RU2604228C1 - Method of accumulating hydrogen - Google Patents

Method of accumulating hydrogen Download PDF

Info

Publication number
RU2604228C1
RU2604228C1 RU2015128129/05A RU2015128129A RU2604228C1 RU 2604228 C1 RU2604228 C1 RU 2604228C1 RU 2015128129/05 A RU2015128129/05 A RU 2015128129/05A RU 2015128129 A RU2015128129 A RU 2015128129A RU 2604228 C1 RU2604228 C1 RU 2604228C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrogen
capsule
stream
water vapor
capsules
Prior art date
Application number
RU2015128129/05A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Анатолий Яковлевич Столяревский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт"
Priority to RU2015128129/05A priority Critical patent/RU2604228C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2604228C1 publication Critical patent/RU2604228C1/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/0005Reversible uptake of hydrogen by an appropriate medium, i.e. based on physical or chemical sorption phenomena or on reversible chemical reactions, e.g. for hydrogen storage purposes ; Reversible gettering of hydrogen; Reversible uptake of hydrogen by electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/32Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air
    • C01B3/34Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents
    • C01B3/38Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of gaseous or liquid organic compounds with gasifying agents, e.g. water, carbon dioxide, air by reaction of hydrocarbons with gasifying agents using catalysts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/50Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification
    • C01B3/501Separation of hydrogen or hydrogen containing gases from gaseous mixtures, e.g. purification by diffusion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F17STORING OR DISTRIBUTING GASES OR LIQUIDS
    • F17CVESSELS FOR CONTAINING OR STORING COMPRESSED, LIQUEFIED OR SOLIDIFIED GASES; FIXED-CAPACITY GAS-HOLDERS; FILLING VESSELS WITH, OR DISCHARGING FROM VESSELS, COMPRESSED, LIQUEFIED, OR SOLIDIFIED GASES
    • F17C11/00Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels
    • F17C11/005Use of gas-solvents or gas-sorbents in vessels for hydrogen
    • 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
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • 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
    • Y02E60/32Hydrogen storage

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to a method for hydrogen accumulation and can be used in chemical industry for processing of hydrocarbon gases, as well as in transport and hydrogen technologies. Heated stream, containing water vapour and lower alkanes having one to four carbon atoms, is passed through an adiabatic reactor, filled with a nozzle of a catalyst. Then from heated stream hydrogen is extracted by diffusion through sealed metal wall into a capsule, in which hydrogen-absorbing reaction gas is fed.
EFFECT: reduced consumption of energy resources, reduced costs for pumping and losses, associated with emission of excess heat into atmosphere, low cost of production and accumulation of hydrogen.
12 cl, 1 dwg, 2 tbl, 2 ex

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к способу аккумулирования водорода, водородсодержащих продуктов и может быть использовано в химической промышленности для переработки углеводородных газов, а также в системах транспорта и водородных технологий.The invention relates to a method for the accumulation of hydrogen, hydrogen-containing products and can be used in the chemical industry for the processing of hydrocarbon gases, as well as in transport systems and hydrogen technologies.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известен способ получения синтез-газа, содержащего в основном Н2 и СО, описанный в патенте РФ №2228901 на изобретение, опубл. 2004.05.20. Известный способ получения синтез-газа включает две стадии: стадию А) парциального окисления и стадию Б) конверсии остаточного метана с продуктами стадии А) на катализаторе. Стадию А) парциального окисления проводят в две ступени: а) некаталитического парциального окисления природного газа кислородом с получением в продуктах реакции неравновесного содержания Н2О и СН4 при мольном соотношении кислорода и метана, примерно равном 0,76-0,84, б) конверсии продуктов реакции ступени а) с корректирующими добавками СО2 и Н2О или Н2О и CH4 с получением газовой смеси, которая проходит конверсию остаточного метана водяным паром на катализаторе. Способ позволяет производить синтез-газ с составом, который отвечает заданному соотношению СО/Н2. Способ можно использовать для получения исходного сырья для дальнейших процессов получения водорода, синтеза спиртов, диметилового эфира, аммиака или других крупнотоннажных химических продуктов.The prior art method for producing synthesis gas, containing mainly H 2 and CO, described in the patent of the Russian Federation No. 2228901 for the invention, publ. 2004.05.20. The known method for producing synthesis gas includes two stages: stage A) partial oxidation and stage B) conversion of residual methane with the products of stage A) on the catalyst. Stage A) partial oxidation is carried out in two stages: a) non-catalytic partial oxidation of natural gas with oxygen to obtain in the reaction products a nonequilibrium content of H 2 O and CH 4 at a molar ratio of oxygen and methane of approximately 0.76-0.84, b) conversion products stage reaction a) with corrective additions of CO 2 and H 2 O or H 2 O and CH 4 to obtain a gas mixture which passes residual reforming methane with steam on a catalyst. The method allows the production of synthesis gas with a composition that corresponds to a given ratio of CO / H 2 . The method can be used to obtain feedstock for further processes for the production of hydrogen, the synthesis of alcohols, dimethyl ether, ammonia or other large-capacity chemical products.

Однако описанный способ обладает рядом недостатков, к которым можно отнести функциональные и экономические ограничения применения способа, связанные с необходимостью выделения и очистки водорода.However, the described method has several disadvantages, which include functional and economic limitations of the application of the method associated with the need for the allocation and purification of hydrogen.

В то же время растущим сегментом потребления водорода становится автотранспорт, в котором хранение водорода на борту требует создания эффективных аккумуляторов с низкими массогабаритными показателями и способностью к быстрой заправке и опорожнению.At the same time, motor transport is becoming a growing hydrogen consumption segment, in which the storage of hydrogen on board requires the creation of efficient batteries with low overall dimensions and the ability to quickly fill and empty.

Из уровня техники известен способ аккумулирования водорода и емкость для хранения водорода (см. патент РФ №2222749 на изобретение, опубл. 27.01.2004), предназначенная для водородного автомобиля и выполненная из прочных композитных относительно легких материалов. Последняя модификация имеет объем 90 л, массу 40 кг, давление водорода 400 атм. Оценки показывают, что в этом случае в емкости может быть запасено 3,2 кг водорода, что соответствует массовому содержанию водорода 8%.The prior art method of hydrogen storage and a hydrogen storage tank (see RF patent No. 2222749 for an invention, publ. 01/27/2004), designed for a hydrogen automobile and made of durable composite relatively light materials. The last modification has a volume of 90 l, a mass of 40 kg, a hydrogen pressure of 400 atm. Estimates show that in this case 3.2 kg of hydrogen can be stored in the tank, which corresponds to a mass content of hydrogen of 8%.

Недостатками технического решения являются взрывоопасность, низкое содержание водорода на единицу объема.The disadvantages of the technical solution are explosiveness, low hydrogen content per unit volume.

