RU2040328C1

RU2040328C1 - Apparatus to produce hydrogen by thermochemical decomposition of water

Info

Publication number: RU2040328C1
Authority: RU
Inventors: Михаил Семенович Дронов; Владимир Исидорович Лукьянов
Original assignee: Михаил Семенович Дронов; Владимир Исидорович Лукьянов
Priority date: 1991-11-27
Filing date: 1991-11-27
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: chemical industry. SUBSTANCE: apparatus has mounted in accordance with technological scheme of process bunker with initial component, tank for water, cylinder to keep ready-made product (hydrogen), heat generator to provide corresponding temperature modes of thermochemical cycles, connected to heat generator by heat carriers oxidation reactor and reduction reactor, connected to each other by system of transportation of initial components, intermediate products of thermochemical cycles and ready-made product, locking and adjusting tools and also capacity for catalyst (iodine) and cylinder to keep oxygen. In the case, oxidation reactor has mixing device, that is made as piston and set of perforated disks, mounted on kinematically linked with vibrator rods and located in reactor liquid phase zone. Reduction reactor is made in the form of two vertical columns, mounted in vertical plane with shift upward in respect to oxidation reactor and connected by common spiral branch of transportation system, input of which is through additionally mounted heat exchanger connected with oxidation reactor through pressure hydraulic main. Output of the transportation system is made directly in oxidation reactor. Inside transportation system there is helical-type tube, that i also connected to heat generator by heat carrier. The tube links oxidation reactor gas phase zone through transportation mains with cylinder to keep ready-made product (hydrogen) or directly with consumer and through heat exchanger with main of catalyst feeding-retracting into oxidation reactor. Reduction reactor inner cavity of production process running first vertical column is linked through condenser by main with tank for water and inner cavity of second column through additional absorbers is linked by main with cylinder to keep oxygen or directly with consumer. Oxidation reactor is also linked bu mains with bunker to keep initial component and with tank for catalyst. EFFECT: apparatus is used in chemical industry. 6 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к химической технологии и энергетике, в частности к оборудованию для реализации способов получения водорода термохимическим разложением воды, и может быть использовано, например, для обеспечения высококалорийным топливом силовых установок, работающих на жидком и газообразном топливе на судах надводного и подводного флота большого водоизмещения, ледоколов, тепловых электростанций и непосредственно в химической промышленности для получения водорода в больших количествах. The invention relates to chemical technology and energy, in particular to equipment for implementing methods for producing hydrogen by thermochemical decomposition of water, and can be used, for example, to provide high-calorific fuel power plants operating on liquid and gaseous fuels on ships of surface and underwater fleets of large displacement, icebreakers, thermal power plants and directly in the chemical industry to produce hydrogen in large quantities.

Известны различные способы получения водорода термохимическим разложением воды. Так, 1969 г группой ученых исследовательского центра "EUROATOM" в Испре (Италия) были проведены исследования процесса термохимического разложения воды под названием MARCK-1 Э (система Br-На-Са-О-Н), который в 1970 г был запатентован в Европе руководителем группы Ж. Де-Бени [1]
Установка для получения водорода с использованием данного процесса включает установленные в соответствии с технологической цепочкой четыре реактора с соответствующими температурными режимами, непревышающими 650-780^оС, колонку концентрирования и два сепаратора. Процесс основан на использовании бромисто-ртутных систем и обеспечивается теплоносителем, нагретым в атомном реакторе.Various methods are known for producing hydrogen by thermochemical decomposition of water. So, in 1969, a group of scientists at the EUROATOM research center in Ispra (Italy) studied the process of thermochemical decomposition of water under the name MARCK-1 E (Br-Na-Ca-O-N system), which was patented in Europe in 1970 Team Leader J. De Beni [1]
Installation for producing hydrogen using this process includes four reactors installed in accordance with the technological chain with the corresponding temperature conditions not exceeding 650-780 ^о С, a concentration column and two separators. The process is based on the use of mercury-bromide systems and is provided by a coolant heated in a nuclear reactor.

Недостатками данного процесса и реализующей его технологической установки являются
сложность технологической схемы, а следовательно, и самой установки, в частности, из-за сложной системы сепарирования выпадающего в осадок в процессе реакции кальция;
необходимость использования в качестве источника тепла атомного реактора, что осложняет решение вопросов экологии и удорожает установку;
работа с ртутью и возможность ее утечки в окружающее пространство.The disadvantages of this process and the process unit implementing it are
the complexity of the technological scheme, and therefore the installation itself, in particular, due to the complex separation system of precipitated calcium during the reaction of calcium;
the need to use an atomic reactor as a heat source, which complicates the solution of environmental issues and increases the cost of installation;
work with mercury and the possibility of its leakage into the environment.

Известны также способы получения водорода при помощи неактивированных металлов и водяного пара при повышенных температурах. Восстановление воды (пара) при помощи нагретых неблагородных металлов известно в литературе как металлопаровой метод получения водорода. Представителем этого метода является так называемый железопаровой метод получения водорода. Also known are methods for producing hydrogen using inactive metals and water vapor at elevated temperatures. The restoration of water (steam) using heated base metals is known in the literature as a metal-vapor method for producing hydrogen. The representative of this method is the so-called iron-steam method for producing hydrogen.

Наиболее близкой к предлагаемой является установка для получения водорода термохимическим разложением воды при использовании железопарового метода, содержащая установленные в соответствии с технологической схемой процесса бункеры с порошкообразным железом и порошком графита, емкости с водой и угарным газом, теплогенератор для обеспечения соответствующих температурных режимов термохимических процессов, в роли которого на практике выступает атомный реактор с гелиевым теплоносителем, соединенные с теплогенератором реактор окисления металла (железа), а также реактор восстановления соответственно окиси и закиси металла (железа), соединенные между собой системой транспортирования исходных компонентов, промежуточных продуктов термохимических реакций и готового продукта основного водорода и в случае необходимости дополнительного продукта углекислого газа к потребителю, причем транспортные магистрали снабжены запорно-регулирующей арматурой [2]
Процесс характеризуется повышенными температурами в диапазоне 538-1427^оС и недостаточно высокой эффективностью и производительностью процесса из-за плохого перемешивания твердых частиц и газа на стадии регенерации в нисходящем потоке под действием собственного веса.Closest to the proposed one is a plant for producing hydrogen by thermochemical decomposition of water using the iron-vapor method, containing bunkers with powdered iron and graphite powder, containers with water and carbon monoxide installed in accordance with the technological scheme of the process, a heat generator to ensure the corresponding temperature conditions of thermochemical processes, the role of which in practice is an atomic reactor with a helium coolant, the reactor is connected to a heat generator, oxidized metal (iron), as well as a metal and iron oxide and metal oxide reduction reactor, interconnected by a system for transporting the starting components, intermediate products of thermochemical reactions and the finished product of basic hydrogen and, if necessary, an additional carbon dioxide product to the consumer, equipped with shut-off and control valves [2]
The process is characterized by elevated temperatures in the range 538-1427 ^о С and insufficiently high efficiency and productivity of the process due to poor mixing of solid particles and gas at the stage of regeneration in a downward flow under the influence of its own weight.

К недостаткам как самого процесса, так и установки следует также отнести
высокую энергоемкость процесса из-за высоких температур (до 1427^оС);
потребность в использовании тепловой энергии, полученной от атомного реактора или от сгорания природного топлива (нефти, угля и природного газа);
трудность создания экологически чистого процесса;
сложность технологической установки, а следовательно, и ее высокая стоимость.The disadvantages of both the process itself and the installation should also include
high energy intensity of the process due to high temperatures (up to 1427 ^о С);
the need to use thermal energy obtained from a nuclear reactor or from the combustion of natural fuels (oil, coal and natural gas);
the difficulty of creating an environmentally friendly process;
the complexity of the technological installation, and therefore its high cost.

