RU2510362C2 - Способ получения высокочистого водорода - Google Patents
Способ получения высокочистого водорода Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510362C2 RU2510362C2 RU2012116372/05A RU2012116372A RU2510362C2 RU 2510362 C2 RU2510362 C2 RU 2510362C2 RU 2012116372/05 A RU2012116372/05 A RU 2012116372/05A RU 2012116372 A RU2012116372 A RU 2012116372A RU 2510362 C2 RU2510362 C2 RU 2510362C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- water
- temperature
- reaction
- layer
- Prior art date
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
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Landscapes
- Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области химии. Горячий водород, образующийся в результате реакции термохимического окисления алюминия водой, пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм. Изобретение позволяет повысить чистоту водорода. 2 ил.
Description
Изобретение относится к технологии получения высокочистого водорода, и может использоваться в топливных элементах для выработки электрической энергии. Применение способа позволяет продлить срок службы катализатора окисления водорода в топливном элементе путем снижения содержания таких примесей как H2O, CO2 и других.
Известен способ получения водорода с одновременным получением Al(OH)3 и Al2O3 («Способ получения водорода» №2356830 С01В 3/08, приор. 26.06.2007), в котором водород получают взаимодействием H2O и Al, легированного в расплавленном состоянии Bi или Pb, а затем диспергированного, что позволяет повысить эффективность способа без внешнего воздействия.
Недостатком способа является получение водорода, насыщенного парами воды (1,2 кг/м3 при t=25°C), с примесью газообразного CO2 и других, которые отравляют платино-палладиевый катализатор, снижают характеристики топливного элемента, сокращают срок его эксплуатации.
Наиболее близким по технической сущности и заявляемому способу является способ получения водорода путем использования гидрореагирующей смеси (патент на изобретение №2338684 C01B 3/00, B22F 9/20, В82В 1/00, опубл. 20.11.2008). Сущность изобретения заключается в смешении нанопорошка алюминия с водой и последующем добавлении гранулированного гидроксида натрия в суспензию.
Недостатком способа является неравномерность выделения водорода, связанная с протеканием гетерогенной реакции на поверхности гранул гидроксида натрия, что затрудняет управление процессом. Кроме того, недостатком способа является получение водорода также насыщенного парами воды (1,2 кг/м3 при t=25°C) с примесью CO2 и других газов, которые отравляют платино-палладиевый катализатор, снижают характеристики топливного элемента, сокращают срок его эксплуатации.
Основной технической задачей изобретения является получение высокочистого водорода за счет повышенной диффузионной способности водорода при нагревании. Решение основной технической задачи достигается тем, что проводят термохимическое окисление алюминия водой, полученный горячий водород пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм. В результате односторонней диффузии только молекул водорода получают высокочистый водород.
Пример.
Согласно термохимическому уравнению реакции окисления алюминия водой, при взаимодействии алюминия с водой выделяются тепло и молекулярный водород, то есть температура воды будет расти по мере выделения водорода. Следовательно, скорость роста температуры воды пропорциональна величине скорости выделения водорода. В тоже время, скорость тепловыделения на границе раздела оксид-металл, согласно химической реакции будет равна:
где V - скорость реакции; U - объем реагирующего слоя (граничный слой между металлом и оксидно-гидроксидной оболочкой), ΔH - энтальпия химической реакции.
Скорость отвода тепла от реагирующего слоя через оксидно-гидроксидную оболочку пропорциональна разности температур в объеме реагирующего слоя Т и в окружающей среде Т0:
где α - коэффициент теплоотдачи оксидно-гидроксидной оболочки; S - поверхность теплоотвода.
