Способ и устройство получения водорода

Авторы патента:

Ковалев Антон Андреевич (RU)

Раков Дмитрий Леонидович (RU)

Соколовская Татьяна Степановна (RU)

Терещук Валерий Сергеевич (RU)

Синев Александр Владимирович (RU)

C25B1/04 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2532561:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт машиноведения им. А.А. Благонравова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области энергетики и предназначено для получения водорода из воды. В электролизере (1) энергию подают на теплообменник-анод (3) и катод (4), выполненный из активированного алюминия. Анод (3) электролизера (1) изготовлен в виде изогнутой по спирали полой трубки для циркуляции теплоносителя. Полученный в результате электролиза водород направляют в накопитель водорода и производят отбор тепла, выделяющегося в процессе электролиза. Энергию для электролиза поставляют от возобновляемых источников энергии в импульсном режиме, а тепло забирают посредством нагревания и прокачивания теплоносителя в полом теплообменнике-аноде (3). Активацию катода (4) проводят импульсным П-образным электрическим током в электролите (2) электролизера (1), в качестве которого использована морская вода. Изобретение позволяет повысить эффективность получения водорода и уменьшить массу и габариты электролизера. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области энергетики и экологии, а именно к способам и устройствам получения водорода из воды.

Известен способ получения водорода (патент РФ 2261942, 05.11.2003 г., МПК С25 D 1/04), который включает преобразование электрической энергии в плазмоэлектролитическом процессе, проводимом между анодом и катодом в воде, с удалением из нее газообразных водорода из прикатодной области и кислорода из прианодной области. При этом жидкость подвергают гидродинамической кавитации в вихревом потоке, в котором массивные ионы кислорода центробежной силой перемещают на периферию потока, ионы водорода с малой массой концентрируют в его центре, а электрическое напряжение прикладывают в центре потока к катоду и на периферии потока - к аноду, и плазмоэлектролитический процесс проводят в ионизированной таким образом воде. Выделившиеся в плазмоэлектролитическом процессе водород и (или) кислород подают в воду. Технический эффект - уменьшение электрического напряжения, увеличение тепловой производительности, исключение применения кислот и щелочей.

Известен также способ и устройство получения водорода (патент РФ 2438966, 06.-4.2009 г., МПК С01 ВЗ/00), при котором в качестве электролита используют водопроводную воду, в качестве анода - пластину из меди, а в качестве катода - сплав Д16 - дюралюминий, при напряжении в электролизной ячейке 30-110В, плотности тока 4 мА/см²сплав активируется 20 мин, затем ток отключается на 5-10 мин, после чего активацию при каждом последующем цикле проводят в течение 1-10 мин.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому объекту является способ и устройство получения водорода (патент РФ 2404290, 16.04.2007 г., C25B 1/04), при котором подают энергию от энергоисточника, не использующего углеводороды, в электролизер, из энергоисточника, например ветроустановки, преобразующей энергию ветра в электрическую энергию, а воду в электролизер для осуществления процесса электролиза воды подают насосом из водоема, при этом полученный в результате электролиза воды водород направляют в накопитель водорода, а кислород - в накопитель кислорода, а тепловым насосом забирают тепло, выделяющееся в воде, и посылают его в аккумулятор тепла для использования потребителем в качестве отопления или горячего водоснабжения или направляют для хранения в аккумулятор тепла.

Недостатком известных технических решений является невысокая эффективность получения тепла и водорода при работе электролизера, малая универсальность и большая масса и габариты конструкции электролизера, так как анод и теплообменник выполнены отдельно и катод выполнен пассивным.

Целями заявляемого технического решения являются:

- повышение эффективности получения водорода и тепла при работе

электролизера и экономию электроэнергии,

- снижение веса, уменьшение габаритов,

- повышение простоты и надежности эксплуатации.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения водорода при электролизе, при котором подают энергию от источника энергии на анод и активированный катод в электролизере, а полученный в результате электролиза водород направляют в накопитель водорода и производят отбор тепла, выделяющегося в процессе электролиза в теплообменник, энергию для электролиза поставляют от возобновляемых источников энергии в импульсном режиме, а тепло забирают посредством нагревания и прокачивания теплоносителя в полом теплообменнике-аноде, а активацию катода проводят импульсным П-образным электрическим током непосредственно в электролите электролизера - морской воде с содержанием соли от 3,5 до 40 г на литр.

