Установка для получения водорода и гидрооксидов алюминия

Авторы патента:

Омаров Асиф Юсифович (RU)

Никишкина Ольга Владимировна (RU)

Новоселов Роман Андреевич (RU)

Шляпин Анатолий Дмитриевич (RU)

C01F7/42 - получение оксида или гидроксида алюминия из металлического алюминия, например окислением

C01F7/04 - получение алюминатов щелочных металлов; получение оксида или гидроксида алюминия из них

C01B3/08 - Неметаллические элементы; их соединения

Владельцы патента RU 2603669:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)" (Университет машиностроения) (RU)

Изобретение относится к области неорганической химии, а именно к установкам для получения водорода и гидроксидов алюминия. Установка содержит бак, выполненный с двумя штуцерами для входа холодной и вывода нагретой воды. Бак соединен со стеклянным трубопроводом. Реакционные колбы расположены внутри бака с водой, и каждая содержит сетку, имеющую размеры ячеек 1 мм и дроссельную заслонку, располагающуюся в горловой части. Каждая колба выполнена с боковым отводом для вывода водорода, нижними и верхними выводами. Нижний вывод выполнен в дне реакционной колбы и соединен со стеклянным трубопроводом, по которому полученная в результате экзотермической реакции суспензия Na[Al(OH)₄] с помощью насоса направляется в колбу Бунзена. На колбу Бунзена надета воронка Бюхнера с бумажным фильтром. Колба Бунзена имеет два отвода, один из которых соединен с вакуумным насосом, а второй отвод соединен стеклянным трубопроводом с верхним выводом, выполненным в горловине реакционной колбы. Обеспечивается упрощение конструкции установки за счет отсутствия датчиков, контроллеров и использования более простого способа охлаждения, в результате которого повышается эффективность охлаждения раствора в реакционных колбах. 1 ил.

Область применения

Изобретение относится к области неорганической химии, а точнее к устройствам для реализации способов получения водорода и гидрооксидов алюминия из отходов производства алюминия типа стружки и небольших кусков различной формы. Установка может быть использована в удаленных доступах от источников электроэнергии.

Уровень техники

Известна установка для получения гидроокиси алюминия и водорода (патент РФ 2350563, кл. C01F 7/42, С01В 3/08, Могилевский И.Н., опубл. 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 микронами, что ограничивает и значительно увеличивает стоимость получаемого водорода и порошка гидроокиси алюминия. Так же это ограничение вызвано требуемой величиной скорости окисления алюминия, которая определяет полноту превращения алюминия в гидроксиды в реакторе.

Известно устройство для осуществления способа получения гидроксидов алюминия и водорода (патент РФ, 111840, С01В 3/10, С01F 7/42, опубл. 20.06.2006), взятое за прототип, которое включает в себя реактор, в который подается щелочной раствор и загружается алюминий или его сплавы, через крышку реактора, выпускной клапан, насос, емкость, воронку Бюхнера, колбу Бунзена, вакуумный насос, контроллер, датчик давления, Ph метр, змеевик для охлаждения, бумажный фильтр, цилиндр из нержавеющей стали, датчик для определения заполнения порошка, электродвигатель для перемещения цилиндров, насос для поддержания определенного уровня воды, температурный датчик.

Недостатком данного устройства является неэффективная система охлаждения, в результате экзотермической реакции температура раствора в баке достигает выше 100°С, давление поднимается до критического значения 4 атм и клапан сбрасывает раствор в специальную емкость. Еще одним недостатком является большое количество датчиков и программ, которые не обеспечивают правильную корректировку работы всех систем.

Технический результат, на который направлено изобретение, заключается в упрощении конструкции установки за счет отсутствия датчиков, контроллеров и использования более простого способа охлаждения, в результате которого также повышается эффективность охлаждения раствора в реакционных колбах.

Раскрытие изобретения модели.

Сущность предлагаемой установки для получения водорода, тепла и гидроокиси алюминия заключается в том, что она содержит бак, выполненный с двумя штуцерами, штуцер для входа холодной воды, который позволяет охлаждать и поддерживать постоянную скорость выделения водорода в реакционных колбах, и штуцер для вывода нагретой воды, реакционные колбы, в которых протекает экзотермическая реакция, в результате взаимодействия щелочного раствора 4 моль/л объемом 1 литр (H₂O+NaOH) и фракций алюминия. Реакционные колбы располагаются внутри бака с водой, и каждая из которых выполнена с сетками, имеющими размеры ячеек 1 мм, предназначенными для удерживания фракций алюминия. Также каждая из реактивных колб в горловой части снабжена дроссельной заслонкой, предназначенной для регулирования подачи водного раствора NaOH, образующегося в колбе Бунзена. Кроме этого каждая из реакционных колб выполнена с боковым отводом для вывода водорода, образующегося в результате экзотермической реакции, который в свою очередь соединен со стеклянным трубопроводом. Также каждая из реакционных колб имеет нижний и верхний выводы, соединенные в свою очередь со стеклянными трубопроводами. Нижний вывод реакционной колбы выполнен в дне реакционной колбы и соединен со стеклянным трубопроводом, по которому полученная в результате экзотермической реакции суспензия Na[Al(OH)₄] с помощью насоса направляется в колбу Бунзена, на которую надета воронка Бюхнера с бумажным фильтром, имеющую два отвода. Один из отводов колбы Бунзена соединен с вакуумным насосом, предназначенным для разряжения воздуха. Второй отвод колбы Бунзена соединен со стеклянным трубопроводом, по которому с помощью насоса в верхний вывод реакционной колбы, выполненный в горловине реакционной колбы, направляется образовавшийся водный раствор NaOH. Подача водного раствора NaOH в реакционную колбу регулируется дроссельной заслонкой. Также в колбу Бунзена через воронку Бюхнера для промывки, полученной в реакционных колбах суспензии, с помощью стеклянного трубопровода, подсоединенного к штуцеру для отвода нагретой воды, направляется нагретая вода.

Краткое описание чертежей

На фигуре 1 представлена схема установки для получения водорода и гидрооксида алюминия, которая включает:

1 - штуцер для входа холодной воды;

2 - штуцер для вывода нагретой воды;

3 - бак;

5 - сетка;

6 - дроссельная заслонка;

7 - реакционная колба;

8, 12 - насос;

9 - воронка Бюхнера;

10 - вакуумный насос;

11 - колба Бунзена;

4, 13, 14, 15 - стеклянный трубопровод;

16 - бумажный фильтр;

17 - боковой отвод.

Осуществление изобретения

Установка для получения водорода и гидрооксидов работает следующим образом.

В бак (3), в котором располагаются реакционные колбы, через штуцер для входа холодной воды (1), подается холодная вода, которая необходима для охлаждения и поддержания постоянной скорости выделения водорода в реакционных колбах. В реакционные колбы (7) объемом 1500 мл подается щелочной раствор (NaOH), в которые затем добавляют фракции алюминия в виде кусочков или стружки и которые для исключения попадания на дно реакционной колбы удерживаются на сетке (5). В результате реакции: Al₂O₃+2NaOH+3H₂O образуется водород, который затем выводится с помощью бокового отвода (17) по стеклянному трубопроводу (4) и который может быть направлен в бензиновый генератор в качестве замены топлива или в топливные элементы или закачиваться в баллоны. Образовавшаяся в реакционных колбах (7) суспензия 2Na[Al(OH)₄] по нижним выводам, выполненным в дне реакционной колбы, по стеклянному трубопроводу (13) с помощью насоса (8) подается в колбу Бунзена (11), на которую надета воронка Бюхнера (9) с бумажным фильтром (16). Также в колбу Бунзена (11) через воронку Бюхнера (9) и бумажный фильтр (16) из бака (3) с помощью штуцера для вывода нагретой воды (2) по стеклянному трубопроводу (14) подается нагретая вода, которая гидролизует комплексное соединение Na[Al(OH)₄] на водный раствор NaOH и Al(ОН)₃- представляющий собой нанодисперсный порошок белого цвета. Нанодисперсный порошок задерживается в бумажном фильтре (16), надетом на воронку Бюхнера (9), а потом извлекается и используется для получения керамических изделий. Водный раствор NaOH попадает в колбу Бунзена (11) и затем для предотвращения дополнительного добавления в систему NaOH по стеклянному трубопроводу (15) с помощью насоса (12) направляется в реакционные колбы (7) через верхний вывод, выполненный в горловине реакционной колбы (7). Регулировка подачи водного раствора NaOH осуществляется с помощью дроссельных заслонок (6), выполненных также в горловине реакционной колбы (7). Для разряжения воздуха к колбе Бунзена (11) подсоединен вакуумный насос (10).