Целью изобретения является уменьшение себестоимости процесса получения водорода благодаря снижению его энергоемкости и исключение потерь исходных компонентов за счет их повторного использования, а также расширение функциональных возможностей установки за счет обеспечения возможностей получения также кислорода при упрощении технологической схемы процесса с осуществлением замкнутого цикла термохимического разложения воды в присутствии в качестве исходного компонента азотистокислых солей (нитритов) щелочных металлов переходной группы и в качестве катализатора иода I₂ с регенерацией исходного компонента и уменьшение габаритов установки.The aim of the invention is to reduce the cost of the process for producing hydrogen by reducing its energy intensity and eliminating the loss of the starting components due to their reuse, as well as expanding the functionality of the installation by providing the possibility of producing oxygen as well while simplifying the process flow diagram with a closed cycle of thermochemical decomposition of water in the presence of as the initial component of nitrous acid salts (nitrites) of alkali metals of transitional groups and as a catalyst for iodine I ₂ with the regeneration of the initial component and the reduction of the dimensions of the installation.

Дополнительными результатами являются также повышение производительности процесса за счет создания оптимальных температурных режимов в установке и повышение надежности ее в работе. Additional results are also an increase in process productivity by creating optimal temperature conditions in the installation and increasing its reliability in operation.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема установки; на фиг. 2 реактор окисления, в разрезе; на фиг. 3 секции реактора восстановления и теплогенератора в разрезе. In FIG. 1 is a schematic diagram of an installation; in FIG. 2 oxidation reactor, in section; in FIG. 3 sections of the recovery reactor and heat generator in the context.

Установка для получения водорода термохимическим разложением воды в присутствии катализатора-иода содержит установленные в соответствии с технологической схемой процесса (иодного цикла) бункер 1 для исходного компонента нитритов щелочных металлов переходной группы, например LiNO₂, NaNO₂ или KNO₂, например, в порошкообразном виде, емкость 2 для катализатора иода, например порошкообразного, емкость 3 для воды с насосом 4, например, шестиренчатого типа, реактор 5 окисления газожидкостного типа, реактор 6 восстановления, резервуар-хранилище 7 водорода, теплообменник 8, холодильник 9, адсорберы 10, емкость для хранения кислорода (не показана), конденсаторы 11 и 12 водяного пара и теплогенератор 13, состоящий, например, из генератора токов высокой частоты (не показан) с подключенным к нему электромагнитным индуктором 14, обмотка 15 которого встроена в теплоизолированный корпус теплового аккумулятора 16. Бункер 1 для исходного компонента, емкость 2 для катализатора, теплообменник 8, реактор 5 окисления и реактор 6 восстановления объединены общей транспортной системой 17, выполненной преимущественно на всех участках как прямой, так и обратной ветви в виде трубопроводов магистралей: соединения бункера 1 с реактором 5 окисления трубопроводом 18, соединения емкости 2 для катализатора с обратной ветвью трубопроводом 19, соединения теплообменника 8 с реактором 5 окисления (его жидкой фазой) трубопроводом 20, соединения дополнительно встроенного насоса 21, например, также шестеренчатого типа с реактором 5 окисления трубопроводом 22 и с теплообменником 8 трубопроводом 23 прямой ветви транспортной системы 17, соединения теплообменника 8 с реактором 6 восстановления трубопроводом 24 прямой ветви транспортной системы 17, соединения реактора 6 восстановления (его выхода) с реактором 5 окисления (его жидкой фазы) трубопроводом 25 обратной ветви транспортной системы 17, и содержащей встроенные в трубопроводы 18, 20 и 25 шнеки 26, 27 и 28 соответственно.A plant for producing hydrogen by thermochemical decomposition of water in the presence of an iodine catalyst contains a hopper 1 for the initial component of an alkali metal nitrite of the transition group, for example LiNO ₂ , NaNO ₂ or KNO ₂ , installed in accordance with the technological scheme of the process (iodine cycle), for example, in powder form , tank 2 for iodine catalyst, for example, powdered, tank 3 for water with a pump 4, for example, a six-type type, gas-liquid type oxidation reactor 5, recovery reactor 6, storage tank 7 kind, heat exchanger 8, refrigerator 9, adsorbers 10, an oxygen storage tank (not shown), steam condensers 11 and 12 and a heat generator 13, consisting, for example, of a high-frequency current generator (not shown) with an electromagnetic inductor 14 connected to it , the winding 15 of which is integrated in the heat-insulated housing of the heat accumulator 16. The hopper 1 for the initial component, the capacity 2 for the catalyst, the heat exchanger 8, the oxidation reactor 5 and the reduction reactor 6 are combined by a common transport system 17, an advantage but in all sections of both the direct and reverse branches in the form of pipelines of highways: the connection of the hopper 1 with the oxidation reactor 5 by the pipeline 18, the connection of the catalyst tank 2 with the reverse branch by the pipeline 19, the connection of the heat exchanger 8 with the oxidation reactor 5 (its liquid phase) by the pipeline 20, connecting an additionally built-in pump 21, for example, also of a gear type with an oxidation reactor 5 by a pipe 22 and with a heat exchanger 8 by a pipe 23 of a direct branch of the transport system 17, connecting the heat exchanger 8 with a reactor m 6 recovery pipeline 24 straight branch of the transport system 17, the connection of the reactor 6 recovery (its output) with the reactor 5 oxidation (its liquid phase) pipe 25 of the reverse branch of the transport system 17, and containing screws built into the pipelines 18, 20 and 25 26, 27 and 28, respectively.

Установка содержит также систему магистралей (трубопроводов) для транспортирования жидких и газообразных агентов с запорно-регулирующей арматурой, а именно емкость 3 для воды через трубопровод 29 с встроенным насосом 4 и вентилями 30 и 31 связана соответственно с встроенной в корпус теплового аккумулятора 16 спиральной трубкой 32 системы охлаждения обмотки 15 электромагнитного индуктора 14, которая трубопроводами 33 и 34 через конденсатор 12 соединена с емкостью 3 для воды и через вентиль 35 и трубопровод 36 с реактором 5 окисления и с конденсатором 12 непосредственно через трубопровод 37. В трубопровод 34 на входе в емкость 3 для воды вмонтирован вентиль 38. В трубопроводы 18 и 20 транспортной системы 17, а также в трубопровод 19 вмонтированы вентили-задвижки 39, 40 и 41. The installation also contains a system of lines (pipelines) for transporting liquid and gaseous agents with shut-off and control valves, namely, a water tank 3 through a pipe 29 with an integrated pump 4 and valves 30 and 31 is connected respectively to a spiral tube 32 integrated into the heat accumulator body 16 cooling system of the winding 15 of the electromagnetic inductor 14, which is connected by pipelines 33 and 34 through a capacitor 12 to a water tank 3 and through a valve 35 and a pipe 36 with an oxidation reactor 5 and with a capacitor 1 2 directly through conduit 37. A valve 38 is mounted in a conduit 34 at the inlet of the water tank 3. A valve-gate valve 39, 40, and 41 are mounted in the conduits 18 and 20 of the transport system 17, as well as in the conduit 19.