Из уровня техники известен способ хранения и подачи водорода с использованием системы подачи топлива для топливных элементов электромобилей, приведенной в патенте РФ №2233511 на изобретение, опубл. 27.07.2004. В составе этой системы имеется топливный (водородный) бак. Для обеспечения функционального назначения через патрубки бак соединен с другими составными частями и модулями системы подачи топлива трубопроводными магистралями подачи и отбора газа, а также подвода и отвода рабочей среды теплообменника, обеспечивающего заданные режимы работы установки. В такой установке для повышения плотности хранения водорода могут применяться наполнитель-аккумулятор водорода.The prior art method for storing and supplying hydrogen using a fuel supply system for fuel cells of electric vehicles described in the patent of the Russian Federation No. 2233511 for the invention, publ. 07/27/2004. This system has a fuel (hydrogen) tank. To ensure the functional purpose through the nozzles, the tank is connected to other components and modules of the fuel supply system by pipelines of gas supply and selection, as well as supply and removal of the working medium of the heat exchanger, providing the given operating modes of the installation. In such a plant, a hydrogen storage filler may be used to increase the hydrogen storage density.

В частности, предложена также емкость для хранения водорода, состоящая из герметичного корпуса, технологических патрубков, нагревателя и наполнителя-аккумулятора водорода, размещенного в корпусе. Наполнитель-аккумулятор водорода представляет собой полые микросферы, скрепленные между собой в единую жесткую структуру, сформированную послойно из микросфер разного диаметра. Диаметр микросфер уменьшается от центрального слоя к периферийному. На внешней поверхности жесткой структуры может быть выполнено покрытие из металла, эффективно поглощающего водород, например палладия, или никеля, или сплава лантана с никелем. В качестве материала микросферы используют сталь, или титан, или лантан, или никель, или цирконий, или сплавы на основе этих металлов или графит, или композиции на основе графита. Микросферы из металла могут быть закреплены между собой диффузионной сваркой. Изобретение направлено на создание емкости для безопасного хранения водорода, обеспечивающей увеличение массового содержания водорода выше 6% (см. патент РФ №2267694 на изобретение, опубл. 10.01.2006).In particular, a hydrogen storage tank is also proposed, consisting of a sealed housing, process pipes, a heater, and a hydrogen filler-accumulator located in the housing. The hydrogen storage filler is hollow microspheres bonded together in a single rigid structure formed layer-by-layer from microspheres of different diameters. The diameter of the microspheres decreases from the central layer to the peripheral. On the outer surface of the rigid structure, a coating can be made of a metal that effectively absorbs hydrogen, for example palladium, or nickel, or an alloy of lanthanum with nickel. As the material of the microspheres, steel, or titanium, or lanthanum, or nickel, or zirconium, or alloys based on these metals or graphite, or graphite-based compositions are used. Microspheres made of metal can be fixed among themselves by diffusion welding. The invention is aimed at creating a tank for the safe storage of hydrogen, providing an increase in the mass content of hydrogen above 6% (see RF patent No. 2267694 for the invention, publ. 10.01.2006).

Недостатком такой технологии является необходимость создания сопряженной технологии получения и компримирования водорода для заполнения аккумулятора. Получение водорода для заправки таких аккумуляторов требует капиталоемкого производства.The disadvantage of this technology is the need to create a paired technology for the production and compression of hydrogen to fill the battery. The production of hydrogen for refueling such batteries requires capital-intensive production.

Из уровня техники известен способ получения водорода, описанный в монографии "Ядерно-технологические комплексы на основе высокотемпературных реакторов", А.Я. Столяревский - Москва: "Энергоатомиздат", 1988. - 152 с. (ISBN 5-283-03750-9), с. 107-109. Этот способ технологической конверсии углеводородного сырья включает многостадийное получение синтез-газа, содержащего в основном Н2 и СО, в котором проводят как минимум две последовательные стадии, в каждой из которых поток, содержащий низшие алканы, имеющие ориентировочно от одного до четырех атомов углерода, пропускают через нагревающий теплообменник, а затем через адиабатический реактор, заполненный насадкой катализатора, и после последней стадии из потока удаляют водяной пар.The prior art method for producing hydrogen, described in the monograph "Nuclear-technological complexes based on high-temperature reactors", A.Ya. Stolyarevsky - Moscow: Energoatomizdat, 1988. - 152 p. (ISBN 5-283-03750-9), p. 107-109. This method of technological conversion of hydrocarbon feedstock involves the multi-stage production of synthesis gas containing mainly H 2 and CO, in which at least two successive stages are carried out, in each of which a stream containing lower alkanes having about one to four carbon atoms is passed through a heating heat exchanger, and then through an adiabatic reactor filled with a catalyst nozzle, and after the last stage, water vapor is removed from the stream.

Недостатками данного решения являются относительно низкий коэффициент конверсии алканов (до 90%) и относительно невысокое отношение Н2/СО в синтез-газе как продукте процесса, что ухудшает условия последующего извлечения водорода из продуктов конверсии.The disadvantages of this solution are the relatively low conversion ratio of alkanes (up to 90%) and the relatively low ratio of H 2 / CO in the synthesis gas as a product of the process, which worsens the conditions for the subsequent extraction of hydrogen from the conversion products.

Отчасти эти проблемы решает способ, позволяющий повысить коэффициент конверсии низших алканов и создать технологические возможности по изменению соотношения Н2/СО в производимом синтез-газе. В многостадийном получении синтез-газа, в котором проводят как минимум две последовательные стадии, в каждой из которых поток, содержащий низшие алканы, имеющие ориентировочно от одного до четырех атомов углерода, пропускают через нагревающий теплообменник, а затем через адиабатический реактор, заполненный насадкой катализатора, и после последней стадии из потока удаляют водяной пар, после чего проводят удаление из потока диоксида углерода и/или водорода, по меньшей мере, часть которых направляют на смешение с потоком перед и/или между стадиями. Коэффициент конверсии алканов при таком способе повышается свыше 90%, а отношение Н2/СО может изменяться от 2 до 4 в зависимости от целевого конечного продукта (см. патент РФ №2274600 на изобретение, опубл. 2006.04.20 - прототип).Part of these problems is solved by a method that allows to increase the conversion coefficient of lower alkanes and create technological capabilities for changing the ratio of H 2 / CO in the produced synthesis gas. In a multi-stage synthesis gas production in which at least two successive stages are carried out, in each of which a stream containing lower alkanes having approximately one to four carbon atoms is passed through a heating heat exchanger and then through an adiabatic reactor filled with a catalyst nozzle, and after the last stage, water vapor is removed from the stream, after which carbon dioxide and / or hydrogen is removed from the stream, at least part of which is directed to mixing with the stream before and / or between in tadia. The alkane conversion coefficient in this method rises above 90%, and the H 2 / CO ratio can vary from 2 to 4 depending on the target end product (see RF patent No. 2274600 for an invention, publ. 2006.04.20 - prototype).

