RU2264853C1 - Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner - Google Patents

Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner Download PDF

Info

Publication number
RU2264853C1
RU2264853C1 RU2004105117/15A RU2004105117A RU2264853C1 RU 2264853 C1 RU2264853 C1 RU 2264853C1 RU 2004105117/15 A RU2004105117/15 A RU 2004105117/15A RU 2004105117 A RU2004105117 A RU 2004105117A RU 2264853 C1 RU2264853 C1 RU 2264853C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat
conducting channel
catalyst body
hydrogen
gas mixture
Prior art date
Application number
RU2004105117/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004105117A (en
Inventor
С.И. Щербаков (RU)
С.И. Щербаков
кин С.Г. Кал (RU)
С.Г. Калякин
П.Н. Мартынов (RU)
П.Н. Мартынов
И.В. Ягодкин (RU)
И.В. Ягодкин
Original Assignee
Щербаков Сергей Иванович
Калякин Сергей Георгиевич
Мартынов Пётр Никифорович
Ягодкин Иван Васильевич
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 Щербаков Сергей Иванович, Калякин Сергей Георгиевич, Мартынов Пётр Никифорович, Ягодкин Иван Васильевич filed Critical Щербаков Сергей Иванович
Priority to RU2004105117/15A priority Critical patent/RU2264853C1/en
Publication of RU2004105117A publication Critical patent/RU2004105117A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2264853C1 publication Critical patent/RU2264853C1/en

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Gas Burners (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

FIELD: nuclear power engineering, transport, chemical mechanical engineering, and other industries.
SUBSTANCE: proposed method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium meant to ensure hydrogen safety includes bringing of gas mixture in contact with heated catalyst body disposed along heat-conducting channel to ensure heat transfer between them. Temperature of heat-conducting channel hot end at point of its contact with catalyst body is maintained between 150 and 350 °C and temperature of its cold end at point of its contact with catalyst body is maintained below that of hot end. Gas mixture is passed through catalyst body from cold end of heat-conducting channel to its hot end. Hydrogen-and-oxygen recombiner has case with inlet and outlet sections, as well as heat-conducting channel disposed in-between and catalyst body placed on the path of gas mixture flow along heat-conducting channel. The latter is equipped on conducting end with cooling device and on outlet end, with heater. Hydrogen concentration working range is extended to 0.5 - 25% of gas mixture.
EFFECT: enlarged hydrogen concentration range, enhanced operating reliability under different operating conditions.
5 cl, 2 dwg

Description

Заявляемая группа изобретений относится к методам и устройствам, предназначенным для обеспечения водородной взрывобезопасности, и может быть использована в атомной энергетике, транспортном, химическом машиностроении и других отраслях техники.The claimed group of inventions relates to methods and devices designed to ensure hydrogen explosion safety, and can be used in nuclear energy, transport, chemical engineering and other industries.

Известен способ рекомбинации водорода и кислорода, находящихся в газовой смеси, заключающийся во введении газовой смеси в контакт с нагретым катализаторным телом /Патент ФРГ N 2239952, кл. G 21 G 21/20, 1990/. При этом оба реагирующих друг с другом газа нагревают до температуры реакции по меньшей мере до 620°С, предпочтительно до 760°С.A known method of recombination of hydrogen and oxygen in a gas mixture, which consists in bringing the gas mixture into contact with a heated catalyst body / German Patent No. 2239952, class. G 21 G 21/20, 1990 /. In this case, the two gases reacting with each other are heated to the reaction temperature to at least 620 ° C, preferably to 760 ° C.

Недостатком известного способа является то, что он может быть осуществлен в достаточно узком диапазоне концентрации водорода от 1 до 5%.The disadvantage of this method is that it can be carried out in a fairly narrow range of hydrogen concentrations from 1 to 5%.

Известна конструкция рекомбинатора водорода и кислорода, описанная в патенте РФ 2069582, МПК B 01 J 8/04, 1996. Данное устройство содержит вертикальный корпус, имеющий, по меньшей мере, одно постоянно открытое отверстие для впуска газа и постоянно открытое отверстие для выпуска газа, сообщающееся друг с другом, внутри которого на пути прохождения газа размещены катализаторные тела. Катализаторные тела выполнены в виде многослойных листов, образующих в многоканальной системе множество параллельно включенных друг относительно друга каналов протекания газа.A known design of a hydrogen and oxygen recombiner described in RF patent 2069582, IPC B 01 J 8/04, 1996. This device includes a vertical housing having at least one constantly open gas inlet and a constantly open gas outlet, communicating with each other, inside of which catalyst bodies are placed on the gas path. The catalyst bodies are made in the form of multilayer sheets forming in a multichannel system a plurality of gas flow channels parallel connected to each other.