Реактор 5 окисления и реактор 6 восстановления смонтированы в общем теплоизолированном корпусе на разных уровнях по высоте, причем в том же корпусе между этими реакторами смонтирован корпус теплового аккумулятора 16, заполненный жидким теплоносителем 42 (например, гидрид лития или эвтектические смеси фторидов натрия, магния, кальция или лития с температурой плавления в диапазоне 450-590^оС или окислы бериллия, магния, алюминия, кремния, их соединения и эвтектики с температурами плавления свыше 1000^оС. Реактор 5 окисления расположен в нижнем ярусе и выполнен газожидкостного типа с перемешивающим устройством в виде газового тарельчатого смесителя 43, представляющего собой овалообразной формы корпус 44 с герметической верхней крышкой 45. Внутри корпуса 44 смонтированы два полых перфорированных отверстиями окнами 46 штока 47, жестко связанные с плунжерами 48, размещенными в неподвижно закрепленных на крышке 45 цилиндрах 49 и кинематически связанными, например, посредством рычагов 50 с установленным также на крышке 45 вибратором 51, например электромагнитным приводом с подпружиненным якорем, сообщающим перфорированным штокам 47 возвратно-поступательные перемещения вдоль своих осей, например, с частотой 50-100 Гц и амплитудой до 2 мм. На штоках 47 закреплены со смещением по высоте по меньшей мере по две пары перфорированных тарелок 52 (на каждом штоке) и размещенный между этими парами тарелок 52 поршень 53. Перфорированные тарелки 52 выполнены в виде двух пар чаш с перфорациями в виде отверстий, обращенных в каждой паре вогнутыми частями навстречу друг другу. Внутренняя полость корпуса 44 реактора окисления заполнена газовой и жидкой фазой и соединена с трубопроводами 18, 19, 25 и 36 соответственно подвода в реактор исходного компонента нитритов щелочных металлов, катализатора иода, возврата из реактора 6 восстановленных нитратов щелочных металлов и подачи воды, а также с трубопроводами 22 и 54 вывода из реактора 5 продуктов реакции, нитратов щелочных металлов и иодистого водорода соответственно, причем трубопровод 54 выведен в полость реактора 5, заполненную газовой фазой, в эту же верхнюю часть полости реактора 5 выведены верхние части перфорированных штоков 47.The oxidation reactor 5 and the reduction reactor 6 are mounted in a common heat-insulated casing at different levels in height, and in the same casing between these reactors there is a heat accumulator casing 16 filled with liquid coolant 42 (for example, lithium hydride or eutectic mixtures of sodium, magnesium, calcium fluorides or lithium with a melting point in the range of 450-590 ^o C or oxides of beryllium, magnesium, aluminum, silicon, their compounds and eutectics with melting points in excess of 1000 ^o C. The oxidation reactor 5 is located in the lower All of this is made of a gas-liquid type with a mixing device in the form of a gas plate mixer 43, which is an oval-shaped body 44 with a hermetic top cover 45. Two hollow perforated windows 46 of the rod 47 are mounted inside the case 44 and are rigidly connected to the plungers 48 located in fixedly fixed on the cover 45 of the cylinders 49 and kinematically connected, for example, by means of levers 50 with a vibrator 51 mounted also on the cover 45, for example, an electromagnetic drive with a spring-loaded anchor m, reporting to the perforated rods 47 reciprocating movements along their axes, for example, with a frequency of 50-100 Hz and an amplitude of up to 2 mm. At least two pairs of perforated plates 52 (on each rod) and a piston 53 located between these pairs of plates 52 are fixed to the stems 47 with a height offset. The perforated plates 52 are made in the form of two pairs of bowls with perforations in the form of holes facing each pair of concave parts towards each other. The internal cavity of the body 44 of the oxidation reactor is filled with a gas and liquid phase and connected to pipelines 18, 19, 25 and 36, respectively, supplying to the reactor the initial component of alkali metal nitrites, an iodine catalyst, returning from the reactor 6 reduced alkali metal nitrates and supplying water, as well as pipelines 22 and 54 for withdrawing from the reactor 5 reaction products, alkali metal nitrates and hydrogen iodide, respectively, and pipe 54 is led into the cavity of the reactor 5, filled with the gas phase, in the same upper part of the strips This reactor 5 displays the upper parts of the perforated rods 47.

В верхней части общего теплоизолированного корпуса размещен реактор 6 восстановления, который выполнен из установленных со смещением в вертикальной плоскости в виде нисходящей ступени двух вертикальных колонн 55 и 56, объединенных общей нисходящей спиральной ветвью 57 транспортной системы 17 для твердых промежуточных продуктов термохимических циклов, вход которой трубопроводом 24 через теплообменник 8, напорную магистраль-трубопровод 23, насос 21 и трубопровод 22 соединен с реактором 5 окисления (его полостью, заполненной жидкой фазой), а выход с помощью трубопровода 25, в который встроен шнек 28, размещенный в водяной рубашке 58, выведен непосредственно в полость реактора 5 окисления, заполненную жидкой фазой. Водяная рубашка 58 подсоединена посредством вентиля 59 и трубопровода 60 к напорной магистрали трубопроводу 32 и с помощью трубопровода 61 выведена к конденсатору 12. Внутри спиральной ветви 57 транспортной системы на всем ее протяжении в обеих колоннах реактора 6 размещена змеевидная трубка 62, связанная с одной стороны посредством трубопровода 54 с внутренней полостью реактора 5, заполненной газовой фазой, а с другой стороны посредством трубопровода 63 подсоединенная через теплообменник 8 как к реактору 5 окисления посредством трубопровода 19 и вентиля 41, так и с емкостью для хранения водорода (или потребителю) через холодильник 9, трубопровод 64 и соответственно вентили 65, 66 и 67. Внутренняя полость первой вертикальной колонны 55 реактора 6 восстановления подсоединена в верхней своей части посредством трубопровода 68 через вентиль 69 к конденсатору 11 и далее трубопроводом 70 через вентиль 71 к трубопроводу 36 и далее к реактору 6, причем сам конденсатор 11 через вентиль 72 трубопроводом 73 подсоединен к питающей напорной магистрали трубопроводу 29. В случае использования в качестве емкости для хранения водорода резервуара-хранилища 7, работающего на принципе вакуумного химического поглощения водорода соответствующим материалом поглотителем (коллоидным палладием), внутренняя полость резервуара соединена через вентиль 65 с трубопроводом 64, а междустеночное пространство резервуара-хранилища 7 через холодильник 74 соединено посредством трубопровода 75 и вентиля 76 с внутренней полостью колонны 55 и через вентиль 77 и трубопровод 78 с конденсатором 11. Питание холодильников водой от насоса 4 осуществлено за счет подсоединения к нему холодильника 9 трубопроводами 79 и 80, а холодильника 74 трубопроводами 81 и 82. Внутренняя полость второй вертикальной колонны 56 реактора 6 восстановления в верхней своей части посредством трубопровода 83 и вентилей 84 через адсорберы 10 подсоединена к хранилищу емкости для хранения кислорода (не показана) или непосредственно к потребителю. In the upper part of the general thermally insulated body there is a reduction reactor 6, which is made of two vertical columns 55 and 56 installed with a vertical offset in the form of a descending step, united by a common descending spiral branch 57 of the transport system 17 for solid intermediate products of thermochemical cycles, the input of which is through a pipeline 24 through the heat exchanger 8, the pressure pipe-line 23, the pump 21 and the pipe 22 are connected to the oxidation reactor 5 (its cavity filled with a liquid phase), and the outlet via conduit 25 into which a screw 28 disposed in the water jacket 58, derived directly into the cavity 5 oxidation reactor filled with the liquid phase. The water jacket 58 is connected through a valve 59 and a pipe 60 to a pressure line to a pipe 32 and through a pipe 61 to a condenser 12. Inside the spiral branch 57 of the transport system along its entire length in both columns of the reactor 6 there is a serpentine tube 62 connected on one side by a pipeline 54 with an internal cavity of the reactor 5 filled with a gas phase, and on the other hand through a pipe 63 connected through a heat exchanger 8 as an oxidation reactor 5 through a pipe 19 and Ventil 41, and with a hydrogen storage tank (or consumer) through the refrigerator 9, pipe 64 and valves 65, 66 and 67, respectively. The inner cavity of the first vertical column 55 of the reduction reactor 6 is connected at its upper part via pipe 68 through valve 69 to the condenser 11 and then the pipeline 70 through the valve 71 to the pipeline 36 and further to the reactor 6, and the capacitor 11 through the valve 72 by the pipe 73 is connected to the supply pressure line pipe 29. If used as a container for the storage of hydrogen in the storage tank 7, operating on the principle of vacuum chemical absorption of hydrogen by the corresponding material with an absorber (colloidal palladium), the internal cavity of the tank is connected through a valve 65 to a pipe 64, and the inter-wall space of the storage tank 7 through a refrigerator 74 is connected through a pipe 75 and a valve 76 with the internal cavity of the column 55 and through the valve 77 and the pipe 78 with a condenser 11. The refrigerators were supplied with water from the pump 4 by connecting to it lodilnik 9 by pipelines 79 and 80, and a refrigerator 74 by pipelines 81 and 82. The inner cavity of the second vertical column 56 of the reduction reactor 6 in its upper part by means of a pipe 83 and valves 84 through adsorbers 10 is connected to the storage of an oxygen storage tank (not shown) or directly to the consumer.