Для повышения температуры в объеме гидрореагирующего слоя необходимо выполнение условия:
Рост температуры в промежуточном слое будет продолжаться до достижения максимальной температуры Tmax, т.е. до установления теплового равновесия:
Приравнивая правые части уравнений (1) и (2)получаем:
V|ΔН|U=αS(Tmax-T0),
откуда:
Анализ полученного выражения показывает, что с повышением скорости и теплового эффекта реакции, а также с увеличением реакционного объема величина Tmax растет, тогда как увеличение коэффициента теплоотдачи α и поверхности теплоотвода снижают Tmax. Температура окружающей среды Т0 входит как аддитивная составляющая в значение Tmax. Оценить максимально достигаемую температуру Tmax можно по фазовому и химическому составу образующихся в объеме реагирующего слоя продуктов реакции.
Экспериментально показано, что с ростом температуры воды температура водорода, образующегося в зоне реакции повышается от 90 до 400°C. Образуется «горячий водород», имеющий высокую проникающую способность.
Для проведения экспериментов была собрана лабораторная установка. На фиг.1 представлена схема установки: 1 - V-образная трубка-манометр; 2 - соединительные шланги; 3 - колбы Вюрца; 4 - термометр; 5 - трубка с пленкой сверхвысокомолекулярного полиэтилена; 6 - делительная воронка.
Был взят нанопорошок алюминия, полученный при помощи электрического взрыва проводника в среде газообразного аргона. Среднеповерхностный диаметр частиц - 120 нм, распределение частиц по диаметру - нормально-логарифмическое в интервале 80-500 нм, насыпная плотность - 0,22 г/см3, содержание адсорбированных газов и воды - до 6% (мас.)
Компоненты гидрореагирующей смеси - порошок «АСД-1» крупностью 80 мкм, нанопорошок алюминия крупностью частиц 70÷120 нм, а также гранулированный гидроксид натрия крупностью 1,0÷2,5 мм в массовых соотношениях 70:26:4, при постоянном перемешивании одновременно добавляют в воду комнатной температуры (21÷23°C).
Молекулы воды и газообразна примесь CO2 и другие примеси имеют гораздо больший диаметр и более низкую температуру, чем молекулярный водород, и поэтому не проникают через мембрану из сверхвысокомолекулярного полиэтилена. Попытки использования полиэтилена высокого давления (ПЭВД) не дали положительных результатов, так как обычный полиэтилен имеет низкую прочность при небольшом нагревании.
В результате реакции алюминия с водой происходит выделение водорода и рост температуры жидкости. На пороге температурного показателя 40°C и давления 1,3 атм. происходит плавное снижение давление, что свидетельствует о прохождении водорода через слой пленки. На фиг.2 представлена зависимость давления от температуры воды во время реакции нанопорошка алюминия с водой. Собранный в колбе водород отбирали в специальную емкость для проведения анализа. Результаты хроматографического анализа полученного исходного водорода и прошедшего водорода через мембрану из сверхвысокомолекулярного полиэтилена показали, что если исходный водород содержал 2,1 г/л (6,3%) H2O, <1×10-5% CO2, то после прохождения через мембрану содержание примесей суммарно составило <1×10-6%. Измерения содержания газов проводилось в научно-аналитическом центре национального исследовательского Томского политехнического университета на масс-спектрометре TRACE DSQ.
