|
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 RU2040328
ВСТАНОВЛЕННЯ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ термохімічної розкладання ВОДИ
Ім'я винахідника: Дронов Михайло Семенович; Лук'янов Володимир Сидорович
Ім'я патентовласника: Дронов Михайло Семенович; Лук'янов Володимир Сидорович
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1991.11.27
Винахід відноситься до хімічної технології і енергетики, зокрема до обладнання для реалізації способів отримання водню термохимическим розкладанням води, і може бути використано, наприклад, для забезпечення висококалорійним паливом силових установок криголамів. Установка містить встановлені відповідно до технологічної схеми процесу бункер з вихідним компонентом, ємність для води, ємність для зберігання готового продукту (водню), теплогенератор для забезпечення відповідних температурних режимів термохімічних циклів, з'єднані з теплогенератором Цепловодах реактор окислення і реактор відновлення, пов'язані між собою системою транспортування вихідних компонентів, проміжних продуктів термохімічних циклів і готового продукту з запірно-регулюючої арматурою, а й ємність для каталізатора (йоду) і ємність для зберігання кисню. При цьому реактор окислення виконаний із пристроєм у вигляді встановлених на кинематически пов'язаних з вібратором штоках, розміщених в зоні рідкої фази реактора поршня і набору перфорованих тарілок. Реактор відновлення виконаний з встановлених зі зміщенням вгору у вертикальній площині щодо реактора окислення у вигляді низхідній ступені двох вертикальних колон, об'єднаних загальною спіральної гілкою транспортної системи, вхід якої через додатково встановлений теплообмінник пов'язаний за допомогою напірної гідромагістралі з реактором окислення, вихід виведений безпосередньо в реактор окислення, і розміщеної всередині транспортної системи та і з'єднаної з теплогенератором Цепловодах змієподібній трубкою, що зв'язує зону газової фази реактора окислення за допомогою транспортних магістралей з ємністю для зберігання готового продукту (водню) або безпосередньо зі споживачем і через теплообмінник з магістраллю подачі-повернення каталізатора в реактор окислення. Внутрішня порожнина першої по ходу технологічного процесу вертикальної колони реактора відновлення з'єднана через конденсатор магістраллю з ємністю для води, а другий через додатково введені адсорбер з'єднана магістраллю з ємністю для зберігання кисню або безпосередньо зі споживачем, причому реактор окислення з'єднаний магістралями і з бункером для зберігання вихідного компонента і ємністю для каталізатора.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до хімічної технології і енергетики, зокрема до обладнання для реалізації способів отримання водню термохимическим розкладанням води, і може бути використано, наприклад, для забезпечення висококалорійним паливом силових установок, що працюють на рідкому і газоподібному паливі на судах надводного і підводного флоту великої тоннажності, криголамів, теплових електростанцій і безпосередньо в хімічній промисловості для одержання водню в великих кількостях.
Відомі різні способи отримання водню термохимическим розкладанням води. Так, 1969 р групою вчених дослідного центру "EUROATOM" в Іспрі (Італія) були проведені дослідження процесу термохімічної розкладання води під назвою MARCK-1 Е (система Br-На-Са-О-Н), який в 1970 р був запатентований в Європі керівником групи Ж. Де-Бені [1]
Установка для отримання водню з використанням даного процесу включає встановлені відповідно до технологічним ланцюжком чотири реактора з відповідними температурними режимами, неперевищує 650-780 о С, колонку концентрування і два сепаратора. Контроль здійснюється шляхом використання бромисто-ртутних систем і забезпечується теплоносієм, нагрітим в атомному реакторі.
Недоліками даного процесу і реалізує його технологічної установки є
складність технологічної схеми, а отже, і самої установки, зокрема, через складну системи сепарування випадає в осад у процесі реакції кальцію;
необхідність використання в якості джерела тепла атомного реактора, що ускладнює вирішення питань екології та здорожує установку;
робота з ртуттю і можливість її витоку в навколишній простір.
Відомі й способи отримання водню за допомогою неактивованих металів і водяної пари при підвищених температурах. Відновлення води (пара) за допомогою нагрітих неблагородних металів відомо в літературі як металлопаровой метод отримання водню. Представником цього методу є так званий залізопаровим метод отримання водню.
Найбільш близькою до пропонованої є установка для отримання водню термохимическим розкладанням води при використанні залізопаровим методу, що містить встановлені відповідно до технологічної схеми процесу бункери з порошкоподібною залізом і порошком графіту, ємності з водою і чадним газом, теплогенератор для забезпечення відповідних температурних режимів термохімічних процесів, в ролі якого на практиці виступає атомний реактор з гелієвим теплоносієм, з'єднані з теплогенератором реактор окислення металу (заліза), а й реактор відновлення відповідно окису і закису металу (заліза), з'єднані між собою системою транспортування вихідних компонентів, проміжних продуктів термохімічних реакцій і готового продукту основного водню і в разі необхідності додаткового продукту вуглекислого газу до споживача, причому транспортні магістралі забезпечені запірно-регулюючої арматурою [2]
Процес характеризується підвищеними температурами в діапазоні 538-1427 о С і недостатньо високою ефективністю і продуктивністю процесу через погане перемішування твердих частинок і газу на стадії регенерації в низхідному потоці під дією власної ваги.