Спиральная ветвь 57 транспортной системы 17, размещенная в реакторе 6 восстановления, выполнена из двух секций 85 и 86, расположенных каждая в своей колонне реактора 6 и связанных друг с другом шнековым затвором 87, причем обе секции снабжены тепловодами 88 и 89 соответственно, которые подсоединены к тепловому аккумулятору 16 теплогенератора 13 автономно. Змеевидная трубка 62 также снабжена тепловодом 90, который автономно подсоединен к тепловому аккумулятору 16. The spiral branch 57 of the transport system 17, located in the reduction reactor 6, is made of two sections 85 and 86, each located in its own column of the reactor 6 and connected to each other by a screw shutter 87, both sections equipped with heat pipes 88 and 89, respectively, which are connected to the heat accumulator 16 of the heat generator 13 independently. The serpentine tube 62 is also equipped with a heat pipe 90, which is autonomously connected to the heat accumulator 16.

Размещенные в общем теплоизолированном корпусе колонны 55 и 56 реактора 6 восстановления могут быть выполнены с двойными стенками, междустеночное пространство которых для стабилизации температурных процессов происходящих в них термохимических циклов может быть заполнено водяным паром за счет из последовательного (или параллельного) подсоединения в цепь, соединяющую внутреннюю полость колонны 55 трубопроводом 68 с конденсатором 11. Внутри цилиндрических полых корпусов колонн 55 и 56 в установленных на пружинных подвесках 91 рамах 92 и 93, связанных кинематически с вибраторами 94 и 95 вертикальных колебаний, установлены две секции 85 и 86 (по одной в каждой колонне) транспортирующего желобообразного лотка, встроенного в общую транспортную систему 17. Спиральный лоток обеих секций 85 и 86 выполнен с двойными стенками, обложенными изнутри пористой металлокерамической обкладкой с выполненными на ее поверхности капиллярными пазами, а образованное стенками междустеночное пространство лотка в нижней части выполнено в виде емкости-теплоприемника, заполненной жидким теплоносителем и имеющей непосредственный тепловой контакт (например, за счет погружения) с теплоносителем 42 теплогенератора, а именно теплового аккумулятора 16, заполненного теплоносителем 42 аккумулирующим веществом с температурой кристаллизации выше, чем температура кипения жидкого теплоносителя каждой секции лотка. Для подбора соответствующих температурных режимов для каждой колонны 55 и 56 жидкий теплоноситель каждой секции 85 и 86 может быть разным, а каждая секция 55 и 56 с помощью раздельных тепловодов 88 и 89 емкостей-теплоприемников подсоединена к тепловому аккумулятору 16. The columns 55 and 56 of the reduction reactor 6 located in the general heat-insulated casing can be made with double walls, the inter-wall space of which can be filled with water vapor to stabilize the temperature processes of the thermochemical cycles occurring in them due to the series (or parallel) connection to the circuit connecting the internal the cavity of the column 55 by a pipe 68 with a condenser 11. Inside the cylindrical hollow body of the columns 55 and 56 in 91 frames 92 and 93 mounted on spring suspensions, kinematically with vertical vibrators 94 and 95, two sections 85 and 86 (one in each column) of a transporting trough-shaped tray integrated in the common transport system 17 are installed. The spiral tray of both sections 85 and 86 is made with double walls lined with porous metal-ceramic inside a lining with capillary grooves made on its surface, and the inter-wall space of the tray in the lower part formed by the walls is made in the form of a heat-receptacle filled with a liquid coolant and having th direct thermal contact (for example by immersion) with the coolant heat source 42, namely, the heat accumulator 16 filled with a coolant 42 from accumulating substance crystallization temperature higher than the boiling temperature of the liquid coolant of each section of the tray. To select the appropriate temperature conditions for each column 55 and 56, the liquid coolant of each section 85 and 86 can be different, and each section 55 and 56 is connected to the heat accumulator 16 using separate heat pipes 88 and 89 of the heat-receiving containers.

В случае выполнения тепловода 90 змеевидной трубки 62 по принципу тепловой трубы последний выполнен в виде полой трубы со стенками, обложенными изнутри также металлокерамической обкладкой с выполненными на ее поверхности капиллярными пазами, внутри которой расположена змеевидная трубка 62. Полая труба в нижней ее части также выполнена в виде емкости-теплоприемника, заполненной жидким теплоносителем и имеющей также непосредственный тепловой контакт с теплоносителем 42 теплового аккумулятора 16. Внутреннее пространство полой трубы также заполнено жидким теплоносителем (который может быть и отличным от теплоносителя секций лотка), температура которого по кипению ниже температуры кристаллизации теплоносителя теплового аккумулятора. Из полой трубы осуществлен герметичный вывод змеевидной трубки 62 для подсоединения ее к реактору 5 окисления и трубопроводу 63. In case of execution of the heat pipe 90 of the serpentine tube 62 on the principle of a heat pipe, the latter is made in the form of a hollow tube with walls also lined with a ceramic-metal lining with capillary grooves made on its surface, inside of which there is a serpentine tube 62. The hollow tube in its lower part is also made in the form of a heat receptacle filled with liquid heat carrier and also having direct thermal contact with the heat carrier 42 of the heat accumulator 16. The interior of the hollow pipe is also The total liquid coolant (which may be different from the coolant tray sections) whose temperature is below the boiling temperature of the crystallization heat accumulator coolant. The serpentine tube 62 was sealed from the hollow pipe to connect it to the oxidation reactor 5 and pipe 63.

Установка работает следующим образом. Installation works as follows.