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для получения водорода, содержащем источник электроэнергии, электролизер и хранилище водорода, катод электролизера выполнен из активированного алюминия, а анод электролизера изготовлен в виде полой трубки для циркуляции теплоносителя, при этом подача энергии на анод и катод осуществляется в импульсном режиме, а активация катода производится импульсным электрическим током непосредственно в электролите электролизера, в качестве которого использована морская вода с содержанием соли от 3,5-40 г/литр.

Поставленная цель достигается также тем, что импульсный электрический ток имеет П-образную форму.

Способ и устройство, в котором реализован предлагаемый способ, поясняются общей схемой на фиг.1.

Устройство для получения водорода содержит корпус электролизера 1 (фиг.1) с электролитом 2 и теплообменником-анодом 3, который расположен внутри электролизера 1, при этом катод электролизера 4 выполнен из активированного алюминия. Теплообменник-анод 3 и катод 4 электролизера соединены с энергоисточником 5 посредством электропроводов 6 и 7. При этом катод электролизера 4 соединен с электропроводом 7 посредством шины 8, которая электрически изолирована от корпуса 1. Теплообменник-анод 3 выполнен в виде полой трубки с возможностью протекания теплоносителя и изогнутой в виде спирали для лучшего теплосъема. Энергию для процесса электролиза поставляют от возобновляемых источников энергии в импульсном режиме, а отбор тепла осуществляют посредством циркуляции теплоносителя в полом теплообменнике-аноде, при этом активацию катода проводят импульсным П-образным электрическим током непосредственно в электролите электролизера, в качестве которого использована морская воде с содержанием соли от 3,5 до 40 г/литр.

Катод электролизера 4 выполнен из активированного алюминия. Активация дюралюминия типа Д-16 производится непосредственно в электролите 2. В качестве электролита используют морскую воду с соленостью от 3,5 до 40 г на литр. Катода электролизера 4 выполнен цилиндрической формы. Выделенный водород поступает в хранилище водорода (на фиг.1 не показано). Теплоноситель затем поступает в хранилище тепла, например тепловой насос (на фиг.1 не показан).

Варианты осуществления изобретения.

Электролиз воды осуществляется непосредственно от возобновляемых источников энергии, например морской приливной электростанции, при помощи энергоисточника 5 (фиг.1), формирующего импульсный ток П-образной формы и подающий его по электропроводам 6 и 7 на теплообменник-анод 3 и катод 4, расположенные в электролите 2 электролизера 1. По теплообменнику-аноду 3 прокачивают теплоноситель, например воду. Катод электролизера 4 соединяют с электропроводом 7 посредством шины 8.

При использовании активированного катода 4 тепла выделяется больше, чем при использовании пассивного, т.к. активный катод, взаимодействуя с электролитом, дополнительно за счет химических реакций выделяет водород, что экономит электроэнергию на производство водорода при электролизе.

Также можно отметить, что в зависимости от потребностей и внешних обстоятельств может быть увеличена выработка водорода или тепловой энергии, что приводит к повышению адаптивности работы установки. Использование П-образных импульсов ведет к уменьшению потерь в процессе электролиза, так как процесс электролиза начинается с 2В, и соответственно к повышению эффективности работы энергетической установки.

1. Способ получения водорода при электролизе, при котором подают энергию от источника энергии на анод и активированный катод в электролизере, а полученный в результате электролиза водород направляют в накопитель водорода и производят отбор тепла, выделяющегося в процессе электролиза в теплообменник, отличающийся тем, что энергию для электролиза поставляют от возобновляемых источников энергии в импульсном режиме подачи тока, а отбор тепла осуществляют посредством циркуляции теплоносителя в теплообменнике-аноде, выполненном в виде изогнутой по спирали полой трубки, при этом активацию катода проводят импульсным П-образным электрическим током непосредственно в электролите электролизера, в качестве которого использована морская вода с содержанием соли от 3,5 до 40 г/л.

2. Устройство для получения водорода, содержащее источник электроэнергии, электролизер и хранилище водорода, отличающееся тем, что катод электролизера выполнен из активированного алюминия, а анод электролизера изготовлен в виде изогнутой по спирали полой трубки, при этом анод и катод расположены в электролизере, заполненном электролитом, в качестве которого использована морская вода с содержанием соли от 3,5-40 г/л, и подключены к источнику электроэнергии с импульсным режимом подачи электрического тока.

3. Устройство для получения водорода по п.2, отличающееся тем, что импульсный электрический ток имеет П-образную форму.

Похожие патенты:

Электролизер // 2530892

Изобретение относится к технике для электролиза воды, а именно к электролизеру, включающему корпус с электродами: анодом и катодом из электродных элементов в виде пластин, диэлектрическую прокладку между электродами, элементы для ввода рабочего раствора и вывода газов.