До недоліків як самого процесу, так і установки слід і віднести
високу енергоємність процесу через високі температур (до 1 427 ° С);
потреба у використанні теплової енергії, отриманої від атомного реактора або від згорання природного палива (нафти, вугілля і природного газу);
труднощі створення екологічно чистого процесу;
складність технологічної установки, а отже, і її висока вартість.
Метою винаходу є зменшення собівартості процесу отримання водню завдяки зниженню його енергоємності і виключення втрат вихідних компонентів за рахунок їх повторного використання, а й розширення функціональних можливостей установки за рахунок забезпечення можливостей отримання і кисню при спрощення технологічної схеми процесу із здійсненням замкнутого циклу термохімічного розкладання води в присутності в якості вихідного компонента азотистокислих солей (нітритів) лужних металів перехідної групи і в якості каталізатора йоду I 2 з регенерацією вихідного компонента і зменшення габаритів установки.
Додатковими результатами є і підвищення продуктивності процесу за рахунок створення оптимальних температурних режимів в установці і підвищення надійності її в роботі.
 |
 |
 |
На фіг. 1 представлена принципова схема установки; на фіг. 2 реактор окислення, в розрізі; на фіг. 3 секції реактора відновлення і теплогенератора в розрізі. Установка для отримання водню термохимическим розкладанням води в присутності каталізатора-йоду містить встановлені відповідно до технологічної схеми процесу (Іодная циклу) бункер 1 для вихідного компонента нітритів лужних металів перехідної групи, наприклад LiNO 2, NaNO 2 або KNO 2, наприклад, в порошкоподібному вигляді , ємність 2 для каталізатора йоду, наприклад порошкоподібного, ємність 3 для води з насосом 4, наприклад, шестіренчатого типу, реактор 5 окислення газорідинного типу, реактор 6 відновлення, резервуар-сховище 7 водню, теплообмінник 8, холодильник 9, адсорбер 10, ємність для зберігання кисню (не відображено), конденсатори 11 і 12 водяної пари і теплогенератор 13, що складається, наприклад, з генератора струмів високої частоти (не показаний) з підключеним до нього електромагнітним індуктором 14, обмотка 15 якого вбудована в теплоізольований корпус теплового акумулятора 16. Бункер 1 для вихідного компонента, ємність 2 для каталізатора, теплообмінник 8, реактор 5 окислення і реактор 6 відновлення об'єднані спільною транспортною системою 17, виконаної переважно на всіх ділянках як прямий, так і зворотної гілки у вигляді трубопроводів магістралей: з'єднання бункера 1 з реактором 5 окислення трубопроводом 18, з'єднання ємності 2 для каталізатора зі зворотним гілкою трубопроводом 19, з'єднання теплообмінника 8 з реактором 5 окислення (його рідкою фазою) трубопроводом 20, з'єднання додатково вбудованого насоса 21, наприклад, і шестеренчатого типу з реактором 5 окислення трубопроводом 22 і з теплообмінником 8 трубопроводом 23 прямої гілки транспортної системи 17, з'єднання теплообмінника 8 з реактором 6 відновлення трубопроводом 24 прямої гілки транспортної системи 17, з'єднання реактора 6 відновлення (його виходу) з реактором 5 окислення (його рідкої фази) трубопроводом 25 зворотної гілки транспортної системи 17, і містить вбудовані в трубопроводи 18, 20 і 25 шнеки 26, 27 і 28 відповідно. |
Установка містить і систему магістралей (трубопроводів) для транспортування рідких і газоподібних агентів з запірно-регулюючої арматурою, а саме ємність 3 для води через трубопровід 29 з вбудованим насосом 4 і вентилями 30 і 31 пов'язана відповідно з вбудованою в корпус теплового акумулятора 16 спіральної трубкою 32 системи охолодження обмотки 15 електромагнітного індуктора 14, яка трубопроводами 33 і 34 через конденсатор 12 з'єднана з ємністю 3 для води і через вентиль 35 і трубопровід 36 з реактором 5 окислення і з конденсатором 12 безпосередньо через трубопровід 37. в трубопровід 34 на вході в ємність 3 для води вмонтований вентиль 38. в трубопроводи 18 і 20 транспортної системи 17, а і в трубопровід 19 вмонтовані вентилі-засувки 39, 40 і 41.
