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Erfindung
Russische Föderation Patent RU2260880

Lagerung und Herstellung von Wasserstoff Hydrolyse von Aluminium für autonome Kraftwerke elektrochemischen Generator

Name des Erfinders: Avakov VB (RU); Zinin VI (RU); Ivanitskii BA (RU); Fists GV (RU); Landgraf IK (RU)
Der Name des Patentinhabers: Bundes GUP "Central Research Institut für Schiffs Elektrotechnik und Technik" (FSUE "CRI SET") (RU)
Korrespondenzanschrift: 196128, St. Petersburg, ul. Gnade, 6, Bundes GUP "Central Research Institute of SET", der Stellvertreter. Direktor VB Avakov
Startdatum des Patents: 2003.06.30

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der autonomen Strom, hauptsächlich auf Energieanlagen mit elektrochemischen Generatoren. Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Speichern und mit einem Arbeitszyklus von einigen Stunden bis zu einigen tausend Stunden, vor allem für U-Boote, Unterwasserfahrzeuge, Schiffe, Schienen- und Straßenverkehr, Hausenergiequellen Charge und periodisch arbeit stationäre Kraftwerke Wasserstoff in autonome Kraftwerke produzieren, in besonders kritischen Stellen eingesetzt, einschließlich der Erzeugung von Wasserstoff durch Hydrolyse von Aluminium keine Unterbrechung der Stromversorgung zu ermöglichen. Als Ausgangskomponenten werden in Form von Aluminiumfolie, Blech, Draht, Granulat, regelmäßig oder unregelmäßig, mit der Maßgabe, dass einer der linearen Abmessungen der verwendeten Form nicht 2,1 mm und Wasserdampf nicht überschreitet. In Kraftwerken mit geringer Autonomie zu mehreren Stunden wird die Hydrolyse bei einer Temperatur von 250-300 ° C durchgeführt wird, wird der Behälter ein Verfahren zum Speichern und Austauschen des verbrauchten gesamten Behälter aufgebracht. In Kraftwerken mit autonomer Prozess bei 200-250 ° C durchgeführt, und die anwendbaren nicht entfernbare oder austauschbare Behälter und das Entfernen der Reaktionsprodukte aus dem Behälter durch Ansaugen aus dem Behälter Oxid oder Al-Oxid Auflösen chemischen Reagenzien und Abführen der Reaktionsprodukte erfolgt irremovable, gefolgt von Waschen und Entwässern . die Strömung von Wasserstoff Regulieren erzeugt wird durch Steuern der Menge zugeführt, in Form von Wasserdampf durchgeführt. Das technische Ergebnis - Erhöhung der Prozesseffizienz, geringere Kosten für die Wasserstoffproduktion und die Beseitigung der Notwendigkeit für aggressive Medien während des Betriebs und die Verbesserung der direkten Freisetzung von Wasserstoff wird die Hydrolyse mit Wasser in der Dampfphase durchgeführt.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft in sich geschlossene Kraftwerke, die hauptsächlich aus den elektrochemischen Generatoren.

Eine Besonderheit der eigenständigen Kraftwerke (PP) ist die Betriebsfrequenz für einen relativ kurzen Zeitraum, dessen Dauer durch den Bestand an Reaktanten (Brennstoff und Oxidationsmittel) bestimmt.

Dazu gehören die Installation von Kraftwerken für U-Boote, Unterwasserfahrzeuge, Schiffe, Schienen- und Straßenverkehr, Hausenergiequellen Charge und Batch und stationäre Kraftwerke, die auf den meisten verantwortlich Websites verwendet werden, die keine Unterbrechung der Stromversorgung ermöglichen.

Verfahren zur Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff in autonome Kraftwerk sollten langfristige und sichere Lagerung und die sichere und ihre Rezeption zu minimalen Kosten, Gewicht und Volumen des Speichersystems und die Produktion von Wasserstoff zur Verfügung stellen, die Einfachheit der Betrieb von Kraftwerken und die Entsorgung der Reaktionsprodukte.

