Установка для производства водорода и тригидрата алюминия Российский патент 2023 года по МПК C01B3/08 C01F7/42 C01F7/14 B01J7/02 

Описание патента на изобретение RU2803495C1

Область техники

Изобретение относится к области неорганической химии, а точнее к установкам для производства водорода и гидроксидов алюминия, в том числе из отходов производства алюминия.

Уровень техники

Известна установка для получения гидроокиси алюминия и водорода /Патент РФ 2350563, C01F 7/42, С01В 3/08, 27.03.2009/, которая включает в себя устройство для смешивания мелкодисперсного порошка алюминия и воды, реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водородсодержащей газовой смеси и образованием продуктов окисления алюминия, а также устройство отвода водородсодержащей газовой смеси и продуктов окисления алюминия. Реактор для химического взаимодействия воды с алюминием снабжен перемешивающим устройством и устройством ультразвукового облучения суспензии, расположенным внутри реактора.

Недостатком данной установки является необходимость в использовании мелкодисперсного порошка алюминия 20 микрон, что вызвано требуемой величиной скорости окисления алюминия, которая определяет полноту превращения алюминия в гидроксиды в реакторе. Это ограничивает возможности применения установки и значительно увеличивает стоимость получаемого водорода и порошка гидроокиси алюминия.

Известно устройство для получения водорода и гидроксидов алюминия /Патент РФ 111840, С01В 3/10, С01F 7/42, 27.12.2011/, включающее в себя реактор, в который через крышку подается щелочной раствор и загружаются алюминий или его сплавы, выпускной клапан, датчики температуры и давления, насос, управляющий контроллер, а также систему отмывки гидроксидов алюминия от щелочи, состоящую из воронки Бюхнера, колбы Бунзена, электродвигателя для перемещения цилиндров с гидроксидом алюминия в систему промывки и вакуумного насоса.

Недостатком данного устройства является то, что в результате экзотермической реакции температура раствора в баке может подниматься выше 100°С, тогда давление достигает критического значения 4 Бар и клапан сбрасывает химический раствор. Еще одним недостатком является сложность программного обеспечения с большим количеством датчиков, которые не обеспечивают правильную корректировку работы всех систем в случае сбоя или критического роста температуры.

Известна установка для производства гидроксидов алюминия и водорода /Патент РФ 2603802, C01B 3/08, C01F 7/04, C01F 7/42, 27.11.2016/, содержащая бак, насосы, колбу Бунзена, имеющую отвод, соединенный с вакуумным насосом, на которую надета воронка Бюхнера. При этом бак, в котором располагаются реакционные колбы, выполнен с двумя штуцерами, один из которых представляет собой штуцер для входа холодной воды, а другой - для вывода нагретой воды. Реакционные колбы выполнены с боковым отводом для вывода водорода. Горловая часть реакционных колб соединена стеклянным трубопроводом с колбой Бунзена. Нанодисперсный порошок Аl(ОН)3 задерживается бумажным фильтром, а потом извлекается и используется для получения керамических изделий.

Недостатками данной установки для производства водорода и тригидрата алюминия Аl(ОН)3 является низкая производительность и недостаточная надежность, связанные с выполнением её на уровне лабораторной установки из стекла для наглядного наблюдения процессов химических реакций при обучении студентов института.

Анализ существующих установок получения водорода и тригидрата алюминия показал, что все они обладают существенными недостатками: технической сложностью и низкой производительностью, в результате не пригодны для производства водорода в объемах, достаточных для систем отопления и электроснабжения малоэтажных домов и складов, удалённых от магистральных линий газоснабжения и электроснабжения, при одновременном производстве тригидрата алюминия Аl(ОН)3, необходимого для приготовления качественных строительных смесей.

Установок для производства водорода для систем отопления и электроснабжения автономных малоэтажных строений в известном уровне техники не выявлено.

Постановка задачи

Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков и создание компактной, высокопроизводительной установки для получения водорода и тригидрата алюминия.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является создание установки, пригодной для производства водорода в объемах, достаточных для систем отопления и электроснабжения малоэтажных домов, складов и других зданий и сооружений, удалённых от магистральных линий газоснабжения и электроснабжения, при одновременном производстве тригидрата алюминия Аl(ОН)3, необходимого для приготовления качественных строительных смесей.

