початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2107359

СПОСІБ ГЕНЕРУВАННЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЕНЕРГІЇ ІЗ біоматеріалів (ВАРІАНТИ)

Ім'я винахідника: Фрау Ханнелоре Галліна-Аст (DE)
Ім'я патентовласника: Фрау Ханнелоре Галліна-Аст (DE)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1993.03.12

Застосування: винахід відноситься до області генерування електричної енергії з біоматеріалів.

Суть винаходу: в окислювальному реакторі з біоматеріалів, практично не містять сірки, за допомогою газифікації генерують робочий газ, що містить оксид вуглецю і водень. Окислюють оксид вуглецю в діоксид вуглецю. Очищають модифікований робочий газ від зважених часток і / або газових домішок і подають його в паливний елемент, що містить пористі катод, анод і електроліт.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до способу генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки. Багаторічні очеретяні рослини з незначним вмістом сірки відносяться до біоматеріалів, якими називаються, взагалі кажучи, все так звані регенеративні матеріали, т. Е. Такі матеріали, які можуть відновлюватися біологічним шляхом з такою продуктивністю, яка відповідає швидкості споживання, на противагу копалин матеріалами, які утворюються значно повільніше, ніж споживаються. Біоматеріал може представлятися з принципово бездоганною клітинною структурою або з дезінтегрованою структурою, наприклад, у вигляді дрібного порошку. Біоматеріали можуть зустрічатися і в якості біологічних і органічних відходів. Біоматеріали містять в основному елементи: вуглець, водень, кисень і азот.

Безпосереднє випускання водню за допомогою паливних елементів добре відомо. Паливні елементи мають в порівнянні з тепловими двигунами ту перевагу, що вони не схильні до основним термодинамічних обмежень коефіцієнта корисної дії, що прямував із циклу Карне. Теоретично паливні елементи можуть перетворювати теплоту згоряння, яка утворюється з реакції водню з киснем з утворенням води, практично повністю в електричну енергію. На практиці за допомогою паливних елементів без особливих труднощів можна досягти значно більш високого коефіцієнта корисної дії, ніж за допомогою теплових двигунів. Однак умовою цього є те, що каталізатори паливних елементів не повинні містити отрути, які можуть міститися в водні.

Молекулярний водень не представляється у вигляді сировинного речовини, а повинен бути отриманий з водородсодержащих матеріалів. Отримання водню з води за допомогою звичайного електроліту вимагає більшого струму, ніж може генеруватися воднем, і в подальшому не розглядається. Каталітичне розщеплення води на водень і кисень відбувається дуже повільно і дозволяє отримувати з великими витратами часу лише невеликі кількості, внаслідок чого його комерційне використання непривабливо.

Відомий спосіб генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, що включає окислення біомаси рослин за допомогою обробки кисневмісних газом з утворенням робочого газу, подачу робочого газу в паливний елемент, що генерує електричну енергію (заявка ФРН 3523487).

Відомий спосіб не відрізняється високою продуктивністю і надійністю і має значну емісію шкідливих речовин.

Добре відомі і генерація так званого синтез-газу з вугілля, який містить в основному водень і окис вуглецю, і необхідні для цього установки. Цей процес називається газифікацією вугілля. При так званої реакції заміщення води окис вуглецю в синтез-газі при додаванні водяної пари і при підвищеній температурі може перетворюватися в водень і вуглекислий газ.

Застосування синтез-газу для роботи паливних елементів в принципі можливо, проте на практиці виявилися його істотні недоліки. По-перше, вугілля містить, як правило, притаманну сировинних матеріалів сірку, яка присутня в синтез-газі в якості газоподібних сірчистих сполук. Однак сірчисті з'єднання є, як правило, речовинами, отруйними каталізатор, і можуть незворотно дезактивувати каталізатор паливного елемента і тим самим і паливний елемент. З міркувань захисту навколишнього середовища сірчані гази є небажаною емісією. По-друге, отримання синтез-газу з вугілля в цілому дуже дорого і вимагає тимчасових витрат, які складаються, наприклад, з підземної гірничої виробки, процесу газифікації вугілля і необхідної очищення від сірчистих сполук.

В основу даного винаходу покладено спосіб генерації електричної енергії, в якому використовується дешеву сировину, який має високий коефіцієнт корисної дії, працює надійно і тривалий час і має дуже незначну емісію шкідливих речовин.