Реактор 5 окислення і реактор 6 відновлення змонтовані в загальному теплоизолированном корпусі на різних рівнях по висоті, причому в тому ж корпусі між цими реакторами змонтований корпус теплового акумулятора 16, заповнений рідким теплоносієм 42 (наприклад, гідрид літію або евтектичних суміші фторидів натрію, магнію, кальцію або літію з температурою плавлення в діапазоні 450-590 о с або оксиди берилію, магнію, алюмінію, кремнію, їх сполуки та евтектики з температурами плавлення понад 1000 о С. Реактор 5 окислення розташований в нижньому ярусі і виконаний газорідинного типу із пристроєм у вигляді газового тарельчатого змішувача 43, що представляє собою овалообразной форми корпус 44 з герметичною верхньою кришкою 45. Усередині корпусу 44 змонтовані два порожніх перфорованих отворами вікнами 46 штока 47, жорстко пов'язані з плунжерами 48, розміщеними в нерухомо закріплених на кришці 45 циліндрах 49 і кінематично пов'язаними, наприклад , за допомогою важелів 50 з встановленим і на кришці 45 вібратором 51, наприклад електромагнітним приводом з підпружиненим якорем, який повідомляє перфорованим штокам 47 зворотно-поступальні переміщення уздовж своїх осей, наприклад, з частотою 50-100 Гц і амплітудою до 2 мм. На штоках 47 закріплені зі зміщенням по висоті щонайменше по дві пари перфорованих тарілок 52 (на кожному штоку) і розміщений між цими парами тарілок 52 поршень 53. Перфоровані тарілки 52 виконані у вигляді двох пар чаш з перфораціями у вигляді отворів, звернених в кожній парі увігнутими частинами назустріч один одному. Внутрішня порожнина корпусу 44 реактора окислення заповнена газової і рідкої фазою і з'єднана з трубопроводами 18, 19, 25 і 36 відповідно підведення в реактор вихідного компонента нітритів лужних металів, каталізатора йоду, повернення з реактора 6 відновлених нітратів лужних металів і подачі води, а й з трубопроводами 22 і 54 виведення з реактора 5 продуктів реакції, нітратів лужних металів і йодистого водню відповідно, причому трубопровід 54 виведений в порожнину реактора 5, заповнену газовою фазою, в цю ж верхню частину порожнини реактора 5 виведені верхні частини перфорованих штоків 47.
У верхній частині загального теплоізольованого корпусу розміщений реактор 6 відновлення, який виконаний з встановлених зі зміщенням у вертикальній площині у вигляді низхідній ступені двох вертикальних колон 55 і 56, об'єднаних загальною низхідній спіральної гілкою 57 транспортної системи 17 для твердих проміжних продуктів термохімічних циклів, вхід якої трубопроводом 24 через теплообмінник 8, напірну магістраль-трубопровід 23, насос 21 і трубопровід 22 з'єднаний з реактором 5 окислення (його порожниною, заповненою рідкою фазою), а вихід за допомогою трубопроводу 25, в який вбудований шнек 28, розміщений у водяній сорочці 58, виведений безпосередньо в порожнину реактора 5 окислення, заповнену рідкою фазою. Водяна сорочка 58 приєднана за допомогою вентиля 59 і трубопроводу 60 до напірної магістралі трубопроводу 32 і за допомогою трубопроводу 61 виведена до конденсатору 12. Усередині спіральної гілки 57 транспортної системи на всій її довжині в обох колонах реактора 6 розміщена змієподібна трубка 62, пов'язана з одного боку за допомогою трубопроводу 54 з внутрішньою порожниною реактора 5, заповненої газовою фазою, а з іншого боку за допомогою трубопроводу 63 під'єднана через теплообмінник 8 як до реактору 5 окислення за допомогою трубопроводу 19 і вентиля 41, так і з ємністю для зберігання водню (або споживачеві) через холодильник 9, трубопровід 64 і відповідно вентилі 65, 66 і 67. Внутрішня порожнина першої вертикальної колони 55 реактора 6 відновлення приєднана у верхній своїй частині за допомогою трубопроводу 68 через вентиль 69 до конденсатору 11 і далі трубопроводом 70 через вентиль 71 до трубопроводу 36 і далі до реактору 6, причому сам конденсатор 11 через вентиль 72 трубопроводом 73 приєднаний до мережі напірної магістралі трубопроводу 29. у разі використання в якості ємності для зберігання водню резервуара-сховища 7, що працює на принципі вакуумного хімічного поглинання водню відповідним матеріалом поглиначем (колоїдним паладієм), внутрішня порожнину резервуара з'єднана через вентиль 65 з трубопроводом 64, а междустеночних простір резервуара-сховища 7 через холодильник 74 з'єднане за допомогою трубопроводу 75 і вентиля 76 з внутрішньою порожниною колони 55 і через вентиль 77 і трубопровід 78 з конденсатором 11. Харчування холодильників водою від насоса 4 здійснено за рахунок приєднання до нього холодильника 9 трубопроводами 79 і 80, а холодильника 74 трубопроводами 81 і 82. Внутрішня порожнина другий вертикальної колони 56 реактора 6 відновлення у верхній своїй частині за допомогою трубопроводу 83 і вентилів 84 через адсорбер 10 приєднана до сховища ємності для зберігання кисню (не відображено) або безпосередньо до споживача.