Недостатком данного способа является потеря давления и температуры в процессе удаления водорода, что затрудняет его эффективное аккумулирование.The disadvantage of this method is the loss of pressure and temperature in the process of hydrogen removal, which makes it difficult to efficiently accumulate it.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей заявленного изобретения является создание способа с улучшенными экономическими показателями аккумулирования водорода и условиями эффективного применения водорода.The objective of the claimed invention is to provide a method with improved economic indicators of hydrogen storage and conditions for the effective use of hydrogen.

Техническим результатом заявленного изобретения является:The technical result of the claimed invention is:

- снижение расхода энергоресурсов,- reduction in energy consumption,

- уменьшение затрат на прокачку и потери, связанные с выбросом избыточного тепла в атмосферу,- reduction of pumping costs and losses associated with the release of excess heat into the atmosphere,

- снижение затрат на аккумулирование водорода.- reducing the cost of hydrogen storage.

Технический результат достигается тем, что нагретый поток, содержащий водяной пар и низшие алканы, имеющие от одного до четырех атомов углерода, пропускают через адиабатический реактор, заполненный насадкой катализатора, а затем из нагретого потока выводят водород, при этом водород выводят путем диффузии через герметичную металлическую стенку в капсулу, в которой проводят поглощение водорода реакционным газом.The technical result is achieved in that a heated stream containing water vapor and lower alkanes having from one to four carbon atoms is passed through an adiabatic reactor filled with a catalyst nozzle, and then hydrogen is removed from the heated stream, while hydrogen is removed by diffusion through a sealed metal a wall into a capsule in which hydrogen is absorbed by the reaction gas.

В предпочтительном варианте, капсула выполнена выемной с возможностью диффузионного выпуска водорода. После адиабатического реактора выводят из нагретого потока водяной пар и диоксид углерода. Перед нагревом потока проводят очистку потока от соединений серы. После вывода водорода охлаждение нагретого потока ведут в теплообменнике за счет получения водяного пара. В адиабатическом реакторе поддерживают температуру в диапазоне 600°С-900°С. Низший алкан представляет собой метан. Давление потока выбирают в диапазоне убрать от 2.0-12.0 МПа. В нагретый поток, содержащий водяной пар и низшие алканы, подводят кислород, получаемый из воздуха путем отделения от азота, который подают на заполнение капсулы в качестве реакционного газа. Капсулу заполняют бензолом в качестве реакционного газа. В качестве источника водяного пара используют ядерный реактор. Капсула содержит катализатор поглощения водорода.In a preferred embodiment, the capsule is removable with the possibility of diffusion of hydrogen. After the adiabatic reactor, steam and carbon dioxide are removed from the heated stream. Before heating the stream, the stream is purified from sulfur compounds. After the removal of hydrogen, the cooling of the heated stream is carried out in a heat exchanger by producing water vapor. In an adiabatic reactor, a temperature is maintained in the range of 600 ° C-900 ° C. Lower alkane is methane. The flow pressure is selected in the range removed from 2.0-12.0 MPa. In a heated stream containing water vapor and lower alkanes, oxygen is obtained from the air by separation from nitrogen, which is fed to fill the capsule as a reaction gas. The capsule is filled with benzene as a reaction gas. A nuclear reactor is used as a source of water vapor. The capsule contains a hydrogen absorption catalyst.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Признаки и сущность заявленного изобретения поясняются в последующем детальном описании, иллюстрируемом фигурой, где показано следующее:The features and essence of the claimed invention are explained in the following detailed description, illustrated by a figure, which shows the following:

1 - низшие алканы в виде метана;1 - lower alkanes in the form of methane;

2 - водяной пар;2 - water vapor;

3 - кислород;3 - oxygen;

4 - нагретый поток;4 - heated stream;

5 - адиабатический реактор;5 - adiabatic reactor;

6 - синтез-газ;6 - synthesis gas;

7 - аккумулятор водорода;7 - hydrogen accumulator;

8 - капсула;8 - capsule;

9 - подача капсул;9 - supply of capsules;

10 - коллектор;10 - collector;

11 - система отгрузка капсул;11 - capsule shipping system;

12 - генератор водорода;12 - hydrogen generator;

13 - водород;13 is hydrogen;

14 - тепловая энергия;14 - thermal energy;

15 - теплообменник;15 - heat exchanger;

16 - товарный газ;16 - commercial gas;

17 - воздух;17 - air;

18 - газоразделитель;18 - gas separator;

19 - азот;19 - nitrogen;

20 - газонаполнитель;20 - gas filler;

21 - ядерный реактор;21 - a nuclear reactor;

22 - паровая турбина.22 - steam turbine.

Осуществление изобретения и примеры реализацииThe implementation of the invention and examples of implementation

Примером реализации заявленного изобретения служит способ аккумулирования водорода, описанный ниже.An example implementation of the claimed invention is the method of hydrogen storage, described below.

Пример 1.Example 1

В примере 1 осуществления изобретения в качестве низших алканов 1 используют метан, в качестве нагретого потока 4, содержащего водяной пар, диоксид углерода и водород, используют продукты парокислородной каталитической конверсии метана в адиабатическом реакторе 5, в качестве реакционного газа, заполняющего капсулы 8, используют азот, что позволяет охарактеризовать особенности реализации изобретения применительно к процессам получения водорода из природного газа и аккумулирования водорода в связанном с азотом состоянии в виде аммиака.In example 1 of the invention, methane is used as lower alkanes 1, water vapor, carbon dioxide and hydrogen are used as heated stream 4, methane vapor-oxygen catalytic conversion products are used in adiabatic reactor 5, nitrogen is used as reaction gas filling capsules 8 that allows you to characterize the features of the invention in relation to the processes of producing hydrogen from natural gas and the accumulation of hydrogen in the state associated with nitrogen in the form of ammonia.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