Электродная масса для самообжигающихся электродов ферросплавных печей // 2529235

Изобретение относится к электродной промышленности и ферросплавного производства и может быть использовано при изготовлении самообжигающихся электродов ферросплавных рудовосстановительных печей.

Способ получения йодирующего агента // 2528402

Изобретение относится к способу, включающему в себя следующие стадии: a) электрохимическое окисление 1 моля исходного ICl в кислотном водном растворе с образованием промежуточного производного со степенью окисления йода, равной (III); b) реагирование упомянутого промежуточного производного с йодом и c) получение 3 молей ICl.

Способ получения жидкого средства для очистки воды // 2528381

Изобретение относится к способу получения жидкого средства для очистки воды. Способ включает электролиз водного раствора хлорида натрия в электролизере с неразделенными катодным и анодным пространствами и характеризуется тем, что электролиз осуществляют с использованием анода, изготовленного из алюминия или из сплавов алюминия.

Способ получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале // 2525543

Изобретение относится к способу получения нановискерных структур оксидных вольфрамовых бронз на угольном материале, в котором электролиз ведут в импульсном потенциостатическом режиме при перенапряжении 300 мВ в расплаве, содержащем 30 мол.

Бортовая электролизная установка космического аппарата // 2525350

Изобретение относится к оборудованию космических аппаратов (КА) и, в частности, к их энергодвигательным системам. Электролизная установка КА включает в себя твердополимерный электролизер, подключенный к системе электропитания КА, и систему водоснабжения.

Способ получения магнетита // 2524609

Изобретение может быть использовано в химической промышленности. Способ получения магнетита включает окисление железа при проведении электролиза.

Способ изготовления анодов // 2522061

Изобретение относится к области технологии изготовления металлооксидных анодов на основе титана с электрокаталитическим покрытием и может быть использовано в различных областях прикладной электрохимии при электролизе растворов широкого диапазона минерализации.

Способ изготовления графитированных изделий и устройство для его осуществления // 2522011

Изобретение относится к электродной промышленности и предназначено для использования при изготовлении графитированных изделий, в частности касается процесса пропитки различными веществами для устранения пористости.

Способ электролиза водных растворов хлористого водорода или хлорида щелочного металла в электролизере и установка для реализации данного способа // 2521971

Заявленное изобретение относится к способу электролиза водных растворов хлористого водорода или хлорида щелочного металла. В процессе электролиза хлорида щелочного металла предложено использование катода, потребляющего кислород, для чего процесс протекает при высоком избытке кислорода.

Электрод с иммобилизованным белком и способ его изготовления и функциональный элемент и способ его изготовления // 2532841

Группа изобретений относится к биохимии. Предложен способ изготовления электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации цитохрома с552, его производного или варианта на золотом электроде таким образом, что гидрофобная часть цитохрома, его производного или варианта расположена напротив золотого электрода. Цитохром с552, его производное или вариант и золотой электрод соединены друг с другом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. После образования на золотом электроде самоорганизующегося монослоя золотой электрод погружают в раствор, содержащий цитохром с552, его производное или вариант, буферный раствор и от 10 мМ до 30 мМ включительно хлорида калия для связывания цитохрома с552, его производного или варианта с золотым электродом с помощью самоорганизующегося монослоя, расположенного между ними. Также предложен электрод, полученный вышеуказанным способом. Предложен способ изготовления функционального элемента фотоэлектрического преобразователя. Способ включает стадии образования электрода с иммобилизованным белком путем иммобилизации на золотом электроде цитохрома с552, его производного или варианта. Предложен также функциональный элемент фотоэлектрического преобразователя, полученный вышеуказанным способом. Предложенная группа изобретений обеспечивает повышение стабильности электрода с иммобилизованным белком с сохранением способности переноса электронов цитохрома с552, его производного или варианта для длительного постоянного применения. 4 н. и 2 з.п. ф-лы, 19 ил.