Спіральна гілку 57 транспортної системи 17, розміщена в реакторі 6 відновлення, виконана з двох секцій 85 і 86, розташованих кожна у своїй колоні реактора 6 і пов'язаних один з одним шнековим затвором 87, причому обидві секції забезпечені Цепловодах 88 і 89 відповідно, які під'єднані до тепловому акумулятора 16 теплогенератора 13 автономно. Змієподібна трубка 62 і забезпечена Цепловодах 90, який автономно підключений до теплового акумулятора 16.
Розміщення в загальному теплоизолированном корпусі колони 55 і 56 реактора 6 відновлення можуть бути виконані з подвійними стінками, междустеночних простір яких для стабілізації температурних процесів, що відбуваються в них термохімічних циклів може бути заповнене водяною парою за рахунок з послідовного (або паралельного) під'єднання в ланцюг, що з'єднує внутрішню порожнину колони 55 трубопроводом 68 з конденсатором 11. Усередині циліндричних порожніх корпусів колон 55 і 56 в встановлених на пружинних підвісках 91 рамах 92 і 93, пов'язаних кинематически з вібраторами 94 і 95 вертикальних коливань, встановлені дві секції 85 і 86 (по одній в кожній колоні ) транспортує желобообразних лотка, вбудованого в загальну транспортну систему 17. Спіральний лоток обох секцій 85 і 86 виконаний з подвійними стінками, обкладеними зсередини пористої металлокерамической обкладанням з виконаними на її поверхні капілярними пазами, а утворене стінками междустеночних простір лотка в нижній частині виконано у вигляді ємності -теплопріемніка, заповненої рідким теплоносієм і має безпосередній тепловий контакт (наприклад, за рахунок занурення) з теплоносієм 42 теплогенератора, а саме теплового акумулятора 16, заповненого теплоносієм 42 акумулює речовиною з температурою кристалізації вище, ніж температура кипіння рідкого теплоносія кожної секції лотка. Для підбору відповідних температурних режимів для кожної колони 55 і 56 рідкий теплоносій кожної секції 85 і 86 може бути різним, а кожна секція 55 і 56 за допомогою роздільних Цепловодах 88 і 89 ємностей-теплоприймачів приєднана до теплового акумулятора 16.
У разі виконання Цепловодах 90 змієподібній трубки 62 за принципом теплової труби останній виконаний у вигляді порожнистої труби зі стінками, обкладеними зсередини і металлокерамической обкладанням з виконаними на її поверхні капілярними пазами, всередині якої розташована змієподібна трубка 62. Порожня труба в нижній її частині і виконана в вигляді ємності-теплоприемника, заповненої рідким теплоносієм і має і безпосередній тепловий контакт з теплоносієм 42 теплового акумулятора 16. Внутрішній простір порожнистої труби і заповнений рідким теплоносієм (який може бути і відмінним від теплоносія секцій лотка), температура якого по кипіння нижче температури кристалізації теплоносія теплового акумулятора. З порожнистої труби здійснений герметичний висновок змієподібній трубки 62 для під'єднання її до реактору 5 окислення і трубопроводу 63.
ВСТАНОВЛЕННЯ працює наступним чином
У нижню частину реактора 5 окислення (у внутрішню порожнину газового тарельчатого змішувача) подаються вихідні компоненти і каталізатор. Порошкоподібні нітрити натрію (NaNO 2) з бункера 1 за допомогою шнека 26 при відкритому вентилі-засувці 40 по трубопроводу 18 транспортної системи 17 подаються в реактор 5 окислення, куди з ємності 2, наприклад, за допомогою шнека 27 через вентиль-засувку 39 по трубопроводу 20 надходить і каталізатор йод, а з ємності 3 за допомогою насоса 4 по трубопроводах 37, 34 і 36 через вентилі 31 і 35 надходить вода. Необхідний температурний режим в газорідинному реакторі 5 окислення може бути створений при запуску установки за рахунок подачі води, нагрітої до необхідної температури, що для випадку використання в якості вихідного компонента нітритів натрію становить 28-50 о С. Для нагрівання води до цієї температури перед подачею її в реактор 5 включають теплогенератор 13. Для цього підключають обмотки 15 електромагнітного індуктора 14 до генератора струмів високої частоти, навколо провідника обмотки створюється періодично змінюється магнітне поле з частотою, рівній частоті пропускається по обмотці 15 струму, яке призводить до індукування в тепловому акумуляторі 16 електричного струму , що призводить до розігріву теплоносія 42 акумулює речовини, в якості якого може бути використаний, наприклад, гідрид літію або евтектичних суміші фторидів натрію, магнію, кальцію, літію і т.п.