Метан 1 направляют на стадию очистки от сернистых соединений (если они содержатся в виде примесей в метане) (на фигуре не показана), которую проводят в две ступени: сначала ведут, например, на алюмокобальтмолибденовом катализаторе гидрирование органических соединений серы, например меркаптанов в сероводород, а затем поток направляют на поглощение образовавшегося сероводорода активированным оксидом цинка в реакторах поглощения, включенных в работу последовательно или параллельно. Метан 1, очищенный (в пересчете на серу) до массовой концентрации серы менее 0.5 мг/нм3 с давлением выше 6.0 МПа смешивают со сжатым до давления метана водяным паром 2, подогревают до температуры около 400°С и образовавшийся поток газа подают на смешение с кислородом 3, который служит окислителем парометановой смеси. В результате окисления смесь нагревается до температуры около 1200°С и образует нагретый поток 4, подаваемый в адиабатический реактор 5, заполненный насадкой катализатора, в качестве которого, например, предпочтительно использовать никелевый катализатор типа НИАП-03-01. Могут также применяться и катализаторы на основе других активных металлов, выбранных из группы родий, платина, иридий, палладий, железо, кобальт, рений, рутений, медь, цинк, железо, их смеси или соединения. Состав катализатора с изменением содержания платиноидов, а также металлов, влияющих на кинетику окисления оксида углерода водяным паром (реакция сдвига) позволит управлять содержанием водорода и СО в товарном газе 16. Полученный синтез-газ направляют в аккумулятор водорода 7, в который помещают капсулы 8, заполненные реакционным азотом до давления 1.1-1.2 МПа. За счет диффузии водорода через стенки капсул 8 водород попадает внутрь капсул 8 и поглощается за счет реакции синтеза аммиака из азото-водородной смеси: 3 Н2+N2↔2 NH3. Температуру реакции поддерживают на уровне 350-400°С за счет отвода тепла, например, к кипящей воде (на фигуре не показана). Затем капсулы 8 дополнительно охлаждают, например водой, подаваемой в аккумулятор водорода 7, до температуры окружающей среды, в процессе чего происходит конденсация аммиака и падение давления в капсулах 8, которые системой подачи капсул 9 отправляют в коллектор 10, из которого системой отгрузки капсул 11 их направляют в генератор водорода 12, из которого водород 13 выдают конечному его потребителю. В генераторе водорода 12 водород 13 выделяется из капсул 8 при их нагреве тепловой энергией 14 за счет термолиза аммиака и последующей диффузии водорода 13 через стенки капсул 8. Генератор водорода 12 может быть размещен на борту транспортного средства и тепловая энергия 14 может подаваться за счет охлаждения продуктов сгорания водорода 13 в двигателе данного транспортного средства. Из аккумулятора водорода 7 выводят товарный газ 16, который охлаждают в теплообменнике 15 перед выдачей в систему последующей утилизации, в качестве которой могут служить энергоустановки, агрегаты синтеза метанола, другие химические потребители. При этом из товарного газа 16 могут удалять CO2 в абсорбционной очистке, например, водным раствором активированного моно- и диэтаноламина. Для получения азота 19, используемого в качестве реакционного газа, и кислорода 3 используют воздух 17, из которого в газоразделителе 18 отделяют азот 19, направляемый в газонаполнитель 20, в котором азотом 19 наполняют капсулы 8, направляемые затем в аккумулятор водорода 7, в который также могут направляться и капсулы 8, освобожденные от водорода 13 в генераторе водорода 12.Methane 1 is sent to the stage of purification from sulfur compounds (if they are contained in the form of impurities in methane) (not shown in the figure), which is carried out in two stages: first, for example, hydrogenation of organic sulfur compounds, for example mercaptans to hydrogen sulfide, is carried out on an aluminum-cobalt-molybdenum catalyst, and then the flow is directed to the absorption of the resulting hydrogen sulfide by activated zinc oxide in absorption reactors included in series or in parallel. Methane 1 purified (in terms of sulfur) to a mass concentration of sulfur less than 0.5 mg / Nm3 at a pressure above 6.0 MPa is mixed with pressurized steam to methane pressure 2, preheated to a temperature of about 400 ° C and the resulting gas stream fed to mixing with oxygen 3, which serves as an oxidizer of the steam mixture. As a result of oxidation, the mixture is heated to a temperature of about 1200 ° C and forms a heated stream 4 supplied to the adiabatic reactor 5 filled with a catalyst nozzle, for which, for example, it is preferable to use a NIAP-03-01 nickel catalyst. Catalysts based on other active metals selected from the group of rhodium, platinum, iridium, palladium, iron, cobalt, rhenium, ruthenium, copper, zinc, iron, their mixtures or compounds can also be used. The composition of the catalyst with a change in the content of platinoids, as well as metals that affect the kinetics of the oxidation of carbon monoxide by water vapor (shear reaction) will allow you to control the content of hydrogen and CO in the commodity gas 16. The resulting synthesis gas is sent to a hydrogen accumulator 7, in which capsules 8 are placed, filled with reaction nitrogen to a pressure of 1.1-1.2 MPa. Due to the diffusion of hydrogen through the walls of the capsules 8, hydrogen enters the capsules 8 and is absorbed due to the reaction of synthesis of ammonia from a nitrogen-hydrogen mixture: 3 Н 2 + N 22 NH 3 . The reaction temperature is maintained at 350-400 ° C due to heat removal, for example, to boiling water (not shown in the figure). Then, the capsules 8 are additionally cooled, for example, by the water supplied to the hydrogen accumulator 7, to ambient temperature, during which ammonia condensates and the pressure drops in the capsules 8, which are sent to the collector 10 by the capsule supply system 9, from which the capsule dispatch system 11 sends them sent to a hydrogen generator 12, from which hydrogen 13 is supplied to its final consumer. In the hydrogen generator 12, hydrogen 13 is released from the capsules 8 when they are heated with thermal energy 14 due to the thermolysis of ammonia and subsequent diffusion of hydrogen 13 through the walls of the capsules 8. Hydrogen generator 12 can be placed on board the vehicle and thermal energy 14 can be supplied by cooling the products combustion of hydrogen 13 in the engine of the vehicle. Commodity gas 16 is removed from the hydrogen accumulator 7, which is cooled in the heat exchanger 15 before being discharged to a subsequent utilization system, which can serve as power plants, methanol synthesis units, and other chemical consumers. At the same time, CO 2 can be removed from the commercial gas 16 in absorption purification, for example, with an aqueous solution of activated mono- and diethanolamine. To obtain nitrogen 19, which is used as a reaction gas, and oxygen 3, air 17 is used, from which nitrogen 19 is separated in a gas separator 18 and sent to a gas filler 20, in which capsules 8 are filled with nitrogen 19, which are then sent to a hydrogen accumulator 7, which also can also be sent capsules 8, freed from hydrogen 13 in the hydrogen generator 12.

Для получения водяного пара 2 высокого давления может использоваться ядерный реактор 21, параметры которого позволяют генерировать пар с давлением 9-13 МПа, что позволяет часть энергии водяного пара 2 сработать на паровой турбине 22 с целью выработки электроэнергии, часть которой может быть направлена в газоразделитель 18 для получения из воздуха 17 азота 19 и кислорода 3.To obtain high pressure water vapor 2, a nuclear reactor 21 can be used, the parameters of which allow generating steam with a pressure of 9-13 MPa, which allows part of the energy of water vapor 2 to be generated on a steam turbine 22 in order to generate electricity, some of which can be sent to the gas separator 18 to obtain from the air 17 nitrogen 19 and oxygen 3.

