RU2069164C1 - Method of hydrogen production - Google Patents

Method of hydrogen production Download PDF

Info

Publication number
RU2069164C1
RU2069164C1 SU914950075A SU4950075A RU2069164C1 RU 2069164 C1 RU2069164 C1 RU 2069164C1 SU 914950075 A SU914950075 A SU 914950075A SU 4950075 A SU4950075 A SU 4950075A RU 2069164 C1 RU2069164 C1 RU 2069164C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
hydride
mixture
hydrides
intermetallic compounds
Prior art date
Application number
SU914950075A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Николаевич Подгорный
Виктор Васильевич Соловей
Валентина Ивановна Кривцова
Original Assignee
Институт проблем машиностроения АН Украины
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем машиностроения АН Украины filed Critical Институт проблем машиностроения АН Украины
Priority to SU914950075A priority Critical patent/RU2069164C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2069164C1 publication Critical patent/RU2069164C1/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

FIELD: methods of hydrogen production and storing with usage of hydride-forming sorbents, method is used in autonomous sources of hydrogen production. SUBSTANCE: hydrogen-bearing composition is formed from mixture of taken in stoichiometric ratio of hydrides powders with metals or hydrates, metal components of which are capable to form intermetallic compounds and locally ignite them. EFFECT: improved process. 2 cl

Description

Изобретение относится к ракетно-космической и авиационной технике, в частности к способам хранения и получения водорода с применением гидридообразующих сорбентов, и может быть использовано в качестве автономного источника водорода как в полевых условиях, так и на борту летательного аппарата. The invention relates to space rocket and aviation technology, in particular to methods for storing and producing hydrogen using hydride-forming sorbents, and can be used as a stand-alone source of hydrogen both in the field and on board the aircraft.

Известен способ получения водорода, реализованный в генераторе водорода, включающем камеру, заполненную металлогидридом, для обеспечения работы которого необходим подвод тепла стимулирующего десорбцию водорода [1]
Недостатком данного способа является то, что для получения водорода к гидриду необходимо подводить в единицу времени достаточно большие тепловые потоки, что с учетом теплопроводности гидрида и ограниченной возможности электронагревательных приборов довольно затруднительно.
A known method of producing hydrogen, implemented in a hydrogen generator, including a chamber filled with metal hydride, to ensure the operation of which requires the supply of heat stimulating the desorption of hydrogen [1]
The disadvantage of this method is that to obtain hydrogen to the hydride, it is necessary to supply sufficiently large heat fluxes per unit time, which, taking into account the thermal conductivity of the hydride and the limited possibility of electric heaters, is rather difficult.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ получения водорода [2] заключающийся в эндотермическом разложении матрицы гидрида металла, размещенной в реакционном сосуде. Гидридная матрица имеет форму, соответствующую конфигурации внутренней оболочки сосуда, и такие размеры, что она заполняет большую часть внутреннего объема сосуда. Матрица имеет большое число равномерно распределенных перфорационных отверстий, в каждом из которых расположен химический источник теплоты для разложения гидрида. Каждый химический источник теплоты содержит инициатор, а на наружной поверхности сосуда имеется средство для приведения в действие указанного инициатора. The closest in technical essence and the achieved result is a method for producing hydrogen [2] which consists in endothermic decomposition of a metal hydride matrix placed in a reaction vessel. The hydride matrix has a shape corresponding to the configuration of the inner shell of the vessel, and such dimensions that it fills most of the internal volume of the vessel. The matrix has a large number of evenly distributed perforations, in each of which there is a chemical heat source for the decomposition of hydride. Each chemical heat source contains an initiator, and on the outer surface of the vessel there is a means for actuating the specified initiator.