В нижнюю часть реактора 5 окисления (во внутреннюю полость газового тарельчатого смесителя) подаются исходные компоненты и катализатор. Порошкообразные нитриты натрия (NaNO₂) из бункера 1 с помощью шнека 26 при открытом вентиле-задвижке 40 по трубопроводу 18 транспортной системы 17 подаются в реактор 5 окисления, куда из емкости 2, например, с помощью шнека 27 через вентиль-задвижку 39 по трубопроводу 20 поступает также катализатор иод, а из емкости 3 с помощью насоса 4 по трубопроводам 37, 34 и 36 через вентили 31 и 35 поступает вода. Необходимый температурный режим в газожидкостном реакторе 5 окисления может быть создан при запуске установки за счет подачи воды, нагретой до требуемой температуры, что для случая использования в качестве исходного компонента нитритов натрия составляет 28-50^оС. Для нагрева воды до этой температуры перед подачей ее в реактор 5 включают теплогенератор 13. Для этого подключают обмотки 15 электромагнитного индуктора 14 к генератору токов высокой частоты, вокруг проводника обмотки создается периодически меняющееся магнитное поле с частотой, равной частоте пропускаемого по обмотке 15 тока, которое приводит к индуцированию в тепловом аккумуляторе 16 электрического тока, что приводит к разогреву теплоносителя 42 аккумулирующего вещества, в качестве которого может быть использован, например, гидрид лития или эвтектические смеси фторидов натрия, магния, кальция, лития и т.п.In the lower part of the oxidation reactor 5 (in the internal cavity of the gas plate mixer), the starting components and the catalyst are supplied. Powdered sodium nitrite (NaNO ₂ ) from hopper 1 with a screw 26 with an open gate valve 40 through a pipe 18 of the transport system 17 is fed to the oxidation reactor 5, where from a tank 2, for example, using a screw 27 through a valve gate 39 through a pipe 20 the iodine catalyst also enters, and from the vessel 3, by means of a pump 4, water enters through pipelines 37, 34 and 36 through valves 31 and 35. The required temperature in the gas-liquid oxidation reactor 5 can be created when the installation by supplying water heated to a desired temperature, for the case of using as a starting component is sodium nitrite 28-50 ^C. To heat the water up to that temperature before it is fed a heat generator 13 is included in the reactor 5. For this, the windings 15 of the electromagnetic inductor 14 are connected to a high-frequency current generator, a periodically changing magnetic field is created around the winding conductor with a frequency, p at a constant frequency of the current passed through the winding 15, which leads to the induction of an electric current in the heat accumulator 16, which leads to the heating of the coolant 42 of the storage substance, for example, lithium hydride or eutectic mixtures of sodium, magnesium, calcium, lithium fluorides etc.

Необходимым условием выбора аккумулирующего вещества теплоносителя теплового аккумулятора и вещества теплоносителя, помимо требования соответствия температуры кипения теплоносителя транспортирующего спирального лотка 57 (его тепловодов 88 и 89) требуемым температурам соответствующих термохимических циклов, является также требование, чтобы температура кипения теплоносителей этих тепловодов, как и температура кипения теплоносителя тепловода 90 змеевидной трубки 62, была ниже температуры кристаллизации аккумулирующего вещества теплового аккумулятора 16. In addition to the requirement that the boiling point of the coolant of the transporting spiral tray 57 (its heat sinks 88 and 89) correspond to the required temperatures of the respective thermochemical cycles, a necessary condition for the choice of the storage medium for the heat transfer medium of the heat accumulator and the heat transfer medium is also the requirement that the boiling point of the heat transfer medium of these heat transfer rings, as well as the boiling point the heat carrier of the heat pipe 90 of the serpentine tube 62, was lower than the crystallization temperature of the heat storage material of the battery 16.

В качестве рабочих жидкостей теплоносителей тепловодов спирального лотка (обеих его ветвей) и змеевидной трубки могут быть использованы самые разнообразные вещества: ментол, ацетон, неорганические соли, расплав калия, натрия, лития, свинца и т.п. A variety of substances can be used as working fluids of the heat fluxes of the spiral tray ducts (both of its branches) and the serpentine tube: menthol, acetone, inorganic salts, molten potassium, sodium, lithium, lead, etc.

В процессе нагрева аккумулирующее вещество в тепловом аккумуляторе, аккумулируя тепловую энергию, расплавляется, теплоносители тепловодов спирального лотка 57 и тепловода 90 змеевидной трубки 62, нагреваясь от аккумулирующего вещества теплового аккумулятора, моментально закипают, в виде пара переносят тепло в зоны нагрева реактора 6 восстановления, т.е. к более холодным частям транспортирующего спирального лотка 57 и змеевидной трубки 62. During heating, the accumulating substance in the heat accumulator melts, accumulating heat energy, the heat carriers of the spiral duct heat sinks 57 and the heat pipe 90 of the serpentine tube 62, instantly boil when heated from the heat accumulator heat accumulating material, transfer heat in the form of steam to the heating zones of the reduction reactor 6, t .e. to the colder parts of the conveying spiral tray 57 and the serpentine tube 62.

Прокачивая воду из емкости 3 с помощью насоса 4 по трубопроводу 29 через вентиль 30 и через спиральную трубку 32 системы охлаждения обмотки 15 электромагнитного индуктора 14, можно осуществить нагрев воды до необходимых для реактора 5 значений температур. Нагретая вода из спиральной трубки 32 по трубопроводу 33 через конденсатор 12, трубопроводы 34 и 36 и вентиль 35 подается в реактор 5 окисления и обеспечивает необходимые температурные условия в нем в ходе процесса окисления. Pumping water from the tank 3 using the pump 4 through the pipe 29 through the valve 30 and through the spiral tube 32 of the cooling system of the winding 15 of the electromagnetic inductor 14, it is possible to heat the water to the temperature values necessary for the reactor 5. Heated water from a spiral tube 32 through a pipe 33 through a condenser 12, pipes 34 and 36 and a valve 35 is supplied to the oxidation reactor 5 and provides the necessary temperature conditions therein during the oxidation process.

В реакторе 5 окисления образуются нитрат натрия и иодистый водород. Под действием вибрационных колебаний якоря вибратора 51 (электромагнитного привода) через рычаги 50 приходят в вертикальные колебания с частотой 50-100 Гц несущие поршень 53 и перфорированные тарелки 52 два перфорированных полых штока 47 газового тарельчатого смесителя, жестко связанные с плунжерами 48, которые в свою очередь шарнирно связаны с рычагами 50. Рычаги 50 своими плечами связаны с одной стороны с якорем электромагнитного привода, а с другой стороны с плунжерами 48. При движении поршня 53 вверх газ иодистый водород, образующийся в процессе реакции и собирающийся в верхней части внутренней полости реактора 5 зоне газовой фазы реактора 5, над жидкостью сжимается и через отверстия окна перфорации штоков 47 и внутренние полости штоков 47 поступает в нижнюю часть смесителя зону жидкой фазы реактора 5, проходит через отверстия перфорированных тарелок 52, разбиваясь на множество малых пузырьков, проникает сквозь перемешиваемую массу, одновременно жидкость и газ через зазор между поршнем 53 и корпусом 44 смесителя прорывается из верхней его части в зону пониженного давления под поршень 53. При обратном движении перемешивающего устройства газожидкостная смесь сжимается поршнем 53 и через окна 46 в стенках поршня выбрасывается в газовую полость под верхней крышкой реактора 45, а также выдавливается в зону над поршнем 53 через зазор между поршнем 53 и стенкой корпуса 44 смесителя. Тарелки 52 при возвратно-поступательном движении в силу своей упругости колеблются и распыляют газ на мелкие пузырьки, дополнительно перемешивая химические ингредиенты и ускоряя течение химической реакции в реакторе 5. Газ, жидкость и твердые частицы эффективно перемешиваются по всему объему в смесителе. Количество тарелок на одном штоке и число штоков смесителя может быть увеличено в зависимости от размеров реактора, причем все они могут приводиться в движение от одного вибратора, что значительно сокращает расход электроэнергии на привод перемешивающего устройства реактора. In the oxidation reactor 5, sodium nitrate and hydrogen iodide are formed. Under the influence of vibrational vibrations, the armature of the vibrator 51 (electromagnetic drive) through the levers 50 come into vertical vibrations with a frequency of 50-100 Hz carrying the piston 53 and perforated plates 52 two perforated hollow rod 47 of the gas dish mixer, rigidly connected with the plungers 48, which in turn pivotally connected with levers 50. The levers 50 with their shoulders are connected on one side with the armature of the electromagnetic drive, and on the other hand with plungers 48. When the piston 53 moves upwards, hydrogen iodide gas generated in the process the reaction and the zone of the gas phase of the reactor 5, which is collected in the upper part of the internal cavity of the reactor 5, is compressed over the liquid and the zone of the liquid phase of the reactor 5 enters the lower part of the mixer through the openings of the rod perforation window 47 and passes through the holes of the perforated plates 52, breaking into many small bubbles, penetrates through the mixed mass, at the same time liquid and gas through the gap between the piston 53 and the mixer body 44 breaks from its upper part into the low pressure zone under the piston 53. During the reverse movement of the mixing device, the gas-liquid mixture is compressed by the piston 53 and is discharged through the windows 46 in the piston walls into the gas cavity under the top cover of the reactor 45, and is also squeezed out into the zone above the piston 53 through the gap between the piston 53 and the wall of the mixer body 44. The plates 52 during the reciprocating motion, due to their elasticity, oscillate and spray gas into small bubbles, further mixing the chemical ingredients and accelerating the course of the chemical reaction in the reactor 5. Gas, liquid and solid particles are effectively mixed throughout the volume in the mixer. The number of plates on one rod and the number of mixer rods can be increased depending on the size of the reactor, and all of them can be driven by a single vibrator, which significantly reduces the energy consumption for driving the reactor mixing device.