На выходе из адиабатического реактора 5 синтез-газ имеет состав, представленный в таблице 1.At the outlet of the adiabatic reactor 5, the synthesis gas has the composition shown in table 1.

Figure 00000001
Figure 00000001

Таким образом, в аккумуляторе водорода 7, в который помещают капсулы 8, заполненные азотом до давления 1.1-1.2 МПа, создают среду с высоким (свыше 3.7 МПа) парциальным давлением водорода, что позволяет провести эффективное заполнение капсул 8 водородом. Водород обладает очень высокой диффузионной проницаемостью. Материал капсул 8 выбирают из металлов, имеющих хорошую растворимость водорода. Уникальность водорода заключается прежде всего в его аномально высокой подвижности в металлах, которая даже при комнатной температуре значительно выше по сравнению азотом (коэффициент диффузии водорода в 1012 раз выше, чем у С или N). Коэффициент диффузии водорода в железе при 25°С DH=7×10-5 см2/с - т.е. его проникающая способность порядка 1 мм за 3 минуты. Дефекты металла удерживают очень длительное время водород в металле при его концентрации на 3 порядка выше равновесной.Thus, in a hydrogen accumulator 7, in which capsules 8 are placed, filled with nitrogen to a pressure of 1.1-1.2 MPa, a medium with a high (over 3.7 MPa) hydrogen partial pressure is created, which allows efficient filling of the capsules 8 with hydrogen. Hydrogen has a very high diffusion permeability. The material of the capsules 8 is selected from metals having good hydrogen solubility. The uniqueness of hydrogen lies primarily in its anomalously high mobility in metals, which is even higher at room temperature than nitrogen (the diffusion coefficient of hydrogen is 10 12 times higher than that of C or N). The diffusion coefficient of hydrogen in iron at 25 ° С D H = 7 × 10 -5 cm 2 / s - i.e. its penetration is about 1 mm in 3 minutes. Metal defects hold hydrogen for a very long time in a metal at its concentration 3 orders of magnitude higher than equilibrium.

В сплавах на основе железа растворимость водорода и коэффициент диффузии зависят от концентрации углерода, легирующих элементов, примесей и структурного состояния металла или сплава. Например, для стали Ст3сп коэффициент диффузии равен 1,499×10-4 см2/с, а для стали 14Х2ГМР - 4,442×10-4 см2/с. Известно, что с повышением концентрации углерода, кремния, алюминия, хрома, вольфрама, бора в сплаве растворимость водорода в металле уменьшается, а при легировании титаном, ниобием и др. повышается. Все легирующие элементы, замедляющие диффузию водорода, одновременно снижают и скорость его удаления из металла, в то время как элементы, повышающие растворимость водорода (титан, ниобий, неодим, цирконий, торий, церий, лантан, тантал, ванадий до 6%) и образующие с водородом соединения, прочные при низких температурах, ускоряют удаление водорода.In iron-based alloys, the solubility of hydrogen and the diffusion coefficient depend on the concentration of carbon, alloying elements, impurities and the structural state of the metal or alloy. For example, for St3sp steel, the diffusion coefficient is 1.499 × 10 -4 cm 2 / s, and for steel 14Kh2GMR - 4.442 × 10 -4 cm 2 / s. It is known that with an increase in the concentration of carbon, silicon, aluminum, chromium, tungsten, boron in the alloy, the solubility of hydrogen in the metal decreases, and when alloyed with titanium, niobium, etc. it increases. All alloying elements that slow down the diffusion of hydrogen simultaneously reduce the rate of its removal from the metal, while elements that increase the solubility of hydrogen (titanium, niobium, neodymium, zirconium, thorium, cerium, lanthanum, tantalum, vanadium up to 6%) and form Compounds with hydrogen that are durable at low temperatures accelerate the removal of hydrogen.

Растворимость водорода в твердом металле определяется кристаллической структурой металла. Известно, что а-железо (феррит) более проницаемо для водорода, чем g-железо (аустенит), хотя растворимость его и в g-железе большая. Наибольшее количество водорода растворяется в аустените, что объясняется большими размерами полостей в гранецентрированной решетке, по сравнению с металлом с ОЦК решеткой. Растворяясь в ферритной составляющей металла, водород вызывает увеличение ее объема на 1,75 см3/моль.The solubility of hydrogen in a solid metal is determined by the crystalline structure of the metal. It is known that a-iron (ferrite) is more permeable to hydrogen than g-iron (austenite), although its solubility in g-iron is also large. The largest amount of hydrogen dissolves in austenite, which is explained by the large size of the cavities in the face-centered lattice, compared with a metal with a bcc lattice. Dissolving in the ferrite component of the metal, hydrogen causes an increase in its volume by 1.75 cm 3 / mol.

Внутри капсул 8, водород, пройдя металлическую стенку, вступает в реакцию синтеза аммиака с реакционным азотом, заполняющим объем капсулы 8. Содержание Н2 в аммиаке превышает содержание Н2 в металлических гидридах примерно на порядок и составляет около 18%.Inside capsules 8, hydrogen, having passed through the metal wall, reacts with the synthesis of ammonia with reaction nitrogen filling the volume of capsule 8. The content of H 2 in ammonia exceeds the content of H 2 in metal hydrides by about an order of magnitude and is about 18%.

Синтез аммиака, основанный на взаимодействии реакционного азота и водорода, могут осуществлять внутри капсул 8 при повышенных температурах и давлениях с использованием рутениевого катализатора при давлении 0,6-30,0 МПа, температуре 300-500°С.The synthesis of ammonia, based on the interaction of reaction nitrogen and hydrogen, can be carried out inside capsules 8 at elevated temperatures and pressures using a ruthenium catalyst at a pressure of 0.6-30.0 MPa, a temperature of 300-500 ° C.

Катализатор может использовать в качестве активных компонентов, например, Fe и оксиды K, Са, Al (как, например, катализатор FNMS Montecatini-Edison), описанный в патент РФ 2241667, опубл. 10.12.2004. В этом случае, как показал эксперимент, равновесие в реакции синтеза достигает наибольшей степени при температуре 373°С, таблица 2.The catalyst can be used as active components, for example, Fe and oxides of K, Ca, Al (such as, for example, FNMS Montecatini-Edison catalyst), described in RF patent 2241667, publ. 12/10/2004. In this case, as the experiment showed, the equilibrium in the synthesis reaction reaches its greatest degree at a temperature of 373 ° C, table 2.