В известном способе для выделения водорода из гидридной матрицы необходимо также подводить тепло, достаточное для разложения гидрида. Как правило, упоминаемый химический источник теплоты, по массе почти равен массе гидридной матрицы. Так, например, для получения водорода путем выделения его из NaBН4 (наиболее водородоемкого используемого гидрида), 1 кг которого содержит 0,1182 кг Н2, термитного состава (BaO2 + Al) необходимо брать столько же, сколько и NaBH4. Таким образом, для получения 0,1182 кг Н2 необходимо 2 кг смеси гидрида и термитного состава, используемого в качестве химического источника теплоты. При получении водорода путем разложения таких гидридов, как LiH, NaH, ТiH2 также необходимо иметь высокие температуры, при которых эти гидриды разлагаются, соответственно 1138 К, 703 К, 1193 К. Это при использовании химических источников теплоты также приводит к большим энергозатратам, а соответственно, и к большим массогабаритным характеристикам. Кроме того, в связи с низкой теплопроводностью гидридов время достижения заданных температур достаточно велико.In the known method for the evolution of hydrogen from the hydride matrix, it is also necessary to supply heat sufficient to decompose the hydride. As a rule, the chemical heat source mentioned is almost equal in mass to the mass of the hydride matrix. So, for example, to obtain hydrogen by separating it from NaBH 4 (the most hydrogen-intensive hydride used), 1 kg of which contains 0.1182 kg of H 2 , the termite composition (BaO 2 + Al) must be taken as much as NaBH 4 . Thus, to obtain 0.1182 kg of H 2 , 2 kg of a mixture of hydride and thermite composition used as a chemical source of heat is required. When producing hydrogen by decomposition of hydrides such as LiH, NaH, TiH 2, it is also necessary to have high temperatures at which these hydrides decompose, respectively, 1138 K, 703 K, 1193 K. This when using chemical heat sources also leads to high energy consumption, and accordingly, and to large weight and size characteristics. In addition, due to the low thermal conductivity of hydrides, the time to reach the set temperatures is quite long.

Задачей изобретения является снижение энергозатрат и уменьшение длительности процесса получения водорода. The objective of the invention is to reduce energy consumption and reduce the duration of the process for producing hydrogen.

Поставленная задача достигается тем, что в соответствии со способом получения водорода путем подвода тепла к водородсодержащему составу на основе гидридов металлов или интерметаллидов, согласно изобретению, в бескислородную среду помещают образец, сформированный из смеси порошков гидридов с металлами или гидридами, взятых в стехиометрическом соотношении, металлические компоненты которых способны образовывать интерметаллические соединения и локально его воспламеняют. Сформированный образец предварительно нагревают до температуры 323-773 К. The problem is achieved in that in accordance with the method of producing hydrogen by supplying heat to a hydrogen-containing composition based on metal hydrides or intermetallic compounds, according to the invention, a sample formed from a mixture of hydride powders with metals or hydrides taken in a stoichiometric ratio is placed in an oxygen-free medium whose components are capable of forming intermetallic compounds and locally ignite it. The formed sample is preheated to a temperature of 323-773 K.

Процесс получения водорода из указанной смеси основан на использовании внутренней химической энергии исходных реагентов, образующих интерметаллические соединения, что является наивыгоднейшей организацией процесса выделения водорода из гидридов с тепловой точки зрения. The process of producing hydrogen from this mixture is based on the use of internal chemical energy of the starting reagents forming intermetallic compounds, which is the most advantageous organization of the process of hydrogen evolution from hydrides from a thermal point of view.

Часть признаков, отличающих данное техническое решение от известного, не являются новыми, однако совокупность всех отличительных признаков по сравнению с прототипом и аналогами позволяет получить качественно новый способ получения водорода, позволяющий существенно снизить энергозатраты при проведении процесса и ускорить процесс получения водорода. Это позволяет сделать вывод, что техническое решение обладает новизной и отличиями. Some of the features that distinguish this technical solution from the known one are not new, however, the combination of all the distinguishing features in comparison with the prototype and analogues makes it possible to obtain a qualitatively new method for producing hydrogen, which can significantly reduce energy consumption during the process and accelerate the process for producing hydrogen. This allows us to conclude that the technical solution has novelty and differences.

Сущность способа заключается в следующем. The essence of the method is as follows.

Водородсодержащий состав формируют по меньшей мере из гидрида металла и металла или из двух различных гидридов, металлы которых имеют значительное химическое средство, обладают однотипной кристаллической решеткой и близкими по величине атомными радиусами и способны образовывать между собой химические соединения интерметаллиды. При этом выделяется значительное количество тепла, особенно в реакции с образованием интерметаллидов с присутствием ковалентной или ионной составляющей. Этого тепла вполне достаточно, чтобы выделить водород из гидридов. The hydrogen-containing composition is formed from at least a metal and metal hydride or from two different hydrides, the metals of which have a significant chemical agent, have the same crystal lattice and close atomic radii, and are able to form intermetallic chemical compounds between themselves. A significant amount of heat is released, especially in the reaction with the formation of intermetallic compounds with the presence of a covalent or ionic component. This heat is enough to liberate hydrogen from hydrides.

