Шихта для получения композита на основе алюминия для получения водорода
Владельцы патента RU 2478726:
Учреждение Российской академии наук Институт машиноведения им. А.А. Благонравова РАН (RU)
Изобретение относится к области энергетики и экологии и может быть использовано для генерирования водорода. Шихта для получения композита содержит, мас %: алюминий 87-90; щелочь 4-5; активирующая добавка 4-5; гидрид металла 2-3. Использование заявленной шихты позволяет получить композит с порами, образующимися за счет разложения гидрида магния, что приводит к ускорению реакции получения водорода при использовании композита. 1 таблица.
Изобретение относится к области энергетики и экологии и может быть использовано для генерирования водорода.
По данному изобретению получают шихту для получения композита на основе алюминия, предназначенного для получения водорода при реакции с водой. При этом полученный водород используют в различных отраслях народного хозяйства, в том числе и на транспорте, как альтернативное топливо. Известен способ производства водорода при использовании энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ), выделяющих энергию при химическом взаимодействии с водой [Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. - Киев: Наукова думка, 1980. - С.79-105 с.].
Известно техническое решение «Способ получения водорода» (Булашевич Е.А. и др. SU 111165, МПК С01В 3/08, опубликованное 01.01.1957). В нем для получения водорода используют смесь из алюминия, щелочи и воды. Однако у этого способа при использовании этих составляющих недостаточная скорость реакции, к тому же способ не подразумевает использование в промышленных маштабах, так как реакция проводится в колбе. Известен также композит (патент РФ N 2410325, 2007) на основе алюминия для производства водорода, включающий алюминий или его сплав, содержащий не менее 85% алюминия, в виде гранул, порошка или отходов механической обработки алюминия: опилок, стружки, в весовом количестве не менее 90%, обезвоженный гидроксид щелочного металла, разрушающий оксидную пленку при взаимодействии с водой, добавки меди, кремния, магния до 6%, так, чтобы этот композит содержал эти добавки вместе со щелочью в сумме до 10%.
Известна также шихта для получения композита на основе алюминия для генерирования водорода (патент РФ 2253606, МПК С01В 3/08. Опубл. 2005, Бюл. алюминия сухой щелочи. Этот процесс для увеличенного содержания щелочи с целью увеличения скорости реакции, т.е. для увеличения газоприхода с той же реакционной поверхности, хорошо идет при повышенном, относительно атмосферного, давлении окружающей инертной среды, что удорожает и усложняет технологический процесс изготовления композита.
Недостатком известных технических решений является малая скорость газовыделения с единицы поверхности, стоимость и сложность процесса изготовления. Так, скорость газовыделения у прототипа находится в пределах 0,01-0,02 л/м2 мин. При используемом в настоящее время, методе прессования для изготовления необходим пресс с мощностью порядка 70 МПа.
Задачей настоящего изобретения является разработка композита для ускорения прохождения реакции и более простого, дешевого способа получения водорода.
Данный технический результат достигается тем, что в шихту для получения композита на основе аллюминия для генерирования водорода, содержащую алюминий, щелочь и активирующую добавку, дополнительно вводят порообразующий гидрид металла дисперсностью до 200 мкм, при следующем соотношении компонентов, мас.%:
аллюминий 87-90;
щелочь 4-5;
активирующая добавка - 4-5;
гидрид металла 2-3.
Целесообразно в качестве активирующей добавки использовать медь или магний.
Также, целесообразно в качестве порообразующего гидрида металла использовать гидрид магния или гидрид титана.
Изобретение иллюстрируют примерами выполнения.
Зависимость газовыделения композита от его состава приведена в таблице 1.
Пример 1.
Готовят 100 г шихты для композиции на основе алюминия для получения водорода, содержащей алюминий (AL) 90 г, щелочь - гидроксид натрия (NaOH) 4 г, активирующую добавку - медь (Си)- 4 г. Перед плавкой в шихту вводят 2 гр. порошкообразного гидрида магния (MgH2) дисперсностью до 200 мкм перемешивают, помещают в индукционную печь и проводят плавку при температуре 660-700°С. Гидрид магния с температурой разложения 300°С образует в расплаве металла поры, которые заполняются помимо водорода расплавом щелочи, которая не растворилась в расплаве алюминия.
Примеры 2-5. Готовят 100 г шихты для композиции на основе алюминия для получения водорода по технологии, описанной в примере 1 при соотношении компонентов, приведенном в таблице. Результаты измерения удельной производительности (газовыделения) композиций по водороду по примерам и по прототипу представлены в таблице.
| Примеры | Состав композиции, гр. | ||||||
| Алюминий | Активирующая добавка | Щелочь NaOH | Гидрид металла | Газовыделение, л/м2 мин | |||
| Cu | Mg | MgH2 | TiH2 | ||||
| 1 | 90 | 4 | 4 | 2 | 1,9 | ||
| 2 | 87 | 5 | 5 | 3 | 3,5 | ||
| 3 | 88 | 5 | 5 | 2 | 1,4 | ||
| 4 | 89 | 4 | 4 | 3 | 1,8 | ||
| 5 | 92 | 3 | 3 | 2 | 0,05 | ||
| 6 | 85 | 5 | 7 | 3 | 0,06 | ||
| прототип | 92 | 4 | 4 | - | 0,02 |
Как видно из представленных результатов максимальное газовыделение получено у композитов по примерам 1-3, состоящих из компонентов, массовое содержание которых оптимизировано согласно изобретению. Полученная удельная производительность (газовыделение) этих композитов по водороду достигает 3,5 л/м мин. Отклонение от оптимального соотношения компонентов в композиции (примеры 4-6) приводит к значительному ухудшению выделения водорода, количество которого становится соизмеримо с количеством водорода получаемого из известной композиции, принятой за прототип.
Использование данного композита позволяет получать водород в количестве достаточном для его промышленного применения, например в качестве топлива в автомобильном транспорте.
1. Шихта для получения композита на основе алюминия для генерирования водорода, содержащая алюминий, щелочь и активирующую добавку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит порошкообразный порообразующий гидрид металла дисперсностью до 200 мкм при следующем соотношении компонентов, мас.%:
| алюминий | 87-90 |
| активирующая добавка | 4-5 |
| щелочь | 4-5 |
| гидрид металла | 2-3 |
2. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порообразующего гидрида металла она содержит гидрид магния.
3. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве порообразующего гидрида металла она содержит гидрид титана.
4. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве активирующей добавки она содержит медь.
5. Шихта по п.1, отличающаяся тем, что в качестве активирующей добавки она содержит магний.
