Патент на изобретение №2371382
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ГИДРОРЕАКЦИОННАЯ КОМПОЗИЦИЯ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
(57) Реферат:
Настоящее изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к гидрореакционной композиции для получения водорода. Гидрореакционная композиция для получения водорода содержит в мас.%: порошок алюминия 10-30, жидкое натриевое стекло или его водные растворы 90-70. Изобретение позволяет изменять в широких пределах выход водорода и тем самым управлять процессом.
Изобретение относится к области водородной энергетики, а именно к разработке состава композиции для получения водорода химическим разложением воды. В настоящее время большую часть водорода получают паровой конверсией метана в присутствии никелевых катализаторов при 800-900°C и повышенных давлениях, парциальным окислением углеводородов при температурах выше 1300°С, газификацией углей при температурах 900-1000°С [1]. Получение реального водородного газа по таким технологиям сопровождается выбросами в атмосферу больших количеств диоксида углерода, что представляет серьезную экологическую проблему. Кроме того, этот водород содержит примеси монооксида углерода, что предъявляет дополнительные требования к очистке водорода при использовании его в водород-кислородных топливных элементах с платиновыми катализаторами [2]. Кроме того, разработанные технологии получения водорода, например метод паровой конверсии любого углеводородного сырья, плохо адаптируются на установках малой производительности для децентрализованного производства водорода – на заправочных станциях, автономных и резервных энергосистемах и др. Для исключения образования оксидов углерода необходимо, чтобы процесс образования водорода протекал без использования углеродсодержащего сырья [3]. Поэтому для создания экологического производства водорода, отвечающего принципам «зеленой» химии, и получения чистого водорода без примесей оксидов углерода необходимо использовать такие неорганические реагенты, продукты химических реакций которых отвечают этим требованиям. Наиболее перспективным сырьем для получения водорода является вода, продуктом использования водорода в энергосистемах также является вода. Элементы энерготехнологической цепи, включающей производство водорода из воды, его хранение, транспортировку и потребление, не оказывают вредного воздействия на окружающую среду, связанного с выбросами парниковых газов [4]. Поэтому одна из приоритетных задач водородной энергетики – это поиск эффективных методов получения водорода из воды. Однако используемые и предлагаемые способы получения водорода из воды (термический, электролитический, термохимический, термоэлектрохимический, каталитический, фотохимический, реакторный и др.) являются высоко энергозатратными и дорогостоящими. Поэтому необходим поиск энергосберегающих способов получения водорода, при получении водорода не должен образовываться углекислый газ, а получаемый водород не должен содержать примеси оксидов углерода. Для производства конкурентоспособного водородного топлива в качестве химических реагентов должно использоваться широко производимое промышленностью и относительно недорогое неорганическое сырье. Кроме того, применение таких реагентов должно обеспечить экологически чистое производство водородного топлива. В качестве прототипа данной заявки нами выбран способ получения водорода с применением гетерогенных гидрореакционных композиций, содержащих порошок магния и/или смесь порошков магния и алюминия, сплавы магния с алюминием, оксиды кобальта и водные растворы хлорида натрия [US 3932600, опубл. 13.01.1976]. Недостатками этого способа являются сложный состав композиции, необходимость использования дорогостоящих оксидов кобальта и обязательного включения в состав наполнителя, очень высокая скорость выделения водорода. Целью настоящего изобретения является создание простой по своему составу гетерогенной гидрореакционной композиции на основе доступных и относительно недорогих реагентов. Такая композиция в качестве твердой фазы содержит микродисперсные порошки алюминия, а в качестве жидкой фазы – жидкое натриевое кремниевое стекло или его водные растворы. Путем изменения соотношения твердой и жидкой фаз, силикатного модуля жидкого натриевого кремниевого стекла, использования водных растворов жидкого стекла можно в широких пределах изменять выход водорода и тем самым