Иодистый водород из смесителя 43 поступает в змеевидную (спиральную) трубку 62, которая смонтирована внутри трубчатого, например, разъемного трубопровода тепловода 90. Проходя по змеевидной трубке 62 при температуре 450^оС, иодистый водород по реакции 2 разлагается на водород и газообразный иод. Работа тепловода 90, как и тепловодов 88 и 89 спирального лотка 57, основана на принципе работы тепловой трубы, внутренняя полость которой закреплена теплоносителем, температура кипения которого выбрана из условия обеспечения требуемого температурного режима (в данном случае змеевидной трубки), а также должна быть меньше температуры кристаллизации аккумулирующего вещества теплоносителя 42 теплового аккумулятора 16, в непосредственном тепловом контакте с которым находится нижняя часть тепловода 90. Работа этого тепловода, также как и тепловодов 88 и 89 обеих секций спирального лотка 57, основана на четырех физических процессах: испарении жидкости-теплоносителя тепловода, конденсации насыщенного пара, поверхностного натяжения жидкости и смачивании твердых тел.Hydrogen iodide from the mixer 43 enters the serpentine (spiral) tube 62 which is mounted within the pipe, e.g., a releasable heat line pipe 90. Passing through serpentine tube 62 at a temperature of 450 ^{° C,} hydrogen iodide by reacting 2 is decomposed into hydrogen gas and iodine. The operation of the heat pipe 90, as well as the heat pipes 88 and 89 of the spiral tray 57, is based on the principle of operation of the heat pipe, the internal cavity of which is secured by a heat carrier, the boiling point of which is selected from the conditions for ensuring the required temperature regime (in this case, a snake tube), and should also be less the crystallization temperature of the storage material of the coolant 42 of the heat accumulator 16, in direct thermal contact with which is the lower part of the heat sink 90. The operation of this heat sink, as well as the heat s 88 and 89 of both sections of the spiral tray 57, based on four physical processes: evaporation of liquid-coolant heat line, condensation of vapor, liquid surface tension and wetting of solids.

Как только расплавляется рабочее аккумулирующее вещество теплового аккумулятора 16, тепло контактным путем через стенку тепловода 90 (его нижней части, погруженной в теплоноситель 42) передается рабочей жидкости-теплоносителю тепловода 90, которая начинает испаряться. Пар под действием разности давления устремляется к другому (верхнему) концу тепловода 90, отдает свое тепло холодным стенкам размещенной внутри тепловода змеевидной трубки 62, а через нее и идущему по ней из реактора 5 окисления иодистому водороду и возвращается, сконденсировавшись, снова в зону испарения по вертикальным капиллярным пазам на поверхности металлокерамической обкладки внутренних стен тепловода 90. Таким образом, температура поверхности змеевидной трубки 62 устанавливается постоянной и по ней течет тепло, которое расходуется в данном случае на разложение иодистого водорода. Особенность тепловода 90 змеевидной трубки 62 заключается в том, что сама трубка в отличие от тепловодов секций спирального лотка 57 поглощает тепло, на ней конденсируется пар рабочей жидкости-теплоносителя тепловода 90, которая стекает по трубке в зону испарения, помимо этого сконденсированные пары рабочей жидкости возвращаются по капиллярным пазам, выполненным на внутренней стенке тепловода 90. На выходе змеевидной трубки 62 в верхней части первой колонны реактора 6 восстановления получаем водород и газообразный иод, которые по трубопроводу 63 поступают в теплообменник 8. As soon as the working accumulating substance of the heat accumulator 16 is melted, heat is transferred by contact through the wall of the heat sink 90 (its lower part immersed in the coolant 42) to the working fluid-coolant of the heat sink 90, which begins to evaporate. Steam under the influence of the pressure difference rushes to the other (upper) end of the duct 90, gives off its heat to the cold walls of the serpentine tube 62 located inside the duct, and through it and to the iodide hydrogen that goes through it from the oxidation reactor 5 and returns, condensing, again to the evaporation zone through vertical capillary grooves on the surface of the ceramic-metal lining of the inner walls of the heat pipe 90. Thus, the surface temperature of the serpentine tube 62 is fixed and heat that flows this case, the decomposition of hydrogen iodide. A specific feature of the heat pipe 90 of the serpentine tube 62 is that the pipe itself, in contrast to the heat pipes of the sections of the spiral tray 57, absorbs heat, steam of the working fluid-heat-transfer fluid 90 condenses on it, which flows through the pipe into the evaporation zone, in addition, the condensed vapor of the working fluid returns by capillary grooves made on the inner wall of the heat pipe 90. At the output of the serpentine tube 62 in the upper part of the first column of the reduction reactor 6, we obtain hydrogen and gaseous iodine, which are piped 63 enter the heat exchanger 8.

Водород из теплообменника 8 по трубопроводу 64 поступает в холодильник 9 для дальнейшего охлаждения до комнатной температуры и далее через вентиль 65 в резервуар-хранилище 7 для последующей выдачи потребителю через вентиль 66 или непосредственно потребителю, минуя резервуар-хранилище 7, через вентиль 67. Резервуар-хранилище 7, работа которого основана на принципе вакуумного поглощения водорода коллоидным палладием при комнатной температуре, отдает полностью поглощенный водород при температуре 100^оС. Для этого на момент выдачи водорода из хранилища в междустеночное пространство резервуара-хранилища 7 из первой вертикальной колонны 55 реактора 6 восстановления подают по трубопроводу 75 через холодильник 74 для снижения температуры до 100^оС и через вентиль 76 водяной пар, образовавшийся в колонне 55 реактора 6 восстановления в процессе выпаривания из водного пара нитратов натрия воды на нагретом желобообразном спиральном лотке 57 (на перовой его секции, расположенной в колонне 55), с последующим его выводом из резервуара-хранилища 7 трубопроводом 78 через вентиль 77 в конденсатор 11 и подачей из конденсатора 11 воды конденсата трубопроводом 70 и трубопроводом 36 через вентиль 71 в реактор 5 окисления.Hydrogen from the heat exchanger 8 through the pipeline 64 enters the refrigerator 9 for further cooling to room temperature and then through the valve 65 to the storage tank 7 for subsequent delivery to the consumer through the valve 66 or directly to the consumer, bypassing the storage tank 7, through the valve 67. storage 7, which is based on the principle of vacuum colloidal palladium hydrogen absorption at room temperature, gives completely absorbed hydrogen at a temperature of ^about 100 C. for this purpose, at the time of issuance of hydrogen hr nilischa in mezhdustenochnoe space of the storage reservoir 7 of the first vertical column 55 of the reactor 6 Recovery fed via line 75 through cooler 74 to lower the temperature ^to 100 ° C and through the valve 76 the water vapor formed in the column 55 of the reactor 6 recovery during evaporation of water vapor nitrates of water on a heated spiral channel tray 57 (on the first section located in column 55), with its subsequent withdrawal from storage tank 7 by pipeline 78 through valve 77 to capacitor 11 and achey water from the condenser 11 the condensate conduit 70 and the conduit 36 through the valve 71 into the oxidation reactor 5.

