| 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) | |||
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
|
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2260880
СПОСІБ ЗБЕРІГАННЯ ТА ОТРИМАННЯ ВОДНЮ гідролізу алюмінію ДЛЯ АВТОНОМНИХ ЕНЕРГЕТИЧНИХ УСТАНОВОК З хімічних джерел
Ім'я винахідника: Аваков В.Б. (RU); Зінін В.І. (RU); Іваницький Б.А. (RU); Кулаков Г.В. (RU); Ландграф І.К. (RU)
Ім'я патентовласника: Федеральне державне унітарне підприємство "Центральний науково-дослідний інститут судової електротехніки і технології" (ФГУП "ЦНДІ СЕТ") (RU)
Адреса для листування: 196128, Санкт-Петербург, вул. Благодатна, 6, ФГУП "ЦНДІ СЕТ", заст. директора В.Б. Авакову
Дата початку дії патенту: 2003.06.30
Винахід відноситься до області автономної енергетики, переважно до енергоустановки з електрохімічними генераторами. Згідно винаходу спосіб зберігання і отримання водню в автономних енергетичних установках з циклом функціонування від декількох годин до декількох тисяч годин, переважно для підводних човнів, підводних апаратів, судів, залізничного та автомобільного транспорту, побутових джерел енергії періодичної дії, а й періодично діючих стаціонарних ЕУ, використовуваних на особливо відповідальних об'єктах, що не допускають перерви електроживлення, включає отримання водню шляхом гідролізу алюмінію. В якості вихідних компонентів використовуються алюміній у вигляді фольги, листа, дроту, гранул правильної або неправильної форми, з такою умовою, щоб один з лінійних розмірів використовуваної форми не перевищував 1-2 мм, і водяна пара. У енергоустановках з малої автономністю, до декількох годин, гідроліз здійснюється при температурі 250-300 ° С, при цьому застосовується контейнерний спосіб зберігання і заміни цілком відпрацьованого контейнера. У енергоустановках з більшою автономністю процес здійснюється при 200-250 ° С, при цьому застосовуються змінювані або незмінні контейнери, а видалення продуктів реакції з незмінюваного контейнера здійснюється шляхом відсмоктування окису з контейнера або розчиненням окису Al хімічними реактивами і зливом продуктів реакції з наступним промиванням і осушенням . Регулювання витрати одержуваного водню здійснюється регулюванням кількості що подається у вигляді пари води. Технічний результат - підвищення ефективності способу, зниження вартості отримання водню і виключення необхідності використання агресивних середовищ в ході прямої експлуатації і підвищення виходу водню, гідроліз здійснюється водою в паровій фазі.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до області автономних енергетичних установок, переважно з електрохімічними генераторами.
Відмінною особливістю автономних енергетичних установок (ЕУ) є періодичність їх функціонування протягом порівняно короткого часу, тривалість якого визначається запасами реагентів (палива і окислювача).
До таких ЕУ можна віднести установки для підводних човнів, підводних апаратів, судів, залізничного та автомобільного транспорту, побутові джерела енергії періодичної дії, а й періодично діючі стаціонарні ЕУ, використовувані на особливо відповідальних об'єктах, що не допускають перерви електроживлення.
Спосіб зберігання і отримання водню в автономних ЕУ повинен забезпечувати тривалий і безпечне його зберігання, а й безпечне його отримання при мінімальних вартості, масі і об'ємі системи зберігання та отримання водню, простоті експлуатації ЕУ і утилізації продуктів реакції.
Відомі такі способи зберігання і отримання водню для автономних енергетичних установок (див. Н.С.Лідоренко, Г.Ф.Мучнік «Електрохімічні генератори», М., 1982 р .; Н.В.Коровін «Електрохімічний енергетика», М., Вища школа, 1991):
- Зберігання в газоподібному стані, при якому водень зберігається в судинах під високим тиском (до 50 МПа) і після дроселювання подається в електрохімічний генератор (ЕХГ);
- Зберігання в рідкому стані (кріогенне), при якому водень перед подачею в ЕХГ газифіковане;
- Зберігання в складі інтерметалічних сполук, в які він попередньо сорбирован, а перед подачею в ЕХГ десорбується з поглинанням тепла;
- Зберігання водню в хімічно зв'язаному стані в складі водородсодержащих з'єднань, коли водень отримують шляхом відповідного хімічного процесу.