Для вирішення цього завдання у винаході пропонується спосіб генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, причому реалізована комбінація таких ознак:

а) застосовуються біоматеріали, які в значній мірі вільні від сірчистих сполук,

б) в окислювальному реакторі з біоматеріалів за допомогою засобу газифікації, що містить кисень, завдяки частковому окисленню генерується робочий газ, який містить оксид вуглецю і водень,

в) в окислювальному реакторі встановлюється і підтримується співвідношення кількості кисню і біоматеріалу і температура газової фази, які забезпечують отримання паливного газу, що не містить практично окису азоту,

г) робочий газ, що виділяється з окисного реактора, звільняється в адсорбере від сірчистих сполук,

д) робочий газ, вільний від сірчистих сполук, надходить в паливні елементи, які містять пористий анод, пористий катод і електроліт на основі ортофосфорної кислоти.

Біоматеріали, які містять мало сірки або практично не містять її, мають незначну кількість протеїнів. Це, як правило, рослини з великим вмістом целюлози або лігноцелюлози. Бути досить вільним від сірки означає, що вміст сірки настільки мало, що не відбувається отруєння каталізатора паливного елемента або неприпустимою емісії сірки. Якщо ж вміст сірки підвищено, то можна провести очистку від сірчистих сполук за допомогою звичайного процесу з видалення сірки. У окислювальному реакторі біоматеріал піддається обробці при підвищеній температурі чистим киснем і / або киснем повітря і / або парами води.

Енергія може і генеруватися аутотерміческі шляхом безпосереднього часткового спалювання біоматеріалу в окислювальному реакторі або підводитися аллотерміческі непрямим чином. У окислювальному реакторі відбувається часткове окислення біоматеріалу з утворенням горючого газу, який містить водень і окис вуглецю. При цьому кількісне співвідношення кисню і біоматеріалу вибирається таким чином, щоб на підставі термодинаміки взаємозв'язків, з одного боку, оксидація біоматеріалу не виходила б за межі освіти продукту реакції водню або знаходиться у воді водень не розкладається б до молекулярного водню, а з іншого боку, щоб азот, що міститься в сировині, і / або азот повітря не окислюється в окислювальному реакторі до утворення оксидів азоту.

При використанні парів води в препараті для обкурювання в гарячому газі може бути присутнім вуглекислий газ поряд з окисом вуглецю. Само собою зрозуміло, що при визначенні співвідношення кількості кисню і біоматеріалу і температури газової фази в окислювальному реакторі відхилення від термодинамічної рівноваги, що виникають при безперервному режимі, можуть бути враховані відомим з технології чином. Зваженими речовинами називають частинки, величина і щільність яких допускають їх присутність в потоці горючого газу. Зважені речовини можуть виникати з негорючих біоматеріалів, але можуть бути і частинками попелу. Анодом називають каталитически активний електрод паливного елемента, до якого надходить паливний газ і після віддачі електронів окислюється. Катодом називають каталитически активний електрод або паливний елемент, до якого надходить паливне засіб і після прийому електронів розкладається. Паливне засіб повинен містити вуглекислий газ для реакції з киснем з утворенням карбонатаціі на катоді. Пористої називається така електродний структура, яка, з одного боку, забезпечує контакт всіх трьох фаз: робочого газу або пального кошти, електрода або каталізатора, а й електроліту, а з іншого боку, наприклад, внаслідок впливу капілярних сил, перешкоджає перетіканню електроліту в паливну камеру або газову камеру пального кошти. Поняття "пористий" охоплює і сіткові структури з відповідним розміром отворів.

Винахід грунтується на тому відомому факті, що робочий газ може бути отриманий з часткового окислення біоматеріалів з дуже високою ефективністю в паливних елементах, а саме, за умови, що спосіб генерації робочого газу відповідає цій меті використання робочого газу. Застосування біоматеріалів, які в достатній мірі вільні від сірчистих сполук, гарантує без подальших заходів то, що, з одного боку, паливні елементи можуть працювати тривалий час і надійно без отруєння каталізатора, і що, з іншого боку, при всьому процесі не відбувається емісії сірчистих з'єднань. Відповідність робочих параметрів окисного реактора щодо високому вмісту азоту в біоматеріалів гарантує те, що, незважаючи на цю велику складову азоту, практично не відбувається утворення ніяких сторонніх оксидів азоту. Оксиди азоту так само, як і виділення сірчистих сполук, небажані з міркувань захисту навколишнього середовища. Звільнення робочого газу від сірчистих сполук, які можуть в значній мірі виділятися при частковому окисленні біоматеріалів, обумовлює, з одного боку, те, що пори електродів паливних елементів можуть забиватися в незначній мірі без зниження ефективної поверхні і тим самим без зменшення щільності струму, а з іншого боку, запобігає побічна емісія частинок від усього процесу. Осадження зважених речовин може відбуватися звичайним чином, наприклад, за допомогою ціклофільтра.

