СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА


RU (11) 2314253 (13) C1

(51) МПК
C01B 3/08 (2006.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 15.01.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006120019/15 
(22) Дата подачи заявки: 2006.06.07 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.06.07 
(45) Опубликовано: 2008.01.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: US 3932600 А, 13.01.1976. SU 1623946 A1, 30.01.1991. RU 2003118964 А, 20.12.2004. US 2003118505 А1, 26.06.2003. US 4543246 A, 24.09.1985. JP 2002-104801 А, 10.04.2002. 
(72) Автор(ы): Милинчук Виктор Константинович (RU); Мерков Сергей Михайлович (RU); Левченко Валерий Алексеевич (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Обнинский государственный технический университет атомной энергетики (ОИАТЭ) (RU) 
Адрес для переписки: 249040, Калужская обл., г.Обнинск, студенческий городок, 1, ГОУ ВПО Обнинский государственный технический университет атомной энергетики, пат.отдел ОИАТЭ 

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
Настоящее изобретение относится к области водородной энергетики. Водород получают путем обработки магния и/или алюминия или магния со сплавом магния с алюминием 40% водным раствором метасиликата натрия, или водным раствором сернокислого алюминия, или водным раствором медного купороса. Изобретение позволяет снизить энергозатраты и интенсифицировать процесс.




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


В настоящее время большая часть производимого в промышленном масштабе водорода получается из природного топлива - метана, угля, древесины и т.д. Основным является процесс паровой конверсии метана. При взаимодействии топлива с парами воды или воздуха образуется синтез-газ - смесь оксида углерода и водорода, из которого затем выделяется водород. Однако экологические ограничения процессов получения водорода из органического топлива стимулируют поиск и разработку процессов производства водорода из воды.

Для получения водорода из воды большое внимание уделяется процессам электролиза, термолиза, радиолиза, гидролиза, пиролиза [1]. Для повышения эффективности разложения воды на водород предлагается использовать различные каталитические процессы, прежде всего с применением катализаторов на основе металлов платиновой группы [1, 2]. Рассматриваются возможности использования различных химических реакций для получения водорода, например, путем взаимодействия алюминия с раствором едкого натра [3]. Согласно патенту [4] водород в системе алюминий-вода-кислород получают в реакторе высокого давления путем непрерывной подачи суспензии порошкообразного алюминия в воду при температуре 220-900°С и давлении 20-40 МПа; парогаз из реактора подают в конденсатор, из него выводят водород, а гидроксид алюминия или оксид алюминия - в отстойник для суспензии. О технической сложности получения водорода из воды методом термолиза можно судить на примере патента [5]. Вода нагревается до температуры ее разложения для получения реакционной смеси диссоциированной воды, содержащей газообразный кислород и водород. Затем в реакционной смеси формируется вихрь, который подвергает реакционную смесь действию центробежных сил, направленных вдоль оси внутреннего пространства вихревого трубчатого реактора так, что во внутреннем пространстве реактора осуществляется радиальная стратификация газообразного водорода и газообразного кислорода. Из этой реакционной смеси извлечение газообразного водорода происходит на удаленных участках вдоль продольной оси внутреннего пространства вихревого трубчатого реактора.

Рассмотрение этих и других патентов показывает, что предлагаемые способы разложения воды на водород являются высокоэнергозатратными, технически сложными, дорогостоящими, малоэффективными и малоперспективными для практического применения [1-5].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ гидролизного получения водорода в результате протекания реакции алюминия с раствором едкого натра, описанный в [3].

Однако этот метод имеет ряд недостатков: для управления процессом реакционную смесь надо охлаждать до 100°С, генерация водорода протекает в узком интервале (20-22%) значений оптимального алюминатного раствора.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат и интенсификация процесса получения водорода.

Поставленная задача достигается способом получения водорода, в котором магний и/или алюминий или магний со сплавом магния с алюминием обрабатывают 40 % водным раствором метасиликата натрия, или водным раствором сернокислого алюминия, или водным раствором медного купороса.

Образование и выделение газообразного водорода при проведении процесса получения водорода происходит самопроизвольно при комнатной температуре. При повышении температуры до 100° С скорость генерации водорода увеличивается примерно в 10 раз. Процесс образования водорода в этих композициях протекает в течение длительного времени. Например, в композиции состава магний (36%), алюминий (9%), жидкое натриевое кремниевое стекло (55%) при 45 °С выделение водорода протекает более 30 суток с постоянной скоростью.

Данный способ позволяет получать газообразный водород в результате объемного разложения воды практически без выделения токсичных продуктов. Для реализации способа используются доступные и недорогие металлические и неорганические реагенты, производимые промышленностью в больших количествах.

Отсутствие затрат энергии при получении водорода при комнатной температуре и небольшие затраты энергии при повышенных температурах свидетельствуют о перспективности практического применения предлагаемого способа получения водорода химическим разложением воды. Например, для получения водорода этим способом может быть использовано сбросовое тепло водных систем тепловых и атомных электрических станций.

Предлагаемые композиции химически безопасны, реагенты для их использования могут храниться в течение длительного времени (месяцы, годы) без ухудшения исходных свойств.

Для технологического оформления процесса получения газообразного водорода использованием предлагаемых составов композиций не потребуется применение дорогостоящих материалов и сложной аппаратуры.

Ниже приведены примеры реализации способа получения водорода.

