композит на основе алюминия для генерирования водорода и способ его получения

Формула изобретения

1. Композит на основе алюминия для производства водорода, включающий алюминий или его сплав, содержащий не менее 85% алюминия, в виде гранул, порошка или отходов механической обработки алюминия: опилок, стружки, в весовом количестве не менее 90%, обезвоженный гидроксид щелочного металла, разрушающий оксидную пленку при взаимодействии с водой, добавки меди, кремния, магния до 6%, так, чтобы этот композит содержал эти добавки вместе со щелочью в сумме до 10%.

2. Способ получения композита по п.1 для производства водорода, включающий смешение алюминия или его сплава, содержащего не менее 85% алюминия, в виде гранул, порошка или отходов механической обработки алюминия: опилок, стружки, в весовом количестве не менее 90%, с обезвоженным гидроксидом щелочного металла, разрушающим оксидную пленку при взаимодействии с водой, и с добавками меди, кремния, магния до 6%, так, чтобы этот композит содержал эти добавки вместе со щелочью в сумме до 10%, в миксере, полученную смесь прессуют методом глухого прессования в жестком контейнере при давлении не менее 650-700 МПа пуансоном, совершающим одновременно поступательное и вращательное движения.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к областям энергетики и экологии. По данному изобретению получают композит на основе алюминия, предназначенный для получения водорода при реакции с водой. При этом полученный водород используют в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и на транспорте, как альтернативное топливо. Известен способ производства водорода при использовании энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ), выделяющих энергию при химическом взаимодействии с водой [Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев: Наукова думка, 1980. - С.79-105 с.].

Наиболее близким аналогом изобретения по пункту 1 композита на основе алюминия является изобретение «Способ получения водорода». / Булашевич Е.А. и др. SU 111165, МПК С01В 3/08, опубликованное 01.01.1957. В нем для получения водорода используют смесь из алюминия, щелочи и воды. Однако у этого способа при использовании этих составляющих недостаточная скорость реакции, к тому же способ не подразумевает использование в промышленных маштабах, так как реакция проводится в колбе. Для способа по пункту 2 прототипом является изобретение «Сплав на основе алюминия для генерирования водорода. Способ его получения и генератор водорода» /B.C.Терещук. - Патент РФ № 2253606, МПК С01В 3/08. Опубл. 2005, Бюл. № 16.]. Способ заключается в получении водорода из сплава алюминия, обезвоженного гидроксида щелочного металла и меди в газогенераторе. Недостатками данного изобретения является необходимость создания специальной защитной атмосферы, трудоемкость процесса и большие энергозатраты.

Задачей настоящего изобретения является разработка оптимального композита для ускорения прохождения реакции и более простого, дешевого способа получения водорода, в том числе в промышленных маштабах, а также расширение арсенала средств.

Раскрытие изобретения (сущность изобретения)

По химическому составу предлагаемый композит сходен со сплавом прототипа [Патент РФ № 2253606] и смесью SU 111165.

Однако в настоящем изобретении, в отличие от SU 111165, испозуются добавки меди, кремния и магния для улучшения скорости реакции. Так, добавка меди создает гальваническую пару с алюминием, вследствие чего возникает электрический потенциал и увеличивается скорость протекания реакции. Добавки магния и кремния также ускоряют процесс в результате возникновения очагов коррозии композита. При возникновении очагов коррозии внутри композита, они начинают «разрывать» композит изнутри, что еще больше увеличивает площадь реакции. Кроме того, выбрано оптимальное процентное соотношение компонентов реакции. Все это в сумме увеличивает выход реакции,

В отличие от способа, описанного в патенте РФ № 2253606, преимущество настоящего изобретения заключается в том, что используются отходы механической обработки в виде стружки, порошка, опилок из алюминия любой марки или его сплавов желательно с содержанием А1 не менее 85% (имеется в виду силумин, АМГ и т.п.) в весовом количестве в композите А1 или его сплава не менее 90%, что снижает себестоимость такого материала.

Второе преимущество в отличие от прототипа заключается в том, что композит изготовляется не методом плавления в индукционной печи, а методом глухого прессования с предварительным перемешиванием его составляющих, что значительно упрощает изготовление такого материала по сравнению с процессом плавки, предусмотренным в прототипе.

Осуществление изобретения

Используется композит на основе алюминия, предназначенный для производства водорода, включающий алюминий или его сплав, содержащий не менее 85% алюминия, в виде гранул, порошка или отходов механической обработки любой марки алюминия: опилок, стружки в весовом количестве не менее 90%, обезвоженный гидроксид щелочного металла, разрушающий оксидную пленку при взаимодействии с водой, а также добавки меди, кремния, магния до 6%, так, чтобы этот композит содержал эти добавки вместе со щелочью в сумме до 10%. Композит образует смесь, предназначенную для последующего компартирования.

Способ изготовления композита осуществляется следующим образом.

Взвешиваются компоненты композита в вышеуказанном соотношении. Например, смешивается алюминий в виде отходов механической обработки любой марки алюминия: опилок в весовом количестве 91% в миксере с обезвоженным гидроксидом щелочного металла, например NaOH, разрушающим оксидную пленку при взаимодействии с водой, в весовом количестве 6% и с добавками меди, магния и кремния в весовом количестве 3%. Смешение алюминия или его сплава с сухой щелочью и добавками ведут в миксере. Полученную смесь прессуют методом глухого прессования в жестком контейнере при давлении не менее 650÷700 МПа пуансоном, совершающим одновременно поступательное и вращательное движение.

Для снижения давления при прессовании с целью достижения коэффициента уплотнения 100% штамп может быть снабжен нагревательным устройством с возможностью нагрева 250÷650°С.

Указанные отличия от прототипов обеспечивают следующие преимущества:

1. В композиции испозуются добавки меди, кремния и магния для улучшения скорости реакции. Так, добавка меди создает гальваническую пару с алюминием, вследствие чего возникает электрический потенциал и увеличивается скорость протекания реакции. Добавки магния и кремния также ускоряют процесс в результате возникновения очагов коррозии композита. При возникновении очагов коррозии внутри композита они начинают «разрывать» композит изнутри, что еще больше увеличивает площадь реакции. Кроме того, выбрано оптимальное процентное соотношение компонентов реакции. Все это в сумме увеличивает выход реакции.

2. Используются различные промышленные отходы при обработке А1 и его сплавов, что значительно удешевляет изготовление композитов для получения водорода.

3. Не требуется создание специальной защитной атмосферы, что также удешевляет процесс изготовления композитов.

4. Данный способ позволяет смешивать любые компоненты и в любом сочетании в процентном отношении, т.к. при плавке это является серьезным препятствием, не позволяющем, например, сделать сплав А1 с натрием, что относится в металлургии к классу несмешивающихся компонентов (НК).

Таким образом, заявленный способ и композицию можно с успехом внедрить дня генерирования водорода.