Паливні елементи з електролітом з розчину, що містить вуглеводневі солі, відрізняються дуже високим коефіцієнтом корисної дії та високою продуктивністю внаслідок порівняно високої робочої температури. Інша перевага паливних елементів цього типу в поєднанні з виділенням робочого газу з біоматеріалів полягає в тому, що окис вуглецю не тільки не є перешкодою для каталізу, а й застосовується, як і водень, для генерації електричної енергії. При цьому відбувається реакція окису вуглецю та іонів карбонату на аноді при віддачі електронів з утворенням вуглекислого газу. В результаті, завдяки поєднанню ознак винаходу, досягається значний сінергітіческій ефект, який полягає в тому, що з дуже високим коефіцієнтом корисної дії та з дуже високою надійністю може генеруватися електрична енергія з дуже дешевого і регенеративного сировини при практичній відсутності емісії сірчистих сполук, оксидів азоту і частинок. Кінцевими продуктами способу в даному винаході є в основному нешкідлива вода і, при звичайній генерації енергії, вуглекислий газ. Крім того, виділяється тепло. Воно може повертатися в процес, зокрема, при аллотерміческой технології.

Способи термічного часткового окислення біоматеріалів з утворенням побутового газу в принципі відомі. Виробництво з безпосереднім потоком газу або необхідні для цього заходи до сих пір невідомі.

При формі виконання способу відповідно до винаходу розчин вуглекислої солі утворюється в основному з карбонатних солей лужних металів і алюмінатів лужних металів, а розчин карбонатних солей проявляє при робочій температурі паливного елемента пастоподібні текучі властивості. Вуглецеві солі лужних металів в розплавленому стані мають дуже хорошу іонну провідність. Температури розплавів мають при цьому порівняно невелике значення. Особливо низьку температуру розплавів має евтектичних суміш з карбонатних солей літію, натрію і калію. Добавка в суміш алюмінатів лужних металів має подвійний ефект. По-перше, можна виготовити пастообразную масу при робочій температурі паливного елемента, оскільки порошок з алюмінатів лужних металів нічого не розплавляється. Електроліт з пастообразной консистенцією дозволяє пред'являти порівняно невисокі вимоги до пористій структурі електродів, причому це не впливає на стримування електроліту. По-друге, алюмінати лужних металів імовірно діють в якості порошку вуглекислого газу.

У винайденому способі особливо кращою і безпечної для навколишнього середовища форми виконання вуглекислий газ витягується в рециркулятора з виходять з боку анода газоподібних відходів горючої речовини і надходить в потік паливного кошти з боку катода. Паливна комірка з електролітом з розплаву карбонатних солей утворює на стороні анода вуглекислий газ, як в результаті окислення водню, так і окислення окису вуглецю. З іншого боку, на стороні катода в паливному засобі утворюється вуглекислий газ, щоб при реакції з киснем могли утворюватися карбонатаціі. Якщо паливне засіб має утворюватися з повітрям, то потрібно добавка вуглекислого газу. Цей необхідний вуглекислий газ може бути отриманий шляхом рециркуляції двоокису вуглецю з газоподібних відходів горючої речовини. Така рециркуляція призводить до оптимального витраті речовин, економії необхідного джерела двоокису вуглецю і до мінімально можливої ​​загальної емісії вуглекислого газу даного процесу. Можна встановити циркуляцію вуглекислого газу, нейтральну щодо навколишнього середовища, в яку вводяться підростаючі біоматеріали, зокрема, рослини C _4, тобто багаторічні очеретяні рослини з незначним вмістом сірки.

Незалежне та самостійне рішення названої вище завдання надає спосіб генерації електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, причому реалізована комбінація таких ознак:

а) застосовуються біоматеріали, які в значній мірі вільні від сірчистих сполук,

б) в окислювальному реакторі з біоматеріалів за допомогою засобу газифікації, що містить кисень, завдяки частковому окисленню генерується робочий газ, який містить окис вуглецю і водень,

в) в окислювальному реакторі встановлюється і підтримується співвідношення кількості кисню і біоматеріалу і температура газової фази, які забезпечують отримання робочого газу, що не містить практично окису азоту,

г) робочий газ, що виділяється з окисного реактора, звільняється в адсорбере від сірчистих сполук,

д) робочий газ, вільний від сірчистих сполук, надходить в паливні елементи, які містять пористий анод, пористий катод і електроліт з карбонатного розплаву.

