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invention
Fédération de Russie Patent RU2260880

STOCKAGE ET PRODUCTION D'HYDROGENE hydrolyse de l'aluminium pour les centrales autonomes de générateur électrochimique

Nom de l'inventeur: Avakov VB (RU); Zinin VI (RU); Ivanitskii BA (RU); Fists GV (RU); Landgraf IK (RU)
Le nom du titulaire du brevet: Federal State Unitary Enterprise "Institut central de recherche des navires de génie électrique et de la technologie" (FSUE "CRI SET") (RU)
Adresse pour la correspondance: 196128, Saint - Pétersbourg, ul. Grace, 6, Etat fédéral l'entreprise unitaire "Institut central de recherche SET," le député. Directeur VB Avakov
Date de début du brevet: 30.06.2003

L'invention concerne le domaine de l'énergie autonome, notamment pour des installations d'énergie avec des générateurs électrochimiques. Selon l'invention, un procédé de stockage et de production d'hydrogène dans les centrales électriques autonomes avec un cycle de fonctionnement de quelques heures à quelques milliers d'heures, en particulier pour les sous-marins, véhicules sous-marins, des navires, ferroviaire et le transport routier, l'énergie domestique sources lot et périodiquement l'exploitation des centrales fixes, utilisé dans des sites particulièrement critiques qui ne permettent pas l'interruption du courant, y compris la production d'hydrogène par hydrolyse de l'aluminium. En tant que composants de départ sont utilisés sous la forme d'une feuille d'aluminium, une feuille, un fil, des granules, régulière ou irrégulière, sous réserve que l'une des dimensions linéaires du moule ne doit pas excéder 2,1 mm, et la vapeur d'eau. Dans les centrales électriques avec une faible autonomie de plusieurs heures, l'hydrolyse est effectuée à une température de 250-300 ° C, le récipient est appliqué un procédé de stockage et de remplacement du conteneur entier usé. Dans les centrales électriques avec plus processus autonome effectués à 200-250 ° C, et les récipients non amovibles ou échangeables en vigueur et l'élimination des produits de réaction à partir du récipient inamovibles effectuée par aspiration de l'oxyde de récipient ou oxyde d'Al dissolution des réactifs chimiques et l'évacuation des produits de réaction, suivie d'un lavage et d'essorage . La régulation du débit d'hydrogène produit est effectué en contrôlant la quantité fournie sous la forme de vapeur d'eau. Le résultat technique - augmenter l'efficacité du procédé, le coût de production plus faible d'hydrogène et de l'élimination de la nécessité pour les fluides corrosifs pendant le fonctionnement et l'amélioration de la libération directe de l'hydrogène, l'hydrolyse est effectuée avec de l'eau dans la phase vapeur.

DESCRIPTION DE L'INVENTION

L'invention se rapporte aux centrales électriques autonomes, notamment des générateurs électrochimiques.

Un trait distinctif des centrales électriques autonomes (PP) est la fréquence de fonctionnement pour une période relativement courte de temps, dont la durée est déterminée par l'inventaire des réactifs (carburant et comburant).

Ceux-ci comprennent l'installation de centrales électriques pour sous-marins, véhicules sous-marins, navires, transports ferroviaires et routiers, domestiques sources d'énergie lots et lots et les centrales électriques fixes qui sont utilisés sur les sites les plus responsables qui ne permettent pas l'interruption de l'alimentation électrique.

Un procédé de stockage et de production d'hydrogène dans les centrales électriques autonomes devrait fournir à long terme et un stockage sûr et sécuritaire et sa réception au moindre coût, le poids et le volume du système de stockage et la production d'hydrogène, la simplicité de fonctionnement des centrales et l'élimination des produits de réaction.

Les procédés connus pour le stockage et la production d' hydrogène pour les centrales électriques indépendantes (voir "générateurs électrochimiques" N.S.Lidorenko, G.F.Muchnik, M., 1982;.. N.V.Korovin "Electrochemical Energy", Moscou, Energoatomizdat, 1991):

- Stockage à l'état gazeux, dans lequel l'hydrogène est stocké dans des récipients à haute pression (jusqu'à 50 MPa) et, après l'étranglement est introduite dans le générateur électrochimique (ECG);

- Stockage de liquide (cryogénique) de l'hydrogène, dans lequel avant d'entrer dans l'ECG gazéifié;

- Le stockage constitué de composés intermétalliques, qui a précédemment adsorbé, et avant d'entrer dans l'ECG est désorbé de l'absorption de la chaleur;

- Stockage de l'hydrogène dans un état chimiquement lié, composé de composés contenant de l'hydrogène, quand l'hydrogène est produit par le procédé chimique respectif.