Bekannte Verfahren zum Speichern von Wasserstoff und für eine unabhängige Kraftwerke produzieren (siehe N.S.Lidorenko, G.F.Muchnik "elektrochemische Generatoren", M., 1982;.. N.V.Korovin "Elektrochemische Energie", Moskau, Energoatomizdat, 1991):

- Speicherung in gasförmigem Zustand, in dem Wasserstoff in Hochdruckbehältern gelagert wird (bis zu 50 MPa) und nach der elektrochemischen Generator zugeführt wird Drosselung (ECG);

- Speichern von Flüssigkeit (kryogenen) Wasserstoff, bei dem vor der EKG-vergast Eingabe;

- Speichern von intermetallischen Verbindungen zusammengesetzt, die es sorbiert zuvor, und bevor das EKG-Eingabe von der Absorption von Wärme desorbiert wird;

- Speicherung von Wasserstoff in einem chemisch gebundenen Zustand, bestehend aus Wasserstoff enthaltenden Verbindungen, wenn Wasserstoff durch die jeweilige chemische Verfahren hergestellt wird.

Nach dem letzteren Verfahren der Wasserstofferzeugung und der Lagerung sind:

- Speicherung von Wasserstoff in der Zusammensetzung von Ammoniak und durch Dissoziation zu erhalten;

- Ein Wasserstoffspeicherzusammensetzung von Methanol und anderen flüssigen Kohlenwasserstoffen und deren Empfang durch Dampf oder Dampf-Sauerstoff deren Umsetzung;

- Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden Zusammensetzung und deren Herstellung durch thermische Zersetzung;

- Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden, und die Zusammensetzung des Wassers und seine Herstellung durch Hydrolyse von Metallhydriden.

Keines der obigen Verfahren der Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff erfüllt nicht alle Anforderungen für die Speicherung und Erzeugung von Wasserstoff für den Stand-alone-Kraftwerke.

Die sichere und einfach zu bedienen Weise in den intermetallischen Verbindungen zu speichern, aber es ist teuer in der Herstellung und bestimmt die größere Masse Kraftwerk, da die Kosten von 1 kg der intermetallischen Verbindung ist $ 15-35 und Massenwasserstoffkapazität Sorbentien weit angewendet nur 1,5-2,0% .

Geringstem Gewicht und Volumen der Installation mit ausreichender Grad an Sicherheit kann durch die Umwandlung von Methanol oder Kohlenwasserstoffbrennstoff erhalten werden, sind jedoch unvermeidlich gasförmigen Reaktionsprodukte, die in einigen Fällen nicht (in U-Booten und anderen ähnlichen Objekten) erlaubt, als führen zu einem Verlust der Geheimhaltung kann.

Bekannte Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff und von Wasser mit Aluminium und Magnesium zu reagieren.

Hydrolyse von Wasser in Gegenwart von Aluminium Alkali ist eine der folgenden Reaktionen aus:

Die Massenausbeute von Wasserstoff gemäß der Reaktion (1) etwa 1,5% und das Reaktionsprodukt ist in Wasser unlöslich, so dass eine weitere Betrachtung der Reaktion (1) ist nicht interessant.

Die Massenausbeute der Reaktion (2) erreicht theoretisch 3,5%, das Reaktionsprodukt in Wasser schwer löslich ist, so dass die anschließende Entfernung der Reaktionsprodukte nach Beendigung ihres Lebenszyklus zu ermöglichen, werden in der Regel in Form einer Lösung aufbewahrt, worauf zusätzliches Wasser benötigt wird, die die Masse reduzieren Wasserstoffausbeute von 1,5-2%.

Dies unter Berücksichtigung der Irreversibilität des Verfahrens, so dass die Reaktion (2) und uninteressant.

Magnesium Wasser Hydrolyse kann die Reaktion wie folgt vor:

Massen Wasserstoff-Ausbeute betrug 3,3% und das Reaktionsprodukt ist in Wasser unlöslich.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet , die Verwendung von korrosiven Medien bei Direktbetrieb und eine deutliche Erhöhung der Gewichtsprozent an Wasserstoff auf das Gesamtgewicht des anfänglichen Reaktionsproduktes relativ hergestellt zu vermeiden , vorausgesetzt, dass die Fertigstellung der Außenausgangsmaterialien, wie Wasser, und Abführen der Reaktionsprodukte in der Periode der Autonomie, - abwesend es ist sehr wichtig, um die Geheimhaltung des Objekts mit einem Kraftwerk mit EKG ausgestattet, um sicherzustellen.

