27.07.2014
216.012.e4e9

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области химии, а более точно к способу получения водорода. Способ получения водорода путем взаимодействия алюминия и воды представляет собой псевдоожижижение алюминия в виде нанопорошока потоком сжатого инертного газа и приведение в контакт полученного реагента с водяным паром в реакционной зоне, в результате чего флюидизированный нанопорошок алюминия самовоспламеняется и горит в водяном паре в объеме реакционной зоны, с получением высоких температур для газификации наночастиц алюминия и образованием газофазной реакционной среды с протеканием в ней высокотемпературного синтеза и получением молекулярного водорода, который непрерывно отделяют с помощью мембраны, селективно проницаемой для водорода, в качестве целевого продукта от побочных продуктов выхлопа реактора, таких как остатки паров воды, инертного газа и дополнительных продуктов, полученных при синтезе, например, дисперсных частиц кристаллического корунда. Изобретение обеспечивает повышение производительности получения водорода. 3 з.п. ф - лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области химии, а более точно касается способа получения водорода.

Ввиду предполагаемого перехода к водородной энергетике производство молекулярного водорода является важнейшей задачей.

Наиболее дешевым и доступным сырьем для получения водорода в настоящее время рассматривается вода.

Известны различные способы получения водорода при взаимодействии воды с металлами, например, термохимический железо-паровой способ получения водорода.

Известен способ получения водорода (RU №2191742, опубл. 27.10.2002), при котором водород получают из водяного пара путем его конверсии в среде раскаленного в высоковольтном разряде технического железа, затем подвергают двустадийному осушению и сбору в интерметаллидные компрематоры, доводящие водород при десорбции до высокой степени чистоты, составляющей 99,99 об.%.

Известен способ получения водорода (RU №2466927, опубл. 20.11.2012) путем циклического окисления порошка металлического вольфрама водяным паром, который затем восстанавливают до металла при температуре 950-1200°С с помощью синтез-газа, получаемого при паровой конверсии угля. В начале циклического процесса чистый водяной пар подается в реактор с порошком металлического вольфрама при температуре 900-1200°С и давлении 0,1 МПа, где протекает реакция окисления. Для обеспечения требуемой глубины окисления металлического вольфрама водяной пар подается в реактор с 5-10-кратным избытком. Окисление металлического вольфрама до оксида W18O49 протекает в течение 15-20 минут. В результате реакции образуется газовая смесь водяного пара с водородом.

Производительность этих способов обусловлена периодической работой и скоростью гидротермального окисления.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является получение водорода путем взаимодействия алюминия и воды.

Известен способ получения водорода из воды с помощью плазменного генератора (RU №2440925, опубл. 27.01.2012), при котором в качестве рабочего плазмообразующего вещества используют пар или пароводяную смесь, в область дуги подают алюминиевый пруток и полученную смесь водорода и мелкодисперсных частиц оксида алюминия охлаждают в воде для отделения чистого водорода.

Известен способ получения водорода (RU №2432316, опубл. 27.10.2011), при котором в реактор в зону расположения алюминиевых электродов подают воду со следами гидроокисей щелочных металлов. Между электродами создают вольтову дугу, которая диспергирует алюминиевые электроды и распыляет их в вольтовой дуге с образованием алюминиевого нанопорошка, который взаимодействует с водой, образует оксиды алюминия и газообразный водород.

Известен способ получения водорода (RU №2430011, опубл. 27.10.2011, №2428372, опубл. 10.09.2011), при котором в реактор между электродами периодически подают воду и алюминиевый порошок. Ток проходит по слою металлического порошка, образуя в точках неполного касания искровой высокочастотный разряд, диспергируют порошок, образуя наночастицы алюминия, которые, взаимодействуя с водой, образуют окислы алюминия и газообразный водород.

Известен способ получения водорода (RU №2363659, опубл. 10.08.2009) окислением алюминия водой, при котором готовят суспензию порошкообразного алюминия в воде в присутствии катализатора гидроксида щелочного металла и распыляют ее в реактор высокого давления, выдерживают для окисления алюминия и выводят из реактора смесь паров воды и водорода.