Необхідною умовою вибору акумулює речовини теплоносія теплового акумулятора і речовини теплоносія, крім вимоги відповідності температури кипіння теплоносія транспортує спірального лотка 57 (його Цепловодах 88 і 89) необхідним температур відповідних термохімічних циклів, є і вимога, щоб температура кипіння теплоносіїв цих Цепловодах, як і температура кипіння теплоносія Цепловодах 90 змієподібній трубки 62, була нижча за температуру кристалізації акумулює речовини теплового акумулятора 16.
В якості робочих рідин теплоносіїв Цепловодах спірального лотка (обох його гілок) і змієподібній трубки можуть бути використані найрізноманітніші речовини: ментол, ацетон, неорганічні солі, розплав калію, натрію, літію, свинцю і т.п.
У процесі нагрівання акумулює речовина в тепловому акумуляторі, акумулюючи теплову енергію, розплавляється, теплоносії Цепловодах спірального лотка 57 і Цепловодах 90 змієподібній трубки 62, нагріваючись від акумулює речовини теплового акумулятора, моментально закипають, у вигляді пари переносять тепло в зони нагріву реактора 6 відновлення, т . Е. до більш холодним частинам транспортує спірального лотка 57 і змієподібній трубки 62.
Прокачуючи воду з ємності 3 за допомогою насоса 4 по трубопроводу 29 через вентиль 30 і через спіральну трубку 32 системи охолодження обмотки 15 електромагнітного індуктора 14, можна здійснити нагрів води до необхідних для реактора 5 значень температур. Нагріта вода з спіральної трубки 32 по трубопроводу 33 через конденсатор 12, трубопроводи 34 і 36 і вентиль 35 подається в реактор 5 окислення і забезпечує необхідні температурні умови в ньому в ході процесу окислення.
У реакторі 5 окислення утворюються нітрат натрію і іодістий водень. Під дією вібраційних коливань якоря вібратора 51 (електромагнітного приводу) через важелі 50 приходять в вертикальні коливання з частотою 50-100 Гц несучі поршень 53 і перфоровані тарілки 52 два перфорованих порожніх штока 47 газового тарельчатого змішувача, жорстко пов'язані з плунжерами 48, які в свою чергу шарнірно пов'язані з важелями 50. Важелі 50 своїми плечима пов'язані з одного боку з якорем електромагнітного приводу, а з іншого боку з плунжерами 48. При русі поршня 53 вгору газ іодістий водень, що утворюється в процесі реакції і що збирається у верхній частині внутрішньої порожнини реактора 5 зоні газової фази реактора 5, над рідиною стискається і через отвори вікна перфорації штоків 47 і внутрішні порожнини штоків 47 надходить в нижню частину змішувача зону рідкої фази реактора 5, проходить через отвори перфорованих тарілок 52, розбиваючись на безліч малих бульбашок, проникає крізь перемішують масу, одночасно рідина і газ через зазор між поршнем 53 і корпусом 44 змішувача проривається з верхньої його частини в зону зниженого тиску під поршень 53. При зворотному русі пристроями, газорідинна суміш стискається поршнем 53 і через вікна 46 в стінках поршня викидається в газову порожнину під верхньою кришкою реактора 45, а і видавлюється в зону над поршнем 53 через зазор між поршнем 53 і стінкою корпусу 44 змішувача. Тарілки 52 при зворотно-поступальному русі в силу своєї пружності коливаються і розпилюють газ на дрібні бульбашки, додатково перемішуючи хімічні інгредієнти і прискорюючи протягом хімічної реакції в реакторі 5. Газ, рідина і тверді частинки ефективно перемішуються по всьому об'єму в змішувачі. Кількість тарілок на одному штоку і число штоків змішувача може бути збільшено залежно від розмірів реактора, причому всі вони можуть приводитися в рух від одного вібратора, що значно скорочує витрати електроенергії на привід пристроями, реактора.
