения водорода из воды путем реакционного взаимодействия водяного пара с раскаленным железом, содержащем реактор с патрубками для подвода воды и отвода продуктов реакции и куски железа с устройством нагрева, куски железа выполнены в виде стержней, которые изолированы от стенок заземленного реактора, соединены с высоковольтным выводом высокочастотного резонансного трансформатора Тесла с напряжением 1-100 кВ и частотой 1-100 кГц и установлены вертикально над поверхностью воды на регулируемом расстоянии от воды 10-500 мм, для инициирования холодноплазменного разряда между стержнями и поверхностью воды.

В варианте устройства получения водорода железные стержни выполнены в виде игольчатых электродов диаметром 1-10 мм, установленных на общем проводящем электроизолированном от стенок реактора основании.

В устройстве получения водорода из воды путем реакционного взаимодействия водяного пара с раскаленным железом, содержащем реактор с патрубками для подвода воды и отвода продуктов реакции и куски железа с устройством нагрева, в верхней части реактора установлен плоский горизонтальный охлаждаемый электрод, который изолирован от стенок реактора и соединен с высоковольтным выводом резонансного высокочастотного трансформатора Тесла с напряжением 1-100 кВ и частотой 1-100 кГц, реактор снабжен устройством заземления и содержит вертикально установленные, тонкостенные трубы диаметром 5-50 мм, которые удалены на расстояние 10-500 мм от плоского электрода, тонкостенные трубки соединены с парогенератором для подачи водяного пара и снабжены устройством перемещения вдоль оси реактора.

Способ и устройство для получения водорода из воды иллюстрируется фиг.1, фиг.2.

На фиг.1 представлена блок-схема способа и устройства для получения водорода нагревом в парах воды с помощью холодноплазменного разряда игольчатых электродов из железа, на фиг.2 - блок-схема способа и устройства для получения водорода с нагревом тонкостенных труб из железа в парах воды с помощью холодноплазменного разряда.

На фиг.1 устройство для получения водорода выполнено в виде реактора 1, который имеет корпус 2 с устройством заземления 3, проходным изолятором 4 с электрическим выводом 5, который внутри реактора 1 соединен с плоским электродом 6, на котором закреплены вертикально множество игольчатых электродов 7 из железа диаметром 1-10 мм. Плоский электрод 6 установлен горизонтально в верхней части реактора 1 на изоляторах 8. Реактор 1 содержит патрубок 9 для подачи воды 10, патрубок 11 для выхода водорода и патрубок 12 для удаления продуктов реакции водного окисления, содержащих окислы железа. Электрический ввод 5 соединен с высоковольтным выводом 13 трансформатора Тесла 14. Низковольтная обмотка 15 трансформатора Тесла 14 вместе с емкостью 16 образует последовательный резонансный контур, который соединен с высокочастотным источником питания 17.

На фиг.2 реактор 1 имеет плоский охлаждаемый электрод 18 в верхней части реактора, закрепленный горизонтально на изоляторах 19 на крышке 20 реактора 1. Охлаждение плоского электрода 18 производится через патрубки для входа 21 и выхода 22 охлаждающей жидкости. В нижней части реактора установлены вертикально тонкостенные трубы 23 из железа диаметром 5-50 мм с устройством перемещения 24 вдоль вертикальной оси реактора 1.

На фиг.2 показаны две тонкостенные трубы 23, которые перемещают в цилиндрических уплотняющих устройствах 25, установленных на нижнем фланце 26 реактора 1. Трубы 23 соединены с водяным парогенератором 27 с помощью трубопровода 28 для подачи пара в реактор 1, толщина труб составляет 1-10 мм. Расстояние между трубами 23 и плоским электродом 18 регулируется и составляет Н=5-50 мм.

Способ и устройство для получения водорода из воды реализуется следующим образом. Реактор на фиг.1 заполняют водой 10 через патрубок 9 таким образом, чтобы расстояние между концами игольчатых электродов 7 и поверхностью воды 10 составляло h1=5-50 мм и при работе устройства поддерживалось на заданном уровне. При подаче потенциала на Фиг.1 от высоковольтного вывода 13 трансформатора Тесла 14 на игольчатые электроды 7 между электродами и поверхностью воды 10 возникает зона холодноплазменного разряда, при этом концы игольчатых электродов 7 нагревают до температуры 600-700°С и происходит интенсивное выделение пара из воды 10. Происходит реакция водного окисления железных игольчатых электродов 7 с выделением водорода: 4Н2О+3Fe=F3O4+4Н2. Из 1 кг железа получается 1,07 м3 водорода. (1).

Скорость реакции окисления игольчатых электродов 7 в воде и выделения водорода регулируется изменением потенциала высоковольтного вывода 13 трансформатора Тесла 14 и изменением расстояния h1 между поверхностью воды 10 и концами игольчатых электродов 7.

Кроме реакции водного окисления железа происходит электролиз воды, что увеличивает выход водорода из реактора 1.

