RU2553885C1

RU2553885C1 - Hydrogen generator

Info

Publication number: RU2553885C1
Application number: RU2013150926/05A
Authority: RU
Inventors: Вячеслав Семенович Кузеванов; Махсуд Мансурович Султанов; Геннадий Федорович Терентьев; Петр Валерьевич Шамигулов
Priority date: 2013-11-15
Filing date: 2013-11-15
Publication date: 2015-06-20

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: hydrogen generator contains a reactionary vessel, a main line for supply of water solution of a caustic soda, the main line for hydrogen supply, and also the container with the solid reagent - aluminium. The reactionary vessel is implemented as flow-through. The generator is fitted with the main line for water suspension supply with the solid reagent - aluminium, the mixing device designed as tangential inlets into the reactionary vessel by the main lines for water solution supply of caustic supply and supply of water suspension with the solid reagent - aluminium, the ring-shaped filter and the main line for discharge of water solution of hydrolysis products which are installed in the lower part of the reactionary vessel.

EFFECT: invention allows to improve quality of production process and to decrease operational costs.

1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому оборудованию и может быть использовано для получения водорода как в стационарных установках, так и на транспорте.The invention relates to power equipment and can be used to produce hydrogen both in stationary installations and in transport.

Известен наиболее близкий к предлагаемому генератор водорода (патент РФ 2232710, опубл. 04.01.2007 г.), выбираемый в качестве прототипа.Known closest to the proposed hydrogen generator (RF patent 2232710, publ. 04.01.2007), selected as a prototype.

Генератор водорода, работающий за счет гидролиза твердого реагента - алюминия, который имеет реакционный сосуд, магистраль подачи водного раствора едкого натра, магистраль выдачи водорода, а также содержит контейнер с твердым реагентом - алюминием, теплообменник для отвода тепла реакции, который выполнен из металла, устойчивого к действию водного раствора едкого натра, размещенный внутри реакционного сосуда, заполненного водным раствором едкого натра и имеющего прямой тепловой контакт с твердым реагентом - алюминием, при этом металл, из которого выполнен теплообменник, имеет более высокую теплопроводность, чем твердый реагент - алюминий.A hydrogen generator operating by hydrolysis of a solid reagent - aluminum, which has a reaction vessel, a line for supplying an aqueous solution of caustic soda, a line for delivering hydrogen, and also contains a container with a solid reagent - aluminum, a heat exchanger for removing reaction heat, which is made of metal, stable to the action of an aqueous solution of caustic soda, placed inside a reaction vessel filled with an aqueous solution of caustic soda and having direct thermal contact with a solid reagent - aluminum, the metal from which made the heat exchanger, has a higher thermal conductivity than a solid reagent - aluminum.

Недостатком известного генератора является то, что это химический реактор периодического действия. Это приводит к удорожанию эксплуатации, так как для периодического цикла необходима загрузка компонентов и выгрузка конечных продуктов с неизбежным возрастанием эксплуатационных расходов.A disadvantage of the known generator is that it is a batch chemical reactor. This leads to a higher cost of operation, since for a periodic cycle it is necessary to load components and unload final products with an inevitable increase in operating costs.

Техническая задача, решаемая предлагаемым устройством, состоит в повышении качества производственного процесса путем более высокого уровня автоматизации и в снижении эксплуатационных расходов благодаря исключению обязательных операций периодического цикла (загрузка алюминия и выгрузка продуктов гидролиза). Немаловажным обстоятельством является значительно большая устойчивость технологических параметров непрерывного процесса, которая и приводит к получению продуктов лучшего качества и с более стабильными свойствами. Полезное время работы генератора водорода при этом, естественно, увеличивается. Технический эффект, обеспечивающий решение поставленной задачи, состоит в повышении эффективности за счет выполнения реакционного сосуда проточным и наличия смешивающего устройства и решается тем, что в известном генераторе водорода, имеющем реакционный сосуд, магистраль подачи водного раствора едкого натра, магистраль выдачи водорода, согласно полезной модели реакционный сосуд выполнен проточным, дополнительно снабжен магистралью подачи водной суспензии алюминия, смешивающим устройством, магистралью вывода водного раствора продуктов гидролиза, при этом смешивающее устройство выполнено в виде тангенциальных вводов в реакционный сосуд магистрали подачи водного раствора едкого натра и магистрали подачи водной суспензии алюминия и кольцеобразного фильтра, расположенного в нижней части проточного реакционного сосуда. Предлагаемый генератор водорода схематично представлен на чертеже.The technical problem solved by the proposed device is to improve the quality of the production process by means of a higher level of automation and to reduce operating costs by eliminating the mandatory periodic cycle operations (loading of aluminum and unloading of hydrolysis products). An important circumstance is the significantly greater stability of the technological parameters of the continuous process, which leads to the production of products of better quality and with more stable properties. The useful time of the hydrogen generator in this case, of course, increases. The technical effect that provides a solution to the problem is to increase efficiency by performing the reaction vessel flowing and having a mixing device and is solved by the fact that in a known hydrogen generator having a reaction vessel, a line for supplying an aqueous solution of caustic soda, a line for delivering hydrogen, according to a utility model the reaction vessel is made flowing, additionally equipped with a line for supplying an aqueous suspension of aluminum, a mixing device, a line for outputting an aqueous solution of aluminum hydrolysis, while the mixing device is made in the form of tangential entries into the reaction vessel of the line for supplying an aqueous solution of sodium hydroxide and the line for supplying an aqueous suspension of aluminum and an annular filter located in the lower part of the flowing reaction vessel. The proposed hydrogen generator is schematically represented in the drawing.