Известен способ получения водорода (RU №2223221, опубл. 10.02.2004) окислением алюминия водой, при котором суспензию мелкодисперсного порошкообразного алюминия в воде, непрерывно подают в реактор высокого давления, где суспензию порошкообразного алюминия распыляют при диаметре капель не более 100 мкм в воду при температуре 220-900°С и давлении 20-40 МПа.

Главным недостатком известных методов окисления алюминия является невысокая производительность, обусловленная гетерогенным характером процесса на поверхности металлических частиц. Отрицательно влияет на производительность гидротермальных установок и циклический характер их работы, требующий периодической перезагрузки топлива и очистки фильтров от образующихся крупных частиц Аl2О3. Это препятствует промышленному производству водорода.

В основу изобретения положена задача создания более производительного альтернативного способа получения водорода.

Техническим результатом является повышение производительности за счет получения водорода высокотемпературным синтезом.

В качестве альтернативы предлагается метод высокотемпературного синтеза водорода на основе горения флюидизированного инертным газом нанопорошка алюминия в парах воды.

Термин "флюидизированный алюминий" обозначает нанопорошок чистого алюминия в инертном газе (последний препятствует образованию оксидной пленки).

Поставленная задача решается тем, что алюминий в виде нанопорошка псевдоожижают сжатым инертным газом и приводят в контакт с водой в виде водяного пара в реакционной зоне, в результате чего флюидизированный нанопорошок алюминия самовоспламеняется и горит в водяном паре в объеме реакционной зоны, тем самым с получением высоких температур для газификации наночастиц алюминия и образованием высокотемпературным синтезом в газофазной реакционной среде молекулярного водорода, который отделяют с помощью мембраны в качестве целевого продукта от побочных, таких как остатков паров воды, инертного газа и дополнительных продуктов, полученных при синтезе, например, дисперсных частиц кристаллического корунда.

Принципиальная схема получения водорода высокотемпературным синтезом водорода показана на рисунке.

Ее основным элементом является адиабатически устроенная реакционная зона высокотемпературного химического реактора 1, имеющего впуск 2 для нанопорошка алюминия псевдоожиженного сжатым инертным газом, впуск 3 для водяного пара и выпуск 4 для вывода остатков паров воды, инертного газа и дополнительных продуктов, полученных при синтезе, например, дисперсных частиц кристаллического корунда.

Способ осуществляют следующим образом.

Инертный газ, сжатый до давления в несколько атмосфер, подают непрерывным потоком в емкость 5 с нанопорошком алюминия с достижением его псевдоожижения (термин "псевдоожижение" означает полную увлекаемость газовым потоком нанопорошка алюминия).

Псевдоожиженный сжатым инертным газом нанопорошок алюминия и вода в виде водяного пара поступают в реакционную зону высокотемпературного химического реактора.

Образование водяных паров может быть достигнуто, например, за счет впрыска воды, предварительно прогретой до температуры, близкой к температуре кипения, в реакционную зону через форсунки с перепадом в несколько атмосфер. Адиабатическое устройство реакционной зоны может быть обеспечено, например, устройством ее терморубашек. В реакционной зоне высокотемпературного химического реактора 7 флюидизированный инертным газом нанопорошок алюминия при контакте с водяным паром самовоспламеняется и горит в водяном паре в объеме реакционной зоны.

При горении алюминия в парах воды развиваются весьма высокие температуры - более 3000К. Получение высоких температур приводит к газификации наночастиц алюминия и образованию высокотемпературным синтезом в газофазной реакционной среде молекулярного водорода. Эксперименты показывают, что наночастицы алюминия при высоких температурах ~1800К быстро газифицируются с образованием атомарного алюминия. Благодаря этому горение алюминия происходит через газофазные реакции, протекающие во всем объеме реакционной зоны, а не на поверхности частиц. Это существенно повышает производительность способа.

Инертный газ препятствует образованию оксидной пленки. Кроме того, на входе в реакционную зону инертный газ используется для псевдоожижения нанопорошка алюминия. На выходе из нее тот же инертный газ играет роль дисперсионной среды двухфазных продуктов горения. Полученный водород может быть отделен с помощью мембраны, например, платиновой, в качестве целевого продукта от побочных, таких как остатков паров воды, инертного газа и дополнительных продуктов, полученных при синтезе, например, дисперсных частиц кристаллического корунда. Кроме того, поскольку крупные оксидные частицы Аl2О3, отрицательно влияющие на работу установки, не успевают образоваться за время сгорания ~0.1 с, на выходе получается кристаллический порошок (корунд) микронного размера, имеющий большое практическое значение, сопутствующее получение которого могло бы удешевить производство основного продукта - водорода.

