способ получения водорода

Формула изобретения

Способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода, отличающийся тем, что 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.%.

Описание изобретения к патенту

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

Известны различные способа получения газообразного водорода:

(Технический словарь. М.: ГОНТИ НКТП СССР, 1939, с.219):

- из воды путем электролиза;

- из воды путем конверсии водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода;

- из водяного газа (СО₂+Н₂) с использованием различных катализаторов, в том числе платины и палладия;

- из коксового газа путем глубокого вымораживания примесей.

Известен способ получения водорода путем водно-паровой конверсии оксида углерода в присутствии медь-цинк-марганцевого катализатора (патент России 2050975, 30.12.92).

Однако известные способы не обеспечивают высокой чистоты водорода (99,99%).

Наиболее близким аналогом является способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и водорода (SU 1125186, опубл. 23.11.1984).

Данный способ характеризуется высокой стоимостью и не обеспечивает высокую чистоту водорода.

Изобретение основано на известной с давних времен химической реакции получения водорода (Петиссон Мюр. Химия огня. М.: Издание Сабашниковых, 1899)

3Fe+4H₂O=Fe₃O₄+4Н₂.

Эта реакция происходит при продувке водяным паром раскаленного железа высокой чистоты.

Задачей изобретения является получение особо чистого водорода (99,99%) при использовании в качестве сырья для проведения указанной реакции технического железа по ОСТ - у 7123, содержащего 0,05-0,15% по массе углерода и ряд других примесей, и применении высоковольтного управляемого разряда для поддержания высокой до 1000^oС температуры в реакторе, в этом заключается технический результат изобретения.

Поставленная задача достигается способом получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа до окислов железа и газообразного водорода. 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 кВт, 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.%.

На чертеже изображена установка для получения водорода.

Берут реактор 1, состоящий из рубашки охлаждения 2, высоковольтного разрядника с двумя электродами: 3 - постоянно закрепленный вольфрамовый и 4 - электрод, изготовленный из технического железа, вдвигающийся внутрь реактора, и шибера 5 для удаления образующихся высших окислов железа.

В баке 6 при помощи газовой горелки 7 кипятят дистиллированную воду 8, образуя насыщенный пар, и подают его в рубашку охлаждения 2, образуя перегретый пар, а отработанные газы горелки сбрасывают в дымоход 9. На разрядники 3, 4 подают переменный ток напряжением 3,6 кВт и при помощи регулятора 10 вводят электрод 4 до образования разряда, подвергая его вибрационному воздействию для сброса образовавшихся окислов.

Насыщенный водяной пар перегревают в рубашке охлаждения и через форсунку 11 направляют его в разрядный промежуток. Образовавшиеся окислы железа через шибер 5 удаляют в сборник 12. Влажный водород выпускают из реактора в конденсатор 13, охлаждаемый водой из системы водоснабжения 14, а образовавшийся конденсат через клапан 15 сбрасывают. После первой стадии осушки водород вводят в регенерируемые поочередно силикагелевые патроны 16, причем регенерацию проводят с помощью нагрева патронов и их продувки сухим воздухом с помощью калорифера 17. Затем осушенный водород через микропористый фильтр 18 раздают потребителям в интерметаллидных компрематорах водорода 19, которые, при десорбции водорода обеспечивают его чистоту до 99,99 об.%.

Пример (расчетный)

Для обеспечения производительности по водороду, равной 100 кг в год (350 г/ч) при двухсменной работе, в электрическом разряде разогревают железный электрод до 800-1000^oС при напряжении 3,6 кВ, силе тока до 3А и потребляемой мощности до 10 кВт.

Потребляемую мощность расходуют для обеспечения теплоты образования окислов железа, равной 200 ккал/г-моль. Таким образом, для образования 100 кг водорода расходуют с учетом тепловых потерь 5 тыс. кВтч электроэнергии общей стоимостью в зависимости от региона всего не более 5 тыс. руб.

Учитывая стоимость одного грамма особо чистого водорода, равную по каталогу "Merk" 50$, образуют годовую выручку от продажи в размере 5 млн. $ при благоприятной конъюнктуре рынка, испытывающего дефицит в особо чистом водороде, применяемом в термоядерных исследованиях и в работе многочисленных газоаналитических лабораторий.