Іодістий водень із змішувача 43 надходить в змієподібну (спіральну) трубку 62, яка змонтована усередині трубчастого, наприклад, рознімного трубопроводу Цепловодах 90. Проходячи по змієподібній трубці 62 при температурі 450 ° С, іодістий водень по реакції 2 розкладається на водень і газоподібний йод. Робота Цепловодах 90, як і Цепловодах 88 і 89 спірального лотка 57, заснована на принципі роботи теплової труби, внутрішня порожнина якої закріплена теплоносієм, температура кипіння якого обрана з умови забезпечення необхідного температурного режиму (в даному випадку змієподібній трубки), а й повинна бути менше температури кристалізації акумулює речовини теплоносія 42 теплового акумулятора 16, в безпосередньому тепловому контакті з яким знаходиться нижня частина Цепловодах 90. Робота цього Цепловодах, і як і Цепловодах 88 і 89 обох секцій спірального лотка 57, заснована на чотирьох фізичних процесах: випаровуванні рідини-теплоносія Цепловодах , конденсації насиченої пари, поверхневого натягу рідини і змочуванні твердих тіл.
Як тільки розплавляється робоче акумулює речовина теплового акумулятора 16, тепло контактним шляхом через стінку Цепловодах 90 (його нижньої частини, зануреної в теплоносій 42) передається робочої рідини-теплоносія Цепловодах 90, яка починає випаровуватися. Пар під дією різниці тиску спрямовується до іншого (верхньому) кінця Цепловодах 90, віддає своє тепло холодних стінок розміщеної всередині Цепловодах змієподібній трубки 62, а через неї і йде по ній з реактора 5 окислення йодистого водню і повертається, сконденсовані, знову в зону випаровування по вертикальним капілярним пазів на поверхні металлокерамической обкладання внутрішніх стін Цепловодах 90. Таким чином, температура поверхні змієподібній трубки 62 встановлюється постійної і по ній тече тепло, яке витрачається в даному випадку на розкладання йодистого водню. Особливість Цепловодах 90 змієподібній трубки 62 полягає в тому, що сама трубка на відміну від Цепловодах секцій спірального лотка 57 поглинає тепло, на ній конденсується пар робочої рідини-теплоносія Цепловодах 90, яка стікає по трубці в зону випаровування, крім цього сконденсовані пари робочої рідини повертаються по капілярних пазів, виконаним на внутрішній стінці Цепловодах 90. на виході змієподібній трубки 62 у верхній частині першої колони реактора 6 відновлення отримуємо водень і газоподібний йод, які по трубопроводу 63 надходять в теплообмінник 8.
Водень з теплообмінника 8 по трубопроводу 64 надходить в холодильник 9 для подальшого охолодження до кімнатної температури і далі через вентиль 65 в резервуар-сховище 7 для подальшої видачі споживачеві через вентиль 66 або безпосередньо споживачеві, минаючи резервуар-сховище 7, через вентиль 67. Резервуар- сховище 7, робота якого заснована на принципі вакуумного поглинання водню колоїдним паладієм при кімнатній температурі, віддає повністю поглинений водень при температурі 100 о С. Для цього на момент видачі водню зі сховища в междустеночних простір резервуара-сховища 7 з першої вертикальної колони 55 реактора 6 відновлення подають по трубопроводу 75 через холодильник 74 для зниження температури до 100 ° С і через вентиль 76 водяна пара, що утворився в колоні 55 реактора 6 відновлення в процесі випарювання з водяної пари нітратів натрію води на нагрітому желобообразних спіральному лотку 57 (на перовой його секції, розташованої в колоні 55), з подальшим його виведенням з резервуара-сховища 7 трубопроводом 78 через вентиль 77 в конденсатор 11 і подачею з конденсатора 11 води конденсату трубопроводом 70 і трубопроводом 36 через вентиль 71 в реактор 5 окислення.
Газоподібний йод в теплообміннику 8, охолоджуючись, конденсується і при температурі трохи вище 115 о С стікає через вентиль 41 і трубопровід 19 в трубопровід 20, звідки шнеком 27 подається в реактор 5 окислення для повторного використання.
З внутрішньої порожнини тарельчатого газового змішувача 43 реактора 5 насосом 21 розчин нітратів натрію у воді по трубопроводах 22 і 23 подається в теплообмінник 8, де охолоджує водень Н 2 і охолоджує, конденсируя, газоподібний йод, переводить його в рідкий стан при температурі близько 115-120 о С, а сам по трубопроводу 24 надходить на желобообразних спіральний лоток першої секції спіральної транспортної системи в вертикальну колону 55 реактора 6 відновлення. Температура поверхні желобообразних лотка 57 в колоні 55 нижче реакції розкладання нітрату натрію і відповідає 120 о С. Це позоляет в першій вертикальній колоні 55 реактора 6 на спіральному лотку 57 при транспортуванні по ньому зверху вниз легко випарувати з розчину воду за рахунок зіткнення розчину з гарячою поверхнею желобообразних спірального лотка. Водяна пара відводиться через верхній патрубок колони 55 в її кришці і відводиться трубопроводом 68 через вентиль 69 в конденсатор 11, а з нього сконденсований пар вода подаються трубопроводом 70 через вентиль 71 в трубопровід 36 і далі в реактор 5 окислення. Крім того, частина водяної пари трубопроводом 75 відводиться через холодильник 74 для підігріву резервуара-сховища 7, після чого і скидається в конденсатор 11.