Устройство на фиг.2 работает следующим образом. При подаче высокого напряжения на плоский электрод 18 между электродом 18 и тонкостенными трубами 23 возникает холодноплазменный разряд и стенки труб 21 нагревают до температуры 600-700°С. Водяной пар из парогенератора 27 по трубопроводу 28 поступает через тонкостенные трубы 23 в зону холодноплазменного разряда, где происходит реакция (1) водного окисления железа с выделением водорода. Одновременно происходит плазменный электролиз паров воды с образованием дополнительного количества водорода.

Устройство перемещения 24 поддерживает зазор между трубами 23 и электродом 18.

Примеры осуществления способа и устройства получения водорода из воды

Пример 1. Реактор 1 (фиг.1) выполнен в виде цилиндрической емкости из нержавеющей стали диаметром 300 мм и высотой 500 мм с толщиной стенок 0,6 мм. Внутри корпуса реактора 1 на изоляторах 8 установлен плоский электрод с шестью игольчатыми электродами из железа диаметром 5 мм. Расстояние от поверхности воды 10 до h1=40 мм, напряжение на высоковольтном выводе 13 трансформатора Тесла 14 составляет 40 кВ, частота 20 кГц, температура на концах игольчатых электродов 7 700°С, выход водорода 2 м3/ч.

Пример 2. Реактор 1 (фиг.2) имеет диаметр 400 мм, высоту 800 мм. В нижней части реактора вертикально установлено 10 труб 23 диаметром 15 мм с толщиной стенок 2 мм. Расстояние между концами труб 23 и плоским электродом 18h2=25 мм. Напряжение на электроде 18 30 кВ, частота 25 кГц. Температура на выходе стенок труб 23 составляет 700°С, выход водорода 4 м3/ч.

Образующиеся в результате реакции (1) оксиды железа могут быть легко восстановлены до железа при взаимодействии с синтез-газом.

Использование предложенного способа позволит снизить энергозатраты при производстве водорода, повысить управляемость и небезопасность процесса, а также осуществлять регенерацию исходного сырья. Изобретение может быть использовано в промышленности для получения водорода и на транспорте. При добавке водорода в количестве 5% к топливу количество вредных примесей в выхлопе двигателя внутреннего сгорания снижается в 10 раз, повышается КПД двигателя и снижается расход топлива на 8-10%. Использование водорода как 100% топлива в двигателе Стерлинга, газотурбинном двигателе или в топливных элементах позволяет исключить вредные выбросы.


СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ИЗ ВОДЫ (ВАРИАНТЫ)
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 77.
10.01.2013
№216.012.1a26

Сеть автономных постов мониторинга окружающей среды (апмос)

Изобретение относится к области экологического мониторинга и может быть использовано в системах общего мониторинга и безопасности. Сущность: сеть включает несколько автономных постов мониторинга, включающих датчики контроля окружающей среды, видеокамеры, тепловизоры. Энергетическая площадка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472186
Дата охранного документа: 10.01.2013
20.01.2013
№216.012.1df2

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. Технический результат состоит в снижении затрат на передачу электроэнергии за счет исключения таких элементов, как ЛЭП, провода, изоляторы, кабели, а также повышении КПД. Между источником и приемником электрической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473160
Дата охранного документа: 20.01.2013
27.01.2013
№216.012.1e89

Устройство плазменной коагуляции тканей

Изобретение относится к области медицины и медицинской технике, в частности к устройствам, используемым для бесконтактной коагуляции белков крови и тканей раневой поверхности. Устройство преобразует энергию источника питания в высокочастотную электромагнитную энергию посредством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473318
Дата охранного документа: 27.01.2013
27.01.2013
№216.012.2152

Способ и устройство для передачи электрической энергии (варианты)

Изобретение относится к электротехнике, к передаче электрической энергии. Технический результат состоит в повышении эффективности передачи энергии, увеличении длины линий передач и возможности передачи электроэнергии по однопроводной линии в двух направлениях между двумя энергосистемами, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474031
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.07.2013
№216.012.5847

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Использование: в области электротехники. Технический результат состоит в упрощении генерирующего контура, повышении эффективности и снижении энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн, а также в повышении передаваемой мощности электроэнергии. Способ заключается в том, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488207
Дата охранного документа: 20.07.2013
20.07.2013
№216.012.5848

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Использование: в области электротехники. Технический результат - упрощение генерирующего контура, повышение эффективности и повышение передаваемой мощности и электроэнергии. Согласно способу электромагнитные колебания с заданной частотой от генератора электрической энергии в электронном...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488208
Дата охранного документа: 20.07.2013
27.07.2013
№216.012.5afe

Солнечный концентраторный модуль (варианты)

Изобретение относится к гелиотехнике. Солнечный концентраторный модуль согласно изобретению содержит приемник с двусторонней рабочей поверхностью, установленный в плоскости симметрии между фокальной осью концентратора и поверхностью концентратора, выполненного в виде зеркальных отражателей,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002488915
Дата охранного документа: 27.07.2013
20.08.2013
№216.012.5fc2

