УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА Российский патент 1995 года по МПК C25B1/02 

Изобретение относится к электрохимической технологии, в частности к системам газоснабжения для устройства газопламенной обработки материалов, хроматографов, пламенно-ионизационных детекторов и технологических установок, использующих кислородную или водородную атмосферу.

Известен генератор водорода и кислорода, включающий электролизер с патрубками ввода и вывода воды, разделенный мембранами на анодные и катодные камеры, газожидкостные сепараторы анодных и катодных продуктов, соединенных с соответствующими камерами электролизера, деионизатор, установленный на линии, соединяющей электролизер с сепаратором анодных продуктов, колонку с керамической насадкой и патрон-осушитель.

Процесс осушки газов в этом генераторе протекает в две стадии: улавливание капельной влаги, которое производится колонке с керамической насадкой, где происходит дробление капель и стекание жидкости по стенкам керамической насадки в газожидкостный сепаратор, и улавливание водяных паров, осуществляемое с помощью силикагеля, размещенного в патроне-осушителе.

Недостатком установки является продуцирование увлажненных газов.

Поскольку стеканию капельной влаги по стенкам керамической насадки препятствует встречный поток газа, со временем происходит затопление колонки жидкостью и выброс ее в патрон-осушитель.

Улавливание водяных паров с помощью силикагеля достаточно эффективно и позволяет полностью отделять водяные пары от газов. Однако использование силикагеля предопределяет его частую регенерацию, особенно с учетом попадания в него капельной влаги, а при несвоевременной смене средства осушки возможно попадание влаги в газовые линии.

С учетом малого ресурса силикагелевого поглотителя давление одного из газов, повышенная влажность которого при использовании недопустима, поддерживают на уровне 5-8 ати, чтобы снизить его относительную влажность при поступлении в патрон-осушитель. Этот прием снижает надежность работы электролизера, так как повышается перепад давления на мембране, что требует плавного снижения давления газов перед каждой очередной операцией, связанной с демонтажом осушителя для регенерации силикагеля.

Особенно нежелательны продуцирование газов с повышенной влажностью или необходимость частой смены и регенерации средств осушки при использовании генератора в устройствах для газопламенной обработки материалов, где скопление влаги в газовых трубопроводах нарушает нормальную работу горелки или требует частой остановки устройств для проведения мероприятий по регенерации поглотителя.

Целью изобретения является снижение влагосодержания продуцируемых газов при непрерывной саморегенерации поглотителя в процессе работы, что обеспечивает надежную и непрерывную работу как самого генератора, так и устройств, использующих продуцируемые газы.

Указанная цель достигается в устройстве для получения водорода и кислорода, включающем электролизер, газожидкостные сепараторы и средства для осушки газов, в котором последние выполнены в виде емкостей с перфорированными стенками, заполненных гидрофильным газопроницаемым материалом, и между стенками емкостей и указанным материалом размещен гидрофильный материал, непроницаемый для водорода и кислорода. В качестве гидрофильного газопроницаемого материала могут быть использованы войлок, вата, измельченный асбест. В качестве гидрофильного материала, непроницаемого для водорода и кислорода, может быть использован влажный асбокартон.

Сущность изобретения состоит в том, что поглощенная гидрофильным газопроницаемым материалом влага, находящаяся в объеме аппарата, через гидрофильный материал, непроницаемый для водорода и кислорода, имеющий контакт с окружающей средой через перфорации в стенках осушителя, постоянно испаряется в окружающую атмосферу. Таким образом и во время работы и в период остановки устройства происходит непрерывная саморегенерация поглотителя, не требующая для этого никаких дополнительных операций. Одновременно за счет процесса испарения влаги происходит охлаждение продуцируемых газов, в результате чего снижается и их влагосодержание, т.е. предлагаемая конструкция осушителей дополнительно выполняет роль охладителя газов, в еще большей степени уменьшающих содержание влаги в газах.