Сущность изобретения

Сущность изобретения заключается в том, что установка для производства водорода и тригидрата алюминия (УПВТ) содержит химический реактор водорода (ХРВ), водяную рубашку охлаждения ХРВ и рекуператор суспендированных продуктов реакции. ХРВ выполнен в виде вертикального герметичного сосуда, полость которого разделена на три горизонтальные секции, включающие газообразователь водорода, вытеснитель жидких реактивов и ресивер с гидрозатвором для накопления и фильтрации водорода от посторонних примесей, при этом полость газообразователя соединена с полостью ресивера через газоотводную трубу и с полостью вытеснителя - через переливную трубу. УПВТ по входу химических реактивов снабжена загрузочной корзиной для твердых алюминий-содержащих реактивов, с возможностью её герметичной установки в полости газообразователя водорода ХРВ. ХРВ снабжен штуцером вывода водорода из полости ресивера ХРВ, патрубком ввода/вывода химически активной жидкости в полость вытеснителя жидких реактивов ХРВ и клапаном вывода суспендированных продуктов реакции (СПР). Клапан вывода СПР соединен по выходу с первым входом рекуператора, второй вход которого соединен с патрубком вывода горячей воды из водяной рубашки охлаждения ХРВ. Рекуператор по жидким продуктам рекуперации соединен с патрубком ввода/вывода химически активной жидкости ХРВ, а по твердым продуктам рекуперации, содержащим тригидрат алюминия, - с патрубком их вывода в накопительную емкость.

Такое выполнение УПВТ и снабжение его водяной рубашкой охлаждения позволяет регулировать температуру в химическом реакторе циркуляцией теплоносителя (воды) в указанной рубашке через рекуператор для исключения выхода реакции в нем за допустимые температурные пределы. Одновременно введение рекуператора в состав УПВТ позволяет восстанавливать щелочь из суспендированных продуктов реакции ХРВ и повторно использовать её для производства водорода. Поскольку реакция восстановления щелочи в рекуператоре является эндотермической (потребляющей тепло) реакцией, то водяная рубашка в представленной установке выполняет не только функцию охлаждения ХРВ, но и функцию нагрева суспендированных продуктов в рекуператоре.

Указанные новые свойства УПВТ позволяют расширить арсенал средств химического производства водорода и полезных продуктов химической реакции. Решается проблема создания УПВТ, пригодной для производства водорода и тригидрата алюминия Аl(ОН)3, в районах, удалённых от магистральных линий газоснабжения и электроснабжения. Использование УПВТ в этих условиях дополнительно позволяет решить проблему отопления и электроснабжения малоэтажных домов, складов и других зданий и сооружений при одновременном решении логистических проблем транспортировки качественных строительных смесей за счет возможности их приготовления из местного сырья с использованием тригидрата алюминия непосредственно в указанных районах эксплуатации УПВТ.

Краткое описание чертежей

Сущность изобретения поясняется рисунками, представленными на фиг. 1-4.

На фиг. 1 представлена функциональная схема установки для производства водорода и тригидрата алюминия на основе использования в качестве химически активной жидкости водного раствора (NaOH + (H2O)n) -натриевой щелочи (каустической соды), а в качестве алюминий - содержащих реактивов (АСР) -- (Al +Al2O3) чистый алюминий с естественной защитной оксидной пленкой соответственно, на фиг. 2 - рисунок, поясняющий конструкцию химического реактора, на фиг. 3 и фиг. 4 - рисунки, поясняющие конструкцию аварийного клапана и рекуператора, соответственно.

На фигурах 1 - 4 позициями обозначены:

1 - химический реактор;

1.1 - газообразователь водорода;

1.2 - вытеснитель жидких реактивов;

1.3 - ресивер (накопитель водорода);

1.4 - гидрозатвор;

1.5 - водород сжатый;

1.6 - газовая пробка;

1.7 - загрузочная корзина алюминийсодержащих реактивов (АСР);

1.8 - клапан аварийного сброса водорода;

1.8.1 - корпус клапана аварийного сброса водорода;

1.8.2 - накидная гайка;

1.8.3 - гаситель температуры водорода;

1.8.4 - кольцевые прокладки;

1.8.5 - мембрана прорывная;

1.8.6 - уплотнительное кольцо;

1.8.7 - защитная сетка;

1.9 - штуцер для приборов контроля и управления;

1.10 - приборы контроля и управления;

1.11 - горловина загрузочная;

1.12 - крышка герметизирующая;

