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 RU2292406

СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ І ТРАНСПОРТУВАННЯ ВОДНЮ

Ім'я винахідника: Воропанова Лідія Олексіївна (RU); Кабалоев Юрій Жабраіловіч
Ім'я патентовласника: Воропанова Лідія Олексіївна
Адреса для листування: 362031, РСО-Аланія, м Владикавказ, пр-кт Коста, 278, кв.127, Л.А. Воропановой
Дата початку дії патенту: 2004.09.13

Винахід відноситься до області отримання та транспортування чистого водню, який може бути використаний як енергоносій для добавки до палива і як джерело надходження чистого водню до споживача. Здійснюється електроліз водного розчину з використанням катода, один кінець якого знаходиться в водному розчині, а інший - у споживача. Тиск на кінці катода, що знаходиться у споживача, нижче, а температура вище, ніж на іншому кінці катода, що знаходиться у водному розчині. Катод виконують з таких матеріалів, як Та, Pd, Pt, Ni, Mg, Ti, V, Nb, U, Mg ₂ Ni, TiFe, LaNi _5, сплави V-Nb, Ni-Ta, які впроваджують водень в грати. Винахід дозволяє скоротити втрати водню при транспортуванні, підвищити його чистоту і скоротити число операцій від джерела одержання до місця споживання водню.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до області отримання та транспортування чистого водню, який може бути використаний як енергоносій для добавки до палива і як джерело надходження чистого водню до споживача.

Відомі способи отримання водню [Тези доповіді IV Міжнародної конференції "Сталий розвиток гірських територій: проблеми регіонального співробітництва та регіональної політики гірських районів". Том 1, Владикавказ, 2001., с.186-188] шляхом парового риформінгу вуглеводневих сполук, термохимическим розкладанням води з подальшим транспортуванням водню по трубопроводах або в сталевих балонах.

Недоліком способів є використання дорогого устаткування і матеріалів.

Найбільш близьким технічним рішенням є спосіб отримання водню, що включає електроліз води або водного розчину [US 4146446, З 25 В 1/04, 27.03.29], в якому в якості катода використовують матеріали, що поглинають водень, а в якості анода використовуються матеріали, які окислюються в електрохімічному процесі виділення кисню. При цьому пов'язаний водень знову виділяється при термообробці катода і накопичується в приймачі водню. Аналогічно, пов'язаний кисень виділяється з відповідних оксидів при термообробці і накопичується в приймачі кисню.

Недоліком способу є те, що в процесі електролізу періодично необхідна термообробка матеріалу катода і анода після їх насичення продуктами електролізу з подальшим використанням виділилися водню і кисню за призначенням.

Завданням винаходу є створення ефективного способу безперервного одержання, транспортування і використання водню.

Технічний результат, який може бути досягнутий при здійсненні винаходу, полягає в більш ефективному використанні водню: скорочуються його втрати при транспортуванні, так як відсутні проміжні ємності збору водню, підвищується чистота водню, скорочується число операцій від джерела одержання до місця споживання водню.

Цей технічний результат досягається тим, що спосіб отримання та транспортування водню включає електроліз водного розчину з використанням катода, один кінець якого знаходиться в водному розчині, а інший - у споживача, тиск на кінці катода, що знаходиться у споживача, нижче, а температура вище, ніж на іншому кінці катода, що знаходиться у водному розчині, причому катод виконують з таких матеріалів як Та, Pd, Pt, Ni, Mg, Ti, V, Nb, U, Mg ₂ Ni, TiFe, LaNi _5, сплави V-Nb, Ni -Ta і інші матеріали, які впроваджують водень в грати.

Суть методу полягає в тому, що транспорт водню здійснювався безпосередньо до споживача, де відбувається виділення водню, отриманого на катоді при електролізі, шляхом дифузії водню за матеріалом катода за рахунок, наприклад, перепаду температур (більш високої температури у споживача водню в порівнянні з температурою в електролізері) або за рахунок перепаду тиску (більш низького тиску у споживача водню в порівнянні з тиском в електролізері), а й шляхом дифузії в матеріал з більш високими здібностями поглинати водень. Аналогічно, що виділяється на інертному аноді кисень можна доставляти до споживача кисню.