Цей спосіб має в основному всі властивості і переваги способу з електролітом на основі ортофосфорної кислоти. Однак, на відміну від нього, паливна комірка працює при порівняно нижчій температурі. В цілому коефіцієнт корисної дії з електролітом з карбонатного розплаву дещо менше, ніж з електролітом на основі ортофосфорної кислоти. Але це компенсується тим, що внаслідок порівняно перегріванню можна легше справлятися з корозійними діями на електроди. Тим самим досягається особлива надійність, оскільки може бути надійно запобігти агломерація несучого каркаса пористих структур електродів. В якості електроліту воліють сірчану кислоту або фосфорну кислоту. Обидві ці кислоти, особливо фосфорна кислота, мають при лише невеликій добавці води порівняно високу точку кипіння, так що паливні комірки можуть працювати при максимально можливій температурі, наприклад, 160 ^{o C.}

Однак в цілому робоча температура паливних елементів з кислотовмісних електролітом не так мала, щоб підтримувати високу каталітичну активність електродів для виділення горючого газу. В якості каталізаторів використовуються в основному сполуки і сплави золота і платини. Більшість інших металів не можуть протистояти корозійного впливу сірчаної кислоти, а особливо - фосфорної кислоти. Каталітична активність платини, як правило, перевершує каталітичну активність золота. Платинові каталізатори можуть забруднюватися окисом вуглецю. Тому в улюбленому виконанні способу з кислотовмісних електролітом робочий газ обробляється в реакторі заміщення води при подачі парів води і тепла для перетворення окису вуглецю в водень і вуглекислий газ. Завдяки цьому забезпечується і оптимальне використання теплоти згорання робочого газу.

При подальшій формі виконання винайденого способу з кислотовмісних електролітом паливний елемент працює при температурі вище 130 ^{o C} і використовується платинородієвий каталізатор. При цих умовах можуть допускатися певні кількості окису вуглецю в робочому газі. У подальшій формі виконання винайденого способу з кислотовмісних електролітом паливний елемент працює при температурі нижче 130 ^{o C} і застосовується платиновий каталізатор з оксидами молібдену або вольфраму. Ці форми виконання і відрізняються допуском вмісту окису вуглецю в робочому газі.

При винайдених способах використовуються переважно рослини C ₄ як біоматеріалів. Рослини C ₄ можуть швидко і дешево вирощуватися і практично не містять ніяких сірчистих сполук.

Винайдений спосіб може використовуватися для часткового окислення в окислювальному реакторі в різних формах виконання. Зокрема, можна проводити безпосереднє часткове спалювання біоматеріалів в окислювальному реакторі. В одній з форм виконання, якій надається особливе значення, проводиться часткове окислення при подачі тепла, що генерується зовні, і з препаратом для обробки допоміжним газом, що містить в основному пари води. Цей спосіб в інший взаємозв'язку відомий як аллотерміческая обробка допоміжним газом. Подача тепла, що генерується ззовні, потрібно при аллотерміческой обробці допоміжним газом, оскільки реакція біоматеріалу з парами води з утворенням робочого газу є в цілому ендотермічної. Тепло для часткового оксидування може бути отримано переважно шляхом спалювання біоматеріалу або робочого газу. Тепло для часткового окислення надходить в окислювальний реактор за допомогою звичайного теплонесущего газу через теплообмінник.

В іншій формі виконання винаходу часткове окислення проводиться без подачі ззовні генерується тепла і з препаратом для обробки допоміжним газом, що містить в основному пари води і молекулярний кисень або повітря. Цей спосіб відомий в інший взаємозв'язку як аутотерміческая обробка допоміжним газом. При цьому за участю молекулярного кисню в препараті для обробки відбуваються екзотермічні реакції окислення, завдяки чому в потрібному місці утворюється необхідне тепло для ендотермічної реакції парів води з біоматеріалом.

Аутотерміческая або аллотерміческая обробка допоміжним газом принципово відома з літературного джерела "Сталь і залізо", тому 110, 1990р., N 8, сторінки 131-136, проте в іншій взаємозв'язку. Відома звідси аутотерміческая і аллотерміческая газація заснована на генерації побутового газу з вугілля. Однак цей літературний джерело не дає ніяких вказівок щодо того, яким чином робочий газ може генеруватися аутотерміческі або аллотерміческі з біоматеріалів.

Подальше рішення задачі винаходу надається способом генерації електричної енергії з біоматеріалів, причому реалізована комбінація таких ознак:

а) застосовуються біоматеріали, які в значній мірі вільні від сірчистих сполук,

б) в окислювальному реакторі з біоматеріалів за допомогою засобу газифікації, що містить кисень, завдяки частковому окисленню генерується робочий газ, який містить окис вуглецю і водень,

в) в окислювальному реакторі встановлюється і підтримується співвідношення кількості кисню і біоматеріалу і температура газової фази, які забезпечують отримання робочого газу, що не містить практично окису азоту,

г) робочий газ, що виділяється з окисного реактора, звільняється в адсорбере від сірчистих сполук,

д) робочий газ, вільний від сірчистих сполук, надходить в паливні елементи, які містять пористий анод, пористий катод і твердий електроліт на основі оксидів металів, причому паливні елементи працюють при температурі, принаймні, 800 ^{o C.}

І в даному випадку при генерації робочого газу робота відбувається аутотерміческім або аллотерміческім чином.