Способ получения поликарбоната на границе раздела фаз и переработки по меньшей мере части образующегося раствора хлорида щелочного металла на дополнительной стадии электролиза // 2532910

Изобретение относится к способу получения поликарбоната на границе раздела фаз и последующего электролиза содержащей хлорид натрия технологической отработанной воды, который включает следующие стадии: a) получение фосгена взаимодействием хлора с монооксидом углерода, b) взаимодействие полученного на стадии а) фосгена, по меньшей мере, с одним бисфенолом в присутствии, по меньшей мере, одного основания, по меньшей мере, одного катализатора с основным характером и, по меньшей мере, одного органического растворителя с образованием поликарбоната и раствора, содержащего хлорид щелочного металла, c) выделение и переработку полученного на стадии b) поликарбоната, d) отделение остающегося на стадии с) раствора, содержащего хлорид щелочного металла, от остатков растворителя и остатков катализатора прежде всего путем отгонки с водяным паром и обработки адсорбентами, прежде всего активированным углем, e) электрохимическое окисление, по меньшей мере, части содержащего хлорид щелочного металла раствора стадии d) с образованием хлора, щелочи и при необходимости водорода, отличающемуся тем, что при отделении раствора, реализуемом на стадии d) перед его обработкой адсорбентами, показатель рН раствора устанавливают на уровне 8 или ниже и f) по меньшей мере, часть полученного на стадии е) хлора возвращают на стадию а) и/или, g) по меньшей мере, часть полученной на стадии е) щелочи возвращают на стадию b) синтеза поликарбоната. Технический результат - упрощение технологии, связанное с возможностью подачи раствора на электролиз без очистки, возможностью использовать выделенные из отходов компоненты в процессе. 13 з.п. ф-лы, 4 пр.

Способ электролиза, устройство и система // 2533114

Изобретение относится к способу электролиза для отделения электролизных газов от жидкого электролита посредством по меньшей мере одного электролизного электрода, находящегося под электрическим напряжением, при этом вызывают искусственную вибрацию указанного электролизного электрода с резонансной частотой колебаний, а упомянутое электрическое напряжение подают на электролизный электрод в режиме колебаний с более низкой частотой гармоники, чем указанная резонансная частота колебаний. Также изобретение относится к устройству для электролиза и системе для сжигания, содержащей заявленное устройство. Технический результат заключается в дополнительном повышении эффективности поверхности электрода. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 1 табл., 3 ил.

Способ изготовления коррозионностойкого электрода // 2533387

Изобретение относится к способу изготовления коррозионностойкого электрода, включающему изготовление биметаллической основы электрода, содержащей титановый корпус с медным сердечником внутри. Далее подготовку наружной поверхности титанового корпуса и нанесение на нее активирующего покрытия. Способ характеризуется тем, что на границе раздела медного сердечника и титанового корпуса формируют внутренний слой с высоким удельным объемным электрическим сопротивлением от 500 до 5000 Ом·м из оксида меди и/или оксида титана, а на поверхность титанового корпуса после ее подготовки наносят активирующее покрытие толщиной 1-10 мкм из оксидов металлов платиновой группы - из оксида рутения или оксида иридия или их смеси, при этом нанесение активирующего покрытия из оксидов металлов платиновой группы на поверхность титанового корпуса электрода осуществляют электрохимическим способом или методом термического разложения солей металлов платиновой группы - иридия или рутения или их смеси. Использование настоящего способа позволяет обеспечить надежную электрохимическую защиту длинномерных металлических объектов за счет получения равномерного отекания тока и равномерного распределения защитного потенциала по длине анодного заземлителя при сохранении длительного срока эксплуатации электродов. 6 з.п. ф-лы, 1 ил., 4 пр.

Способ изготовления электродов с пористым никелевым покрытием для щелочных электролизеров воды // 2534014

Изобретение относится к способу изготовления электродов с пористым никелевым покрытием для щелочных электролизеров воды путем нанесения никелевого порошка из гальванической ванны с добавками низкомолекулярных спиртов на поверхность никелевой просечно-вытяжной сетки. Данный способ представляет собой упрощенную технологию изготовления пористых электродов с катализаторами с высоким ресурсом работы для щелочных электролизеров воды и обеспечивает снижение энергопотребления электролизеров. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ получения водорода из воды и устройство для его осуществления // 2535304

Изобретение относится к способу получения водорода из воды, включающему разложение воды на водород и кислород под действием высокочастотного электромагнитного поля. При этом разложение воды на кислород и водород происходит при суммарном действии одной пары излучателей, векторы напряженности которых направлены по одной координате или нескольких пар излучателей, векторы напряженностей каждой пары которых направлены по различным координатам, причем каждая пара излучателей образует сумму двух одновременно излучаемых и противоположно направленных электрических или магнитных высокочастотных полей одинаковых частот, в результате чего получают объемное одно координатное (или многокоординатное) объемное пульсирующее энергетическое поле, размеры которого по каждой координате определяются выражением C/n, где C - скорость света, n - частота координатных излучающих импульсов каждой пары. Также изобретение относится к устройству. Использование настоящего изобретения позволяет снизить потребляемую мощность. 2 н.п. ф-лы, 6 ил.