Газообразный иод в теплообменнике 8, охлаждаясь, конденсируется и при температуре немного выше 115^оС стекает через вентиль 41 и трубопровод 19 в трубопровод 20, откуда шнеком 27 подается в реактор 5 окисления для повторного использования.The gaseous iodine in the heat exchanger 8, cooled, and condensed at a temperature slightly above 115 ^{° C} flows through the valve 41 and conduit 19 into conduit 20 where the screw 27 is fed into the oxidation reactor 5 for reuse.

Из внутренней полости тарельчатого газового смесителя 43 реактора 5 насосом 21 раствор нитратов натрия в воде по трубопроводам 22 и 23 подается в теплообменник 8, где охлаждает водород Н₂ и охлаждает, конденсируя, газообразный иод, переводит его в жидкое состояние при температуре порядка 115-120^оС, а сам по трубопроводу 24 поступает на желобообразный спиральный лоток первой секции спиральной транспортной системы в вертикальную колонну 55 реактора 6 восстановления. Температура поверхности желобообразного лотка 57 в колонне 55 ниже реакции разложения нитрата натрия и соответствует 120^оС. Это позоляет в первой вертикальной колонне 55 реактора 6 на спиральном лотке 57 при транспортировке по нему сверху вниз легко выпарить из раствора воду за счет соприкосновения раствора с горячей поверхностью желобообразного спирального лотка. Водяной пар отводится через верхний патрубок колонны 55 в ее крышке и отводится трубопроводом 68 через вентиль 69 в конденсатор 11, а из него сконденсированный пар вода подаются трубопроводом 70 через вентиль 71 в трубопровод 36 и далее в реактор 5 окисления. Кроме того, часть водяного пара трубопроводом 75 отводится через холодильник 74 для подогрева резервуара-хранилища 7, после чего также сбрасывается в конденсатор 11.From the inner cavity of the gas dish mixer 43 of the reactor 5 by pump 21, a solution of sodium nitrates in water is supplied through pipelines 22 and 23 to a heat exchanger 8, where it cools hydrogen Н ₂ and cools gaseous iodine, converts it into a liquid state at a temperature of the order of 115-120 ^about C, and he passes through the pipe 24 to the gutter-shaped spiral tray of the first section of the spiral transport system in the vertical column 55 of the reactor 6 recovery. The surface temperature trough of the tray 57 in the column 55 below the decomposition reaction of sodium nitrite and corresponds to 120 ^C. This enables singles in a first vertical column 55 of the reactor 6 on a spiral tray 57 during transport through it downwards easily evaporate water from the solution due to the contact of the solution with the hot surface gutter-shaped spiral tray. Water vapor is discharged through the upper nozzle of column 55 in its cap and is discharged by line 68 through valve 69 to condenser 11, and condensed water is supplied from it through line 70 through valve 71 to line 36 and then to oxidation reactor 5. In addition, part of the water vapor by the pipe 75 is discharged through the refrigerator 74 to heat the storage tank 7, after which it is also discharged into the condenser 11.

Порошкообразный нитрат натрия продвигается по спиральному лотку 57 вниз и попадает в шнек 87, соединяющий обе секции желобообразного лотка 57 в обеих вертикальных колоннах 55 и 56 реактора 6 и служащий также затвором, предотвращающим прорыв водяного пара из колонны 55 в колонну 56 и, наоборот, прорыв кислорода из колонны 56 в колонну 55. Из шнека 87 сухой порошкообразный нитрат натрия поступает к второй секции желобообразного спирального лотка колонны 56, температура поверхности которого равна температуре разложения нитрата натрия до нитрита натрия, т.е. до температуры порядка 380^оС.Powdered sodium nitrate moves down the spiral tray 57 and enters the auger 87, connecting both sections of the trough tray 57 in both vertical columns 55 and 56 of reactor 6 and also serves as a shutter preventing water vapor from breaking out of column 55 into column 56 and, conversely, breaking through oxygen from column 56 to column 55. From auger 87, dry powdered sodium nitrate enters the second section of the trough-shaped spiral tray of column 56, the surface temperature of which is equal to the decomposition temperature of sodium nitrate to sodium nitrite , i.e. to a temperature of 380 ° ^C.

В результате при движении порошкообразного нитрата натрия вниз по второй секции лотка 57 он разлагается на нитрит натрия и при этом выделяется половина моля кислорода, который через выходной патрубок в верхней крышке колонны 56 реактора 6 восстановления по трубопроводу 83 через вентили 84 подается в адсорберы 10 и из них к потребителю. Селикогелиевые адсорберы 10 осуществляют сушку кислорода и работают в периодическом цикле, когда один работает, а другой находится на регенерации. Переключение адсорберов 10 автоматизировано и управление осуществляется вентилями 84, например электромагнитными (схема управления работой адсорберов и всей установкой не приводится). Порошкообразный нитрит натрия стекает по лотку 57 в шнек 28 и из него, охлажденный водой, стекает по трубопроводу 25 в реакционную часть смесителя 43. Шнек 28 служит одновременно затвором для предотвращения прорыва кислорода в смеситель 43 из колонны 56. As a result, when the powdered sodium nitrate moves down the second section of the tray 57, it decomposes into sodium nitrite and, at the same time, half a mole of oxygen is released, which is fed through the valves 83 through the outlet pipe 84 through the valves 83 to the adsorbers 10 and from them to the consumer. Selicogelic adsorbers 10 carry out drying of oxygen and work in a periodic cycle when one is working and the other is being regenerated. Switching of the adsorbers 10 is automated and the control is carried out by valves 84, for example electromagnetic (the control circuit of the operation of the adsorbers and the entire installation is not given). Powdered sodium nitrite flows down the tray 57 into the screw 28 and from it, cooled by water, flows down the pipe 25 into the reaction part of the mixer 43. The screw 28 serves as a shutter to prevent oxygen from breaking into the mixer 43 from the column 56.

Для устранения зависания порошкообразного нитрата и нитрита натрия на желобообразных секциях лотка 57 в колоннах 55 и 56 обе секции лотка в каждой колонне закреплены на установленных на пружинных подвесках 91 рамах 92 и 93, кинематически связанных с вибраторами 94 и 95 вертикальных колебаний с частотой порядка 50 Гц и амплитудой до 2 мм. To eliminate the sticking of powdered sodium nitrate and nitrite on the gutter-shaped sections of the tray 57 in columns 55 and 56, both sections of the tray in each column are mounted on 91 frames 92 and 93 mounted on spring suspensions kinematically connected with vertical vibrators 94 and 95 with a frequency of the order of 50 Hz and amplitude up to 2 mm.

Как сказано выше, в средней части водородного реактора между реактором 5 и реактором 6 смонтирован общий тепловой аккумулятор 16 теплогенератора 13, осуществляющего поддержание соответствующих температурных режимов в колоннах 55 и 56 реактора 6 как за счет тепловодов 88 и 89 обеих секций спирального лотка 57, работающих по принципу тепловой трубы, так и за счет тепловода 90 змеевидной трубки 62. Автономное поддержание теплового режима в каждом тепловоде 88, 89 и 90 позволяет более гибко управлять этими режимами как в обеих секциях спирального лотка 57, так и в змеевидной трубке 62. As mentioned above, in the middle part of the hydrogen reactor between the reactor 5 and reactor 6, a common heat accumulator 16 of the heat generator 13 is mounted, which maintains the appropriate temperature conditions in the columns 55 and 56 of the reactor 6 both due to the heat pipes 88 and 89 of both sections of the spiral tray 57, operating the principle of the heat pipe, and due to the heat pipe 90 of the serpentine tube 62. Autonomous maintenance of the thermal mode in each heat pipe 88, 89 and 90 allows more flexible control of these modes in both sections of the spiral tray 57, ike in the serpentine tube 62.