Внаслідок дуже високої робочої температури паливних елементів з твердим електролітом на основі оксидів металів каталітична дія електродів не тільки зайве, але і без того встановлюються дуже високі швидкості реакцій робочого газу на аноді і пального кошти на катоді, оскільки теплова енергія газів істотно вище енергії активації гетерогенних діссоціатівних реакцій. Висока швидкість протікання реакцій дозволяє досягти високої питомої електричної продуктивності паливних елементів. Тому паливні комірки в кращу форму виконання винаходу працюють при температурі, щонайменше 1000 ^{o C,} переважно, щонайменше, близько 1200 ^{o C.} Такі робочі температури можуть бути досягнуті, якщо матеріали анода, катода і електроліту відповідають один одному і підігнані одна до одної звичайним чином щодо їх теплових коефіцієнтів розширення. Само собою зрозуміло, що анод і катод повинні бути виготовлені з матеріалів, досить корозійно-стійких.

Висока іонна провідність твердого електроліту може бути встановлена ​​в тому випадку, якщо в якості електроліту застосовується суміш з оксиду цирконію і оксиду кальцію або з оксиду цирконію і оксиду ітрію. Висока іонна провідність в поєднанні з високими швидкостями хімічних реакцій на електродах гарантує дуже високу питому продуктивність паливних елементів. Надалі виконанні в якості матеріалу анода використовується керамічний матеріал переважно на основі оксидів цирконію з нікелем або кобальтом. Як матеріал катода використовується переважно LaNiO ₃ або легований оксид індію.

Для зменшення кількості непотрібної окису вуглецю в паливному газі він може оброблятися в реакторі заміщення води при подачі парів води і тепла для перетворення окису вуглецю в водень і вуглекислий газ. Зміст вуглеводнів в робочому газі може бути зменшено завдяки тому, що робочий газ безпосередньо перед проходженням через реформер підводиться з каталізатором, переважно з каталізатором з перехідного металу, переважно нікелевим каталізатором, причому каталізатор знаходиться на тому ж температурному рівні, що і паливні елементи.

Дуже висока питома продуктивність паливних елементів може бути отримана в тому випадку, якщо використовуються паливні елементи, катод, електроліт і анод яких нанесені шарами на пористий інертний носій по тонкоплівкової технології. Внаслідок невеликої товщини шару твердого електроліту внутрішній опір паливних елементів дуже мало. Зрозуміло, що пористість носія являє собою відкриту пористість, щоб забезпечити доступ газу до безпосередньо нанесеному електроду.

Самі по собі паливні елементи з твердим електролітом на основі оксидів металів вже відомі з практики, але використовуються майже виключно в космічних польотах, причому робочим газом є водень, який перш за добувався і зберігався звичайним чином.

При винайдених способах як біоматеріалів використовуються переважно рослини C _4. Рослини C ₄ можуть швидко і дешево вирощуватися і практично не містять ніяких сірчистих сполук.

Винайдений спосіб може використовуватися для часткового окислення в окислювальному реакторі в різних формах виконання. В одній з форм виконання проводиться часткове окислення при подачі тепла, що генерується зовні, і з препаратом для обробки допоміжним газом, що містить в основному пари води. Цей спосіб в інший взаємозв'язку відомий як аллотерміческая обробка допоміжним газом. Тепло для часткового окислення може при цьому генеруватися переважно шляхом спалювання біоматеріалу або робочого газу. Переважніший спосіб, при якому тепло для часткового окислення надходить в окислювальний реактор за допомогою звичайного теплонесущего газу через теплообмінник.

В іншій формі виконання винайденого способу часткове окислення проводиться без подачі ззовні генерується тепла і з препаратом для обробки допоміжним газом, що містить в основному пари води і молекулярний кисень або повітря. Цей спосіб відомий в інший взаємозв'язку як аутотерміческая обробка допоміжним газом. При цьому за участю молекулярного кисню в препараті для обробки відбуваються екзотермічні окислювальні реакції, завдяки чому в потрібному місці утворюється тепло, необхідне для ендотермічної реакції парів води з біоматеріалом.

В іншій формі виконання винайденого способу часткове окислення біоматеріалів в окислювальному реакторі відбувається термічним чином, наприклад, повітрям в якості препарату для обробки допоміжним газом. Використання повітря в якості препарату для обробки можливо, якщо дотримуються термодинамічні граничні умови щодо кількісного співвідношення між киснем і біоматеріалом. Повітря дешевий і всюди доступний.