управлять процессом генерации водорода. Установлено: 1 – выход водорода увеличивается при снижении силикатного модуля жидкого натриевого кремниевого стекла; 2 – выход водорода многократно возрастает, если в составе композиции увеличивается содержание жидкого стекла по отношению к алюминию; 3 – выход водорода возрастает еще в большей степени (до ~8 раз), если в качестве жидкой фазы применять водные растворы жидкого стекла. Применение в таких водородгенерирующих композициях только порошка алюминия и коллоидных растворов кремниевых солей полностью исключает возможность образования в качестве продуктов реакции примесей оксидов углерода. Проведенные методом газовой хроматографии измерения состава продуктов показали, что генерируемый гидрореакционными композициями газообразный продукт является чистым водородом, без примесей моно- и диоксида углерода. Поэтому использование таких гидрореакционных композиций для производства водорода решает экологически важную проблему – защиту атмосферы от загрязнения парниковым газом СО2. Отсутствие в генерируемом водороде монооксида углерода позволяет применять его без специальной очистки в топливных элементах. Проведенные оценки показали, что выход водорода составляет 80-90% от максимального теоретического выхода на единицу массы алюминия. Производство водородного топлива с использованием алюминия и жидкого стекла является конкурентоспособным, например, по отношению к методу получения пароводородной смеси в реакции окисления алюминия водяным паром при высоких температурах и высоком давлении [5]. Ниже приведены примеры, иллюстрирующие получение водорода в зависимости от силикатного модуля жидкого стекла, соотношения алюминия и жидкого стекла и степени разбавления жидкого стекла водой в гидрореакционной композиции. Пример 1. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 5 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 30 мас.% и жидкого стекла 70 мас.% с силикатным модулем 3.2. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~0.13 л водорода. Пример 2. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 5 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 30 мас.% и жидкого стекла 70 мас.% с силикатным модулем 2.56. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~0.3 л водорода. Пример 3. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 11 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 25 мас.% и жидкого стекла 75 мас.% с силикатным модулем 2.56. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~0.9 л водорода. Пример 4. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 14 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 20 мас.% и жидкого стекла 80 мас.% с силикатным модулем 2.56. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~1.2 л водорода. Пример 5. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 16 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 15 мас.% и жидкого стекла 70 мас.% с силикатным модулем 2.56, к которой добавляется 15 мас.% дистиллированной воды. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~1.7 л водорода. Пример 6. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 17 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 12 мас.% и жидкого стекла 68 мас.% с силикатным модулем 2.56, к которой добавляется 20 мас.% дистиллированной воды. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~2.3 л водорода. Пример 7. Приготавливается гетерогенная гидрореакционная композиция массой 19 г из микродисперсного порошка (пудра) алюминия 10 мас.% и жидкого стекла 65 мас.% с силикатным модулем 2.56, к которой добавляется 25 мас.% дистиллированной воды. В изобарно-изотермических условиях (нормальное давление, температура 60°С) за 120 мин выделяется ~2.4 л водорода. Литература 1. Б.П.Тарасов, М.В.Потоцкий. Водородная энергетика: прошлое, настоящее, виды на будущее. Рос. хим. ж., 2006, т.L, 2. А.Ю.Цивадзе, М.Р.Тарасевич, В.Н.Андреев, В.А.Богдановская. Перспективы создания низкотемпературных топливных элементов, не содержащих платину. Рос. хим. ж., 2006, т.L, 3. Дж. Огден. Большие надежды. В мире науки. 2007, 4. С.Пакала, Р. Соколов. Секторы газа. В мире науки. 2007, 5. А.Е.Шейндлин, А.З.Жук. Концепция алюмоводородной энергетики. Рос. хим. ж., 2006, т.L,
Формула изобретения
Гидрореакционная композиция для получения водорода, отличающаяся тем, что она содержит, мас.%:
|
||||||||||||||||||||||||||
6, с.5-18.