Возможные условия реакции синтеза аммиака и состав реакционной смеси в капсуле 8 представлены в таблице 2.Possible reaction conditions for the synthesis of ammonia and the composition of the reaction mixture in capsule 8 are presented in table 2.

Figure 00000002
Figure 00000002

Для ускорения реакции в составе капсул 8 могут использоваться катализаторы.Catalysts may be used to accelerate the reaction in capsule 8.

В коллекторе 10 капсулы окончательно охлаждают до температуры окружающей среды, что приводит к конденсации аммиака и снижению давления в капсуле 8. Сниженное давление позволяет создавать капсулы 8 тонкостенными, что способствует снижению их массогабаритных характеристик, удешевлению и ускоряет процесс заправки капсул 8 в аккумуляторе водорода 7 и выдаче водорода 13 в генераторе водорода 12.In the collector 10, the capsules are finally cooled to ambient temperature, which leads to the condensation of ammonia and a decrease in pressure in the capsule 8. The reduced pressure allows the capsules to be created 8 thin-walled, which reduces their weight and size characteristics, reduces the cost and speeds up the process of filling capsules 8 in the hydrogen accumulator 7 and hydrogen production 13 in a hydrogen generator 12.

В генераторе водорода 12 водород 13 выделяется из капсул 8 при их нагреве тепловой энергией 14 за счет термолиза (крекинга) аммиака и последующей диффузии водорода 13 через стенки капсул 8. Аммиак содержит приблизительно в 1,7 раз больше водорода по сравнению с жидким водородом на единицу объема, тем самым позволяя более эффективно транспортировать водородное топливо. Термолиз (крекинг) аммиака в капсуле 8 может быть проведен в соответствии с реакцией: 2NH3→3Н2+N2.In the hydrogen generator 12, hydrogen 13 is released from the capsules 8 when they are heated with thermal energy 14 due to thermolysis (cracking) of ammonia and subsequent diffusion of hydrogen 13 through the walls of the capsules 8. Ammonia contains approximately 1.7 times more hydrogen compared to liquid hydrogen per unit volume, thereby allowing more efficient transportation of hydrogen fuel. Thermolysis (cracking) of ammonia in the capsule 8 can be conducted according to the reaction: 2NH 3 → 3H 2 + N 2.

Для ускорения реакции термолиза могут применяться катализаторы, например, включающие вступление катализатора для крекинга аммиака в контакт с аммиаком при условиях, эффективных для создания азота и водорода 13, катализатор крекинга аммиака содержит (1) сплав, имеющий общую формулу Zr1-xTixM1M2, где M1 и М2 выбраны независимо из группы, состоящей из Cr, Mn, Fe, Со и Ni, а х имеет значение между 0,0 и 1,0 включительно, и (2) приблизительно между 20 и 50% по весу Al, как описано в патенте РФ №2173295, опубл. 10.09.2001. Подобные катализаторы позволяют провести термолиз аммиака на 95% и более.Catalysts can be used to accelerate the thermolysis reaction, for example, involving contacting the catalyst for ammonia cracking with ammonia under conditions effective to create nitrogen and hydrogen 13, the ammonia cracking catalyst contains (1) an alloy having the general formula Zr 1-x Ti x M 1 M 2, wherein M 1 and M 2 are selected independently from the group consisting of Cr, Mn, Fe, Co and Ni, and x has a value between 0.0 and 1.0 inclusive, and (2) between about 20 and 50 % by weight of Al, as described in RF patent No. 2173295, publ. 09/10/2001. Such catalysts allow thermolysis of ammonia to 95% or more.

Заполнение капсул азотом 19 производят в газонаполнителе 20. С этой целью капсулы 8 могут быть выполнены с использованием технических решений, описанных, например, в патенте RU 2171765, опубл. 10.08.2001, или в патенте RU 2173661, опубл. 20.09.2001. В частности, уплотнение выпускного канала капсулы 8 может быть выполнено в виде клапана, снабженного упругим элементом, открывающим выпуск газа из капсулы 8 только при превышении давления внутри капсулы 8 давления окружающей капсулу среды на заданную величину. Корпус капсулы 8 может быть выполнен в виде цилиндра, соединенного из двух или более частей. Клапан капсулы 8 может быть размещен на стыке частей корпуса. Выпускной канал капсулы 8 может быть снабжен нажимным клапаном с подпружиненным подвижным элементом в виде втулки или штока, выполненным с возможностью герметичного соединения капсулы 8 и корпуса генератора водорода 12 и пропуска газа из капсулы 8 в корпус водорода 12 при нажатии на подпружиненный подвижный элемент. При этом следует предусмотреть диффузионный отделитель водорода внутри капсулы 8.Filling the capsules with nitrogen 19 is carried out in a gas filler 20. For this purpose, the capsules 8 can be made using technical solutions described, for example, in patent RU 2171765, publ. 08/10/2001, or in patent RU 2173661, publ. 09/20/2001. In particular, the sealing of the outlet channel of the capsule 8 can be made in the form of a valve equipped with an elastic element that opens the release of gas from the capsule 8 only when the pressure inside the capsule 8 exceeds the pressure of the medium surrounding the capsule by a predetermined amount. The capsule body 8 may be made in the form of a cylinder connected from two or more parts. The valve of the capsule 8 can be placed at the junction of the parts of the body. The outlet channel of the capsule 8 may be equipped with a pressure valve with a spring-loaded movable element in the form of a sleeve or a rod, made with the possibility of tight connection of the capsule 8 and the housing of the hydrogen generator 12 and the passage of gas from the capsule 8 into the hydrogen housing 12 by pressing the spring-loaded movable element. In this case, a diffusion separator of hydrogen inside the capsule 8 should be provided.

Пример 2.Example 2

В примере 2 реализации изобретения в качестве реакционного газа используют не азот, как в первом примере, а бензол, возможно в смеси с другими ароматическими углеводородами. При этом аккумулирование водорода производят в виде циклогексана, образующегося при гидрировании бензола внутри капсул 8, помещенных в аккумулятор водорода 7, заполненный нагретым синтез-газом 6. Циклогексан С6Н12 (жидкость с т.кип. 80,7°С) внутри капсул 8 при охлаждении в коллекторе 10 конденсируется, что позволяет использовать тонкостенные капсулы 8.In example 2 of the invention, the reaction gas used is not nitrogen, as in the first example, but benzene, possibly in a mixture with other aromatic hydrocarbons. In this case, hydrogen accumulation is carried out in the form of cyclohexane, which is formed during the hydrogenation of benzene inside capsules 8 placed in a hydrogen accumulator 7 filled with heated synthesis gas 6. Cyclohexane C 6 H 12 (liquid with a boiling point of 80.7 ° C) inside the capsules 8 when cooled in the collector 10 condenses, which allows the use of thin-walled capsules 8.