Процесс получения водорода предлагаемым способом можно представить следующим образом:
MemHx+MenHy__→ MemMen+Hx+y
Реакции синтеза интерметаллических соединений MemMen носят название высокотемпературного самораспространяющегося синтеза (СВС) и могут проходить как в режиме теплового взрыва, так и в режиме послойного горения.
The process of producing hydrogen by the proposed method can be represented as follows:
Me m H x + Me n H y __ → Me m Me n + H x + y
The synthesis of intermetallic compounds Me m Me n are called high-temperature self-propagating synthesis (SHS) and can take place both in the thermal explosion mode and in the layer-by-layer combustion mode.

Режим теплового взрыва характеризуется протеканием реакции во всем объеме реакционной системы, в режиме горения химическая реакция после ее локального инициирования самопроизвольно перемещается по веществу в виде узкой зоны. Для протекания самораспространяющейся реакции как в режиме теплового взрыва, так и в режиме горения существуют критические условия: высокая экзотермичность скорости реакции от температуры. The thermal explosion mode is characterized by the course of the reaction in the entire volume of the reaction system; in the combustion mode, the chemical reaction after its local initiation spontaneously moves through the substance in the form of a narrow zone. For the self-propagating reaction to occur both in the thermal explosion mode and in the combustion mode, there are critical conditions: the high exotherm of the reaction rate from temperature.

Таким образом, из гидридов, металлы которых могут образовывать интерметаллиды методом СВС, можно выделить водород с минимальными затратами энергии. Thus, from hydrides, the metals of which can form intermetallic compounds by the SHS method, hydrogen can be separated out with minimal energy consumption.

Осуществление предлагаемого способа получения водорода можно продемонстрировать на следующих примерах. The implementation of the proposed method for producing hydrogen can be demonstrated by the following examples.

1. Берут смесь порошков гидрида Тi, H2 и Al с дисперсностью от (50-100)10-6 и в стехиометрическом соотношении по уравнению:
TiH2+Al __→ TiAl+H2
Из полученной смеси прессуют таблетку пористостью ≈ 40% диаметром (15-20)10-3 м и длиной (20-30) 10-3 м. Поместив таблетку в герметичный реактор, создают в нем с помощью насоса вакуум 1,3•10-6 МПа. Затем, после предварительного нагрева смеси до температуры 573 К с помощью вольфрамовой нити, запрессованной в один из торцов таблетки, осуществляют поджиг смеси. После локального инициирования экзотермической реакции образования интерметаллического соединения ТiAl, фронт ее самопроизвольно перемещается по спрессованной таблетке. При этом выделяется значительное количество водорода. Так, в случае образования интерметаллического соединения ТiAl, 1 кг смеси выделит 0,0256 кг водорода. В случае образования ТiAl3 по реакции:
TiH2+3Al __→ TiAl3+H2
кг смеси выделит 0,0149 кг Н2. В случае использования 1 кг смеси гидридов ТiH2 и AlH3 при образовании интерметаллического соединения ТiAl по уравнению:
2TiH2+2AlH3 __→ 2TiAl+5H2
выделится 0,063 кг водорода.
1. Take a mixture of powders of hydride Ti, H 2 and Al with a dispersion of (50-100) 10 -6 and in a stoichiometric ratio according to the equation:
TiH 2 + Al __ → TiAl + H 2
From the mixture obtained, a tablet is pressed into a porosity of ≈40% with a diameter of (15-20) 10 -3 m and a length of (20-30) 10 -3 m. Having placed the tablet in a sealed reactor, a vacuum of 1.3 • 10 - is created in it using a pump . 6 MPa. Then, after pre-heating the mixture to a temperature of 573 K using a tungsten filament, pressed into one of the ends of the tablets, the mixture is ignited. After local initiation of the exothermic reaction of the formation of the TiAl intermetallic compound, its front spontaneously moves along the compressed tablet. A significant amount of hydrogen is released. So, in the case of the formation of the TiAl intermetallic compound, 1 kg of the mixture will release 0.0256 kg of hydrogen. In the case of the formation of TiAl 3 by reaction:
TiH 2 + 3Al __ → TiAl 3 + H 2
kg of the mixture will give 0.0149 kg of H 2 . In the case of using 1 kg of a mixture of hydrides TiH 2 and AlH 3 during the formation of the intermetallic compound TiAl according to the equation:
2TiH 2 + 2AlH 3 __ → 2TiAl + 5H 2
0.063 kg of hydrogen will be released.