Порошкоподібний нітрат натрію просувається по спіральному лотку 57 вниз і потрапляє в шнек 87, що з'єднує обидві секції желобообразних лотка 57 в обох вертикальних колонах 55 і 56 реактора 6 і службовець і затвором, що запобігає прорив водяної пари з колони 55 в колону 56 і, навпаки, прорив кисню з колони 56 в колону 55. з шнека 87 сухий порошкоподібний нітрат натрію надходить до другої секції желобообразних спірального лотка колони 56, температура поверхні якого дорівнює температурі розкладання нітрату натрію до нітриту натрію, тобто до температури близько 380 о С.
В результаті при русі порошкоподібного нітрату натрію вниз по другій секції лотка 57 він розкладається на нітрит натрію і при цьому виділяється половина благаючи кисню, який через вихідний патрубок у верхній кришці колони 56 реактора 6 відновлення по трубопроводу 83 через вентилі 84 подається в адсорбер 10 і з них до споживача. Селікогеліевие адсорбер 10 здійснюють сушку кисню і працюють в періодичному циклі, коли один працює, а інший знаходиться на регенерації. Перемикання адсорберов 10 автоматизовано і управління здійснюється вентилями 84, наприклад електромагнітними (схема управління роботою адсорберов і всієї установкою не наводиться). Порошкоподібний нітрит натрію стікає по лотку 57 в шнек 28 і з нього, охолоджений водою, стікає по трубопроводу 25 в реакційну частину змішувача 43. Шнек 28 служить одночасно затвором для запобігання прориву кисню в змішувач 43 з колони 56.
Для усунення зависання порошкоподібного нітрату і нітриту натрію на желобообразних секціях лотка 57 в колонах 55 і 56 обидві секції лотка в кожній колоні закріплені на встановлених на пружинних підвісках 91 рамах 92 і 93, кінематично пов'язаних з вібраторами 94 і 95 вертикальних коливань з частотою близько 50 Гц і амплітудою до 2 мм.
Як сказано вище, в середній частині водневого реактора між реактором 5 і реактором 6 змонтований загальний тепловий акумулятор 16 теплогенератора 13, який здійснює підтримку відповідних температурних режимів в колонах 55 і 56 реактора 6 як за рахунок Цепловодах 88 і 89 обох секцій спірального лотка 57, що працюють по принципом теплової труби, так і за рахунок Цепловодах 90 змієподібній трубки 62. Автономне підтримку теплового режиму в кожному Цепловодах 88, 89 і 90 дозволяє більш гнучко управляти цими режимами як в обох секціях спірального лотка 57, так і в змієподібній трубці 62.
Охолодження шнека 28 водою здійснюється завдяки приміщенню його в водяну сорочку 58, харчування якої водою здійснюється за її подачі з ємності 3 насосом 4 по трубопроводу 29 через вентиль 30 і її виведення трубопроводом 33 через трубопровід 80 в конденсатор 12 і далі в ємність 3 через вентиль 38 і трубопровід 34.
Одночасно насос 4 по трубопроводах 37 і 73 через вентилі 31 і 72 подає воду на зрошення повітряних конденсаторів 12 і 11, яка збирається в нижній частині конденсаторів і потім з них стікає самопливом по трубопроводах 34 і 70 через вентилі 38 і 35, 71 в ємність 3 .
Для харчування холодильників 9 і 74 насос 4 по трубопроводах 29, 79 і 81 через вентилі відповідно 96 і 97 подає в них воду, яка потім по трубопроводах 80 і 82 скидається в конденсатор 12.
У запропонованій установці завдяки реалізації на практиці Іодная циклу при термохімічної розкладанні води для вироблення водню з одночасним отриманням кисню і конструктивним удосконаленням як реактора окислення, так і реактора відновлення, забезпеченого змієподібній трубкою з Цепловодах, що проходить через обидві колони реактора, і автономним живленням Цепловодах обох секцій транспортного лотка реактора і змієподібній трубки, виключені втрати вихідних компонентів за рахунок їх повторного використання (видаткова частина процесу тільки вода), значно знижена енергоємність процесу за рахунок переходу на найбільш низькі температурні режими (з температури в 1000 ° с на температуру в 380-450 про С), розширені функціональні можливості установки завдяки додатковому виробництву кисню, при забезпеченні повністю замкнутого циклу термохімічного розкладання води значно спрощена технологічна схема процесу.
Крім того, пропонована установка забезпечує підвищення продуктивності процесу отримання водню за рахунок створення оптимальних температурних режимів в реакторах автономним підключенням до генератора тепла Цепловодах обох секцій лотка і змієподібній трубки.