Experimente haben gezeigt, daß das Verfahren durch Umsetzung kann anders als (1 und 2) unter spezifischen Bedingungen durchgeführt wird, nämlich:

Als Ergebnis der Reaktion von Aluminium mit Wasser ergibt sich eine reinem Aluminiumoxid und Wasserstoff. Die Massenausbeute von Wasserstoff beträgt 5,5%, aber wenn man, dass die Notwendigkeit für die Reaktion zu prüfen, die Wassermenge klein ist und trotzdem im EKG während des Betriebs ET erzeugt, dann, wenn Massenwasserstoffausbeute unter Verwendung von 11,5% erreicht.

Voraussetzung Gerät (4) Wasser in der Dampfphase, in Form von gesättigtem oder überhitztem Wasserdampf in einer Menge nahe der Stöchiometrie zu liefern. Zur gleichen Zeit wird die Menge an Wasserstoff, der durch die zugeführte Wassermenge geregelt.

Aluminium kann in irgendeiner Form von Folie, Blech, Draht, Granulat, regelmäßige und unregelmäßige, etc. verwendet werden Es ist wichtig, die Reaktionsoberfläche und ihre Vollständigkeit zu maximieren.

In beiden Fällen bedeutet dies, dass eine der linearen Abmessungen der verwendeten Form ausreichend klein ist und nicht mehr als 1,2 mm.

Die Höhe der Temperatur, bei der die Umsetzung vorteilhaft durchgeführt wird, und ein Verfahren zum Speichern und Ausgangsmaterialien und das Verfahren zum Ersetzen der anfänglichen Reaktionsprodukte hängen von der Art und Zuweisen zu dem Kraftwerk.

In Kraftwerken mit relativ wenig Autonomie nicht wenige Stunden überschreitet, wie beispielsweise EC-Motor, ist es ratsam, den Vorratsbehälter und das Ersatzverfahren zu verwenden, und die Reaktion wird bei einer Temperatur von 250-300 ° C durchgeführt Bei diesem Verfahren, Aluminiumfolie, Blech, Draht, Granulat, regelmäßig oder unregelmäßig in speziellen Behältern angeordnet, in die das Aluminiumoxid-Oxidationsreaktion von Dampf unter starkem Wasserstoffentwicklung. Nachdem das gesamte Aluminium in den Behälter wird mit Dampf und wiederum Aluminiumoxid reagieren, aus dem Installationsgefäß extrahiert und mit einer Spezialfirma, und der Ort des verbrauchten Behälters mit einem neuen Behälter durch Aluminium installiert gesendet.

In Kraftwerken mit großer Autonomie der Zehner, Hunderte und Tausende von Stunden (zum Beispiel in Kraftwerken U-Boote) für die Lagerung von Aluminium zusammen mit Wechselbehältern nicht abnehmbaren Behälter verwendet werden kann (Speicher) und Al Oxidationsreaktion reicht bei 200-250 ° C zu führen Somit ist die Entfernung der Reaktionsprodukte (Aluminiumoxid) von einer stationären Lagerung kann in den folgenden Schemata unter basischen Bedingungen durchgeführt werden:

- Alumina Ansaugen aus dem Behälter, gefolgt von Waschen mit Wasser und Trocknen des Behälters;

- Auflösung von Aluminiumoxid, gefolgt von chemischen Reagenzien Entladungsreaktionsprodukte durch Waschen und Trocknen des Behälters.

Nach Reinigung des Reaktionsproduktbehälter mit einem frischen Teil des Al gefüllt, die zur Verwendung in Form von Pellets oder in einer anderen Form, die geeignet ist, die Fließfähigkeit des Materials und das Fehlen von Feinstaub bereitstellt, die zur Selbstentzündung führen kann.