При образовании интерметаллического соединения ТiAl3 по уравнению:
TiH2+3AlH3 __→ TiAl3+5,5H2
из 1 кг смеси выделится 0,069 кг Н2.
In the formation of the intermetallic compound TiAl 3 according to the equation:
TiH 2 + 3AlH 3 __ → TiAl 3 + 5.5H 2
0.069 kg of H 2 will be released from 1 kg of the mixture.

Для сравнения необходимо отметить, что температура термического разложения TiH2 в соответствии со способом-прототипом составляет 1073-1273 К.For comparison, it should be noted that the temperature of thermal decomposition of TiH 2 in accordance with the prototype method is 1073-1273 K.

2. В случае использования смеси LiH и AlH3 поджиг смеси осуществляют без предварительного нагрева. При образовании интерметаллического соединения LiAl, по уравнению
LiH+AlH3_→ LiAl+2H2
1 кг смеси выделит 0,1055 кг водорода.
2. In the case of using a mixture of LiH and AlH 3, the mixture is ignited without preliminary heating. In the formation of intermetallic compounds LiAl, according to the equation
LiH + AlH 3 _ → LiAl + 2H 2
1 kg of the mixture will give off 0.1055 kg of hydrogen.

При выделении водорода из LiH путем его термического разложения (Тразл. 1138 К) с помощью термитного состава, количество полученного водорода составит ≈ 0,052 кг.When hydrogen is released from LiH by thermal decomposition (T decomp. 1138 K) using a thermite composition, the amount of hydrogen produced will be ≈ 0.052 kg.

При получении водорода путем разложения NaBH4разл. 600 К) с помощью термитного состава, например смеси BaO + Al который берется в соотношении с гидридом 1:1, имеет 1 кг смеси гидрида NaBH4 и термитного состава, в которой NaBH4 cодержится 50% выделит 0,0591 кг водорода.When producing hydrogen by decomposing NaBH 4 (T decomp. 600 K) using a thermite composition, for example, a BaO + Al mixture which is taken in a ratio of 1: 1 hydride, has 1 kg of a mixture of NaBH 4 hydride and a thermite composition in which NaBH 4 is contained 50% will release 0.0591 kg of hydrogen.

Cледует отметить, что при получении 10 л водорода при давлении 150 атм, используя разложение обратимых металлогидридов в стандартных конструкциях с нагревом до заданных температур через стенку, длительность процесса составляет 180 250 c. It should be noted that upon receipt of 10 l of hydrogen at a pressure of 150 atm, using the decomposition of reversible metal hydrides in standard designs with heating to specified temperatures through the wall, the process duration is 180 250 s.

При использовании предлагаемого способа для получения того же количества водорода при том же давлении длительность процесса получения водорода, в соответствии со скоростью реакции образования интерметаллических соединений, составляет 3 8 c. When using the proposed method for producing the same amount of hydrogen at the same pressure, the duration of the process for producing hydrogen, in accordance with the reaction rate of formation of intermetallic compounds, is 3 8 s.

Предлагаемый в заявляемом способе диапазон температур предварительного нагрева различных смесей соответствует температурному интервалу образования интерметаллических соединений для металлических компонентов, входящих в конкретную смесь. Proposed in the inventive method, the temperature range of the preheating of various mixtures corresponds to the temperature interval for the formation of intermetallic compounds for metal components included in a particular mixture.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать водород путем выделения его из металлогидридов посредством использования внутренней химической энергии, выделяемой при образовании интерметаллических соединений в режиме самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, значительно снизив энергозатраты и уменьшив длительность процесса. Thus, the proposed method allows to obtain hydrogen by separating it from metal hydrides through the use of internal chemical energy released during the formation of intermetallic compounds in the mode of self-propagating high-temperature synthesis, significantly reducing energy consumption and reducing the duration of the process.