Наприклад, весь процес при використанні залежності розчинності водню в матеріалі катода від температури можна розбити на наступні стадії:

I. У електрохімічної системі

1. Електролітична дисоціація:

катодна реакція

2Н ₂ O + 2хМе + 2е -> 2OН ^- + 2Ме _х Н

анодна реакція

2OH ^- -> H ₂ O + ^l / ₂ O ₂ + 2 e

Сумарна реакція

Н ₂ О + 2хМе -> 2Ме _х Н + ^_1/2 О ₂

II. У споживача:

Термічна дисоціація:

2Ме _х Н -> 2хМе + Н _2.

Щоб збільшити провідність води, в неї можуть бути додані електроліти: луги, кислоти, солі і т.п.Тогда сумарна реакція при електролізі може бути виражена, наприклад, рівняннями

2HCl -> H ₂ + Cl ₂

2Н ₂ О + 2NaCl -> Н ₂ + 2NaOH + Cl _2.

Такі реакції можуть служити не тільки для отримання водню, але і для отримання хлору.

Як матеріал катода можна використовувати Та, Pd, Pt, Ni, Mg, Ti, V, Nb, U, Mg ₂ Ni, TiFe, LaNi ₅ сплави V-Nb, Ni-Ta та ін., Тобто такі матеріали, які впроваджують водень в грати і виділяють його при термообробці.

Як анодного матеріалу можна використовувати срібло, нержавіючу сталь, ртуть, оксид марганцю Mn ₂ O ₃ і ін. В процесі електролізу можуть утворюватися оксиди, хлориди та ін., Які при подальшій термообробці і здатні виділяти кисень, галогени і т.п.

Таким чином, в процесі термообробки катод і анод регенеруються і знову використовуються в електрохімічному процесі.

Для максимального поглинання водню, кисню або галогену краще застосовувати матеріали з добре розвиненою поверхнею.

При використанні в якості катода, наприклад, паладію відомо [Властивості елементів.- довідник, під ред. М.Е.Дріца - т.2. - М .: Металургія, ГУП «Журнал Кольорові метали», - 1997. - С.225-226], що він інтенсивно поглинає водень (при 20 ° С до 800 обсягів), з чим пов'язана його висока каталітична активність. З підвищенням температури розчинність водню в паладії швидко знижується, а швидкість його дифузії зростає. Параметри дифузії водню в паладії при температурах 196-998 К:

• частотний множник D = 2,9 · 10 ^-7,
• енергія активації Е = 22,2 кДж / моль,
• початкова теплота адсорбції водню на паладій Q ₀ = 124 кДж / моль.

Прийнято вважати, що паладій утворює з воднем дві нестехіометріческіе фази: і (PdH _0,59).

Нормальний електродний потенціал реакції Pd-2е -> Pd ²⁺ дорівнює ₀ = 0,987 В, його окислювально-відновний потенціал в кислотних середовищах дорівнює 0,64-0,83 В, електрохімічний еквівалент паладію Pd ²⁺ становить 0,553 мг / Кл.

Згідно з даними авторів [Р.Ріпан, І.Чітяну. Неорганічна хімія. - Ч.2.- М .: Мир, 1972. - с.653], найбільшою абсорбційної здатністю по відношенню до водню має колоїдний паладій, потім порошкоподібний і, наконей, губчастий паладій. При кімнатній температурі один обсяг металевого паладію поглинає 2800 Об'єм водню і поглинаюча здатність зростає при додаванні до металевого паладію срібла, золота або бору. Паладій може віддавати водень у вакуумі при нагріванні до 300 °. Абсорбція водню паладієм супроводжується утворенням твердого розчину або утворенням гідридів включення Pd ₂ H, PdH _0,6.

За даними авторів [Курдюмов А.В. і ін. Виробництво виливків зі сплавів кольорових металів. М .: Металургія. - 1986. - c.332-333] рівноважна розчинність водню в паладії описується рівнянням

При температурі плавлення паладій розчиняє до 60 см ³ водню в 100 г паладію, при кімнатній температурі - 850 обсягів водню.

Таким чином, при отриманні водню електрохімічним способом з води або водного розчину, коли катодом є паладій, що виділяється в результаті електрохімічного процесу на катоді, водень буде поглинатися паладієм, потім паладій буде транспортувати водень до місця його використання, для чого інший кінець паладію може бути виконаний у вигляді губки з добре розвиненою поверхнею.

Для передачі водню від катода до споживача можна використовувати залежність розчинності і дифузії водню в паладії від температури і тиску:

- Кінець катода, звернений до споживача має більш високу температуру, ніж інший кінець катода, що знаходиться в джерелі водню;

- У кінця катода, зверненого до споживача тиск нижче, ніж у іншого кінця катода, що знаходиться в джерелі водню.