Недостатком известного устройства является то, что оно работает в достаточно узком диапазоне концентрации водорода от 1 до 5%.A disadvantage of the known device is that it operates in a fairly narrow range of hydrogen concentrations from 1 to 5%.

Частично указанный недостаток устранен в способе и устройстве, описанных в авторском свидетельстве СССР № 993998, кл. B 01 J 8/04, 1983. По способу-прототипу газовую смесь вводят в контакт с разогретым катализаторным телом, расположенным вдоль теплопроводящего канала, обеспечивая теплообмен между ними.Partially indicated disadvantage is eliminated in the method and device described in the USSR copyright certificate No. 993998, cl. B 01 J 8/04, 1983. According to the prototype method, the gas mixture is brought into contact with a heated catalyst body located along the heat-conducting channel, providing heat exchange between them.

Устройство-прототип содержит корпус с входными и выходными патрубками, по оси которого установлена тепловая труба, один конец которой размещен в слое катализатора, а другой - в камере предварительного нагрева газовой смеси.The prototype device comprises a housing with inlet and outlet nozzles, along the axis of which a heat pipe is installed, one end of which is placed in the catalyst bed and the other in the chamber for preheating the gas mixture.

Недостатком прототипов является то, что способ может быть осуществлен, а устройство работоспособно в достаточно узком диапазоне концентраций водорода от 0,1 до 5%.The disadvantage of prototypes is that the method can be implemented, and the device is operable in a fairly narrow range of hydrogen concentrations from 0.1 to 5%.

В основе полезной модели лежит задача по созданию устройства для рекомбинации водорода и кислорода с расширенным рабочим диапазоном концентрации водорода от 0,1 до 25%.The utility model is based on the task of creating a device for the recombination of hydrogen and oxygen with an extended operating range of hydrogen concentration from 0.1 to 25%.

Для решения поставленной задачи предлагается способ рекомбинации водорода и кислорода, находящихся в газовой смеси, заключающийся во введении газовой смеси в контакт с разогретым катализаторным телом, расположенным вдоль теплопроводящего канала, обеспечивая теплообмен между ними. Отличительной особенностью предложенного способа является то, что температуру горячего конца теплопроводящего канала в месте его контакта с катализаторным телом поддерживают в пределах от 150 до 350°С, температуру холодного конца теплопроводящего канала в месте его контакта с катализаторным телом поддерживают ниже температуры горячего конца, при этом газовую смесь пропускают через катализаторное тело в направлении от холодного конца теплопроводящего канала к горячему концу.To solve this problem, a method of recombination of hydrogen and oxygen in a gas mixture is proposed, which consists in bringing the gas mixture into contact with a heated catalyst body located along a heat-conducting channel, providing heat exchange between them. A distinctive feature of the proposed method is that the temperature of the hot end of the heat-conducting channel in the place of its contact with the catalyst body is maintained in the range from 150 to 350 ° C, the temperature of the cold end of the heat-conducting channel in the place of its contact with the catalyst body is kept below the temperature of the hot end, while the gas mixture is passed through the catalyst body in the direction from the cold end of the heat-conducting channel to the hot end.

Дополнительно предлагается газовую смесь пропускать через катализаторное тело таким образом, чтобы температура в любой точке теплопроводящего канала не превышала температуру горячего конца.In addition, it is proposed to pass the gas mixture through the catalyst body so that the temperature at any point of the heat-conducting channel does not exceed the temperature of the hot end.

Для решения поставленной задачи предлагается рекомбинатор водорода и кислорода, содержащий корпус с входным и выходным участками, расположенный между ними теплопроводящий канал и катализаторное тело, размещенное на пути прохождения газовой смеси вдоль теплопроводящего канала. Отличительной особенностью предлагаемого рекомбинатора является то, что теплопроводящий канал на входном участке оснащен устройством для охлаждения, а на выходном участке - нагревателем.To solve this problem, a hydrogen and oxygen recombiner is proposed, comprising a housing with inlet and outlet sections, a heat-conducting channel located between them and a catalyst body located on the path of the gas mixture along the heat-conducting channel. A distinctive feature of the proposed recombiner is that the heat-conducting channel in the inlet section is equipped with a cooling device, and in the outlet section it is equipped with a heater.

Дополнительно предлагается в рекомбинаторе конструктивно объединить теплопроводящий канал и корпус.Additionally, it is proposed in the recombiner to constructively combine the heat-conducting channel and the housing.

Дополнительно предлагается рекомбинатор выполнить так, чтобы расстояние от любой точки катализаторного тела до поверхности теплопроводящего канала не превышало шести миллиметров.In addition, it is proposed that the recombiner be designed so that the distance from any point of the catalyst body to the surface of the heat-conducting channel does not exceed six millimeters.

Расположение катализаторного тела вдоль теплопроводящего канала с обеспечением теплообмена между теплопроводящим каналом и катализаторным телом позволяет поддерживать требуемую температуру катализатрного тела, необходимую для осуществления реакции рекомбинации, а также позволяет сбрасывать тепло, возникающее в процессе реакции, в теплопроводящий канал. Поддержание температуры в пределах от 150 до 350°С позволяет рекомбинировать смесь с низкой концентрацией водорода - менее 1% и повысить эффективность рекомбинации смеси с высокой концентрацией водорода - до 25%. Пропускание газовой смеси через катализаторное тело в направлении от холодного конца теплопроводящего канала к горячему концу позволяет повысить эффективность способа и устройства. Выполнение рекомбинатора таким образом, чтобы расстояние от любой точки катализаторного тела до поверхности теплопроводящего канала не превышало шести миллиметров, позволяет предохранить катализаторное тело от перегрева и, таким образом, сохранить работоспособность устройства на различных режимах его работы. Таким образом достигается указанный технический результат.The location of the catalyst body along the heat-conducting channel with the provision of heat exchange between the heat-conducting channel and the catalyst body allows you to maintain the required temperature of the catalyst body necessary for the implementation of the recombination reaction, and also allows you to dump the heat that occurs during the reaction in the heat-conducting channel. Maintaining the temperature in the range from 150 to 350 ° C allows you to recombine the mixture with a low concentration of hydrogen - less than 1% and increase the efficiency of recombination of the mixture with a high concentration of hydrogen - up to 25%. Passing the gas mixture through the catalyst body in the direction from the cold end of the heat-conducting channel to the hot end improves the efficiency of the method and device. The implementation of the recombiner in such a way that the distance from any point of the catalyst body to the surface of the heat-conducting channel does not exceed six millimeters, allows you to protect the catalyst body from overheating and, thus, maintain the operability of the device in various modes of its operation. Thus, the specified technical result is achieved.

На фиг.1 представлен заявляемый рекомбинатор, где 1 - теплопроводящий канал, конструктивно объединенный с корпусом, 2 - входной участок корпуса, 3 - выходной участок корпуса, внутри теплопроводящего канала расположено катализаторное тело 4. На выходном участке теплопроводящего канала размещен нагреватель 5, а на входном участке теплопроводящего канала размещено устройство для охлаждения 6 в виде радиатора. Для осуществления контроля температурного режима нагреватель оснащен термопарой 7.Figure 1 presents the inventive recombiner, where 1 is a heat-conducting channel structurally combined with the housing, 2 is the input portion of the housing, 3 is the output portion of the housing, the catalyst body 4 is located inside the heat-conducting channel 4. The heater 5 is located on the output portion of the heat-conducting channel, and the inlet portion of the heat-conducting channel placed cooling device 6 in the form of a radiator. To monitor the temperature regime, the heater is equipped with a thermocouple 7.

На фиг.2 представлен вариант выполнения рекомбинатора, у которого корпус 8 и теплопроводящий канал 9 конструктивно разъединены.Figure 2 presents an embodiment of the recombiner, in which the housing 8 and the heat-conducting channel 9 are structurally disconnected.

Устройство работает, а способ осуществляют следующим образом. После включения нагревателя 5 и обеспечения контакта радиатора 6 с окружающей средой температуру на выходном участке 3 повышают до значения 150-350°С, которую контролируют при помощи термопары 7. При этом по теплопроводящему каналу идет тепловой поток и вдоль теплопроводящего канала температура меняется от максимального до минимального значения. Катализаторное тело 4, выполненное, например, из пористого материала с поверхностным напылением платины, находится в тепловом контакте с теплопроводящим каналом 1 и приобретает его температуру. Газовую смесь, содержащую водород и кислород, принудительно или с помощью естественной конвекции пропускают через катализаторное тело 4 в направлении от входного участка 2 к выходному участку 3. При этом на поверхности катализаторного тела 4 происходит рекомбинация водорода и кислорода с образованием водяного пара и выделением тепла. Выделившееся в результате рекомбинации тепло транспортируется через тепловой контакт по теплопроводящему каналу в сторону холодного конца, в направлении, противоположном движению газовой смеси. При этом температура в месте выделения тепла повышается, а газовая смесь дополнительно подогревается. В результате место начала реакции перемещается по катализаторному телу к его холодному концу и объем участвующего в рекомбинации катализаторного тела увеличивается. Чем больше концентрация водорода, тем ближе к холодному концу катализаторного тела начинается реакция. Таким образом автоматически регулируются оптимальные условия для рекомбинации.The device works, and the method is as follows. After the heater 5 is turned on and the radiator 6 is in contact with the environment, the temperature at the outlet section 3 is increased to a value of 150-350 ° C, which is controlled by thermocouple 7. At the same time, the heat flux passes through the heat-conducting channel and the temperature varies from the maximum to minimum value. The catalyst body 4, made, for example, of a porous material with surface spraying of platinum, is in thermal contact with the heat-conducting channel 1 and acquires its temperature. A gas mixture containing hydrogen and oxygen is forced or by natural convection passed through the catalyst body 4 in the direction from the inlet portion 2 to the outlet portion 3. In this case, the surface of the catalyst body 4 recombines hydrogen and oxygen to generate water vapor and heat. The heat released as a result of recombination is transported through a thermal contact through a heat-conducting channel towards the cold end, in the opposite direction to the movement of the gas mixture. In this case, the temperature in the place of heat generation rises, and the gas mixture is additionally heated. As a result, the site of the onset of the reaction moves along the catalyst body to its cold end and the volume of the catalyst body involved in the recombination increases. The higher the concentration of hydrogen, the closer to the cold end of the catalyst body the reaction begins. In this way, optimal conditions for recombination are automatically adjusted.

Пример осуществления изобретения. Был изготовлен рекомбинатор в котором корпус и теплопроводящий канал конструктивно объединены и выполнены из нержавеющей трубы наружным диаметром 19 мм и толщиной стенки 4 мм. Длина рекомбинатора 65 мм. Каталитическое тело выполнено из пористого ячеистого материала (ВПЯМ) - основа - нихром покрыта кристаллами окиси алюминия, сверху напыление платины. Нагреватель - электрический мощностью 90 Вт. Радиатор - воздушный. Через рекомбинатор пропускали газовоздушную смесь, содержащую от 0,5 до 25% водорода. Температуру горячего конца тепловыделяющего канала поддерживали 220±20 С°, температура холодного конца составляла 70±10С°.An example embodiment of the invention. A recombiner was made in which the casing and the heat-conducting channel are structurally combined and made of stainless steel pipe with an outer diameter of 19 mm and a wall thickness of 4 mm. Recombinant length 65 mm. The catalytic body is made of porous cellular material (HPLM) - the base is nichrome coated with aluminum oxide crystals, platinum is sprayed on top. Heater - electric power of 90 watts. The radiator is air. An air-gas mixture containing from 0.5 to 25% hydrogen was passed through the recombiner. The temperature of the hot end of the fuel channel was maintained at 220 ± 20 ° C, the temperature of the cold end was 70 ± 10 ° C.

Расход газовой смеси составил 8,5 см3/с. При этом на выходе концентрация водорода не превышала 0,04%.The flow rate of the gas mixture was 8.5 cm 3 / s. At the same time, the hydrogen concentration at the output did not exceed 0.04%.

Claims (5)

1. Способ рекомбинации водорода и кислорода, находящихся в газовой смеси, заключающийся во введении газовой смеси в контакт с разогретым катализаторным телом, расположенным вдоль теплопроводящего канала, обеспечивая теплообмен между ними, отличающийся тем, что температуру горячего конца теплопроводящего канала в месте его контакта с катализаторным телом поддерживают в пределах от 150 до 350°С, температуру холодного конца теплопроводящего канала в месте его контакта с катализаторным телом поддерживают ниже температуры горячего конца, при этом газовую смесь пропускают через катализаторное тело в направлении от холодного конца теплопроводящего канала к горячему концу.1. The method of recombination of hydrogen and oxygen in a gas mixture, which consists in bringing the gas mixture into contact with a heated catalyst body located along the heat-conducting channel, providing heat exchange between them, characterized in that the temperature of the hot end of the heat-conducting channel at its contact with the catalyst the body is maintained in the range from 150 to 350 ° C., the temperature of the cold end of the heat-conducting channel in the place of its contact with the catalyst body is maintained below the temperature of the hot end, at this gas mixture is passed through the catalyst body in the direction from the cold end of the heat-conducting channel to the hot end. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что газовую смесь пропускают через катализаторное тело таким образом, чтобы температура в любой точке теплопроводящего канала не превышала температуру горячего конца.2. The method according to claim 1, characterized in that the gas mixture is passed through the catalyst body so that the temperature at any point of the heat-conducting channel does not exceed the temperature of the hot end. 3. Рекомбинатор водорода и кислорода, содержащий корпус с входным и выходным участками, расположенный между ними теплопроводящий канал и катализаторное тело, размещенное на пути прохождения газовой смеси вдоль теплопроводящего канала, отличающийся тем, что теплопроводящий канал на входном участке оснащен устройством для охлаждения, а на выходном участке - нагревателем.3. A hydrogen and oxygen recombiner comprising a housing with inlet and outlet sections, a heat-conducting channel located between them and a catalyst body located on the path of the gas mixture along the heat-conducting channel, characterized in that the heat-conducting channel at the inlet is equipped with a cooling device, and output section - heater. 4. Рекомбинатор по п.3, отличающийся тем, что теплопроводящий канал и корпус конструктивно объединены.4. The recombiner according to claim 3, characterized in that the heat-conducting channel and the housing are structurally combined. 5. Рекомбинатор по п.3, отличающийся тем, что расстояние от любой точки катализаторного тела до поверхности теплопроводящего канала не превышает 6 мм.5. The recombiner according to claim 3, characterized in that the distance from any point of the catalyst body to the surface of the heat-conducting channel does not exceed 6 mm.
RU2004105117/15A 2004-02-25 2004-02-25 Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner RU2264853C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105117/15A RU2264853C1 (en) 2004-02-25 2004-02-25 Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004105117/15A RU2264853C1 (en) 2004-02-25 2004-02-25 Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004105117A RU2004105117A (en) 2005-08-27
RU2264853C1 true RU2264853C1 (en) 2005-11-27

Family

ID=35846507

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004105117/15A RU2264853C1 (en) 2004-02-25 2004-02-25 Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2264853C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009009405U1 (en) 2008-07-09 2009-11-05 Koshmanov, Dmitrij Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombinator for operation in a high hydrogen environment
KR20200011863A (en) 2017-11-30 2020-02-04 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” How to provide hydrogen explosion protection for nuclear power plants

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE202009009405U1 (en) 2008-07-09 2009-11-05 Koshmanov, Dmitrij Passive autocatalytic hydrogen and oxygen recombinator for operation in a high hydrogen environment
KR20200011863A (en) 2017-11-30 2020-02-04 조인트 스탁 컴퍼니 “로제네르고아톰” How to provide hydrogen explosion protection for nuclear power plants

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004105117A (en) 2005-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2691072B2 (en) Method and apparatus for controlled reactions in a reaction matrix
RU2013152436A (en) METHOD AND DEVICE FOR THERMAL BURNING OF HYDROCARBON-CONTAINING GASES
CA1104052A (en) Catalytic combustion process and system
JPH1122916A (en) Combustion device
KR100257551B1 (en) Combustion apparatus
CN111795497A (en) Porous medium burning hot water boiler
BRPI0903930A2 (en) reaction compartment that favors heat exchange between the reactants and the gases produced
RU2264853C1 (en) Method for recombining hydrogen and oxygen in gas medium and hydrogen-and-oxygen recombiner
CN105637293B (en) With the horizontal ignition type combusting for having hole flame holder
RU40211U1 (en) HYDROGEN AND OXYGEN RECOMBINATOR
Banerjee et al. Effect of heat extraction on flame position in counterflow porous burner
JPH03127A (en) Indirect heating in reaction room for endothermic reaction and apparatus for performing it
CN212619343U (en) Porous medium burning hot water boiler
JP2601707B2 (en) Catalytic reactor
JP4901054B2 (en) Overpressure combustor for burning lean concentration of combustible gas
JP4480949B2 (en) Reaction apparatus and reaction method
RU2062402C1 (en) Catalytic heating member
ES2954933T3 (en) Method to reduce NOx emissions
RU2801525C1 (en) Device for obtaining a hydrogen-containing mixture from ammonia
RU2269725C1 (en) Catalytic hot-water boiler
RU2544692C1 (en) Method of fuels combustion and heating of process mediums and device for their implementation
JP3896898B2 (en) Improvement of heat recovery equipment using an evaporator.
JP2004028556A (en) Catalytic combustion reactor including tube bundle for heat exchanger, catalytic structure and catalytic combustion reaction method using them
RU2269060C2 (en) Plant for burning low-concentration combustible gas at pressure above atmospheric
Hatfield et al. A catalytically sustained microcombustor burning propane

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070226