Способ получения диарилкарбоната // 2536998

Изобретение относится к способу получения диарилкарбоната, включающему следующие стадии: а) получение фосгена при взаимодействии хлора с монооксидом углерода, б) взаимодействие полученного на стадии а) фосгена с не менее чем одним монофенолом в присутствии содержащего щелочь водного основания, протекающее с образованием диарилкарбоната и содержащего хлорид щелочного металла отработанного водного раствора, в) отделение и переработка образовавшегося на стадии б) диарилкарбоната, г) отделение остатков растворителя от оставшегося на стадии в) раствора, содержащего хлорид щелочного металла, до того как раствор, содержащий хлорид щелочного металла, направляют на осмотическую мембранную дистилляцию на стадии д), д) концентрирование по крайней мере части оставшегося на стадии г) раствора, содержащего хлорид щелочного металла, с помощью осмотической мембранной дистилляции, причем в качестве акцептора воды применяют раствор гидроксида щелочного металла, е) электрохимическое окисление по крайней мере части содержащего хлорид щелочного металла раствора со стадии д) с образованием хлора, раствора гидроксида щелочного металла и при необходимости водорода. В способе с высоким выходом получают продукцию с высокой степенью чистоты. 17 з.п. ф-лы, 1 ил., 6 пр.

Селективное каталитическое восстановление путем электролиза мочевины // 2538368

Изобретение относится к способу и устройству для обработки отходящих газов. Сущность изобретения: способ и устройство для производства аммиака, подходящего для использования в качестве восстановителя в системах селективного каталитического восстановления (scr), селективного некаталитического восстановления (sncr) или обработки топочных газов. Способ обработки аммиаком отходящих газов после сгорания, который включает электролитический гидролиз мочевины в мягких условиях. Электролитическое устройство, которое включает электролитическую ячейку 1, включающую анод 3, катод 4 и содержащую мочевину щелочную электролитную композицию 6, можно технологически присоединять к системе очистки отходящих газов для изготовления устройства, уменьшающего содержание оксидов азота (NOx) и/или твердых частиц в отходящих газах. Техническим результатом изобретения является обеспечение эффективного способа получения аммиака для использования в системе очистки отходящих газов. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл.

Способ получения высокочистого оксида алюминия электролизом // 2538606

Изобретение относится к способу получения высокочистого оксида алюминия электролизом, включающему анодное растворение алюминия высокой чистоты в водном растворе хлорида аммония, отделение гидроксильного осадка, его промывку дистиллированной водой и прокаливание. Способ характеризуется тем, что отделение гидроксильного осадка производят при помощи трех вертикально расположенных сит, диаметр отверстий которых составляет соответственно: 3-4 мм, 1-2 мм, 0,1-0,5 мм, отфильтрованный осадок подвергают двухстадийной промывке при отношении твердого к жидкому 1:2-10 при температуре 5-95°C. Промытый осадок просушивают при температуре 340-700°C и прокаливают до получения оксида алюминия, который затем смешивают с дистиллированной водой в отношении твердого к жидкому 1:3-12 для образования пульпы, которую подвергают перемешиванию в течение 20-120 мин со скоростью 200-1200 об/мин при температуре 5-95°C, после перемешивания оксид алюминия фильтруют от маточного раствора и просушивают при температуре 100-300°C. Изобретение позволяет получить высокочистый оксид алюминия с содержанием основного компонента не менее 99,990-99,999%. 1 табл., 3 пр.

Электрохимический способ получения порошка гексаборида кальция // 2539593

Изобретение относится к электрохимическому способу получения порошка гексаборида кальция, включающему электролиз солевого расплава, содержащего кальций- и борсодержащие компоненты. Способ характеризуется тем, что используют солевой расплав, содержащий хлорид кальция с добавками оксида кальция и борного ангидрида при суммарной концентрации добавок 6÷7 мас.%, в процессе электролиза поддерживают массовое соотношение борного ангидрида к оксиду кальция 3,72±0,01 мас.%, электролиз ведут в интервале температур 800÷850°C, с начальным импульсом плотности катодного тока 0,50 А/см2 в течение 1,5 сек, а далее при постоянной величине тока 4,5 А и плотности тока 0,10 А/см2 в течение 1,5÷3 часов. Предлагаемый способ позволяет получать целевой продукт прямым электрохимическим осаждением гексаборида кальция на катоде, имеет повышенный выход по току при упрощенной технологии получения целевого продукта. 2 пр., 2 ил.