Суть винаходу пояснюється кресленнями, на яких показано: фіг. 1 - схема установки для проведення процесу згідно винайденому способу з електролітом з розплаву містить вуглекислу сіль; фіг. 2 - схема установки для проведення процесу згідно винайденому способу з електролітом з фосфорної кислоти; фіг. 3 - схема установки для проведення процесу згідно винайденому способу і паливної комірки, що містить твердотільні оксиди.

Згідно фіг. 1 з рослин, зокрема, з рослин C _4, виготовляється подрібнений і висушений біоматеріал. Біоматеріал 1 підводиться в реактивну камеру 4 окисного реактора 2 через трубку 3. З пристрою постачання препаратом для обкурювання подається повітря 5 в якості препарату для обробки допоміжним газом. Окислення біоматеріалу в реактивної камері 4 окисного реактора 2 управляється і регулюється напругою, що підводиться повітрям і теплом таким чином, щоб відбувалося тільки часткове окислення біоматеріалу 1 з утворенням водню і окису вуглецю і щоб практично не утворювалися ніякі оксиди азоту. Для цього можуть бути встановлені звичайні датчики і регулювальні елементи, що не зображені на фігурі з міркувань кращої наочності. Частково або повністю окислений твердий біоматеріал 1 надходить в вилучення попелу 6. Водень і окис вуглецю в якості робочого газу надходять через змішувальний трубопровід 7 в адсорбер 8. У адсорбере 8 робочий газ очищується від зважених речовин, які відводяться збірним трубопроводом 9. Очищений від зважених часток робочий газ надходить потім на анод 11 паливного елемента 10. З пристрою 22 постачання повітрям відводиться повітря, спочатку збагачений вуглекислим газом, а потім в якості препарату для обробки допоміжним газом надходить до катода 12 паливної комірки 10.

Між анодом 11 і катодом 12 укладено електроліт 14 з суміші карбонатів лужних металів і алюмінатів лужних металів, який підтримується при температурі близько 650 ^{o C.} Анод 11 і катод 12 мають відкриті пори 13, які створюють контакт електроліту 14 з робочим газом і пальним засобом, але добре укладають в собі пастоподібний електроліт. На катоді 12 відбувається реакція вуглекислого газу з киснем з прийомом електронів з катода і утворенням іонів карбонату, які розчиняються в електроліті. Іони карбонату рухаються до анода 11 і реагують з воднем робочого газу з утворенням води і вуглекислого газу і з окисом вуглецю робочого газу з утворенням вуглекислого газу при віддачі електронів анода 11. Постійна напруга, прикладена між негативним анодом 11 і позитивним катодом 12, подається на інвертор і перетворювач напруги 18 і перетворюється на звичайне напруга в електромережі. Виникаючі з боку анода газоподібні відходи горючої речовини подаються через рециркулятор 17 вуглекислого газу в вихлопну трубу 16. При цьому з газоподібних відходів в рециркулятора 17 виділяється вуглекислий газ, який додається в продукти згоряння, що надходять на катод. Утворені з боку катода газоподібні відходи надходять безпосередньо в вихлопну трубу 16.

При способі згідно фіг. 2 біоматеріал 1 у відповідності зі способом, зображеним на фіг. 1, перетворюється в робочий газ і звільняється від зважених часток. Тому можна зробити посилання на опис згідно фіг. 1.

Подальший спосіб з кислотовмісних електролітом докладно описується в такий спосіб. Робочий газ, очищений від зважених часток, спочатку надходить в реактор 20'замещенія води. Крім того, в цей реактор з джерела 19 'гарячої пари в достатній кількості і з необхідною температурою надходить водяна пара, так що окис вуглецю робочого газу в реакції заміщення води перетворюється в водень і окис вуглецю. Утворюється робочий газ з воднем і вуглекислим газом в якості головних компонентів, який в водоотстойнікі 21 'звільняється від зайвої кількості водяної пари і / або води, що утворюється з реакції заміщення води. Робочий газ, оброблений таким чином і звільнений від води, надходить на анод 11 'паливного елемента 10'. З пристрою 22 'постачання повітрям він як пальне кошти подається на катод 12' паливного елемента 10 '. Між анодом 11 'і катодом 12' укладено електроліт 14 ', що складається з фосфорної кислоти і близько 10% води, який підтримується при температурі близько 150 ^{o C.} Анод 11 'і катод 12' мають відкриті пори 13 ', які дозволяють забезпечувати контакт електроліту 14' з робочим газом або пальним засобом, але надійно зберігають електроліт 14 внаслідок відповідного узгодження поверхневих натягів. На аноді 11 'водень робочого газу після віддачі електронів анода 11' розчиняється в електроліті 14 'в якості протонів. Протони рухаються до катода 12 'і реагують з киснем пального засоби при прийомі електронів з катода 12' з утворенням води. Анод 11 'і катод 12' мають каталитически активну поверхню з платини. І, по крайней мере, на аноді 11 'платина легується родием. Постійна напруга, прикладена між негативним анодом 11 'і позитивним катодом 12', подається на інвертор і перетворювач 18 'напруги і перетворюється на звичайне напруга в електромережі. Вихідні з боку анода газоподібні відходи, які практично містять вуглекислий газ з реакції заміщення води, а й вихідні з боку катода газоподібні відходи від згоряння, які поряд зі складовими повітря містять воду, можуть бути введені через вихлопну трубу 16 '.