Гидрирование бензола внутри капсул 8 протекает с выделением тепла (ΔН=-49 ккал). Гидрирование бензола проводят как при низком парциальном давлении водорода в синтез-газе 6, так и при среднем и высоком давлении. Наиболее выгодно в техноэкономическом отношении является, по-видимому, проведение процесса при высоком давлении: до 20-30 МПа и при температуре 260-360°С. При более низких температурах равновесие обратимой реакции сдвигается вправо, но значительно уменьшается скорость реакции связывания продиффундировавшего в капсулу 8 водорода в реакции каталитического гидрирования ароматических углеводородов: C6H5R+3H2=C6H11R, где R=Н, СН3, С2Н5, С3Н7.Hydrogenation of benzene inside the capsules 8 proceeds with the release of heat (ΔН = -49 kcal). Hydrogenation of benzene is carried out both at a low partial pressure of hydrogen in the synthesis gas 6, and at medium and high pressure. Apparently, the process is most advantageous in terms of technology and technology at high pressure: up to 20-30 MPa and at a temperature of 260-360 ° C. At lower temperatures, the equilibrium of the reversible reaction shifts to the right, but the rate of the binding reaction of hydrogen diffused into the capsule 8 in the catalytic hydrogenation of aromatic hydrocarbons significantly decreases: C 6 H 5 R + 3H 2 = C 6 H 11 R, where R = H, CH 3 , C 2 H 5, C 3 H 7.

Как правило, молярное отношение водорода к бензолу в исходной реакционной смеси, может составлять от 3:1 до 15:1, предпочтительно - 10:1 при использовании катализатора гидрогенизации, который, как правило, представляет собой металл VIII группы Периодической таблицы элементов в качестве главного каталитического компонента по отдельности или вместе с промоторами и модификаторами, такими как палладий/золото, палладий/серебро, кобальт/цирконий, никель, предпочтительно осажденные на носителе, таком как оксид алюминия, углерод, диоксид кремния и т.п. (патент РФ №2235086, опубл. 27.08.2004). Как показано экспериментально, применение катализатора Crosfield НТС-400 (12% никеля на глиноземе) позволяет достичь глубины синтеза циклогексана на уровне 99% масс.As a rule, the molar ratio of hydrogen to benzene in the initial reaction mixture can be from 3: 1 to 15: 1, preferably 10: 1 when using a hydrogenation catalyst, which, as a rule, is a metal of group VIII of the Periodic table of elements as the main the catalyst component individually or together with promoters and modifiers such as palladium / gold, palladium / silver, cobalt / zirconium, nickel, preferably deposited on a carrier such as alumina, carbon, silicon dioxide and the like. (RF patent No. 2235086, publ. 08/27/2004). As shown experimentally, the use of the Crosfield NTS-400 catalyst (12% nickel on alumina) allows one to achieve a cyclohexane synthesis depth of 99% by mass.

В генераторе водорода 12 водород 13 выделяется из капсул 8 при их нагреве тепловой энергией за счет выделения связанного водорода в реакции каталитического дегидрирования содержащихся в капсуле 8 циклогексановых углеводородов: C6H11R=C6H5R+3Н2, где R=Н, СН3, С2Н5, С3Н7 в присутствии катализаторов, содержащих металл(ы) платиновой группы. Реакция осуществляется при высоких объемных скоростях в диапазоне температур 300-500°С, как описано в патенте РФ №2160698, опубл. 10.12.2000. Применение для осуществления данной реакции промышленных платиновых катализаторов, например процесса каталитического риформинга, обеспечивает селективность процесса дегидрирования нафтеновых углеводородов, близкую к 100 мол. %. Данное обстоятельство является предпосылкой получения водорода высокой чистоты (>99 мол. %). Капсулы 8, освобожденные от водорода 13 в генераторе водорода 12 системой отгрузки капсул 11, возвращают в коллектор 10, откуда путем подачи капсул 9 в аккумулятор водорода 7 капсулы 8 направляют на повторное поглощение водорода реакционным газом.In hydrogen generator 12, hydrogen 13 is released from capsules 8 when they are heated with thermal energy due to the release of bound hydrogen in the catalytic dehydrogenation reaction of cyclohexane hydrocarbons contained in capsule 8: C 6 H 11 R = C 6 H 5 R + 3Н 2 , where R = Н , CH 3 , C 2 H 5 , C 3 H 7 in the presence of catalysts containing platinum group metal (s). The reaction is carried out at high space velocities in the temperature range 300-500 ° C, as described in RF patent No. 2160698, publ. 12/10/2000. The use of industrial platinum catalysts, for example, a catalytic reforming process, for carrying out this reaction provides a selectivity of the dehydrogenation of naphthenic hydrocarbons close to 100 mol. % This circumstance is a prerequisite for the production of high purity hydrogen (> 99 mol.%). Capsules 8, freed of hydrogen 13 in the hydrogen generator 12 by the capsule 11 dispatch system, are returned to the collector 10, where, by supplying the capsules 9 to the hydrogen accumulator 7, the capsules 8 are sent to re-absorb hydrogen by the reaction gas.

Таким образом, указанный способ позволит создать условия эффективного повышения коэффициента использования энергоресурсов с возможностью поддерживать сниженный расход энергоресурсов, уменьшить затраты на прокачку и потери, связанные с выбросом избыточного тепла в атмосферу, улучшить экономические показатели аккумулирования водорода, создать условия эффективного применения водорода.Thus, this method will create the conditions for an effective increase in the utilization of energy resources with the ability to maintain reduced energy consumption, reduce pumping costs and losses associated with the release of excess heat into the atmosphere, improve the economic indicators of hydrogen storage, and create conditions for the efficient use of hydrogen.