Как показали проведенные расчеты и полученные экспериментальные данные, это значительно улучшает эксплуатационные параметры процесса по сравнению с термическим разложением гидридов металлов. As shown by the calculations and the obtained experimental data, this significantly improves the operational parameters of the process compared with the thermal decomposition of metal hydrides.

Claims (2)

1. Способ получения водорода путем разложения состава, содержащего гидрид, при нагреве через инициатор, отличающийся тем, что в бескислородную среду помещают образец, сформированный из смеси взятых в стехиометрическом соотношении порошков гидридов с металлами или гидридами, металлические компоненты которых способны образовывать интерметаллические соединения по реакции самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, и для ее проведения в качестве инициатора используют нить накала, подведенную к образцу. 1. A method of producing hydrogen by decomposing a hydride-containing composition by heating through an initiator, characterized in that a sample is formed in an oxygen-free medium formed from a mixture of hydride powders with metals or hydrides taken in a stoichiometric ratio, the metal components of which can form intermetallic compounds by reaction self-propagating high-temperature synthesis, and for its implementation as an initiator use a filament brought up to the sample. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сформированный образец предварительно нагревают до 323-773К. 2. The method according to claim 1, characterized in that the formed sample is preheated to 323-773K.
SU914950075A 1991-06-26 1991-06-26 Method of hydrogen production RU2069164C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914950075A RU2069164C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Method of hydrogen production

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU914950075A RU2069164C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Method of hydrogen production

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2069164C1 true RU2069164C1 (en) 1996-11-20

Family

ID=21581685

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU914950075A RU2069164C1 (en) 1991-06-26 1991-06-26 Method of hydrogen production

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2069164C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444472C2 (en) * 2005-06-13 2012-03-10 Сосьете Бик Fuel for hydrogen-generating cartridges

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Кобзенко Г.Ф., Кобзенко И.С., Сенкевич А.И. и др. Автономный источник водорода. Приборы и техника эксперимента. - 1984, N 2, с.217 и 218. 2. Заявка ФРГ 3533477, кл. C 01 B 3/04, 1985. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2444472C2 (en) * 2005-06-13 2012-03-10 Сосьете Бик Fuel for hydrogen-generating cartridges

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4976637B2 (en) Portable hydrogen source
US3985866A (en) Method of producing high-pressure hydrogen containing gas for use as a power source
US5702491A (en) Portable hydrogen generator
JP2000515107A (en) How to cause hydrogen desorption from metal hydrides
Eisenreich et al. On the kinetics of AlH3 decomposition and the subsequent Al oxidation
Barzykin Initiation of SHS processes
KR20100017342A (en) Hydrogen-catalyst reactor
McCauley An historical and technical perspective on SHS
JPH0995704A (en) Active metal powder
US3948699A (en) Hydrogen gas generators for use in chemical lasers
RU2069164C1 (en) Method of hydrogen production
Cordova et al. Infiltration-controlled combustion of magnesium for power generation in space
Zhao et al. Atomic insights into combustion mechanism of nano‐aluminum hydride
RU2490244C1 (en) Powder charge for light-gas gun or fire-arms (versions)
Yao et al. Effects of MgH2/Mg (BH4) 2 Powders on the Thermal Decomposition Behaviors of 2, 4, 6‐Trinitrotoluene (TNT)
US3666672A (en) Hydrogen generating compositions
Li et al. Ignition and combustion behaviors of high energetic polyhedral boron cluster
US3014084A (en) Self-continuing hydride cells
CN107004877B (en) Method for generating electricity using fuel cell and related apparatus
US3948700A (en) Method for producing high temperature hydrogen
Imamura et al. Preparation and hydriding properties of magnesium-containing hydrogen storage materials chemically deposited from a homogeneous phase
Rodriguez Infiltration-Controlled Combustion of Lithium and Magnesium Powders and Reactions of Lithium with Oxygen and Carbon Dioxide
CA2529427C (en) Synthesis, recharging and processing of hydrogen storage materials using supercritical fluids
WO2023009943A2 (en) Stabilized pyrophoric materials for onboard hydrogen generation by hydrolysis and related methods
US2452139A (en) Method of preparing uranium deuteride