Нижче наведено баланс матеріалів часткового окислення біоматеріалів з утворенням робочого газу прикладу виконання винаходу з аллотерміческой газифікацією. Був використаний біоматеріал, який містив 29,4 мовляв.% Вуглецю, 48,3 мовляв. % Водню, 21,9 мовляв.% Кисню, 3,0 мол.% Азоту і 0,3 мовляв. % Сірки. Аллотерміческая газифікація відбувалася при температурі 750 ^{o C,} але при різному тиску, а саме, при 40 бар, при 10 бар і при 2 бар. При аллотерміческой газифікації отримали паливний газ, що містить 47 об.% Водню, 11,6 об.% Окису вуглецю, 28,3 об.% Вуглекислого газу і 12,7 об.% Метану. Загальна кількість газу склало 1,27 м ³ / кг біоматеріалу (нормальний тиск). В результаті аллотерміческой газифікації при тиску 10 бар отримали паливний газ з 57,6 об.% Водню, 15,8 об.% Окису вуглецю, 22,8 об. % Вуглекислого газу і 3,6 об.% Метану. Кількість газу нетто склало 1,67 м ³ / кг біоматеріалу (нормальний тиск). В результаті аллотерміческой газифікації при тиску 2 бар отримали робочий газ, що містить: 61,4 об.% Водню, 17,6 об. % Окису вуглецю, 20,7 об.% Вуглекислого газу і 0,3 об.% Метану. Загальна кількість газу склало 1,84 м ³ / кг біоматеріалу (нормальний тиск).

Аналіз газу відбувався в термодинамічній рівновазі. У всіх випадках робочий газ був практично вільний від окису азоту. Оксиди сірки були виявлені лише в незначній кількості, яке навіть при тривалій роботі не чинило жодного впливу на продуктивність паливного елемента. Для роботи паливного елемента з електролітом, що містить фосфорну кислоту, при аллотерміческой газифікації був потрібний порівняно дешевий реактор заміщення води, оскільки паливний газ при виході з окисного реактора вже містив порівняно мало окису вуглецю і порівняно багато вуглекислого газу. Можливо, що в формі виконання винаходу з аллотерміческой газифікацією і електролітом, що містить фосфорну кислоту, взагалі можна відмовитися від реактора заміщення води. Зрозуміло, що в рамках винаходу звільняється тепло може використовуватися зі зворотним зв'язком і діяти відповідним чином в винайдений процес.

При формі виконання згідно фіг. 3 газифікація проводиться таким чином, як описано згідно фіг. 1 і 2. Робочий газ, вже відповідним чином, описаним вище, звільнений від сірчистих сполук, надходить в реактор 20 '' заміщення води. До цього реактору 20 '' заміщення води підводиться, крім того, з джерела 19 '' гарячої пари водяна пара в достатній кількості і з необхідною температурою. Утворюється робочий газ з воднем і вуглекислим газом в якості головних компонентів, який звільняється у водному адсорбере 21 '' від зайвих парів води і / або води з реакції заміщення води. Оброблений таким чином і звільнений від води робочий газ спочатку направляється через звичайний адсорбер 23 '' вуглекислого газу, а потім через піч для риформінгу 24 '', що містить каталізатор 25 '' з нікелю. Оскільки піч для риформінгу 24 '' конструктивно об'єднана з паливним елементом 10 '', температура каталізатора 25 '' практично дорівнює температурі паливного елемента 10 '' і становить близько 1000 ^{o C.}