Claims (12)

1. Способ аккумулирования водорода, в котором нагретый поток, содержащий водяной пар и низшие алканы, имеющие от одного до четырех атомов углерода, пропускают через адиабатический реактор, заполненный насадкой катализатора, а затем из потока выводят водород, отличающийся тем, что водород выводят путем диффузии через герметичную металлическую стенку в капсулу, в которой проводят поглощение водорода реакционным газом.1. A method of accumulating hydrogen, in which a heated stream containing water vapor and lower alkanes having from one to four carbon atoms is passed through an adiabatic reactor filled with a catalyst nozzle, and then hydrogen is removed from the stream, characterized in that hydrogen is removed by diffusion through a sealed metal wall into a capsule in which hydrogen is absorbed by the reaction gas. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсула выполнена выемной с возможностью диффузионного выпуска водорода.2. The method according to p. 1, characterized in that the capsule is removable with the possibility of diffusion of hydrogen. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после адиабатического реактора выводят из потока водяной пар и диоксид углерода.3. The method according to p. 1, characterized in that after the adiabatic reactor water vapor and carbon dioxide are removed from the stream. 4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перед нагревом потока проводят очистку потока от соединений серы.4. The method according to p. 1, characterized in that before heating the stream, the stream is purified from sulfur compounds. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что после вывода водорода охлаждение потока ведут в теплообменнике за счет получения водяного пара.5. The method according to p. 1, characterized in that after the removal of hydrogen, the flow is cooled in the heat exchanger due to the production of water vapor. 6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в адиабатическом реакторе поддерживают температуру в диапазоне 600°С-900°С.6. The method according to p. 1, characterized in that in the adiabatic reactor maintain a temperature in the range of 600 ° C-900 ° C. 7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что низший алкан представляет собой метан.7. The method according to p. 1, characterized in that the lower alkane is methane. 8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление потока выбирают в диапазоне 2,0 -12,0 МПа.8. The method according to p. 1, characterized in that the flow pressure is selected in the range of 2.0 -12.0 MPa. 9. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в нагретый поток, содержащий водяной пар и низшие алканы, подводят кислород, получаемый из воздуха путем отделения от азота, который подают на заполнение капсулы в качестве реакционного газа.9. The method according to p. 1, characterized in that in the heated stream containing water vapor and lower alkanes, oxygen is supplied from the air by separation from nitrogen, which is fed to fill the capsule as a reaction gas. 10. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсулу заполняют бензолом в качестве реакционного газа.10. The method according to p. 1, characterized in that the capsule is filled with benzene as a reaction gas. 11. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве источника водяного пара используют ядерный реактор.11. The method according to p. 1, characterized in that a nuclear reactor is used as a source of water vapor. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что капсула содержит катализатор поглощения водорода. 12. The method according to p. 1, characterized in that the capsule contains a hydrogen absorption catalyst.
RU2015128129/05A 2015-07-13 2015-07-13 Method of accumulating hydrogen RU2604228C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015128129/05A RU2604228C1 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of accumulating hydrogen

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015128129/05A RU2604228C1 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of accumulating hydrogen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2604228C1 true RU2604228C1 (en) 2016-12-10

Family

ID=57776782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015128129/05A RU2604228C1 (en) 2015-07-13 2015-07-13 Method of accumulating hydrogen

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2604228C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU798031A1 (en) * 1975-04-07 1981-01-23 Предприятие П/Я Р-6603 Method of producing ammonia and methanol
SU1074815A1 (en) * 1982-11-15 1984-02-23 Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича Method for recovering atoms and ions of hydrogen from gas mixtures
RU2274600C1 (en) * 2004-09-03 2006-04-20 ООО "Центр КОРТЭС" Multistage synthesis gas generation process
DE102010010822A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Eads Deutschland Gmbh Device, useful for producing hydrogen gas by dehydrogenating hydrocarbon fuel, comprises fuel reservoir connected with reactor via fuel supplying line to supply fuel from reservoir into reactor, and heating device for heating supplied fuel
RU2440290C2 (en) * 2006-06-12 2012-01-20 Си. Эн. Лимитед Device and cartridge for storage of compressed hydrogen gas
FR2950045B1 (en) * 2009-09-17 2012-10-12 Mcphy Energy STORAGE AND STORAGE TANK FOR HYDROGEN AND / OR HEAT

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU798031A1 (en) * 1975-04-07 1981-01-23 Предприятие П/Я Р-6603 Method of producing ammonia and methanol
SU1074815A1 (en) * 1982-11-15 1984-02-23 Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича Method for recovering atoms and ions of hydrogen from gas mixtures
RU2274600C1 (en) * 2004-09-03 2006-04-20 ООО "Центр КОРТЭС" Multistage synthesis gas generation process
RU2440290C2 (en) * 2006-06-12 2012-01-20 Си. Эн. Лимитед Device and cartridge for storage of compressed hydrogen gas
FR2950045B1 (en) * 2009-09-17 2012-10-12 Mcphy Energy STORAGE AND STORAGE TANK FOR HYDROGEN AND / OR HEAT
DE102010010822A1 (en) * 2010-03-10 2011-09-15 Eads Deutschland Gmbh Device, useful for producing hydrogen gas by dehydrogenating hydrocarbon fuel, comprises fuel reservoir connected with reactor via fuel supplying line to supply fuel from reservoir into reactor, and heating device for heating supplied fuel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Andersson et al. Large-scale storage of hydrogen
KR102247199B1 (en) Method for producing high purity hydrogen from ammonia, apparatus therefor and on-site type module system thereof
CN100417588C (en) Process of preparing high purity hydrogen with liquid hydrocarbon in a palladium film reactor
JP2013095618A (en) Method and apparatus for producing hydrogen
Kim et al. Highly selective Pd composite membrane on porous metal support for high-purity hydrogen production through effective ammonia decomposition
Calabrese et al. Formate/bicarbonate interconversion for safe hydrogen storage: A review
Iulianelli et al. Production of hydrogen via glycerol steam reforming in a Pd‐Ag membrane reactor over Co‐Al2O3 catalyst
CN101823692B (en) Reversible hydrogen adsorption and desorption method using piperidine as media and device
Southall et al. Hydrogen Storage and Transportation Technologies to Enable the Hydrogen Economy: Liquid Organic Hydrogen Carriers: Overview and perspectives on liquid organic hydrogen carriers technology
Guo et al. Efficient hydrogen recovery and purification from industrial waste hydrogen to high-purity hydrogen based on metal hydride powder
US8663857B2 (en) Process for the production of hydrogen by catalyzed hydrolysis of a complex hydride, and facility with semi continuous reactor for carrying out the method
RU2604228C1 (en) Method of accumulating hydrogen
Cooper et al. An integrated hydrogen storage and delivery approach using organic liquid-phase carriers
US9878907B2 (en) System and method to produce hydrogen
US9493349B2 (en) High and rapid hydrogen release from thermolysis of ammonia borane near PEM fuel cell operating temperature
WO2013039419A1 (en) Methane-hydrogen mixture production process
JP4598994B2 (en) Carbon dioxide reduction equipment
CA2829868C (en) Non-co2 emitting manufacturing method for synthesis gas
RU2515477C2 (en) Method of obtaining hydrogen
US20100160149A1 (en) Method of activating or regenerating a hydrogen storage material
RU2274600C1 (en) Multistage synthesis gas generation process
Wang et al. Thermodynamic assessment of membrane-assisted chemical looping reforming of glycerol
JP2009091165A (en) Hydrogen supply system
KR20150137070A (en) Methods and systems for making metal hydride slurries
Stepanenko et al. Nickel-tin alloy catalysts for liquid organic hydrogen carrier dehydrogenation