Використання пропонованої установки для отримання водню і кисню з води забезпечує такі переваги:
можливість отримання водню в три рази дешевше використовуваного в даний час електролітичного способу отримання водню, причому отримання кисню в цю економічну оцінку не входить;
виробництво водню і кисню в пропонованій установці можна змінювати в широких діапазонах: від декількох м 3 до п'яти мільйонів м 3 на добу в залежності від кількості хімічних інгредієнтів і подачі води.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Встановлення ДЛЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ термохімічної розкладання ВОДИ, яка містить встановлені відповідно до технологічної схеми процесу бункер з вихідним компонентом, ємність для води, ємність для зберігання водню, теплогенератор для забезпечення відповідних температурних режимів термохімічних циклів і з'єднані з теплогенератором Цепловодах реактор окислення і реактор відновлення , пов'язані між собою системою транспортування вихідних компонентів, проміжних продуктів термохімічних циклів і готового продукту водню з запірно-регулюючої арматурою, яка відрізняється тим, що вона забезпечена ємністю для каталізатора і ємністю для зберігання, при цьому реактор відновлення встановлений вище реактора окислення і виконаний з встановлених з зміщенням у вертикальній площині у вигляді двох вертикальних колон, об'єднаних загальною низхідній спіральної гілкою транспортної системи для твердих проміжних продуктів термохімічних циклів, вхід якої через додатково встановлений теплообмінник пов'язаний за допомогою напірної гідромагістралі з реактором окислення, а вихід розташований безпосередньо в реакторі окислення, і розміщеної всередині транспортної системи і з'єднаної з теплогенератором Цепловодах змієподібній трубкою, що зв'язує зону газової фази реактора окислення за допомогою транспортних магістралей з ємністю для зберігання готового продукту водню або безпосередньо зі споживачем і через теплообмінник з магістраллю подачі-повернення каталізатора в реактор окислення, внутрішня порожнину першої по ходу технологічного процесу вертикальної колони реактора відновлення з'єднана через конденсатор з ємністю для води, а внутрішня порожнину другий через додатково введені адсорбер з'єднана з ємністю для зберігання кисню або безпосередньо зі споживачем, реактор окислення з'єднаний з бункером для зберігання вихідного компонента і ємністю для каталізатора.
2. Установка по п.1, що відрізняється тим, що реактор окислення виконаний газорідинного типу із пристроєм у вигляді встановлених на кинематически пов'язаних з вібратором і здійснюють під його дією зворотно-поступальні переміщення штоках, розміщених в зоні рідкої фази реактора поршня і набору перфорованих тарілок , в якому штоки виконані порожнистими і пов'язані своїми внутрішніми порожнинами через вікна в стінках штоківз зонами газової і рідкої фаз реактора.
3. Установка по п.1, що відрізняється тим, що спіральна гілка транспортної системи виконана з двох секцій, розташованих кожна у своїй колоні реактора і пов'язаних одна з одною за допомогою шнекового затвора, при цьому тепловідводи кожної секції транспортної системи і Тепловод змієподібній трубки приєднані до генератора тепла автономно.
4. Установка по п.3, що відрізняється тим, що тепловідводи транспортної системи виконані у вигляді теплових трубок і заповнені рідким теплоносієм, що має температуру кипіння різну для кожної секції, але нижче температури кристалізації теплоносія акумулює речовини теплового акумулятора теплогенератора, а тепловідвід змієподібній трубки виконаний в вигляді порожнистої трубки з внутрішніми стінками з пористої металлокерамической обкладання з капілярними пазами на її поверхні і розміщеної всередині змієподібній трубкою, причому нижній кінець порожнистої трубки виконаний у вигляді ємності теплоприемника, з'єднаної з внутрішньою порожниною порожнистої трубки, заповненої рідким теплоносієм.
5. Установка по п.1, що відрізняється тим, що ємність для зберігання водню виконана у вигляді резервуара, заповненого матеріалом вакуумного хімічного поглинача водню і має подвійні стінки, внутрішня робоча порожнину резервуара-сховища з'єднана з виходом змієподібній трубки через теплообмінник і додатково вбудований в установку холодильник, а междустеночних простір ємності через вентилі з'єднане відповідно з магістраллю підведення від першої колони реактора відновлення водяної пари і з магістраллю скидання його через додатково вбудований в установку конденсатор в ємність для води.
6. Установка по п.1, що відрізняється тим, що на виході спіральної гілки транспортної системи з другої колони реактора відновлення встановлений шнековий затвор з охолоджувальною водяною сорочкою, підключеної з одного боку до напірної магістралі, що живить водою реактор окислення, а з іншого до магістралі скидання води в ємність для води через додатково вбудований конденсатор.
Версія для друку
Дата публікації 01.03.2007гг
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.