Операции улавливания капельной влаги (конденсата, накапливающегося в соединительных трубопроводах) и водяного пара в предлагаемом устройстве совмещения в одном аппарате-осушителе. Такая замена колонки с керамической насадкой и патрона осушителя на один аппарат, в котором непрерывно происходит саморегенерация поглотителя, позволяет снизить вес и габариты устройства и упростить как конструкцию устройства, так и его эксплуатацию.

На фиг.1 показана принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 осушитель.

Устройство для получения водорода и кислорода включает электролизер 1, водородный газожидкостный сепаратор 2, кислородный газожидкостный сепаратор 3, источник тока 4, осушители водорода и кислорода 5, каждый из которых выполнен в виде емкости с перфорированными стенками 6, заполненной гидрофильным материалом 7 и гидрофильным материалом 8, непроницаемым для водорода и кислорода, размещенным между перфорированными стенками 6 и гидрофильным газопроницаемым материалом 7.

Устройство работает следующим образом.

Под действием напряжения от источника тока 4 вода в электролизере 1 подвергается разложению с образованием водорода и кислорода. Полученные газы в смеси с водой поступают в соответствующие газожидкостные сепараторы 2 и 3, где отделяются от жидкости и направляются в осушители газов 5. С помощью гидрофильного газопроницаемого материала 7, поглощающего капельную влагу, происходит осушка газов. Уловленная материалом 7 влага через гидрофильный материал 8, непроницаемый для водорода и кислорода, и перфорации в стенках 6 осушителей 5 непрерывно диффундирует в окружающую среду. Таким образом в процессе работы осушителей устанавливается равновесие между осушаемыми газами и окружающей средой по влагосодержанию и газы выходят из осушителей с относительной влажностью, практически равной влажностью окружающей среды. Выходящие из осушителей газы направляются потребителям. Таким путем происходит постоянное удаление влаги из осушителей, т.е. постоянная саморегенерация влагопоглощающего материала, что исключает операции по замене насыщенного влагой поглотителя или его регенерации, требующих остановки устройства и усложняющих его эксплуатацию.

Было проведено испытание предлагаемой установки с описанными выше осушителями. В качестве гидрофильного газопроницаемого материала был использован измельченный асбест, в качестве гидрофильного материала, непроницаемого для водорода и кислород, влажный асбокартон.

В таблице приведены характеристики известных и предлагаемых установок для получения водорода и кислорода.

Как следует из данных таблицы, предлагаемое устройство позволяет работать в течение всего времени ресурса электролизера без остановок для смены или регенерации влагопоглотителя, получая при этом газы с относительной влажностью, практически равной влажности окружающей среды. Кроме того, оно дает возможность снизить давление газов и в значительной степени упростить эксплуатацию.

Устройство для получения водорода и кислорода включает электролизер и средства для осушки газов, каждое из которых выполнено в виде емкости с перфорированными стенками, заполненной фильтрующим гидрофильным газопроницаемым материалом и гидрофильным материалом, непроницаемым для водорода и кислорода, размещенным между перфорированными стенками емкости и гидрофильным газопроницаемым материалом. В качестве гидрофильного газопроницаемого материала могут быть использованы войлок, вата, измельченный асбест, в качестве гидрофильного материала, непроницаемого для водорода и кислорода, - влажный асбокартон. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И КИСЛОРОДА, включающее электролизер и средство для осушки газов, выполненное в виде емкости с гидрофильным газопроницаемым материалом, отличающееся тем, что боковые стенки емкости выполнены перфорированными, гидрофильный газопроницаемый материал выполнен фильтрующим и емкость снабжена элементом из гидрофильного материала, непроницаемым для водорода и кислорода, установленным между перфорированными стенками емкости и фильтрующим гидрофильным газопроницаемым материал. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве фильтрующего гидрофильного газопроницаемого материала используют войлок, вату, измельченный асбест. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в качестве гидрофильного материала, непроницаемого для водорода и кислорода, используют асбокартон.