| 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 RU2241656
СПОСІБ ЗБЕРІГАННЯ ТА ОТРИМАННЯ ВОДНЮ гідролізу МАГНІЮ 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); Хрестінін М.М. (RU)
Ім'я патентовласника: ФГУП "Центральний науково-дослідний інститут судової електротехніки і технології" (RU)
Адреса для листування: 196128, Санкт-Петербург, вул. Благодатна, 6, ФГУП "Центральний науково-дослідний інститут судової електротехніки і технології"
Дата початку дії патенту: 2003.01.21
Винахід відноситься до способу зберігання і отримання водню в автономних енергетичних установках з електрохімічними генераторами з циклом функціонування від декількох годин до декількох тисяч годин. Спосіб включає отримання водню шляхом гідролізу магнію при подачі води в вигляді насиченого або перегрітої пари. Магній використовують у вигляді листа, дроту, гранул правильної або неправильної форми, з умовою, щоб один з лінійних розмірів використовуваної форми не перевищував 1-2 мм. Для реакції використовують воду, що генерується в електрохімічному генераторі, а й використовують тепло, що виділяється в ході самої реакції. У енергоустановках з малої автономністю, до декількох годин, гідроліз здійснюють при температурі 400-450 ° С, при цьому застосовують контейнерний спосіб зберігання і заміни цілком відпрацьованого контейнера. У енергоустановках з більшою автономністю процес здійснюють при 120-150 ° С, при цьому застосовуються незмінні контейнери, а видалення продуктів реакції здійснюється шляхом обробки окису магнію кислотою, наприклад соляної, з отриманням солі магнію, її наступним розчиненням і видавлюванням з контейнера. Регулювання витрати одержуваного водню здійснюють регулюванням кількості води, що подається у вигляді пари. Для зменшення витрат енергії на підготовку до проведення реакції гідролізу контейнер (сховище) магнію секціонуючою і одну або кілька секцій використовують як "запальних". Технічний результат полягає в значному збільшенні масового відсотка одержуваного водню, за умови, що поповнення ззовні вихідних продуктів і скидання продуктів реакції в період автономності відсутні.
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. Лідоренко Н.С., Мучник Г.Ф. Електрохімічні генератори. - М., 1982; Коровін Н.В. 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.
Але гідроліз алюмінію водою йде тільки в присутності лугу за вказаним 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, і робить реакцію (2) 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 те, щоб значно збільшити масовий відсоток 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 (3), а саме
В результаті реакції магнію з водою виходить чиста окис магнію і водень. При цьому масовий вихід водню становить більше 4,7%, 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 8,23%.
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.
Магній може використовуватися в будь-якому вигляді: 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 400-450 ° С. При цьому способі магній у вигляді листа, дроту, гранул правильної або неправильної форми розміщується в спеціальних контейнерах, в яких здійснюється реакція окислення магнію водяною парою з інтенсивним виділенням водню. Після того як весь магній в контейнері прореагує з водяною парою і перетвориться в оксид магнію, контейнер з установки витягується і відправляється на спеціалізоване підприємство, а на місце відпрацьованого контейнера встановлюється новий контейнер з магнієм.
У енергоустановках з великою автономністю, що становить десятки, сотні і тисячі годин (наприклад, в енергоустановках підводних човнів) для зберігання магнію доцільно використовувати незмінні контейнери (сховища), а реакцію окислення Мg досить вести при температурі 120-150 ° С. При цьому видалення продуктів реакції (окису магнію) зі стаціонарного сховища можна проводити в базових умовах за наступною схемою: попередня обробка окису магнію кислотою з одержанням розчинної у воді солі магнію; розчинення цієї солі; видавлювання розчину з контейнера; промивка контейнера водою.
Для цієї мети може бути використана, наприклад, реакція
Після очищення від продуктів реакції контейнер заповнюється свіжою порцією Mg, 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 магній 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 магнію (виробництво пара і підігрів Мg до заданої температури) доцільно секціонувати сховище магнію 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 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 магнію при підвищеній температурі, що відрізняється тим, що гідроліз магнію здійснюють при подачі води в вигляді насиченого або перегрітої пари в кількості, близькому до стехиометрическому, згідно реакції 
, Чим забезпечують максимальний масовий вихід водню.
2. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що в реакції гідролізу магнію використовують воду, що генерується в електрохімічному генераторі.
3. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для генерації водяної пари і нагріву магнію до заданої температури використовують тепло, що виділяється при гідролізі магнію.
4. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що регулювання кількості одержуваного водню забезпечують регулюванням кількості що подається на реакцію води.
5. Спосіб за п.1, що відрізняється тим, що для зменшення витрат енергії на підготовку до проведення реакції сховище магнію секціонуючою і одну або кілька секцій використовують як "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 ведуть при температурі 400-450 ° С, при цьому магній у вигляді листа, прокату або гранул правильної або неправильної форми, у яких один з лінійних розмірів використовуваної форми не перевищує 1-2 мм, розміщують в спеціальних легкознімних контейнерах, які після завершення реакції витягуються з установки і відправляють на переробку окису магнію на спеціалізоване підприємство, а на його місце встановлюють новий контейнер з магнієм .
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 магнію використовуються незмінні контейнери (сховища), а процес гідролізу здійснюють при температурі 120-150 ° С, при цьому видалення продуктів реакції (окису магнію) виробляють в базових умовах після попередньої обробки окису магнію розчином кислоти, наприклад соляної 
, З отриманням розчинної у воді солі магнію і розчинення цієї солі у воді, способом витіснення її з контейнера з подальшою його промиванням і завантаженням нової порції магнію у вигляді гранул або в будь-який інший формі, 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.