До останнього способу зберігання і отримання водню відносяться:
- Зберігання водню в складі аміаку і отримання його шляхом дисоціації;
- Зберігання водню в складі метанолу та інших рідких вуглеводнів і отримання його шляхом парової або парокислородной їх конверсії;
- Зберігання водню в складі гідридів металів і отримання його шляхом їх термічного розкладання;
- Зберігання водню в складі гідридів металів і води і отримання його шляхом гідролізу гідридів металів.
Жоден з перерахованих вище способів зберігання і отримання водню не задовольняє всім вимогам до систем зберігання і отримання водню для автономних ЕУ.
Найбільш безпечний і зручний в експлуатації спосіб зберігання в інтерметалідах, але він дорогий у виготовленні і зумовлює велику масу ЕУ, оскільки вартість 1 кг интерметаллида становить $ 15-35, а масова водородоемкость знайшли широке застосування сорбентів складає всього 1,5-2,0% .
Найменшу масу і обсяги установки при достатньому рівні безпеки можна отримати, використовуючи конверсію метанолу або вуглеводневої палива, але при цьому неминучі газоподібні продукти реакції, які в ряді випадків неприпустимі (на підводних човнах та інших подібних об'єктах), тому що можуть призвести до втрати скритності.
Відомі й способи отримання водню шляхом взаємодії води з алюмінієм і магнієм.
Гідроліз алюмінію водою в присутності лугу йде по одній з наведених нижче реакцій:
Масовий вихід водню по реакції (1) становить близько 1,5%, а продукт реакції не розчиняється у воді, тому подальший розгляд реакції (1) не представляє інтересу.
Масовий вихід з реакції (2) теоретично досягає 3,5%, продукт реакції обмежено розчинний у воді, тому для можливості подальшого видалення продуктів реакції після завершення циклу експлуатації їх зазвичай зберігають у вигляді розчину, для чого потрібне додаткове кількість води, що може знизити масовий вихід водню до 1,5-2%.
Ця обставина, з огляду на незворотність процесу, робить реакцію (2) і малоцікавою.
Гідроліз магнію водою може йти по реакції:
Масовий вихід водню становить 3,3%, а продукт реакції не розчиняється у воді.
Пропонований винахід направлено на виключення використання агресивних середовищ в ході прямої експлуатації і значне збільшення масового відсотка одержуваного водню по відношенню до сумарної масі вихідних продуктів реакції, за умови, що поповнення ззовні вихідних продуктів, наприклад води, і скидання продуктів реакції в період автономності, - відсутні , що дуже важливо для забезпечення скритності об'єкта, оснащеного ЕУ з ЕХГ.
Проведені експерименти показали, що при певних умовах процес може бути реалізований по реакції, відмінною від (1 і 2), а саме:
В результаті реакції алюмінію з водою виходить чиста окис алюмінію і водень. При цьому масовий вихід водню становить 5,5%, а якщо врахувати, що потрібне для реакції кількість води невелика і дорівнює генерируемому в ЕХГ в процесі експлуатації ЕУ, то при її використанні масовий вихід водню досягає 11,5%.
Обов'язковою умовою реалізації (4) є подача води в паровій фазі, у вигляді насиченого або перегрітої пари в кількості, близькому до стехіометрії. При цьому кількість виділяється водню регулюється кількістю води, що подається.
Алюміній може використовуватися в будь-якому вигляді: фольги, листа, дроту, гранул правильної і неправильної форми і т.п. Важливо забезпечити максимальну поверхню реакції і її повноту.
В обох випадках це передбачає, щоб один з лінійних розмірів використовуваної форми був досить малий і не перевищував 1-2 мм.
Рівень температур, при якому доцільно проводити реакцію, а й спосіб зберігання вихідних продуктів і спосіб заміни продуктів реакції на вихідні залежать від типу енергоустановки та її призначення.
У енергоустановках з відносно невеликою автономністю, що не перевищує кількох годин, наприклад в автотранспортних ЕУ, доцільно використовувати контейнерний спосіб зберігання і заміни, а реакцію проводити при температурі 250-300 ° С. При цьому способі алюміній у вигляді фольги, листа, дроту, гранул правильної або неправильної форми розміщується в спеціальних контейнерах, в яких здійснюється реакція окислення алюмінію водяною парою з інтенсивним виділенням водню. Після того як весь алюміній в контейнері прореагує з водяною парою і перетвориться в окис алюмінію, контейнер з установки витягується і відправляється на спеціалізоване підприємство, а на місце відпрацьованого контейнера встановлюється новий контейнер з алюмінієм.
У енергоустановках з великою автономністю, що становить десятки, сотні і тисячі годин (наприклад, в енергоустановках підводних човнів) для зберігання алюмінію поряд з замінними контейнерами можна використовувати незмінні контейнери (сховища), а реакцію окислення Al досить вести при температурі 200-250 ° С. При цьому видалення продуктів реакції (окису алюмінію) з стаціонарного сховища можна проводити в базових умовах за такими схемами:
- Відсмоктування окису алюмінію з контейнера з наступним промиванням контейнера водою і просушуванням;
- Розчинення окису алюмінію хімічними реактивами з подальшим зливом продуктів реакції, промиванням і просушуванням контейнера.
Після очищення від продуктів реакції контейнер заповнюється свіжою порцією Al, який доцільно використовувати у вигляді гранул або в будь-якому іншому вигляді, що забезпечує сипкість матеріалу і відсутність дрібного пилу, здатної привести до самозаймання.
Для того, щоб забезпечити початок реакції (4), необхідно отримати пар і підігріти алюміній до заданої температури. Для цієї мети може бути використано, наприклад, будь-який електричний пристрій (електрогрілка, електророзряд і т.п.), що живиться або від базового джерела або від джерела на борту. Оскільки реакція сильно екзотермічна, важливо її зініціювати і далі підтримувати заданий температурний режим шляхом знімання надлишкового тепла.
Для скорочення витрат енергії на підготовку до проведення реакції гідролізу алюмінію (виробництво пара і підігрів Al до заданої температури) доцільно секціонувати сховище алюмінію і мати одну або кілька «запальних» секцій. При цьому спочатку розігрівається тільки «запальний» секція, а потім за рахунок виділяється в ній в результаті реакції тепла розігріваються інші.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Спосіб зберігання і отримання водню в автономних енергетичних установках, в тому числі для установок з електрохімічними генераторами з циклом функціонування від одиниць до тисяч годин, переважно для енергоустановок підводних човнів, підводних апаратів, автомобільного транспорту та періодично діючих стаціонарних установок, використовуваних на особливо відповідальних об'єктах, що не допускають перерви електроживлення, який передбачає отримання водню шляхом гідролізу алюмінію, який відрізняється тим, що гідроліз алюмінію здійснюється при подачі парів води в вигляді насиченого або перегрітої пари при температурі 200-300 ° С в кількості, близькому стехиометрическому, згідно реакції 
чим забезпечується максимальний масовий вихід водню.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в реакції гідролізу алюмінію використовується вода, що генерується в електрохімічному генераторі.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для генерації водяної пари і нагрівання алюмінію до заданої температури використовується тепло, що виділяється при гідролізі алюмінію.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що регулювання витрати одержуваного водню забезпечується регулюванням кількості поданих на реакцію парів води.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для зменшення витрат енергії на підготовку до проведення реакції сховище алюмінію секціонуючою і одна або кілька секцій використовуються в якості «запальних».
6. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для енергоустановок з відносно невеликою автономністю, що не перевищує декількох годин, переважно автомобільних, процес гідролізу ведеться при температурі 250-300 ° С, при цьому алюміній у вигляді фольги, листа, прокату або гранул правильної або неправильної форми, у яких один з лінійних розмірів використовуваної форми не перевищує 1-2 мм, розміщується в спеціальних легкознімних контейнерах, які після завершення реакції витягуються з установки і відправляються на переробку окису алюмінію на спеціалізоване підприємство, а на їх місце встановлюються нові контейнери з алюмінієм.
7. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для енергоустановок з відносно великою автономністю, що становить десятки, сотні і тисячі годин, переважно для енергоустановок для підводних човнів, для зберігання алюмінію використовуються змінювані контейнери (сховища), а процес гідролізу здійснюється при температурі 200-250 ° с, при цьому видалення продуктів реакції (окису алюмінію) з незмінних контейнерів проводиться в базових умовах способом відсмоктування окису з контейнера або розчинення окису хімічними реактивами дозволяють зливати з контейнера з подальшою його промиванням і просушуванням і з завантаженням нової порції алюмінію у вигляді гранул будь-якої форми, у яких один з лінійних розмірів використовуваної форми не перевищує 1-2 мм, що забезпечує сипкість матеріалу.
Версія для друку
Дата публікації 04.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.