Um den Beginn der Reaktion (4) zu gewährleisten, ist es notwendig, den Dampf und Wärme das Aluminium auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhalten. Für diesen Zweck verwendet werden kann, beispielsweise jede elektrische Vorrichtung (a Heizung, elektrische Entladung oder dergleichen) von der Basis zugeführt oder von der Quelle oder Quellen auf der Platine. Da die Reaktion stark exotherm ist, ist es wichtig synitsiirovat die erforderlichen Temperaturen durch die Entfernung von überschüssiger Wärme aufrechtzuerhalten fortzusetzen.

Um die Vorbereitungen für die Hydrolysereaktion von Aluminium Energiekosten (Erzeugung von Dampf und erhitzt auf eine vorbestimmte Temperatur Al) Aluminium Trennwand ratsam Lagerung zu verringern und eine oder mehrere "glow" Schnitte aufweisen. Also zunächst erwärmt sie nur den "glow" Abschnitt, und dann, indem es als Ergebnis der Reaktionswärme erhitzt andere freigegeben.

FORDERUNGEN

1. Verfahren zum Speichern und Wasserstoff in autonome Kraftwerke produzieren, einschließlich Anlage mit elektrochemischen Generatoren mit einem Betriebszyklus von wenigen bis zu Tausenden von Stunden, vor allem für Kraftwerke U-Boote, Tauchbooten, Straßenverkehr und periodisch arbeitende stationäre Anlagen, die auf der am meisten verantwortlich verwendet werden Objekte, die aus Aluminium keine Unterbrechung der Leistung zu ermöglichen, umfassend die Erzeugung von Wasserstoff durch Hydrolyse von Aluminium, dadurch gekennzeichnet, daß die Hydrolyse durchgeführt wird, wenn in Form von Wasserdampf gesättigter oder überhitzter Dampf bei einer Temperatur von 200-300 ° C in einer Menge nahe der stöchiometrischen zur Reaktion gemäß dadurch wird gewährleistet die maximale Massenausbeute von Wasserstoff.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aluminium in der Reaktions Hydrolyse mit Wasser in einem elektrochemischen Generator erzeugt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in der für die Erzeugung von Dampf aus und Erhitzen des Aluminium auf eine vorbestimmte Temperatur, um die Wärme, die durch die Hydrolyse von Aluminium erzeugt.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungssteuerung durch die durch Steuerung der Menge an die Reaktion von Wasserdampf erzeugten Wasserstoffs aufgebracht vorgesehen ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zubereitung für die Verringerung des Energieverbrauchs für die Durchführung der Reaktion Speicher Aluminium partitioniert ist und eine oder mehrere Abschnitte werden eingesetzt als "glow".

6. Verfahren nach Anspruch 1, für eine relativ kleine Kraftwerke mit Autonomie dadurch gekennzeichnet, daß nicht einige Stunden übersteigt, vorzugsweise Automobil, wird die Hydrolyse bei einer Temperatur von 250-300 ° C durchgeführt, während in der Form von Aluminiumfolie, Blech, gewalzten oder Granulaten regelmäßig oder unregelmäßig, in dem eine der linearen Abmessungen der Form nicht mehr als 1-2 mm und platziert in speziellen Behältern, leicht zu entfernen, die nach Beendigung der Reaktion werden aus der Pflanze extrahiert und an Tonerderaffinierung zu einem spezialisierten Unternehmen, und an ihrer Stelle neue Container installiert nicht überschreitet Aluminium.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für Kraftwerke mit einem relativ großen Autonomie von mehreren zehn, Hunderte und Tausende von Stunden, vorzugsweise für Kraftwerke für U-Boote zum Speichern Aluminium austauschbaren Behälter (Speicher) verwendet, und die Hydrolyse wird bei einer Temperatur durchgeführt, 200-250 ° C, mit der Entfernung der Reaktionsprodukte (Aluminiumoxid), hergestellt aus nicht auswechselbaren Behälter in den Grundprozeßbedingungen monoxide Saugwirkung aus dem Behälter oder Auflösen chemischen Reagenzien Oxids mit Abgabe aus dem Behälter, gefolgt von Waschen und Trocknen und Beladung mit neuen Aluminiumteile wie jede Form von Granulaten, bei dem eine der linearen Abmessungen der verwendeten Form nicht 1,2 mm nicht übersteigt, die Fließfähigkeit des Materials zu gewährleisten.

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Erscheinungsdatum 04.01.2007gg