Потім робочий газ, що виходить з печі 24 '' і звільнений від залишків вуглеводнів, тече через анод 11 '' паливного елемента 10 ''. Із системи 22 '' забезпечення видаляється повітря і підводиться як засіб спалювання на катод 12 '' паливного елемента 10 ''. Анод 11 '' може складатися, наприклад, з керамічного металу з оксидами цирконію і кобальту. Як матеріал катода рекомендується LaNiO _3. Електроліт 14 '' в прикладі виконання має оксид цирконію і оксид ітрію. Анод 11 '' і катод 12 '' мають отвори 13 '' у вигляді пір, які дозволяють реалізувати контакт електроліту 14 '' з паливним газом або засобом спалювання. На аноді 11 '' відбувається реакція водню робочого газу з іонами кисню з електроліту 14 '' з утворенням води. Іони кисню виходять на катоді 12 '' із засобу спалювання і передаються через електроліт 14 '' на анод. Постійна напруга, прикладена між негативним анодом 11 '' і позитивним катодом 12 '', підводиться до инвертору і перетворювача 18 '' напруги і перетворюється на звичайне напруга в електромережі. Вихідні з боку анода газоподібні відходи горючої речовини містять практично тільки воду, а виходять з боку катода газоподібні відходи містять в основному азот. Обидві речовини можуть бути відразу ж виведені через вихлопну трубу 16 ''.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, що включає окислення біомаси рослин за допомогою обробки кисневмісних газом з утворенням робочого газу, поачу робочого газу в паливний елемент, що генерує електричну енергію, що відрізняється тим, що спочатку в окислювальному реакторі дією газової суміші на основі водяної пари аллотерміческі генерують робочий газ, що містить оксид вуглецю і водень, отриманий газ очищають в адсорбере від зважених часток, у водяному циркуляційному реакторі дією водяної пари і тепла окислюють оксид вуглецю в діоксид вуглецю, модифікований робочий газ, що містить діоксид вуглецю і водень, подають в паливний елемент, що містить пористий анод, пористий катод і електроліт на основі ортофосфорної кислоти, причому окислювальний реактор підігрівають за допомогою газу-теплоносія, пропущеного через теплообмінник, а співвідношення вмісту кисню і біомаси, а й температуру в окислювальному реакторі встановлюють таким чином, щоб робочий газ практично не містив оксиду азоту.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що потік робочого газу в паливний елемент має температуру понад 130 ^o С, а в паливному елементі використовують платинородієвий каталізатор.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що потік робочого газу в паливний елемент має температуру понад 130 ^o С, а в паливному елементі використовують платиновий каталізатор з добавками оксидів молібдену або вольфраму.
4. Спосіб генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, що включає окислення біомаси рослин за допомогою обробки кисневмісних газом з утворенням робочого газу, подачу робочого газу в паливний елемент, що генерує електричну енергію, що відрізняється тим, що спочатку в окислювальному реакторі дією газової суміші на основі водяної пари аллотерміческі генерують робочий газ, що містить оксид вуглецю і водень, отриманий газ очищають в адсорбере від зважених часток, у водяному циркуляційному реакторі дією водяної пари і тепла окислюють оксид вуглецю в діоксид вуглецю, модифікований робочий газ, що містить діоксид вуглецю і водень, подають в паливний елемент, що містить пористий анод, пористий катод і електроліт з карбонатного розплаву.
5. Спосіб за п.4, що відрізняється тим, що використовують розплав карбонатів лужних металів в пастообразном текучому стані.

6. Спосіб генерування електричної енергії з багаторічних очеретяних рослин з незначним вмістом сірки, що включає окислення біомаси рослин за допомогою обробки кисневмісних газом з утворенням робочого газу, подачу робочого газу в паливний елемент, що генерує електричну енергію, що відрізняється тим, що спочатку в окислювальному реакторі дією газової суміші на основі водяної пари аллотерміческі генерують робочий газ, що містить оксид вуглецю і водень, отриманий газ очищають в адсорбере від зважених часток, у водяному циркуляційному реакторі дією водяної пари і тепла окислюють оксид вуглецю в діоксид вуглецю, модифікований робочий газ, що містить діоксид вуглецю і водень, подають в нагріте не менше ніж до 800 ^o С паливний елемент, що містить пористий анод, пористий катод і твердий електроліт на основі оксидів металів.

7. Спосіб за п.6, що відрізняється тим, що температуру паливного елемента підтримують понад 1000 ^o С.

8. Спосіб за п.7, що відрізняється тим, що температуру паливного елемента підтримують понад 1200 ^o С.

9. Спосіб за п пп.6 - 8, який відрізняється тим, що в якості твердого електроліту використовують суміш оксидів цирконію і кальцію або оксидів цирконію і ітрію.

10. Спосіб за п пп.6 - 9, який відрізняється тим, що анод виконаний з суміші оксидів цирконію і нікелю або оксидів цирконію і кобальту.

11. Спосіб за п пп.6 - 10, який відрізняється тим, що катод виконаний з нітрату лантану або легованого оксиду індію.

Версія для друку
Дата публікації 29.11.2006гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів