СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ И СЖИГАНИЯ ВОДОРОДА В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ (СПОСОБ ПЕТРОВА) Российский патент 1997 года по МПК C01B3/08 

Изобретение относится к способу генерирования газообразного водорода и сжигания полученного водорода в полевых условиях. Способ может быть использован для разработки малогабаритных тепловых энергетических установок многоцелевого назначения: для врачей и ветеринарных работников, геологов, пастухов и т.д.

Способ может быть также использован для разработки автономных нагревательных устройств, в которых вместо форсунок и нефтепродуктов применяется альтернативное топливо газообразный водород.

Во многих странах мира интенсивно разрабатываются различные способы получения водорода как альтернативного, энергетически выгодного топлива с теплотворной способностью 28550 ккал/кг.

Известные технологии получения водорода могут быть разделены на способы и установки получения водорода при взаимодействии водяного пара с металлами, способы и установки с использованием нагревания и пара, способы и установки с использованием периодически подогреваемых твердых веществ и др.

Аналогами настоящего изобретения могут быть способы [1-4]
Известные способы не автономные, для нагрева воды требуется дополнительная энергия. Соответственно, эти способы не пригодны для генерирования и сжигания водорода в полевых условиях.

Ближайшим аналогом предлагаемого способа является способ [5] включающий стадию приготовления реакционноспособной водной суспензии металлического порошка, стадию генерирования водорода из этой суспензии и его сжигания в специальном устройстве, причем водород генерируется в герметично закрытом реакторе с мешалкой, куда непрерывно поступает водяная суспензия.

Технология генерирования водорода в прототипе очень сложна. Установка содержит более 150 узлов и деталей, соответственно этот способ для генерирования и сжигания водорода в полевых условиях не пригоден. Кроме того, прототип не позволяет безопасно сжигать водород для получения тепловой энергии. Для обеспечения безопасности обращения с водородом в прототипе использованы дополнительные технологические приемы и операции.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа генерирования и сжигания водорода, который бы обеспечивал автономность его реализации в полевых условиях путем генерирования и сжигания водорода в одной емкости; обеспечение регулируемой скорости генерации водорода; получение максимального количества водорода в полевых условиях; полную безопасность сжигания полученного водорода в полевых условиях.

Поставленная задача достигается тем, что обработку порошкообразного состава на основе магния, алюминия и их сплавов парами воды и сжигание полученного водорода проводят в полевых условиях в одной емкости высотой 7-15 см, выполненной из стали, тем, что в емкость последовательно засыпают первый нижний слой песка, обрабатывают его холодной водой до полного смачивания песка, затем засыпают второй сухой слой песка, а на него порошкообразный состав на основе магния, алюминия и их сплавов, при этом соотношение толщин трех слоев соответственно равно (0,4-0,6): (0,25-0,15): (0,35-0,25), воду для смачивания нижнего слоя песка берут по отношению к порошкообразному составу в 1,1-1,25 раза больше стехиометрического соотношения.

Способ осуществляют следующим образом.

Пример 1. Берут емкость из стали высотой 7 см. Диаметр емкости на существо способа получения и сжигания водорода в полевых условиях влияния не оказывает. На дно емкости засыпают первый нижний слой песка на 0,4 высоты емкости, обрабатывают его холодной водой до полного смачивания песка, затем засыпают второй сухой слой песка на 0,25 высоты емкости, а на слой сухого песка засыпают порошкообразный состав из смеси порошков алюминия, магния и их сплавов на 0,35 высоты емкости. Порошкообразный состав поджигают термоспичкой. Снаряженная таким образом система работает до 40 минут с выделением водорода в массе порошкообразного состава. Полнота использования воды из нижнего слоя песка для генерации водорода 100% Полнота сгорания порошкообразного состава 1.

Пример 2. Берут емкость из стали высотой 15 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,4: 0,25:0,35. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода около 75%
Пример 3. Берут емкость из стали высотой 15,5 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,6:0,15:0,25. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода не более 10%
Пример 4. Берут емкость из стали высотой 6,5 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,5:0,05:0,45. Состав поджигают. Происходит бурное горение с выбросом порошкообразного состава.

Пример 5. Берут емкость из стали высотой 10 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,6:0,15:0,25. Воду в нижнем слое берут по массе в стехиометрическом соотношении с массой порошкообразного состава. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода около 90% Полнота сгорания порошкообразного состава 1. Происходит равномерное горение генерируемого водорода совместно с порошкообразным составом с максимальным выделением тепловой энергии.

Пример 6. Берут емкость из стали высотой 10 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,6:0,15:0,25. Воду в нижнем слое песка по отношению к порошкообразному, составу берут в 1,1-1,25 раза больше стехиометрического соотношения. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода 100% Водород выделяется в максимальном количестве, из расчета 1 м³ на 1 литр воды. Время стабильной работы более 40 минут.

Пример 7. Берут емкость из стали высотой 8 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,5: 0,25: 0,25. Состав поджигают. Воду в нижнем слое песка по отношению к порошкообразному составу берут в 1,1-1,25 раза больше стехиометрического соотношения. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода 100% Водород выделяется в максимальном количестве, из расчета 1 м³ на 1 литр воды. Время стабильной работы более 40 минут.

Пример 8. Берут емкость из стали высотой 8 см. Соотношение трехслойного снаряжения 0,6:0,15:0,25. Порошкообразный состав активируют порошком калиевой селитры в соотношении 95:5. Состав поджигают. Полнота использования воды для генерации водорода 100% Время стабильной работы более 35 минут.

Способ инициирования порошкообразного состава (от термоспички) на способ генерации водорода и его сжигания не оказывает влияния. Процесс инициирования определяется порошкообразным 'составом и длится около 20-40 секунд.

Таким образом, оптимальное соотношение трехслойного снаряжения и оптимальное количество воды позволюет генерировать и сжигать водород в одной емкости, что позволяет широко использовать предложенный способ получения и сжигания водорода в полевых условиях.

Использование: в способах получения газообразного водорода и одновременного его сжигания в полевых условиях. Сущность: в металлическую емкость высотой 7 - 15 см, выполненной из стали, последовательно засыпают первый нижний слой песка, обрабатывают его холодной водой до полного смачивания песка, затем засыпают второй слой сухого песка, а на него - порошкообразный состав на основе магния, алюминия и их сплавов, при этом соотношение толщин слоев соответственно равно (0,4-0,6): (0,25 - -0,15): (0,35-0,25). Воду в нижнем слое песка берут по отношению к порошкообразному составу в 1,1 - 1,25 раза больше стехиометрического соотношения. Инициирование процесса производят термоспичкой. При этом получение водорода и его сжигание ведут в одной емкости.

Способ получения и сжигания водорода, включающий обработку порошкообразного состава на основе магния, алюминия и их сплавов водой с инициированием процесса разложения паров воды и сжигание полученного водорода, отличающийся тем, что обработку порошкообразного состава на основе магния, алюминия и их сплавов водой и сжигание полученного водорода ведут в полевых условиях в одной емкости высотой 7 15 см, выполненной из стали, в емкость последовательно засыпают первый нижний слой песка, обрабатывают его холодной водой до полного смачивания песка, затем засыпают второй слой сухого песка, а на него порошкообразный состав, при этом соотношения толщин слоев соответственно равны (0,4 0,6) (0,25 0,15) (0,35 0,25), воду по отношению к порошкообразному составу берут в 1,1 1,25 раза больше стехиометрического соотношения, а инициирование ведут термоспичкой.