При модельном осуществлении способа в качестве инертного газа использовали аргон при давлении 10 атм, соотношение нанопорошка алюминия и паров воды применяют близким к стехиометрическому между ними, при этом температура синтеза молекулярного водорода составляет не менее 1800К(Аr), содержание аргона (Аr) в смеси составляет по массе 80%. Скорость потока в высокотемпературном реакторе 1 составляла U=10 м/с и выбрана из условия, чтобы его длина оставалась в пределах 1-10 м, а сам процесс сгорания проходил в изобарном режиме. Расчеты показывают, что при начальных условиях Т=1800К, Р=10 атм, α=1-2 и при 80% (по массе) Аr в смеси на входе в высокотемпературный реактор (но после газификации Аl) выход водорода составляет примерно 10-12% от массы Аl, а выход частиц корунда - около 12-14% по массе от суммарного выхода всех продуктов горения.

Изобретение может быть использовано для производства водорода.


СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 210.
10.02.2013
№216.012.23f8

Система регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины

Изобретение относится к системе регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины и позволяет уменьшить воздействие осевой силы на радиально-упорный подшипник передней части составного ротора турбомашины путем перераспределения по заданному закону избыточной силы на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474710
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.2458

Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы

Изобретение относится к области диагностики технического состояния газотурбинных двигателей. Технический результат - повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474806
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2baa

Пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ функционирования двигателя

Пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит сверхзвуковой воздухозаборник, сверхзвуковую камеру смешения, сверхзвуковую камеру сгорания, выходное сверхзвуковое сопло, воспламенитель топливовоздушной смеси и систему подачи топлива. Система подачи топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476705
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c7c

Способ диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков

Изобретение относится к области авиационной техники. По замерам полетной информации определяют величину R идеальной тяги двигателя как R=R- GV, где R - условная тяга реактивного сопла, соответствующая полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, G - расход воздуха на входе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476915
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.33c5

Способ изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми рабочими лопатками, интегральный блиск и охлаждаемая лопатка для газотурбинного двигателя

Отдельные охлаждаемые лопатки из монокристаллического сплава соединяют с дисковой частью из гранулируемого сплава в единую деталь горячим изостатическим прессованием (ГИП) в зоне, где длительные прочности этих сплавов одинаковы при одной и той же температуре в длительном рабочем режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478796
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.05.2013
№216.012.3e2d

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит топливную форсунку, размещенную в носовой части двигателя перед воздухозаборником, и расположенные за ним камеру сгорания и сопло, а также устройство возбуждения молекул кислорода резонансным лазерным излучением в камере сгорания....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481484
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d6c

Газодинамический воспламенитель

Изобретение может быть использовано в авиационных и ракетных двигателях и стендовых газоструйных устройствах. Газодинамический воспламенитель содержит полый корпус, стержневой газоструйный излучатель со сверхзвуковым кольцевым соплом, резонатор с цилиндрической полостью, соединительную камеру с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485402
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5497

Газогенератор гтд

Газогенератор газотурбинного двигателя содержит двухступенчатый центробежный компрессор, камеру сгорания и, по меньшей мере, одну осевую ступень турбины, связанную с компрессором по оси в единый ротор, установленный в статоре на подшипниках качения. Рабочие колеса ступеней компрессора и турбины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487258
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5d9f

Экологически чистая газотурбинная установка регенеративного цикла с каталитической камерой сгорания и способ управления ее работой

Экологически чистая газотурбинная установка регенеративного цикла с каталитической камерой сгорания содержит осевой компрессор, турбину, теплообменник-рекуператор, каталитическую камеру сгорания, соединяющий их газовоздушный канал, топливную систему с форсункой, систему автоматического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489588
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.6526

Способ определения коэффициента сухого трения фрикционных пар при быстро осциллирующих перемещениях