Устройство и способ бесконтактной передачи электрической энергии на электротранспортное средство

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для электропитания троллейбусов, электромобилей, трамваев, электротракторов, электровозов. В устройстве содержится источник энергии, преобразователь частоты, резонансный контур, повышающий резонансный высокочастотный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490146
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.09.2013
№216.012.694e

Электрифицированная система земледелия (варианты)

Система по первому варианту выполнения содержит тягово-транспортные агроагрегаты, установленные и движущиеся по полям упорядоченно по постоянным технологическим колеям. В системе использована бесконтактная резонансная система электроснабжения, содержащая однопроводниковую линию электропередачи...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492609
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.70ad

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор (варианты)

Изобретение относится к электронной технике, а именно к приборам, преобразующим энергию электромагнитного излучения в электрическую, и технологии их изготовления, в частности к полупроводниковым фотоэлектрическим генераторам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор с двухсторонней рабочей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494496
Дата охранного документа: 27.09.2013
Показаны записи 1-10 из 65.
20.08.2013
№216.012.5fc2

Устройство и способ бесконтактной передачи электрической энергии на электротранспортное средство

Изобретение относится к области транспорта и может быть использовано для электропитания троллейбусов, электромобилей, трамваев, электротракторов, электровозов. В устройстве содержится источник энергии, преобразователь частоты, резонансный контур, повышающий резонансный высокочастотный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490146
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.01.2014
№216.012.9539

Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления (варианты)

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачную фокусирующую призму с углом полного внутреннего отражения где n - коэффициент преломления материала...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002503895
Дата охранного документа: 10.01.2014
10.03.2014
№216.012.aa99

Резонансный электрический конденсатор стребкова-подосинникова (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, в частности к области резонансных высокочастотных электрических конденсаторов для преобразования и передачи электрической энергии. Технический результат заключается в снижении энергетических затрат на генерирование электромагнитных волн и потерь...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509388
Дата охранного документа: 10.03.2014
27.05.2014
№216.012.c99c

Резонансный усилитель мощности

Изобретение относится к электротехнике, в частности к резонансным преобразователям электрической энергии на основе резонансных усилителей мощности. Технический результат заключается в увеличении коэффициента усиления резонансного преобразователя до 2-10 и стабилизации величины коэффициента...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002517378
Дата охранного документа: 27.05.2014
27.06.2014
№216.012.d6f1

Солнечный модуль с концентратором и способ его изготовления

Изобретение относится к гелиотехнике, в частности к солнечным модулям с концентраторами для получения электрической и тепловой энергии. В солнечном модуле с концентратором, содержащем прозрачные фокусирующие призмы с треугольным поперечным сечением, с углом входа лучей β и углом полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520803
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.06.2014
№216.012.d822

Устройство передачи электрической энергии в ракетно-космических комплексах (варианты)

Изобретение относится к устройству для передачи электрической энергии. Технический результат - уменьшение количества и массы проводов для передачи электроэнергии в ракетно-космических (Р-К) комплексах, а также повышение качества электропитания бортовой аппаратуры. Указанный результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002521108
Дата охранного документа: 27.06.2014
10.07.2014
№216.012.dc4a

Полупроводниковый фотоэлектрический генератор и способ его изготовления (варианты)

Изобретение относится к оптоэлектронным приборам. Полупроводниковый фотоэлектрический генератор содержит прозрачное защитное покрытие на рабочей поверхности, на которое падает излучение, и секции фотопреобразователей, соединенные оптически прозрачным герметиком с защитным покрытием. Секции...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002522172
Дата охранного документа: 10.07.2014
20.11.2014
№216.013.067b

Способ и устройство для передачи электрической энергии

Изобретение относится к области электротехники, в частности к способам и устройствам для передачи электрической энергии. В способе передачи электрической энергии между источником и потребителем энергии с использованием в качестве проводящего канала трубопровода с жидким веществом путем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002533060
Дата охранного документа: 20.11.2014
10.12.2014
№216.013.0ee6

Стенд для исследования резонансной системы передачи электрической энергии

Изобретение относится к испытательной технике и электрооборудованию, применяемым при передаче электрической энергии для питания электроустановок потребителей. Сущность: стенд снабжен источником переменного тока повышенной и перестраиваемой частоты, который через первый переключатель и магазин...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535231
Дата охранного документа: 10.12.2014
27.01.2015
№216.013.2060

Способ и устройство диагностики мест повреждения кабельных линий электроснабжения

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к устройствам и технологиям поиска повреждений в сетях передачи электроэнергии, и может быть использовано для диагностики и предварительной локализации мест повреждений подземных кабельных линий электроснабжения до 35 кВ....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539736
Дата охранного документа: 27.01.2015
+ добавить свой РИД