Par ce dernier procédé de production d'hydrogène et de stockage sont les suivants:

- Stockage de l'hydrogène dans la composition de l'ammoniac et de l'obtenir par dissociation;

- Composition de stockage d'hydrogène, de methanol et d'autres hydrocarbures liquides et sa réception par la vapeur d'eau ou de vapeur d'oxygène à leur conversion;

- Stockage d'hydrogène dans le métal hydrures composition et sa préparation par décomposition thermique;

- Stockage de l'hydrogène dans des hydrures métalliques, et la composition de l'eau et sa préparation par hydrolyse des hydrures métalliques.

Aucune des méthodes de stockage et de production d'hydrogène au-dessus ne répond pas à toutes les exigences pour le stockage et la production d'hydrogène pour les centrales électriques autonomes.

Le plus sûr et facile à utiliser moyen de stocker dans les composés intermétalliques, mais il est coûteux à fabriquer et détermine la plante une plus grande puissance de masse, puisque le coût de 1 kg du composé intermétallique est de 15-35 $, et la capacité d'hydrogène de masse sorbants largement appliquée est seulement 1,5-2,0% .

Le poids et le volume de l'installation avec un niveau de sécurité suffisant plus bas peuvent être obtenus à partir de la conversion du méthanol ou de carburant d'hydrocarbures, mais sont des produits de réaction gazeux inévitables, qui dans certains cas ne sont pas autorisés (sous-marins et d'autres objets similaires), comme peut conduire à la perte du secret.

Les procédés connus pour la production et de l' hydrogène en faisant réagir l' eau avec l' aluminium et le magnésium.

L'hydrolyse de l'eau en présence d'aluminium alcalin est l'une des réactions ci-dessous:

Le rendement massique de l'hydrogène selon la réaction (1) est d'environ 1,5%, et le produit de réaction est insoluble dans l'eau, donc un examen plus approfondi de la réaction (1) est pas intéressant.

Le rendement massique de la réaction (2) atteint théoriquement 3,5%, le produit de réaction est peu soluble dans l'eau, afin de permettre l'élimination ultérieure des produits de réaction après la fin de leur cycle de vie sont généralement stockées sous la forme d'une solution, à laquelle l'eau supplémentaire est nécessaire, ce qui peut réduire la masse rendement en hydrogène de 1,5-2%.

Ceci, en tenant compte de l'irréversibilité du processus, ce qui rend la réaction (2), et sans intérêt.

l'hydrolyse de l'eau de magnésium peut suivre la réaction:

rendement en hydrogène était de 3,3% en masse et le produit de réaction est insoluble dans l'eau.

La présente invention a pour objet d' éviter l'utilisation de fluides corrosifs pendant le fonctionnement direct et une augmentation significative du pour cent en poids d'hydrogène produit par rapport au poids total du produit de réaction initial, à condition que la réalisation des matériaux de départ extérieurs tels que l' eau et l' évacuation des produits de réaction dans la période d'autonomie, - absente il est très important pour assurer le secret de l'objet équipé d'une centrale électrique avec ECG.

Des expériences ont montré que le procédé peut être effectuée par une réaction autre que (1 et 2) dans des conditions particulières, à savoir:

À la suite de la réaction de l'aluminium avec de l'eau donne un oxyde d'aluminium pur et d'hydrogène. Le rendement massique de l'hydrogène est de 5,5%, mais si l'on considère que la nécessité de la réaction, la quantité d'eau est petit et toujours généré dans l'ECG pendant le fonctionnement ET, puis lors de l'utilisation rendement en hydrogène de masse atteint 11,5%.

Une condition préalable la mise en œuvre (4) est de fournir de l'eau dans la phase vapeur, sous forme de vapeur saturée ou surchauffée en une quantité proche de la stoechiométrie. En même temps, la quantité d'hydrogène est régulé par la quantité d'eau fournie.

L'aluminium peut être utilisé dans toute forme de feuille, feuille, fil, granules, régulière et irrégulière, etc. Il est important de maximiser la surface de réaction et elle est complète.

Dans les deux cas, cela implique que l'une des dimensions linéaires du moule utilisé est suffisamment faible et ne dépasse pas 1,2 mm.

Le niveau de la température à laquelle la réaction est avantageusement mise en oeuvre, et un procédé de stockage et des matériaux de départ et du procédé pour remplacer les produits initiaux de la réaction dépendent du type et de l'affecter à la centrale électrique.