Для передачі водню можна використовувати біметалічну пластинку з матеріалів з різною розчинністю водню, причому матеріал пластинки з меншою розчинністю знаходиться в електролізері, а з більшою розчинністю - у споживача, передача водню здійснюється шляхом дифузії в місцях контакту матеріалів біметалічної пластинки з різною розчинністю водню.

Відомо, що водень в металі знаходиться в атомарному стані, що створює додаткові передумови для використання атомарного водню в якості активних центрів різних ланцюгових процесів. Якщо в якості анода використовувати титан, сталь та інші інертні матеріали, то виділяється на аноді кисень може бути практично використаний, а в разі виходу в атмосферу покращує екологію навколишнього середовища.

ПРИКЛАД ПРАКТИЧНОГО ЗАСТОСУВАННЯ

На кресленні показана установка (електрохімічний генератор (ЕХГ) отримання і транспортування водню), що працює за принципом безперервного процесу: 1 - корпус, 2 - катод, 3 - анод, 4 - водний розчин електроліту. Стосовно роботи двигуна внутрішнього згоряння (ДВЗ) джерелом живлення в початковий момент є акумуляторна батарея (АБ). АБ на автомобілі служить і для живлення електричним струмом стартера під час пуску двигуна та резервної системи живлення двигуна бензином для короткочасної роботи двигуна з метою підігріву кінця катода і подачі виділяється з катода при підігріві водню в змішувач ДВС. У разі, якщо потужність, споживана включеними споживачами, перевищує потужність, що розвивається генератором, АБ, розряджаючи, забезпечує живлення споживачів одночасно з працюючим генератором. Струм у ванні регулюється і управляється з кабіни вантажного або кузова легкового автомобіля. Зі збільшенням оборотів двигуна автомобіля генератор виробляє більше електроенергії (підвищується напруга і електричний струм у ванні), що відповідно інтенсифікує виділення водню на катоді, прискорює і збільшує кількість поглинається катодом водню. Пуск і підігрів двигуна, а отже, і катода, здійснюється на бензині з подальшим переходом на водень. Зупинку двигуна виробляють вимиканням запалювання, при цьому електроліз у ванні припиняється.

Водень і можна подавати до вуглеводневому паливу в ДВС для збільшення його реакційної здатності, потужності і економії палива, а й для зменшення токсичності відпрацьованих газів.

Для підвищення потужності установки ЕХГ можна виконати у вигляді багатокамерного електролізера, можна поставити і необхідну кількість генераторів і АБ.

Електрохімічний генератор працює наступним чином. Водний розчин заливають в ЕХГ, підключають АБ до полюсів (мінус - до катода 2, плюс - до анода 3 згідно з кресленням). В ЕХГ створюють підвищений тиск і охолодження, після чого проводять процес електролізу. У споживача при атмосферному тиску і підігріві виділяють водень відповідно до рівняння (1). Вирізняється у споживача водень зафіксовано за допомогою звичайних аналітичних засобів, що підтверджує можливість транспортування водню. Більш високі результати отримані при відкачці водню у споживача.

Спосіб отримання та транспортування водню може бути використаний:

- Для доставки водню в якості палива в змішувач ДВС,

- Для добавки водню до палива в ДВС,

- В реакціях за участю водню, особливо, якщо катод використовується в якості каталізатора,

- Для доставки надчистого водню при наповненні ємностей.

У порівнянні з прототипом пропонований спосіб отримання та транспортування водню інтенсифікує процеси, в яких використовується водень, скорочує втрати водню при транспортуванні, зберігає високу чистоту водню, скорочує число операцій від джерела одержання до споживача водню, при цьому відпадає необхідність використання проміжних збірок водню.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Спосіб отримання та транспортування водню, що включає електроліз водного розчину з використанням катода, один кінець якого знаходиться в водному розчині, а інший - у споживача, при цьому тиск на кінці катода, що знаходиться у споживача, нижче, а температура вище ніж на іншому кінці катода, що знаходиться в водному розчині, причому катод виконують з таких матеріалів, як та, Pd, Pt, Ni, Mg, Ti, V, Nb, U, Mg ₂ Ni, TiFe, LaNi _5, сплави V-Nb, Ni-Ta та інші матеріали, які впроваджують водень в грати.

Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг

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