гидролизный способ получения водорода

Формула изобретения

Гидролизный способ получения водорода, включающий взаимодействие частиц порошка алюминия с водой в герметичной камере, отличающийся тем, что в качестве названных частиц использут полученные методом электрического взрыва алюминиевой проволоки в среде аргона частицы с размерами 30-100 нм, в поверхность которых имплантированы ионы аргона на глубину 5-10 нм, а взаимодействие порошка алюминия с водой проводят при температуре 60-80°С и атмосферном давлении водорода.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к химическим технологиям, а именно к гидролизным способам получения водорода, и может быть использовано в различных технологических процессах и устройствах, в частности в генераторах водорода для автономных устройств.

Известен способ получения водорода путем взаимодействия алюминия, поверхность которого покрыта оксидной пленкой, с раствором щелочного или щелочноземельного металла, через который пропускают ток от источника постоянного напряжения [1]. Недостатком способа является использование при реализации способа агрессивных компонентов и источника постоянного напряжения.

Известен способ получения водорода путем взаимодействия брикета, спрессованного из смеси порошкообразного алюминия и порошкообразного оксида железа в соотношении 1:2,5-1:3,5, с водой или 7-30%-ным раствором хлористого натрия или морской водой [2]. Недостатком способа является низкий выход водорода на единицу массы брикета, а также возможность появления хлора в готовом продукте.

Наиболее близким способом по отношению к предлагаемому является гидролизный способ получения водорода в герметичном сосуде из алюминиевых гранул, фольги, листа или проволоки, внешние поверхности которых покрыты диэлектрическими слоями оксидных пленок и один из геометрических размеров которых не превышает 1-2 мм, включающий нагрев воды в камере до 200-250°С и превращение ее в пар и взаимодействие пара с алюминиевыми объектами [3]. Регулирование количества получаемого водорода осуществляется регулированием количества подаваемого в отсек, в котором находится алюминиевые объекты, водяного пара. Недостатком способа-прототипа является проведение гидролиза алюминия при высоких температурах и соответственно относительно высоких давлениях.

Задача, на достижение которой направлено предлагаемое решение, - упрощение процесса получения водорода за счет существенного снижения температуры гидролиза алюминия.

Это достигается тем, что в гидролизном способе получения водорода, включающем взаимовоздействие в герметичном сосуде порошка алюминия с водой, используют порошок, полученный методом электрического взрыва алюминиевой проволоки в среде инертного газа, например аргона, а сам гидролиз алюминиевого порошка проводят при температуры воды 60-80°С и атмосферном давлении газовой среды в герметичной камере. При электрическом взрыве алюминиевой проволоки в среде инертного газа образуются сферические частицы алюминия размером 30-100 нм, и в поверхность частиц оказываются имплантированы ионы этого газа на глубину 5-10 нм. Такие частицы обладают высокой реакционной способностью. Это позволяет проводить процесс гидролиза при температуре воды 60-80°С и атмосферном давлении газовой среды в герметичной камере.

Устройство для получения водорода предлагаемым способом было выполнено в виде вертикального цилиндрического автоклава с верхним эллипсообразным отверстием и открывающейся эллипсообразной крышкой. В состав устройства входили реакционная камера, в которую наливалась вода, встроенный нагреватель, расположенный в нижней части реакционной камеры, термометр, манометр, водоуказательная стеклянная трубка, предохранительный клапан, накопительная емкость для водорода, два вентиля, расположенных в верхней части устройства, один из которых подсоединялся к водопроводу, а другой - к шлангу, соединенному с накопительной емкостью, один вентиль, расположенный в нижней части устройства и соединенный со сливным шлангам, и резиновая эллипсообразная прокладка, размещаемая поверх крышки. В состав крышки входили камера, в нижней части которой был расположен дозатор алюминиевого порошка, а в верхней части - герметизирующая камеру заглушка, и элементы крепления крышки к корпусу через прокладку. Крышка с наложенной на нее прокладкой заводилась внутрь корпуса через его верхнее эллипсообразное отверстие и крепилась при помощи элементов крепления к внутренней поверхности устройства, расположенной рядом с этим отверстием. Ось выводной трубки дозатора в собранном устройстве находилась на вертикальной оси устройства. В качестве накопительной емкости использовалась оболочка, изготовленная из прорезиненной ткани (надуваемый куб). Из заполненного куба водород перекачивался в стальной баллон, который передавался потребителю водорода. Скорость гидролиза алюминия (объем произведенного водорода в единицу времени) регулировала с изменением температуры и/или количеством поступающего через дозатор порошка алюминия в реакционную камеру, заполненную водой. Устройство также позволяло проводить процесс гидролиза при повышенном давлении газовой среды в герметичной камере (при использовании в качестве накопительной емкости металлического баллона).

В экспериментах использовался порошок алюминия, в поверхностные слои частиц которого были имплантированы ионы аргона на глубину 5-10 нм. Размеры частиц порошка алюминия находились в пределах 30-100 нм. Температура воды в реакционной камере находилась в пределах 60-80°С. Объем полученного водорода составлял 1,165 м³ на 1 кг порошка алюминия (водород в оболочке, изготовленной из прорезиненной ткани, находился при атмосферном давлении). Выход водорода по массе составлял 11-13% от массы порошка алюминия. Приблизительно такой же выход водорода имеет место и при применении способа-прототипа. Однако получение водорода способом-прототипом требует превращения воды в пар и нагрева его до 200-250°С, что не может происходить при атмосферном давлении. Это, в свою очередь, усложняет процесс получения водорода и делает его более энергоемким (для нагрева воды до 80°С требуется меньше энергии, чем для нагрева ее до 250°С), а также предъявляет более жесткие требования к конструкции устройства для получения водорода. Уменьшение температуры гидролиза алюминия в предлагаемом способе по отношению к способу-прототипу обусловлено наличием на поверхностях используемых частиц алюминия высокоэнергетических химических связей между ионами алюминия и ионами инертного газа, например аргона, которые начинают разрушаться уже при 30°С.

Источники информации

1. Пат. РФ № 2032611, кл. С01В 3/00. Способ получения водорода. Заявл. 05.03.1991. Опубл. 10.04.1995. Бюл. № 10.

2. Пат. РФ № 2023652, кл. С01В 3/08. Способ получения водорода. Заявл. 29.08.1990. Опубл. 30.11.1994. Бюл. № 22.

3. Пат. РФ № 2260880, кл. Н01М 8/04, Н01М 8/06. Способ хранения и получения водорода гидролизом алюминия для автономных энергетических установок с электрохимическими генераторами. Заявл. 30.06.2003. Опубл. 20.09.2005. Бюл. № 26 - прототип.