способ получения водорода

Формула изобретения

Способ получения водорода, заключающийся в конверсии перегретого насыщенного водяного пара в реакторе с электродами, отличающийся тем, что в реактор периодически вводят железную проволоку, которую пропускают между электродами в среде перегретого насыщенного водяного пара, на электроды периодически подают электрический разряд напряжением 45 кВ и периодически производят взрыв проволоки на мельчайшие жидкие частицы металла, которые вступают в реакцию с парами воды, образуя окислы железа и газообразный водород.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способам получения газообразного водорода.

Известен способ получения водорода, включающий взаимодействие водяного пара с элементарным железом и/или с его низшим окислом в кипящем слое при 500-650°С, давлении 0,1-0,4МПа, регенерацию образующихся окислов железа контактированием их с твердым углеродосодержащим материалом при 800-1100°С с получением газов регенерации и восстановленных окислов железа и возврат последних на стадию взаимодействия, газы регенерации возвращают на стадию регенерации, а окислы железа на стадии регенерации используют с размером частиц 50·10^-6-140·10^-6 м [патент РФ № 1125186, МПК С01В 3/10, опубл. 23.11.1984 г. БИ № 43, «Способ получения водорода», авторы Лебедев В.В. и др.].

Недостатком способа является сложность процесса, низкая производительность и большие энергозатраты.

Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода, в котором используют реактор, состоящий из рубашки охлаждения и высоковольтного разрядника с двумя электродами, один из которых изготовлен из технического железа, в баке кипятят дистиллированную воду, образуя насыщенный пар, его подают в рубашку охлаждения реактора, образуя перегретый пар, на высоковольтный разрядник подают переменный ток напряжением 3,6 кВ, одновременно через форсунку в разрядный промежуток вводят перегретый пар, а образовавшиеся окислы железа при помощи вибрации сбрасывают в сборную емкость; влажный водород выпускают из реактора в конденсатор, охлаждаемый водой из системы водоснабжения, конденсат сбрасывают, после этого предварительно осушенный водород подвергают окончательной осушке в регенерируемых силикагелевых патронах, затем водород через микропористый фильтр раздают потребителям в интерметаллидных компрематорах, которые при десорбции водорода обеспечивают его чистоту до 99,99 об.% [патент РФ № 2191742, МПК С01В 3/00, С01В 3/10, опубл. 27.10.2002 г. БИ № 30, «Способ получения водорода», авторы Адамович Б.А. и др.].

Недостатком способа является низкая производительность и большие энергозатраты.

Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.

Техническим результатом является повышение производительности водорода.

Технический результат достигается тем, что в способе получения водорода, заключающемся в конверсии перегретого насыщенного водяного пара в реакторе с электродами, в реактор периодически вводят железную проволоку, которую пропускают между электродами в среде перегретого насыщенного водяного пара, на электроды периодически подают электрический разряд напряжением 45 кВ и периодически производят взрыв проволоки на мельчайшие жидкие частицы металла, которые вступают в реакцию с парами воды, образуя окислы железа и газообразный водород.

Реакцию взаимодействия железа с водяным паром производят на поверхности железа при температуре 1500°С. Взрыв проволоки обеспечивает плавление и моментальное диспергирование сразу всего участка проволоки, поданного в реактор, вследствие чего увеличивается реагируемая поверхность и происходит равномерный нагрев диспергируемого материала до 1500°С. Мелкодисперсные высокотемпературные жидкие частицы железной проволоки позволяют быстро провести реакцию окисления железа с выделением водорода по всему объему реактора, таким образом, скорость получения водорода ограничивается только скоростью подачи проволоки в реактор.

На чертеже представлена схема получения водорода.

Реактор 1 состоит из рубашки охлаждения 2, двух электродов 3 и 4, взрываемого участка проволоки 5, магистрали 6 выхода водорода, магистрали 7 выхода продуктов реакции, высоковольтного источника питания 8, емкостного накопителя энергии 9, коммутатора 10.

Насыщенный водяной пар подают в рубашку охлаждения 2 реактора 1, где его перегревают до температуры 350-400°С, и его подают в реактор.

От высоковольтного источника питания 8 заряжают емкостной накопитель энергии 9. Взрываемый участок проволоки 5 подают в реактор 1. Как только взрываемый участок проволоки займет положение между электродами 3 и 4, включают коммутатор 10 и происходит разряд емкостного накопителя энергии 9 на взрываемый участок проволоки 5. Проволока взрывается, разрушаясь на мельчайшие жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. При этом реакция окисления жидких железных частиц идет по уравнению:

3Fe+4H₂O=Fe ₃O₄+4Н₂

Окислы железа выводят из реактора по магистрали выхода продуктов реакции 7, а влажный водород выводят из реактора по магистрали выхода водорода 6.

После взрыва участка проволоки в реактор снова подают участок проволоки и пропускают ее между электродами. Затем на электроды опять подают электрический разряд и взрывают участок проволоки. Взрываемый участок проволоки разрушается на мельчайшие жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. И процесс взрыва проволоки с последующим получением водорода повторяют снова с определенной периодичностью.

Пример реализации способа. Осуществляют получение водорода путем взрыва железной проволоки в атмосфере перегретого насыщенного водяного пара. Для осуществления способа используют проволоку, изготовленную из технического железа, например, диаметром 0,35 мм и длиной взрываемого отрезка 100 мм. Для этого необходима емкость накопителя 2,6·10^-6 диаметра, зарядное напряжение 45 кВ, энергия сублимации железа е_с=55,6 Дж/мм³, энергия ионизации железа е_и=102 Дж/мм³ с соотношением е_и/е_с=1,83. Отношение удельных сопротивлений железа в жидком и твердом состоянии равно 1,01. Перед взрывом проволоки реактор заполняют перегретым насыщенным водяным паром с температурой 350-400°С. Затем заготовку проволоки размером 100 мм подают в реактор. На заготовку подают энергию 72 Дж/мм³, это больше е_с и меньше е_и. Энергию на заготовку подают в течение 6,5 мкс. Заготовка проволоки взрывается, разрушается на жидкие частицы, которые разлетаются в реакторе, взаимодействуют с перегретым насыщенным водяным паром, образуя окислы железа и водород. Затем процесс ввода участка проволоки в реактор, пропускание его между электродами, подачу на электроды электрического разряда и периодический взрыв участка проволоки с последующим получением водорода повторяют с определенной периодичностью. Средний размер частиц окислов железа составил 0,05 мкм. Таким образом, из 1 кг железной проволоки получаем 530 водорода.

Предлагаемый способ позволяет увеличить производительность получения водорода в несколько порядков и снизить энергозатраты на его получение в 1,5 раза.