Изобретение относится к области исследований и физических измерений. Сущность: одну неподвижную деталь фрикционной пары, выполняющую функцию демпфера, прижимают с варьируемым регулируемым усилием к другой подвижной детали этой пары, совершающей на резонансной частоте быстро осцилирующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491531
Дата охранного документа: 27.08.2013
Показаны записи 1-10 из 93.
10.02.2013
№216.012.23f8

Система регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины

Изобретение относится к системе регулирования осевых сил на радиально-упорном подшипнике ротора турбомашины и позволяет уменьшить воздействие осевой силы на радиально-упорный подшипник передней части составного ротора турбомашины путем перераспределения по заданному закону избыточной силы на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474710
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.2458

Способ мультиантенной электростатической диагностики газотурбинных двигателей на установившихся и неустановившихся режимах работы

Изобретение относится к области диагностики технического состояния газотурбинных двигателей. Технический результат - повышение эффективности и оперативности диагностики технического состояния газотурбинных двигателей в процессе их производства, испытаний и эксплуатации. Технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474806
Дата охранного документа: 10.02.2013
27.02.2013
№216.012.2baa

Пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель и способ функционирования двигателя

Пульсирующий детонационный прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит сверхзвуковой воздухозаборник, сверхзвуковую камеру смешения, сверхзвуковую камеру сгорания, выходное сверхзвуковое сопло, воспламенитель топливовоздушной смеси и систему подачи топлива. Система подачи топлива...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476705
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2c7c

Способ диагностики турбореактивного двухконтурного двигателя со смешением потоков

Изобретение относится к области авиационной техники. По замерам полетной информации определяют величину R идеальной тяги двигателя как R=R- GV, где R - условная тяга реактивного сопла, соответствующая полному расширению в нем выхлопной струи до атмосферного давления, G - расход воздуха на входе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476915
Дата охранного документа: 27.02.2013
10.04.2013
№216.012.33c5

Способ изготовления интегрального блиска с охлаждаемыми рабочими лопатками, интегральный блиск и охлаждаемая лопатка для газотурбинного двигателя

Отдельные охлаждаемые лопатки из монокристаллического сплава соединяют с дисковой частью из гранулируемого сплава в единую деталь горячим изостатическим прессованием (ГИП) в зоне, где длительные прочности этих сплавов одинаковы при одной и той же температуре в длительном рабочем режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478796
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.05.2013
№216.012.3e2d

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель

Гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель содержит топливную форсунку, размещенную в носовой части двигателя перед воздухозаборником, и расположенные за ним камеру сгорания и сопло, а также устройство возбуждения молекул кислорода резонансным лазерным излучением в камере сгорания....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481484
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.06.2013
№216.012.4d6c

Газодинамический воспламенитель

Изобретение может быть использовано в авиационных и ракетных двигателях и стендовых газоструйных устройствах. Газодинамический воспламенитель содержит полый корпус, стержневой газоструйный излучатель со сверхзвуковым кольцевым соплом, резонатор с цилиндрической полостью, соединительную камеру с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002485402
Дата охранного документа: 20.06.2013
10.07.2013
№216.012.5497

Газогенератор гтд

Газогенератор газотурбинного двигателя содержит двухступенчатый центробежный компрессор, камеру сгорания и, по меньшей мере, одну осевую ступень турбины, связанную с компрессором по оси в единый ротор, установленный в статоре на подшипниках качения. Рабочие колеса ступеней компрессора и турбины...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487258
Дата охранного документа: 10.07.2013
10.08.2013
№216.012.5d9f

Экологически чистая газотурбинная установка регенеративного цикла с каталитической камерой сгорания и способ управления ее работой

Экологически чистая газотурбинная установка регенеративного цикла с каталитической камерой сгорания содержит осевой компрессор, турбину, теплообменник-рекуператор, каталитическую камеру сгорания, соединяющий их газовоздушный канал, топливную систему с форсункой, систему автоматического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489588
Дата охранного документа: 10.08.2013
27.08.2013
№216.012.6526

Способ определения коэффициента сухого трения фрикционных пар при быстро осциллирующих перемещениях

Изобретение относится к области исследований и физических измерений. Сущность: одну неподвижную деталь фрикционной пары, выполняющую функцию демпфера, прижимают с варьируемым регулируемым усилием к другой подвижной детали этой пары, совершающей на резонансной частоте быстро осцилирующее...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491531
Дата охранного документа: 27.08.2013

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД