RU2377176C1 - Способ сорбции и хранения гелия или водорода - Google Patents
Способ сорбции и хранения гелия или водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2377176C1 RU2377176C1 RU2008134326/15A RU2008134326A RU2377176C1 RU 2377176 C1 RU2377176 C1 RU 2377176C1 RU 2008134326/15 A RU2008134326/15 A RU 2008134326/15A RU 2008134326 A RU2008134326 A RU 2008134326A RU 2377176 C1 RU2377176 C1 RU 2377176C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- microspheres
- helium
- hydrogen
- sorption
- density
- Prior art date
Links
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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/32—Hydrogen storage
-
- 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
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
- Y02P90/45—Hydrogen technologies in production processes
Landscapes
- Solid-Sorbent Or Filter-Aiding Compositions (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химии и может быть использовано в водородной энергетики для хранения и транспортировки водорода или гелия. Сорбцию и хранение гелия или водорода осуществляют путем введения газа под давлением во внутреннюю полость алюмосиликатных микросфер, отфлотированных в воде и имеющих среднюю пикнометрическую плотность 0,91-2,2 г/см3. Изобретение позволяет повысить сорбционную способность алюмосиликатных микросфер по отношению к гелию и водороду, возможность ее регулировать. 3 табл.
Description
Изобретение относится к области выделения гелия из природного газа и может быть использовано в водородной энергетике для хранения и транспортировки водорода.
В настоящее время основным способом сорбции (выделения) гелия из природного газа является криогенный способ, при котором производится конденсация углеводородных фракций. Для получения даже незначительного количества гелия при содержании его от 0.2% до 2% требуется сжижение большого количества природного газа, что делает указанные технологии весьма энергоемкими («Способ выделения водорода или гелия из газовых смесей и установка для его осуществления», патент РФ № 2071019, патентообладатель Санкт-Петербургский технологический институт холодильной промышленности, опубл. 27.12.2006 г.).
В качестве прототипа выбран известный в технике способ выделения гелия из природного газа, (который, как указывают авторы, применим и для водорода), при котором используют полые алюмосиликатные микросферы (ценосферы), выделенные из золы-уноса тепловых электростанций, работающих на каменном угле.
Микросферы вместе с цеолитом послойно помещают в колонку, через которую под давлением пропускают природный газ (стенка микросферы проницаема для гелия и водорода), микросферы имеют стенку, проницаемую для гелия и водорода, имеющих малый размер молекул - 0.2 нанометра. В результате этого слой микросфер сорбирует гелий, который под давлением находится во внутренней полости микросферы, т. е. фактически получают материал, в котором гелий может быть сохранен и при необходимости выделен тем или иным способом (например, нагревом микросфер).
Одновременно цеолит в колонке осушает подаваемый природный газ (журнал «Наука в Сибири», № 20-21 за 2004 г, статья «Гелиевый завод на газовом промысле»).
Недостатком данного способа является малая сорбционная способность микросфер, т. к. необходимо скорректировать время прохождения газа через колонку, т. е. одновременно насытить микросферы гелием и осушить газ на цеолите. Фактически сорбционная способность микросфер является нерегулируемой и зависит только от физической природы микросфер.
Задачей настоящего изобретения является создание способа, который обеспечивает повышение сорбционной способности по отношению к гелию и водороду и ее регулирование, т.е. повышает проницаемость стенки, исключив неконтролируемое воздействие кислот, щелочей и т.п.
Для решения поставленной задачи в известном способе сорбции и хранении гелия и водорода путем введения газа под давлением во внутреннюю полость алюмосиликатных микросфер согласно изобретению используют микросферы, отфлотированные в воде со средней пикнометрической плотностью 0,91-2.2 г/см3. Под средней пикнометрической плотностью следует понимать среднюю плотность частиц навески микросфер, например 10 гр., измеренную на гелиевом пикнометре любой известной марки, например АссиРус 1330, принцип действия которого основан на том, что навеску микросфер помещают в калиброванную камеру, наполненную гелием, молекулы гелия проникают в самые мельчайшие поры микросфер.
Если в стенках микросфер отсутствуют поры размером больше размера молекул гелия, то прибор покажет истинную среднюю плотность навески (совпадающую с общепринятой плотностью, измеренной по объемному вытеснению), например
0,7 г/см3. В случае если стенки имеют поры размером больше размера молекулы гелия, то гелий проникает во внутреннюю полость микросфер; при этом прибор показывает большее значение истинной плотности в зависимости от количества микросфер, имеющих такие поры.
Если все микросферы, входящие в навеску, имеют в стенке поры больше размера молекулы гелия, то в этом случае прибор покажет истинную плотность твердой фазы, т.е. плотность материала стенки - для алюмосиликатного стекла она составит 2.2 г/см3.
С другой стороны, согласно изобретению микросферы должны удовлетворять дополнительному требованию - флотации в воде, что означает, что молекулы воды, имеющие размер 0.3 нм, не проникают через стенки микросфер во внутренние полости, т.е. вода и все газы (например, метан) с размером молекул, равным или более размера молекулы воды, не проникают во внутреннюю полость микросфер.
Таким образом, имеется эффект избирательной сорбции гелия и водорода через поры, равные или больше размера молекулы гелия (водорода) и меньше размера молекулы воды. Степень сорбции, т.е. скорость проникновения гелия во внутреннюю полость микросферы, имеющей вышеназванные поры, значительно превышает скорость проникновения микросфер с беспористой стенкой за счет изменения количества микросфер в навеске, имеющих поры размером больше размера молекулы гелия, а значит, и пикнометрическую плотность более 0.91 г/см3; степень сорбции можно менять.
Поскольку микросферы в мире широко используются в качестве наполнителя для различных материалов, к ним предъявляются требования к отсутствию дефектов в стенке (пор, трещин и т.д.), что также определяют пикнометром.
При наличии таких дефектов микросферы признаются бракованными. Такие дефекты могут появляться при технологической обработке микросфер, в частности при сушке, например при повышенном перепаде температур сырья и сушильной камеры. Таким образом, задача сводится к отбору требуемых микросфер при наличии дефектов в стенке при помощи флотационной камеры и пикнометра.
Все приведенные доводы относительно сорбции гелия относятся и к водороду, т.к. они, практически имеют одинаковый размер молекул.
Пример осуществления способа.
Пример 1
В колонку длиной 1 метр и диаметром 4 см засыпались 650 г микросфер, выделенных из золы-уноса Аргаяшской ТЭЦ.
Через колонку пропускали природный газ под давлением 15 атм. при комнатной температуре.
Через 15 минут измеряли содержание гелия, сорбированного микросферами. Использовали четыре типа микросфер:
- микросферы с пикнометрической плотностью навески, равной 0.79 г/см3,
- микросферы со средней пикнометрической плотностью 0.91 г/см3,
- микросферы со средней пикнометрической плотностью 1,4 г/см3,
- микросферы со средней пикнометрической плотностью 2.2 г/см3.
Все микросферы флотировались в воде, т.е. всплывали на поверхность при флотации.
Содержание гелия измеряли путем взвешивания микросфер, засыпанных в колонку. Результаты измерения сведены в таблицу 1.
| Таблица 1 | |
| Тип микросфер | Содержание гелия в граммах |
| 1 | 3,5 |
| 2 | 4,9 |
| 3 | 13,3 |
| 4 | 17,6 |
Анализ таблицы показывает, что микросферы (тип 2.3.4.) по заявляемому способу имеют повышенную сорбционную способность (содержание гелия) за один и тот же период времени и при одних и тех же условиях.
Пример 2
Для сорбции и хранения водорода полые микросферы должны обладать повышенными прочностными характеристиками.
Из микросфер, выделенных из золы-уноса, повышенной прочностью обладают микросферы, имеющие по химическому составу повышенное содержание окиси алюминия; прочность микросфер увеличивается также с уменьшением их диаметра.
Поэтому для сорбции и хранения водорода были использованы микросферы, выделенные из золы Рефтинской ГРЭС, работающей на Экибастузском угле, размером (диаметром)-0-75 микрон. Эти микросферы имеют прочность 65 МПа.
Характеристики микросфер приведены в таблице 2.
| Таблица 2 | |||||
| химический состав | размер частиц мкм | истинная плотность г/см3 | насыпная плотность г/см3 | температура плавления | толщина стенки мкм |
| SiO2 - 65% Аl2O3 - 37% Fe2O3 - 3% | 0-75 | 0,7-0,85 | 0,38-0,45 | 1550°C | 3-5 |
Установку для сорбции водорода, представляющую собой толстостенную емкость, заполняли вышеуказанными микросферами 4-х типов:
1 - микросферы со средней пикнометрической плотностью 0.85 г/см3,
2 - микросферы со средней пикнометрической плотностью 0.91 г/см3,
3 - микросферы со средней пикнометрической плотностью 1.5 г/см3,
4 - микросферы со средней пикнометрической плотностью 2.2 г/см3.
Через емкость с микросферами в течение 15 минут пропускали водород под давлением 60 МПа.
Через 15 минут микросферы пересыпали в тонкостенную емкость для хранения.
Эксперимент проводили при температуре 20°C, при нагреве микросфер до 200°C и при нагреве микросфер до 300°C.
В процессе эксперимента определяли сорбционную способность микросфер как соотношение массы водорода к объему микросфер (водородная плотность) и в % - соотношение массы водорода к общей массе системы хранения (емкость плюс микросферы).
Результаты испытаний приведены в таблице 3.
| Таблица 3 | |||||||||
| тип микросфер | температура град. | водородная плотность кг/см3 | соотношение в % массы водорода к массе системы | ||||||
| давление МПа | давление МПа | ||||||||
| 10 | 20 | 40 | 60 | 10 | 20 | 40 | 60 | ||
| 1 | 20°C | 1,2 | 1,8 | 2,1 | 2,5 | 6,3 | 6,2 | 5,9 | 5,4 |
| 200°C | 2,8 | 3,4 | 3,9 | 4,2 | 6,5 | 6,4 | 5,9 | 5,3 | |
| 300°C | 3,4 | 3,7 | 4,3 | 4,8 | 6,6 | 5,7 | 5,3 | 4,9 | |
| 2 | 20°C | 1,4 | 2,0 | 2,6 | 3,3 | 6,5 | 6,4 | 6,2 | 5,9 |
| 200°C | 1,9 | 3,0 | 4,5 | 4,9 | 6,7 | 6,3 | 6,0 | 5,9 | |
| 300°C | 2,5 | 3,6 | 4,9 | 5,4 | 6,9 | 6,3 | 5,8 | 5,8 | |
| 3 | 20°C | 4,3 | 5,0 | 5,7 | 6,5 | 7,2 | 7,0 | 6,8 | 5,7 |
| 200°C | 4,9 | 5,9 | 6,7 | 6,9 | 7,4 | 7,3 | 7,0 | 6,8 | |
| 300°C | 5,6 | 6,4 | 6,9 | 7,3 | 7,5 | 7,2 | 7,0 | 6,9 | |
| 4 | 20°C | 4,4 | 5,9 | 6,5 | 7,1 | 7,5 | 7,2 | 6,8 | 5,9 |
| 200°C | 4,8 | 6,5 | 7,3 | 8,0 | 7,6 | 7,3 | 7,1 | 6,3 | |
| 3ОО°C | 5,1 | 6,9 | 7.8 | 9,3 | 7,7 | 7,0 | 6,6 | 6,0 | |
Анализ таблицы показывает, что способ с использованием предлагаемых микросфер (2, 3, 4) значительно превышает известный по степени сорбции и эффективности хранения.
При хранении гелия и водорода во внутренней полости охлажденных микросфер возможны небольшие утечки газов и в случае, если эти утечки значительны, возможно, например, воспользоваться известной технологией по уплотнению внешней поверхности микросфер гель-зольным методом, разработанным фирмой «Westinghouse Savannan River Co» согласно патенту США № 5965482.
В силу относительно низкой стоимости предлагаемых микросфер (около 300 долларов США за тонну) возможно также извлечение хранимых газов путем механического разрушения оболочки микросферы.
Claims (1)
- Способ сорбции и хранения гелия или водорода путем введения газа под давлением во внутреннюю полость алюмосиликатных микросфер, отличающийся тем, что используют микросферы, отфлотированные в воде со средней пикнометрической плотностью 0,91-2,2 г/см3.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008134326/15A RU2377176C1 (ru) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Способ сорбции и хранения гелия или водорода |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008134326/15A RU2377176C1 (ru) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Способ сорбции и хранения гелия или водорода |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2377176C1 true RU2377176C1 (ru) | 2009-12-27 |
Family
ID=41642936
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008134326/15A RU2377176C1 (ru) | 2008-08-22 | 2008-08-22 | Способ сорбции и хранения гелия или водорода |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2377176C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443463C1 (ru) * | 2010-12-27 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2562493C2 (ru) * | 2013-10-30 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ хранения атомарного водорода |
-
2008
- 2008-08-22 RU RU2008134326/15A patent/RU2377176C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2443463C1 (ru) * | 2010-12-27 | 2012-02-27 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2443463C9 (ru) * | 2010-12-27 | 2014-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт химии и химической технологии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХХТ СО РАН) | Микросферическая газопроницаемая мембрана и способ ее получения |
| RU2562493C2 (ru) * | 2013-10-30 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") | Способ хранения атомарного водорода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Snoeck et al. | The influence of different drying techniques on the water sorption properties of cement-based materials | |
| US20100139378A1 (en) | Method for determination of pore water content in equilibrium with gas hydrate in dispersed media | |
| Zhevago | Other methods for the physical storage of hydrogen | |
| US20230227356A1 (en) | Method and System for Processing Concrete Granules | |
| RU2377176C1 (ru) | Способ сорбции и хранения гелия или водорода | |
| EP0787941B1 (en) | Method of storing and transporting gases | |
| Zinoviev et al. | Permeability of hollow microspherical membranes to helium | |
| Yang et al. | A review of vacuum degradation research and the experimental outgassing research of the core material-PU foam on vacuum insulation panels | |
| Lai et al. | CO2 capture with absorbents of tertiary amine functionalized nano–SiO2 | |
| CN102423600A (zh) | 一种提高含co2混合气吸附分离效率的方法 | |
| Zinovyev et al. | Co-extraction of water vapor and helium from natural gas | |
| Hu et al. | Optimization of coating solution viscosity of hollow fiber‐supported polydimethylsiloxane membrane for CO2/H2 separation | |
| Keyu et al. | Co-occurring characteristics of pore gas and water in shales: a case study of the Lower Silurian Longmaxi Formation in the southeastern Sichuan Basin | |
| Wang et al. | Experimental Study on Damage and Gas Migration Characteristics of Gas‐Bearing Coal with Different Pore Structures under Sorption‐Sudden Unloading of Methane | |
| Shangguan et al. | Effect of low-vacuum environment on the strength and permeability of cement-based materials | |
| KR20110019963A (ko) | 황화수소를 제거하는 흡착제 및 이의 제조방법 | |
| Kämnitz et al. | Hydrogen conditioning using nanoporous inorganic membranes | |
| Schell et al. | Comparison of commercial and new adsorbent materials for pre-combustion CO2 capture by pressure swing adsorption | |
| Baumert et al. | Pore-size dependence of the self-diffusion of hexane in silica gels | |
| CN101354333A (zh) | 利用吸液驱气法评价材料孔结构性能的方法及装置 | |
| Dong et al. | Separation of the N2/CH4 mixture through hydrate formation in ordered mesoporous carbon | |
| SU1158241A1 (ru) | Способ обогащени полезных ископаемых | |
| Frizon et al. | Experimental investigations of diffusive and convective transport of inert gas through cement pastes | |
| Dutta et al. | Thermodynamics of binary gas adsorption in nanopores | |
| Villarreal et al. | Hydrogen Sulfide Adsorption Mechanism and Breakthrough Curves of Highly Stable Na‐, Na‐H‐, Ca‐and K‐Mordenites |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100823 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20111120 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120823 |