1.13 - герметизатор газообразователя;

1.14 - труба газоотводная;

1.15 - труба переливная;

1.16 - фильтрующая сетка химического реактора;

1.17 - сборник суспендированных продуктов реакции;

1.18 - вертикальная труба сброса суспендированных продуктов реакции;

1.19 - клапан сброса суспендированных продуктов реакции;

1.20 - штуцер вывода водорода;

1.21 - клапан контроля уровня заполнения гидрозатвора;

1.22 - патрубок ввода или вывода химически активной жидкости;

1.23 - реле давления;

2 - водяная рубашка охлаждения;

2.1 - ребра охладительные;

2.2 - патрубок ввода теплоносителя;

2.3 - патрубок вывода теплоносителя;

2.4 - теплоноситель (вода);

3 - рекуператор;

3.1 - патрубок ввода суспендированных продуктов реакции (СПР);

3.2 - патрубок горячей воды;

3.3 - патрубок вывода тригидрата алюминия

3.4 - патрубок вывода щелочи;

3.5 - фильтрующая решетка рекуператора;

4 - накопительная емкость -сборник тригидрата алюминия.

Раскрытие сущности изобретения

Согласно фиг. 1 - 4 установка для производства водорода и тригидрата алюминия (УПВТ) содержит химический реактор 1 водорода (ХРВ), водяную рубашку 2 охлаждения ХРВ и рекуператор 3 суспендированных продуктов реакции. ХРВ 1 выполнен в виде вертикального герметичного сосуда, полость которого разделена на три горизонтальные секции, включающие газообразователь водорода 1.1, вытеснитель жидких реактивов 1.2 и ресивер 1.3 с гидрозатвором 1.4 для накопления и фильтрации водорода от посторонних примесей. При этом полость газообразователя 1.1 соединена с полостью ресивера 1.3 через газоотводную трубу 1.14 и с полостью вытеснителя жидких реактивов 1.2 - через переливную трубу 1.15. УПВТ по входу химических реактивов снабжена загрузочной корзиной 1.7 для твердых алюминий-содержащих реактивов (АСР), с возможностью её герметичной установки в полости газообразователя водорода 1.1 ХРВ. ХРВ 1 снабжен штуцером 1.19 вывода водорода из полости ресивера 1.3, патрубком 1.22 ввода/вывода химически активной жидкости (ХАЖ) в полость вытеснителя жидких реактивов 1.2 и клапаном 1.19 вывода суспендированных продуктов реакции (СПР). Клапан 1.19 вывода СПР соединен по выходу с первым входом 3.1 рекуператора 3, второй вход 3.2 которого соединен с патрубком 2.3 вывода горячей воды из водяной рубашки 2 охлаждения ХРВ. Рекуператор 3 по жидким продуктам рекуперации (патрубок 3.4) соединен с патрубком 1.22 ввода/вывода химически активной жидкости ХРВ, а по твердым продуктам рекуперации, содержащим тригидрат алюминия, - с патрубком 3.3 их вывода в накопительную емкость 4.

При этом твердые АСР загрузочной корзины 1.7 содержат чистый алюминий (Al) с защитной окисной пленкой (Al2O3) на его поверхности, силумины и их металлические сплавы типа дюраль, алфенол и/или авиаль. Алюминий-содержащие реактивы выполнены в виде стружки, гранул и/или измельченных отходов алюминиевой промышленности крупностью от 1 до 200 мм, а химически активная жидкость (ХАЖ) - в виде водного раствора натриевой, калиевой, бариевой щелочи, или кислотной жидкости, снимающей защитную оксидную пленку с поверхности АСР (АСР), например на основе перекиси водорода. Для повышенного выделения водорода металлические сплавы АСР выбраны с содержанием алюминия не менее 50%. а химически активная жидкость ХРВ 1 - водный раствор щелочи с концентрацией от 1 до 40% и начальной температурой от 10°С до 75°С.

Минимальный размер (1 мм) крупности алюминия выбран из условия обеспечения максимального выхода водорода за счет максимальной поверхности взаимодействия защитной оксидной пленки (Al2O3) АСР с водным раствором ХАЖ с одной стороны, и для исключения провала непрореагировавших кусков АСР через сетку 1.16 - с другой.

Максимальный размер (200 мм) крупности алюминия выбран из условия снижения на 50% выхода водорода относительно его максимального значения.

Минимальное значение (10°С) температуры и минимальное (10%) процентное содержание щелочи в воде выбрано из условия возникновения химической реакции растворения оксидной пленки (Al2O3) на поверхности алюминия (Al) и начала выделения водорода в реакции алюминия с водой при отсутствии оксидной пленки.

Максимальное значение (75°С) температуры и максимальное (40%) процентное содержание щелочи в воде выбрано из условия недопущения закипания жидкости в реакторе 1 и превышения расхода химически активной жидкости выше допустимых по приросту водорода пределов соответственно.

На внешней поверхности газообразователя водорода 1.1 химического реактора 1 установлены ребра 2.1 из теплопроводящего материала для его дополнительного охлаждения, которые позволяют увеличить площадь поверхности охлаждения при протекании экзотермической реакции взаимодействия АСР с ХАЖ.

Для контроля давления в газообразователе 1.1 на его верхней купольной части установлен штуцер 1.9 с приборами 1.10 контроля и управления. Контроль осуществляется за температурой, давлением в химическом реакторе 1 и за минимальным - максимальным уровнями раствора щелочи в секции газообразователя 1.1 водорода (на фигурах не показано). Сигнальный выход реле 1.23 давления соединен с управляющим входом клапана, установленного на патрубке 1.22 ввода/вывода раствора щелочи для сброса рабочей жидкости из полостей вытеснителя 1.2 и газообразователя 1.1 и соответствующего гашения химической реакции в нем за счет уменьшения площади контакта раствора щелочи с алюминием в неподвижной корзине для реактивов 1.7.

Для аварийного сброса водорода и исключения его возгорания при контакте с воздухом на газообразователе 1.1 установлен аварийный клапан 1.8 (фиг. 2) с гасителем 1.8.3 температуры водорода (фиг. 3).

Рекуператор 3 УПВТ выполнен в виде герметичного сосуда, разделенного на верхнюю и нижнюю части фильтрующей решеткой 3.5, наклоненной в сторону патрубка 3.3 вывода тригидрата алюминия. С противоположной стороны в нижней части рекуператора 3 под решёткой 3.5 установлен патрубок 3.4 вывода восстановленной щелочи, а в верхней части над фильтрующей решеткой 3.5 - патрубки 3.1, 3.2 ввода суспендированных продуктов реакции и горячей воды, соответственно.

Водяная рубашка 2 охлаждения реактора в УПВТ выполнена в виде водяной бочки для герметичной установки в неё химического реактора 1, либо в виде герметичной полости на внешней поверхности газообразователя 1.1. При этом внутренняя поверхность водяной рубашки 2 выполнена с возможностью повторения формы и размеров внешней поверхности газообразователя 1.1.

Загрузка алюминия в виде стружки, небольших кусков произвольной формы и измельченных отходов алюминия осуществляется в корзину для реактивов 1.7, расположенную в секции газообразователя водорода 1.1 химического реактора 1, причем под ней установлен сборник 1.17 суспендированных продуктов реакции с фильтрующей решеткой 1.16. Сборник 1.17 выполнен переходящим в вертикальную трубу 1.18, соединенную с клапаном 1.19 вывода суспендированных продуктов реакции.

Работа предлагаемого устройства

Работа установки для производства водорода и тригидрата алюминия (УПВТ) рассмотрена на примере использовании в качестве АСР чистого алюминия (Al) с естественной защитной оксидной пленкой (Al2O3), а в качестве ХАЖ - водного раствора каустической соды (NaOH + (H2O)n).

УПВТ работает следующим образом. Вначале в реактор 1 через патрубок 1.20 заливают воду в ресивер 1.3 до ее появления в открытом патрубке 1.21, после чего патрубок 1.21 закрывают, а патрубок 1.20 соединяют с потребителем водорода, например газовой горелкой, газовым котлом или электрогенератором. Далее в реактор 1 через горловину 1.11 газообразователя 1.1 под визуальным контролем заливают водный раствор натриевой щелочи с температурой в диапазоне от 10°С до 75°С и с плотностью от 10 до 40%, не доходя верхнего уровня газоотводной трубы 1.14 не менее 10 мм. В результате жидкость (NaOH+(Н2О)n), проникая через переливную трубу 1.15 в полость вытеснителя 1.2, сжимает воздух в верхней его части, образуя упругую газовую пробку 1.6, компенсируя давление на неё раствора щелочи из полости газообразователя 1.1.

Затем через горловину 1.11 загружают в газообразователь 1.1 корзину 1.7 с АСР в виде гранул, стружки, кусков крупностью 1-200 мм.

После загрузки указанных реактивов в газообразователь 1.1 закрывают горловину 1.11 крышкой 1.12, герметизируя полости 1.1-1.3 реактора 1.

В результате взаимодействия алюминия со щелочью протекают экзотермические реакции (1-2) с выделением тепла Q↑:

В зависимости от количества вступившего в реакцию раствора щелочи образуются комплексные соединения - гидроксоалюминаты натрия Na[Al(OH)4] (тетрагидроксоалюминат натрия), Na3[Al(OH)6] (гексогидроксоалюминат натрия) и выделяется водород Н2. Выделенный водород давит на жидкость газообразователя 1.1 и жидкость переходит через трубу 1.15 в полость вытеснителя 1.2, продолжая сжимать газовую пробку 1.6 в вытеснителе 1.2. Одновременно образующийся водород через газоотводную трубу 1.14 поступает в ресивер 1.3 (фиг. 2), проходит через гидрозатвор 1.4, где очищается от посторонних примесей и накапливается в верхней части полости указанного ресивера 1.5. При отсутствии отбора водорода внешним потребителем, например для водогрейного котла, давление водорода в газообразователе 1.1 и связанном с ним ресивере 1.3 возрастает. При этом повышенное давление в газообразователе 1.1 вытесняет жидкость из него в вытеснитель 1.2, сжимая газовую пробку 1.6 в нем. При снижении уровня жидкости в газообразователя 1.1 ниже минимального значения (ниже уровня расположения корзины 1.7 с реактивами) реакции (1-2) прекращаются, и образование водорода в нем завершается до следующего контакта с жидкостью в случае отбора из ресивера 1.3 водорода внешним потребителем и снижения давления в газообразователе 1.1.

Одновременно выпадающие в осадок продукты реакции, содержащие гидроксоалюминаты натрия, проходят через фильтрующую решетку реактора 1.16 и накапливаются на дне сборника суспендированных продуктов реакции 1.17, далее соответствующим насосом (на рисунках не показан) через вертикальную трубу сброса суспендированных продуктов реакции 1.18 и отрытый клапан 1.19 отправляются в рекуператор 3. Одновременно в рекуператор 3 из водяной рубашки 2 охлаждения реактора через патрубки 2.3 и 3.2 поступает горячая вода, нагретая реакциями (1-2), в диапазоне температур (40-75)°С.

В рекуператоре 3 протекает химическая реакция взаимодействия гидроксоалюминатов натрия с горячей водой:

В рекуператоре 3 образуется тригидрат алюминия Al(OH)3 и горячий водяной раствор NaOH. Горячий водяной раствор NaOH через патрубки 3.4 и 1.22 и соответствующий вентиль-дозатор (на рисунках не показан) возвращается в полость газообразователя 1.1 реактора 1 в качестве расходного реактива. Выпадающий в осадок тригидрат алюминия Al(OH)3 через патрубок 3.3 откачивается соответствующим гидронасосом (на рисунках не показан) в емкость 4 качестве полезного строительного продукта.

Промышленная применимость

По данному изобретению создан опытный образец УПВТ. Результаты его испытаний показали достижение заявленного технического результата. Для тепловой мощности котла 24 кВт-час, необходимого для отопления и горячего водоснабжения коттеджа общей площадью до 300 м2, производительность установки УПТА составила:

- по водороду - 1315,2 л /час;

- производство тригидрата алюминия Al(OH)3 - 1 кг/час.

При этом расход реактивов в химическом реакторе 1 составил:

- по воде - 0,5 л/час;

- по алюминию - 500 г/час;

- по щелочи NaOH - 250 г/час.

Кроме того, в результате экзотермических реакций выделилось дополнительное тепло, которое нагревало воздух в помещении котельной и количественно не оценивалось.

Таким образом, предлагаемая установка УПВТ имеет следующие дополнительные преимущества:

- универсальность, обеспечивающую одновременное производство водорода и компонента строительных материалов из алюминия и его отходов;

- энергосбережение при использовании горячей воды из рубашки реактора в рекуператоре для восстановления раствора щелочи;

- рекуперацию реагента - раствора щелочи с его многократным повторным использованием в качестве реагента в установке;

- экономическую целесообразность, как самостоятельного источника водорода в объемах, достаточных для систем отопления и электроснабжения автономных малоэтажных строений, домов и складов, удалённых от магистральных линий газоснабжения и электроснабжения;

- энергоэффективность при использовании для газосварочных агрегатов;

- легкость контроля и управления процессом получения водорода и технологическую безопасность за счет саморегуляции процесса выделения водорода;

- дешевизну созданной установки за счет отсутствия сложного программного обеспечения и дорогостоящего оборудования из дорогих конструкционных материалов.

На основе данного изобретения возможно создание современных, автономных, компактных, высокопроизводительных, энергоэффективных газогенерирующих установок УПВТ, которые смогут найти широкое применение как для отопления и электроснабжения домохозяйств, так и в малогабаритных автономных газосварочных агрегатах.

Похожие патенты RU2803495C1

название год авторы номер документа
Мобильная станция тепла и электричества 2023
  • Храмичев Денис Александрович
  • Звонов Александр Александрович
  • Наместников Владимир Васильевич
  • Пермяков Александр Венедиктович
  • Волосков Алексей Петрович
  • Кривенко Ирина Владимировна
RU2805715C1
Мобильный источник тепловой и электрической энергии 2019
  • Боев Сергей Федотович
  • Звонов Александр Александрович
  • Храмичев Александр Анатольевич
RU2735883C1
Генератор водорода 2019
  • Боев Сергей Федотович
  • Звонов Александр Александрович
  • Храмичев Александр Анатольевич
RU2721105C1
Автономный генератор тепла и электричества для железнодорожного транспорта 2021
  • Звонов Александр Александрович
  • Петраков Валентин Александрович
  • Рот Арина Сергеевна
RU2761332C1
Водогрейный котел 2019
  • Боев Сергей Федотович
  • Звонов Александр Александрович
  • Храмичев Александр Анатольевич
RU2723656C1
Утилизатор бытовых отходов 2020
  • Боев Сергей Федотович
  • Звонов Александр Александрович
  • Лукашук Владимир Евгеньевич
  • Храмичев Александр Анатольевич
RU2729301C1
ПЛАЗМЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ 2011
  • Звонов Александр Александрович
  • Беляев Игорь Николаевич
RU2485727C2
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ 2018
  • Джангирян Валерий Гургенович
  • Кривенко Ирина Владимировна
  • Наместников Владимир Васильевич
  • Афанасьев Алексей Гавриилович
  • Прохоров Евгений Николаевич
RU2686037C1
ВОДОРОДНЫЙ ГЕНЕРАТОР ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ 2014
  • Семенов Павел Владимирович
  • Звонов Александр Александрович
RU2596605C2
СПОСОБ РАБОТЫ МНОГОТОПЛИВНОГО ТЕПЛОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) 2008
  • Артамонов Александр Сергеевич
  • Артамонов Евгений Александрович
RU2386825C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 803 495 C1

Реферат патента 2023 года Установка для производства водорода и тригидрата алюминия

Изобретение относится к газогенерирующей установке. Установка для производства водорода и тригидрата алюминия Al(OH)3 содержит химический реактор водорода (ХРВ), водяную рубашку охлаждения ХРВ и рекуператор суспендированных продуктов реакции. ХРВ выполнен в виде вертикального герметичного сосуда, полость которого разделена на три горизонтальные секции, включающие газообразователь водорода, вытеснитель жидких реактивов и ресивер с гидрозатвором для накопления и фильтрации водорода от посторонних примесей. Полость газообразователя соединена с полостью ресивера через газоотводную трубу и с полостью вытеснителя – через переливную трубу. Для ввода химических реактивов ХРВ снабжен загрузочной корзиной, патрубком ввода/вывода химически активной жидкости в полость вытеснителя жидких реактивов, штуцером вывода водорода из полости ресивера и клапаном вывода суспендированных продуктов реакции. Указанный клапан соединен по выходу с первым входом рекуператора, второй вход которого соединен с патрубком вывода горячей воды из водяной рубашки охлаждения ХРВ. Рекуператор по жидким продуктам рекуперации соединен с патрубком ввода/вывода химически активной жидкости ХРВ, а по твердым продуктам реакции, содержащим тригидрат алюминия, с патрубком их вывода в накопительную емкость. Изобретение позволяет получить водород для систем отопления и электроснабжения малоэтажных зданий, удалённых от магистральных линий газоснабжения и электроснабжения, при одновременном производстве тригидрата алюминия, пригодного для приготовления качественных строительных смесей. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула изобретения RU 2 803 495 C1

1. Установка для производства водорода и тригидрата алюминия, характеризующаяся тем, что она содержит химический реактор водорода (ХРВ), водяную рубашку охлаждения ХРВ и рекуператор суспендированных продуктов реакции, причем ХРВ выполнен в виде вертикального герметичного сосуда, полость которого разделена на три горизонтальные секции, включающие газообразователь водорода, вытеснитель жидких реактивов и ресивер с гидрозатвором для накопления и фильтрации водорода от посторонних примесей, полость газообразователя соединена с полостью ресивера через газоотводную трубу и с полостью вытеснителя – через переливную трубу, для ввода химических реактивов ХРВ снабжен загрузочной корзиной с возможностью ее герметичной установки в полости газообразователя водорода ХРВ, патрубком ввода/вывода химически активной жидкости в полость вытеснителя жидких реактивов ХРВ, штуцером вывода водорода из полости ресивера ХРВ и клапаном вывода суспендированных продуктов реакции, соединенным по выходу с первым входом рекуператора, второй вход которого соединен с патрубком вывода горячей воды из водяной рубашки охлаждения ХРВ, рекуператор по жидким продуктам рекуперации соединен с патрубком ввода/вывода химически активной жидкости ХРВ, а по твердым продуктам реакции, содержащим тригидрат алюминия, с патрубком их вывода в накопительную емкость.

2. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в ХРВ в качестве реактивов использованы алюминий в виде стружки, гранул, кусков произвольной формы и/или измельченные отходы алюминиевой промышленности размером от 1 до 200 мм, в качестве химически активной жидкости - водный раствор щелочи.

3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в полости газообразователя водорода ХРВ под загрузочной корзиной установлен сборник суспендированных продуктов реакции с фильтрующей решеткой, переходящий в вертикальную трубу, соединенную с клапаном вывода суспендированных продуктов реакции.

4. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что рекуператор суспендированных продуктов реакции выполнен в виде герметичного сосуда, разделенного на верхнюю и нижнюю части фильтрующей решеткой, наклоненной в сторону патрубка вывода тригидрата алюминия, причем с противоположной стороны в нижней части рекуператора под решёткой установлен патрубок вывода восстановленной химически активной жидкости, а в верхней части над фильтрующей решеткой – патрубки ввода суспендированных продуктов реакции и горячей воды, соответственно.

5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что водяная рубашка охлаждения ХРВ выполнена в виде водяной бочки для герметичной установки в неё химического реактора или в виде герметичной полости на внешней поверхности газообразователя водорода ХРВ, причем внутренняя поверхность водяной рубашки охлаждения выполнена с возможностью повторения формы и размеров внешней поверхности газообразователя водорода.

6. Установка по п. 5, отличающаяся тем, что на внешней поверхности газообразователя водорода ХРВ выполнены ребра охлаждения из теплопроводного материала.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2803495C1

УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ГИДРООКСИДОВ АЛЮМИНИЯ 2015
  • Шляпин Анатолий Дмитриевич
  • Омаров Асиф Юсифович
  • Никишкина Ольга Владимировна
  • Бадаев Фатих Захарович
RU2603802C2
Генератор водорода 2019
  • Боев Сергей Федотович
  • Звонов Александр Александрович
  • Храмичев Александр Анатольевич
RU2721105C1
УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРООКИСИ АЛЮМИНИЯ И ВОДОРОДА 2007
  • Могилевский Игорь Николаевич
RU2350563C2
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИДРОКСИДОВ ИЛИ ОКСИДОВ АЛЮМИНИЯ И ВОДОРОДА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2005
  • Берш Александр Валентинович
  • Иванов Юрий Леонидович
  • Мазалов Юрий Александрович
  • Глухов Антон Викторович
  • Трубачев Олег Алексеевич
RU2278077C1
WO 2004052775 A1, 24.06.2004
US 10118822 B2, 06.11.2018.

RU 2 803 495 C1

Авторы

Храмичев Денис Александрович

Звонов Александр Александрович

Кривенко Ирина Владимировна

Наместников Владимир Васильевич

Пермяков Александр Венедиктович

Петраков Валентин Александрович

Новиков Михаил Александрович

Даты

2023-09-14Публикация

2022-12-28Подача