Охлаждение шнека 28 водой осуществляется благодаря помещению его в водяную рубашку 58, питание которой водой осуществляется за ее подачи из емкости 3 насосом 4 по трубопроводу 29 через вентиль 30 и ее вывода трубопроводом 33 через трубопровод 80 в конденсатор 12 и далее в емкость 3 через вентиль 38 и трубопровод 34. The screw 28 is cooled by water by placing it in a water jacket 58, which is supplied with water by supplying it from the tank 3 with the pump 4 through the pipe 29 through the valve 30 and its output by the pipe 33 through the pipe 80 to the condenser 12 and then to the tank 3 through the valve 38 and pipeline 34.

Одновременно насос 4 по трубопроводам 37 и 73 через вентили 31 и 72 подает воду на орошение воздушных конденсаторов 12 и 11, которая собирается в нижней части конденсаторов и затем из них стекает самотеком по трубопроводам 34 и 70 через вентили 38 и 35, 71 в емкость 3. At the same time, pump 4 through pipelines 37 and 73 through valves 31 and 72 delivers water for irrigation of air condensers 12 and 11, which collects in the lower part of the capacitors and then flows by gravity through pipelines 34 and 70 through valves 38 and 35, 71 to tank 3 .

Для питания холодильников 9 и 74 насос 4 по трубопроводам 29, 79 и 81 через вентили соответственно 96 и 97 подает в них воду, которая затем по трубопроводам 80 и 82 сбрасывается в конденсатор 12. To power the refrigerators 9 and 74, pump 4 through pipelines 29, 79 and 81 through valves 96 and 97 respectively supplies water to them, which is then discharged through pipelines 80 and 82 to condenser 12.

В предлагаемой установке благодаря реализации на практике иодного цикла при термохимическом разложении воды для выработки водорода с одновременным получением кислорода и конструктивным усовершенствованием как реактора окисления, так и реактора восстановления, снабженного змеевидной трубкой с тепловодом, проходящей через обе колонны реактора, и автономным питанием тепловодов обеих секций транспортного лотка реактора и змеевидной трубки, исключены потери исходных компонентов за счет их повторного использования (расходная часть процесса только вода), значительно снижена энергоемкость процесса за счет перехода на наиболее низкие температурные режимы (с температуры в 1000^оС на температуру в 380-450^оС), расширены функциональные возможности установки благодаря дополнительному производству кислорода, при обеспечении полностью замкнутого цикла термохимического разложения воды значительно упрощена технологическая схема процесса.In the proposed installation, due to the practical implementation of the iodine cycle during thermochemical decomposition of water to produce hydrogen with the simultaneous production of oxygen and a constructive improvement of both the oxidation reactor and the reduction reactor, equipped with a serpentine tube with a heat pipe passing through both columns of the reactor and autonomous power supply of heat pipes of both sections the transport tray of the reactor and the serpentine tube, the losses of the initial components due to their reuse are excluded (consumable part ECCA water only), the process is significantly reduced energy consumption by switching to the lowest temperature modes (with a temperature of 1000 ^C for the temperature in the 380-450 ° ^C), extended functional capabilities by installing additional oxygen production, while ensuring full closed loop thermochemical decomposition water greatly simplified process flow diagram.

Кроме того, предлагаемая установка обеспечивает повышение производительности процесса получения водорода за счет создания оптимальных температурных режимов в реакторах автономным подключением к теплогенератору тепловодов обеих секций лотка и змеевидной трубки. In addition, the proposed installation provides an increase in the productivity of the hydrogen production process by creating optimal temperature conditions in the reactors by independently connecting to the heat generator both duct sections of the tray and the serpentine tube.

Использование предлагаемой установки для получения водорода и кислорода из воды обеспечивает также следующие преимущества:
возможность получения водорода в три раза дешевле используемого в настоящее время электролитического способа получения водорода, причем получение кислорода в эту экономическую оценку не входит;
производство водорода и кислорода в предлагаемой установке можно менять в широких диапазонах: от нескольких м³ до пяти миллионов м³ в сутки в зависимости от количества химических ингредиентов и подачи воды.Using the proposed installation for the production of hydrogen and oxygen from water also provides the following advantages:
the possibility of producing hydrogen is three times cheaper than the currently used electrolytic method for producing hydrogen, and the production of oxygen is not included in this economic assessment;
the production of hydrogen and oxygen in the proposed installation can be changed in wide ranges: from several m ³ to five million m ³ per day, depending on the amount of chemical ingredients and water supply.

Claims

1. PLANT FOR PRODUCING HYDROGEN BY THERMOCHEMICAL DECOMPOSITION OF WATER, containing a hopper with a starting component installed in accordance with the process flow diagram, a water tank, a hydrogen storage tank, a heat generator to provide appropriate temperature conditions for thermochemical cycles, and an oxidation reactor and reduction reactor connected to the heat generator by heat generators interconnected by a system of transportation of the starting components, intermediate products of thermochemical cycles and the finished product hydrogen product with shut-off and control valves, characterized in that it is equipped with a catalyst container and a storage tank, while the reduction reactor is installed above the oxidation reactor and is made of two vertical columns installed with a displacement in a vertical plane, united by a common descending spiral branch a transport system for solid intermediate products of thermochemical cycles, the input of which is connected through an additionally installed heat exchanger via a pressure hydraulic they were connected with the oxidation reactor, and the outlet was located directly in the oxidation reactor, and a serpentine tube connected inside the transport system and connected to the heat generator by the heat pipe connected the gas phase zone of the oxidation reactor by means of transport lines with a tank for storing the finished hydrogen product or directly with the consumer and through a heat exchanger with the catalyst feed-return line to the oxidation reactor, the internal cavity of the first vertical column of the reduction reactor is connected through a condenser to a water tank, and the inner cavity of the second through additionally introduced adsorbers is connected to an oxygen storage tank or directly to a consumer, the oxidation reactor is connected to a storage bin for the initial component and a catalyst tank.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the oxidation reactor is made of a gas-liquid type with a mixing device in the form of rods mounted on a kinematically connected with a vibrator and performing under its action reciprocating rods placed in the liquid phase zone of the piston reactor and a set of perforated plates in which the rods are hollow and connected by their internal cavities through windows in the walls of the rods with zones of the gas and liquid phases of the reactor.

3. Installation according to claim 1, characterized in that the spiral branch of the transport system is made of two sections, each located in its own column of the reactor and connected to each other by means of a screw shutter, while the heat pipes of each section of the transport system and the heat pipe loop are connected to the heat generator offline.

4. The installation according to claim 3, characterized in that the heat pipes of the transport system are made in the form of heat pipes and are filled with a liquid coolant having a boiling point different for each section, but lower than the crystallization temperature of the coolant of the storage medium of the heat source of the heat generator, and the heat pipe of the serpentine is made in in the form of a hollow tube with internal walls of a porous cermet with a capillary grooves on its surface and placed inside a serpentine tube, the lower end of the floor the second tube is made in the form of a heat sink capacity connected to the internal cavity of a hollow tube filled with a liquid heat carrier.

5. Installation according to claim 1, characterized in that the hydrogen storage tank is made in the form of a tank filled with a material of a vacuum chemical hydrogen absorber and having double walls, the internal working cavity of the storage tank is connected to the outlet of the serpentine tube through a heat exchanger and additionally integrated into the installation a refrigerator, and the space between the walls of the container through the valves is connected respectively to the supply line from the first column of the water vapor recovery reactor and to its discharge line Erez additionally built into the unit capacitor in the water tank.

6. Installation according to claim 1, characterized in that at the outlet of the spiral branch of the transport system from the second column of the recovery reactor, a screw shutter is installed with a cooling water jacket, connected on one side to the pressure line, water supplying the oxidation reactor, and on the other to the discharge line water into the water tank through an optional built-in condenser.