Генератор водорода содержит проточный реакционный сосуд 1, магистраль выдачи водорода 2, магистраль подачи водной суспензии твердого реагента - алюминия 3, магистраль подачи водного раствора едкого натра 4, магистраль вывода водного раствора продуктов гидролиза 5, кольцевой фильтр 6, тангенциальные вводы в проточный реакционный сосуд магистрали подачи водного раствора едкого натра и магистрали подачи водной суспензии твердого реагента - алюминия 7.The hydrogen generator contains a flow-through reaction vessel 1, a hydrogen delivery line 2, an aqueous supply line of an aqueous suspension of a solid reagent — aluminum 3, an aqueous solution supply line of caustic soda 4, an output line of an aqueous solution of hydrolysis products 5, an annular filter 6, and tangential entries into the flow-through reaction vessel of the line supply of an aqueous solution of caustic soda and the line for supplying an aqueous suspension of a solid reagent - aluminum 7.

Генератор водорода работает следующим образом. По магистрали 4 подают водной раствор едкого натра, по магистрали 3 - водную суспензию твердого реагента - алюминия, которые через тангенциальные вводы 7 в проточным реакционным сосуде 1 создают вихревое смешение водной суспензии твердого реагента - алюминия с водным раствором едкого натра. В результате реакции гидролиза образуется жидкий щелочной раствор алюмината натрия, который выводится по магистрали 5. Проточный реакционный сосуд выполнен с вводами водного раствора едкого натра, водной суспензии твердого реагента - алюминия и выводом продуктов реакции гидролиза: водорода и щелочного раствора алюмината натрия, что позволяет функционировать генератору водорода по технологической схеме реактора непрерывного действия.The hydrogen generator operates as follows. An aqueous solution of caustic soda is fed through line 4, and an aqueous suspension of a solid reagent - aluminum is supplied through a line 3, which through the tangential inlets 7 in a flowing reaction vessel 1 create a vortex mixing of an aqueous suspension of a solid reagent - aluminum with an aqueous solution of sodium hydroxide. As a result of the hydrolysis reaction, a liquid alkaline solution of sodium aluminate is formed, which is discharged along line 5. A flowing reaction vessel is made with inlets of an aqueous solution of caustic soda, an aqueous suspension of a solid reagent - aluminum and with the conclusion of the products of the hydrolysis reaction: hydrogen and an alkaline solution of sodium aluminate, which allows functioning hydrogen generator according to the technological scheme of a continuous reactor.

Вихревое движение потоков создает интенсивное перемешивание компонентов потоков, в частности частиц алюминия. При интенсивном перемешивании происходит практически полное усреднение состава и температуры продукта гидролиза в характерных зонах реакционного объема генератора. В установившемся непрерывном процессе изменение во времени температурных и концентрационных условий отсутствуют: после выхода на рабочий режим система переходит в квазистационарное состояние. Зато в различных реакционных зонах концентрации и температура неодинаковы.The vortex motion of flows creates intense mixing of the components of the flows, in particular aluminum particles. With vigorous stirring, the composition and temperature of the hydrolysis product are almost completely averaged in the characteristic zones of the reaction volume of the generator. In a steady-state continuous process, there is no change in time of temperature and concentration conditions: after reaching the operating mode, the system goes into a quasistationary state. But in different reaction zones the concentration and temperature are not the same.

За счет вихревого движения потоков наиболее крупные частицы алюминия будут удерживаться в центральной зоне вихря до завершения реакции гидролиза.Due to the vortex motion of the flows, the largest aluminum particles will be retained in the central zone of the vortex until the hydrolysis reaction is completed.

В качестве каналов регулирования выдачи водорода можно использовать магистраль подачи водной суспензии твердого реагента - алюминия 3 или названную магистраль и магистраль подачи водного раствора едкого натра 4. Регулирование вывода водного раствора продуктов гидролиза осуществляют изменением гидравлического сопротивления магистрали 5.As channels for regulating the hydrogen production, you can use the line for supplying an aqueous suspension of a solid reagent - aluminum 3 or the named line and the line for supplying an aqueous solution of caustic soda 4. Regulation of the output of an aqueous solution of hydrolysis products is carried out by changing the hydraulic resistance of line 5.

Принципиальная схема предлагаемого генератора водорода апробирована в лабораторных условиях.The schematic diagram of the proposed hydrogen generator is tested in laboratory conditions.

Claims

A hydrogen generator having a reaction vessel, a line for supplying an aqueous solution of caustic soda, a line for producing hydrogen, characterized in that the reaction vessel is flow-through, is additionally equipped with a line for supplying an aqueous suspension of aluminum, a mixing device, a line for outputting an aqueous solution of hydrolysis products, while the mixing device is made in the form of tangential entries into the reaction vessel of the line for supplying an aqueous solution of sodium hydroxide and the line for supplying an aqueous suspension of aluminum and an annular about the filter located in the lower part of the flowing reaction vessel.