Dans les centrales électriques avec relativement peu d'autonomie, ne dépassant pas quelques heures, comme moteur EC, il est conseillé d'utiliser le conteneur de stockage et le procédé de remplacement, et la réaction est effectuée à une température de 250 à 300 ° C Dans ce procédé, une feuille d'aluminium, une feuille, un fil, des granules, régulière ou irrégulière placés dans des récipients spéciaux, dans lequel la réaction d'oxydation en alumine de la vapeur d'eau avec un fort dégagement d'hydrogène. Après que tout l'aluminium dans le récipient va réagir avec la vapeur d'eau et à son tour l'alumine est extraite de la cuve de l'installation et est envoyé à une entreprise spécialisée, et la place du récipient usé par un nouveau récipient installé en aluminium.

conteneurs Dans les centrales avec une grande autonomie des dizaines, des centaines et des milliers d'heures (par exemple, dans les centrales électriques sous-marins) pour le stockage de l'aluminium ainsi que des conteneurs interchangeables peuvent être utilisés non-amovibles (stockage), et la réaction d'oxydation Al est suffisant pour conduire à 200-250 ° C Ainsi, l'évacuation des produits de réaction (alumine) à partir d'un stockage stationnaire peut être effectuée dans des conditions basiques dans les schémas suivants:

- Alumine aspiration à partir du récipient, suivie d'un lavage avec de l'eau et le séchage du récipient;

- La dissolution de l'alumine suivi par les réactifs chimiques de décharge des produits de réaction par lavage et séchage du récipient.

Après purification du réservoir de produit de réaction remplie d'une nouvelle portion de Al, qui est approprié pour une utilisation sous la forme de pastilles ou sous toute autre forme qui fournit l'aptitude à l'écoulement du matériau et l'absence de poussière fine qui peut conduire à l'inflammation spontanée.

Afin d'assurer le démarrage de la réaction (4), il est nécessaire de recevoir la vapeur et chauffer l'aluminium à une température prédéterminée. A cet effet peut être utilisé, par exemple, tout appareil électrique (chauffage, de décharge électrique ou autre) alimenté à partir de la base ou de la source ou de sources sur la carte. Comme la réaction est fortement exothermique, il est important de synitsiirovat continuer à maintenir la température requise par l'élimination de l'excès de chaleur.

Pour réduire les préparatifs de la réaction d'hydrolyse des coûts énergétiques d'aluminium (production de vapeur et chauffé à une température prédéterminée Al) partition d'aluminium de stockage conseillé et ont une ou plusieurs sections "glow". Ainsi, il chauffe d'abord la section seulement «glow», puis relâché par celle-ci en raison de la chaleur de réaction est chauffé autres.

REVENDICATIONS

1. Procédé pour le stockage et la production d'hydrogène dans les centrales électriques autonomes, y compris des installations avec des générateurs électrochimiques avec cycle de fonctionnement de quelques milliers d'heures, principalement pour les centrales électriques sous-marins, les submersibles, le transport routier et périodiquement d'exploitation des installations fixes qui sont utilisés sur les plus responsables des objets qui ne permettent pas l'interruption du courant, comprenant la production d'hydrogène par hydrolyse de l'aluminium, caractérisé en ce que l'hydrolyse est réalisée en aluminium lorsque la vapeur d'eau sous forme de vapeur saturée ou surchauffée à une température de 200 à 300 ° C en une quantité proche de la stoechiométrie en fonction de la réaction qui assure le rendement maximal de masse d'hydrogène.

2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'aluminium dans la réaction d'hydrolyse utilisant de l'eau générée dans un générateur électrochimique.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour la génération de vapeur d'eau et le chauffage de l'aluminium à une température prédéterminée en utilisant la chaleur générée par l'hydrolyse de l'aluminium.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande de débit est fournie par l'hydrogène produit en contrôlant la quantité appliquée sur la réaction de la vapeur d'eau.

5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel la préparation pour la réduction de la consommation d'énergie pour la conduite de la réaction est partitionné en aluminium de stockage et une ou plusieurs sections sont utilisées comme «glow».

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour un nombre relativement petites centrales électriques disposant d'une autonomie ne dépassant pas quelques heures, de préférence de l'automobile, le processus d'hydrolyse est effectuée à une température de 250 à 300 ° C, tandis que sous la forme d'une feuille d'aluminium, une feuille, laminée, ou de granulés régulier ou irrégulier, dans lequel l'une des dimensions linéaires du moule utilisé ne dépasse pas 1-2 mm et placés dans des conteneurs spéciaux, facilement amovibles, qui, après achèvement de la réaction sont extraits de la plante et envoyés au raffinage de l'alumine à une société spécialisée, et à leur place installé de nouveaux conteneurs l'aluminium.

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour les centrales électriques avec une assez grande autonomie des dizaines, des centaines et des milliers d'heures, de préférence pour des centrales électriques sous-marins utilisés pour le stockage des conteneurs échangeables d'aluminium (de stockage), et le processus d'hydrolyse est effectuée à une température 200-250 ° C, avec élimination des produits de réaction (alumine) en récipients non remplaçables dans les conditions du procédé de base monoxyde d'aspiration de l'oxyde récipient ou la dissolution des réactifs chimiques avec la décharge du récipient, suivie d'un lavage et d'un séchage et le chargement de nouvelles parties d'aluminium comme toute forme de granulés, dans lequel l'une des dimensions linéaires du moule ne doit pas excéder 1,2 mm, en assurant l'écoulement du matériau.

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Date de publication 04.01.2007gg