Пример 1. К навеске, содержащей магний и сплав магния с алюминием в соотношении 50%: 50%, массой 17 г добавляют порциями в виде капель жидкое натриевое стекло, которое представляет собой 40% водный раствор соли метасиликата натрия кремниевой кислоты, массой 17 г. Композиция готовится перемешиванием и штыкованием смеси в течение 10-15 мин до равномерного распределения металлической компоненты в жидком стекле. Оценка равномерности распределения компонентов производилась визуально до достижения необходимой консистенции композиции. Приготовленная композиция помещалась в стеклянную колбу объемом 250 мл, которая через газоотводную трубку и водный затвор соединялась с мерным стеклянным цилиндром. Из композиции газ выделяется со скоростью ˜1 мл/мин в течение более 10 сут. Выделившийся газ был идентифицирован как водород (по характеру горения).

Пример 2. К металлической навеске, содержащей магний и сплав магния с алюминием в соотношении 50%: 50%, массой 17 г добавляли порциями в виде капель жидкое натриевое стекло массой 17 г. Приготовление композиции, оценка равномерности распределения компонентов проводили согласно примеру 1. Стеклянную колбу объемом 250 мл с навеской термостатировали при 45°С. При этой температуре скорость выделения водорода составляет ˜2.5 мл/мин.

Пример 3. К металлической навеске, содержащей магний (36%) и алюминий (9%), добавляли жидкое натриевое кремниевое стекло (55%). Масса образца 50 г. Дальнейший эксперимент проводили так, как описано в примере 2. Выделение водорода протекает при 45°С в течение более 30 суток с постоянной скоростью (˜40 мл/сут).

Пример 4. К металлической навеске, содержащей магний и сплав магния с алюминием в соотношении 50%: 50%, массой 17 г добавляли жидкое натриевое стекло состава согласно примеру 1 массой 32 г. Приготовление композиции, оценка равномерности распределения компонентов проводили так, как описано в примере 1, затем стеклянную колбу объемом 250 мл с навеской термостатировали при 90°С. Начальная скорость выделения водорода составляет 60 мл/мин, затем скорость уменьшается до 10 мл/мин. При временах больше 40 мин скорость выделения составляет 1.5 мл/мин и остается постоянной в течение длительного времени.

Пример 5. К навеске алюминия массой 7 г добавляли 14 г 40-% водный раствор жидкого натриевого кремниевого стекла (метасиликата натрия). При комнатной температуре в течение первых 60 мин скорость выделения водорода составляла -1.5 мл/мин, затем скорость уменьшается до 0.3 мл/мин. Выделение водорода протекает в течение двух суток.

Пример 6. К металлической навеске, содержащей магний и сплав магния с алюминием в соотношении 50%: 50%, массой 3 г добавляли навеску медного купороса массой 3 г и 20 мл воды (дистиллята). Дальнейший эксперимент проводили так, как описано в примере 1. При комнатной температуре начальная скорость выделения водорода составляет - 20 мл/мин. Затем скорость образования водорода снижается до -10 мл/мин и остается постоянной в течение 24 ч.

Пример 7. К навеске магния массой 3 г добавляли навеску медного купороса массой 3 г и 40 мл воды (дистиллята). Дальнейший эксперимент проводили так, как описано в примере 1. При комнатной температуре начальная скорость выделения водорода составляет 20 мл/мин, со временем скорость постепенно уменьшается и в течение последующих 120 мин снижается до ˜2.5 мл/мин.

Пример 8. К металлической навеске, содержащей магний и сплав магния с алюминием в соотношении 50%: 50%, массой 3 г добавляли навеску сернокислого алюминия массой 3 г и 20 мл воды (дистиллята). Дальнейший эксперимент проводили так, как описано в примере 1. При комнатной температуре в течение первых 10 мин скорость выделения водорода составляет ˜20 мл/мин. В течение последующих 120 мин скорость образования водорода снижается до ˜2.5 мл/мин.

Пример 9. К навеске магния массой 3 г добавляли навеску сернокислого алюминия массой 3 г и 20 мл воды (дистиллята). Дальнейший эксперимент проводили так, как описано в примере 1. При комнатной температуре в течение первых 10 мин скорость выделения водорода составляет ˜30 мл/мин. В течение последующих 60 мин скорость образования водорода уменьшается до ˜4 мл/мин.

Источники информации

1. Н.Н Пономарев-Степной., А.Я.Столяревский. Атомно-водородная энергетика - пути развития. Энергия, 2004, №2, с.3-9.

2. Г.А.Месяц, М.Д.Прохоров. Водородная энергетика и топливные элементы. Вестник РАН, 2004, том 74, №7, с.579-597.

3. Л.И.Тунгусова, А.Л.Дмитриев, В.Г.Гришин, Н.С.Прохоров. Сравнительная оценка различных методов гидролизного получения водорода. Химическая промышленность, 2003, том 80, №9, с. 14-18.

4. Патент РФ №2223221.

5. Патент [ЕАВ] 2240. Бек Дж. Томас. Процесс получения водорода термическим разложением воды. Номер бюллетеня ЕАВ 20201.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Способ получения водорода, отличающийся тем, что магний, и/или алюминий, или магний со сплавом магния с алюминием обрабатывают 40%-ным водным раствором метасиликата натрия, или водным раствором серно-кислого алюминия, или водным раствором медного купороса.


ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян

Независимый научно технический портал
Устройства и способы получения, хранения водорода, кислорода и биогаза






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска: "и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+водород -молекулярный".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "водород" будут найдены слова "водорода", "водородный" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("водород!").


Устройства и способы получения кислорода и водорода | Устройства и способы хранения водорода и кислорода | Устройства и способы получения и хранения биогаза


Рейтинг@Mail.ru