Claims (1)
- Способ получения высокочистого водорода, включающий термохимическое окисление алюминия водой, отличающийся тем, что горячий водород, образующийся в результате реакции, пропускают через слой пленки сверхвысокомолекулярного полиэтилена при давлении 1 атм.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116372/05A RU2510362C2 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ получения высокочистого водорода |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012116372/05A RU2510362C2 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ получения высокочистого водорода |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012116372A RU2012116372A (ru) | 2013-11-10 |
RU2510362C2 true RU2510362C2 (ru) | 2014-03-27 |
Family
ID=49516460
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012116372/05A RU2510362C2 (ru) | 2012-04-23 | 2012-04-23 | Способ получения высокочистого водорода |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2510362C2 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1623946A1 (ru) * | 1986-05-13 | 1991-01-30 | С А Юрченко А С Можин и Р Ф.Прозпрова | Установка дл получени водорода |
RU2165388C1 (ru) * | 2000-07-04 | 2001-04-20 | Закрытое акционерное общество "ФИРМА РИКОМ" | Способ получения водорода |
US20020048548A1 (en) * | 2000-08-14 | 2002-04-25 | Chaklader Asoke Chandra Das | Hydrogen generation from water split reaction |
RU2338684C2 (ru) * | 2005-07-13 | 2008-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Смесь гидрореагирующая |
US20090017346A1 (en) * | 2005-11-24 | 2009-01-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Hydrogen generator and fuel cell using same |
-
2012
- 2012-04-23 RU RU2012116372/05A patent/RU2510362C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1623946A1 (ru) * | 1986-05-13 | 1991-01-30 | С А Юрченко А С Можин и Р Ф.Прозпрова | Установка дл получени водорода |
RU2165388C1 (ru) * | 2000-07-04 | 2001-04-20 | Закрытое акционерное общество "ФИРМА РИКОМ" | Способ получения водорода |
US20020048548A1 (en) * | 2000-08-14 | 2002-04-25 | Chaklader Asoke Chandra Das | Hydrogen generation from water split reaction |
RU2338684C2 (ru) * | 2005-07-13 | 2008-11-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Томский политехнический университет" | Смесь гидрореагирующая |
US20090017346A1 (en) * | 2005-11-24 | 2009-01-15 | Commissariat A L'energie Atomique | Hydrogen generator and fuel cell using same |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
ИШЛИНСКИЙ А.И. Большой энциклопедический словарь. Политехнический. - М.: Научное издательство «Большая Российская энциклопедия», 2000, с.86, с.419. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012116372A (ru) | 2013-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Fichtner | Nanoconfinement effects in energy storage materials | |
Guo et al. | Compatibility and thermal decomposition mechanism of nitrocellulose/Cr 2 O 3 nanoparticles studied using DSC and TG-FTIR | |
US7771612B2 (en) | Hydrogen generating composition | |
AU2017239429B2 (en) | Reduction of metal/semi-metal oxides | |
CN102616775A (zh) | 一种氮掺杂石墨烯的水相制备方法 | |
TW201938479A (zh) | 氮化矽粉末之製造方法 | |
Chen et al. | Popcorn-like aluminum-based powders for instant low-temperature water vapor hydrogen generation | |
CN111422855B (zh) | 一种泡沫石墨烯基金属叠氮化物复合物及制备方法 | |
Zhang et al. | A metal-oxide catalyst enhanced the desorption properties in complex metal hydrides | |
Liu et al. | Reaction synthesis of TiSi2 and Ti5Si3 by ball-milling and shock loading and their photocatalytic activities | |
Jin et al. | A comprehensive experimental and first-principles study on magnesium-vanadium oxides | |
Hayashi et al. | Hydrothermal synthesis of Li4Ti5O12 nanoparticles using a supercritical flow reaction system | |
CN105884372B (zh) | 有机网络法合成AlN陶瓷粉体方法 | |
RU2510362C2 (ru) | Способ получения высокочистого водорода | |
Yan et al. | Effects of compaction pressure and graphite content on hydrogen storage properties of Mg (NH2) 2–2LiH hydride | |
Xu et al. | High efficiency Al-based multicomponent composites for low-temperature hydrogen production and its hydrolysis mechanism | |
Yan et al. | Preparation of modified lead azide compound with high ignition ability based on graphene oxide | |
Lima et al. | Microstructural characterization and hydrogenation study of extruded MgFe alloy | |
Wei et al. | Improved hydrogen storage properties of LiBH4 doped Li–N–H system | |
TW202146326A (zh) | 燒結用氮化矽粉末 | |
Astankova et al. | The kinetics of self-heating in the reaction between aluminum nanopowder and liquid water | |
RU2686898C1 (ru) | Способ изготовления гидрида магния для химического генератора водорода | |
CN114833335B (zh) | 一种具有燃烧微爆效应的包覆镁粉、制备方法及其应用 | |
Gossé et al. | Kinetic study of the UO2/C interaction by high-temperature mass spectrometry | |
US20100111823A1 (en) | Methods and systems for producing hydrogen and system for producing power |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140424 |