Таким образом, работа данной установки обеспечит упрощение конструкции установки за счет отсутствия датчиков, контроллеров, которое также позволит сократить расход электроэнергии, а использование более простого способа охлаждения - повысить эффективность охлаждения раствора в реакционных колбах и постоянного выхода водорода, необходимого для нормальной работы топливного элемента.

Установка для получения гидроксидов алюминия и водорода, содержащая бак, колбы, насосы, колбу Бунзена, на которую надета воронка Бюхнера и вакуумный насос, отличающаяся тем, что бак выполнен с двумя штуцерами, штуцером для входа холодной воды и штуцером для вывода нагретой воды, который соединен со стеклянным трубопроводом, реакционные колбы, которые располагаются внутри бака с водой, и каждая из которых содержит сетку, имеющую размеры ячеек 1 мм, дроссельную заслонку, располагающуюся в горловой части реакционной колбы, каждая из которых выполнена с боковым отводом для вывода водорода, который соединен со стеклянным трубопроводом, нижними и верхними выводами, при этом нижний вывод выполнен в дне реакционной колбы и соединен со стеклянным трубопроводом, по которому полученная в результате экзотермической реакции суспензия Na[Al(OH)₄] с помощью насоса направляется в колбу Бунзена, на которую надета воронка Бюхнера с бумажным фильтром, имеющую два отвода, один из которых соединен с вакуумным насосом, а второй отвод соединен стеклянным трубопроводом с верхним выводом, выполненным в горловине реакционной колбы.

Изобретение относится к технологии пористых конструкционных керамических материалов и может быть использовано в качестве теплоизоляционного термостойкого огнеприпаса.

Способ получения анодного оксида алюминия с высокоупорядоченной пористой структурой и способ формирования массивов анизотропных наноструктур на его основе // 2555366

Изобретение относится к способу получения пористой пленки с высокоупорядоченной системой пор, образующих строгую гексагональную решетку, а также к способу формирования высокоупорядоченных массивов анизотропных структур.

Штамп для морфологической модификации полимеров, споособ его получения и способ формирования супергидрофильных и супергидрофобных самоочищающихся покрытий с его использованием // 2550871

Изобретение относится к области нанотехнологий и касается штампа для морфологической модификации полимеров, способа его получения и способа формирования супергидрофильных и супергидрофобных самоочищающихся покрытий с его использованием.

Способ получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2547852

Изобретение относится к технологии конструкционной керамики и может быть использовано для изготовления износостойких изделий, используемых в качестве подшипников, нитеводителей, водителей для проволоки, шаровых клапанов в устройствах для перекачки суспензий, а также в качестве деталей бумагоделательных машин.

Способ получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2545270

Изобретение относится к технологии керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления пористых изделий для высокотемпературной теплоизоляции или теплозащиты, носителей катализаторов и фильтров очистки жидких и газовых сред.

Способ получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда // 2539874

Изобретение относится к способу получения оксидной шихты, пригодной для производства цветных кристаллов корунда, включающему анодное растворение сплава на основе алюминия высокой чистоты в водном растворе, содержащем катионы N H 4 + , Na+ или их смеси, отделение гидроксильного осадка, его промывку и прокаливание.

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 получения конструкционной алюмооксидной керамики // 2536692

Изобретение относится к технологии плотно спеченных керамических материалов конструкционного назначения и может быть использовано для изготовления изделий, сочетающих высокие показатели прочности с повышенными термомеханическими свойствами и элементы ударопрочной защиты.

Способ получения корунда высокой чистоты // 2519450

Изобретение относится к технологии получения оксидов алюминия, которые используются для производства лейкосапфира, имеющего широкую область применения: при изготовлении подложек микросхем, светодиодов и лазерных диодов, имплантов и искусственных суставов, микроскальпелей, защитных стекол, ювелирных изделий, а также при изготовлении огнеупорных изделий и при производстве катализаторов и сорбентов.

Способ активации порошка алюминия // 2509790

Изобретение относится к области порошковой металлургии, в частности к способам активации горения дисперсных порошков алюминия, которые могут быть использованы в различных областях промышленности.

Способ упаривания алюминатных растворов // 2572143

Изобретение может быть использовано при переработке глиноземсодержащего сырья. Способ упаривания алюминатных растворов включает упаривание слабых растворов в две стадии с использованием для нагрева пара и подачу упаренного раствора на выделение карбонатной соды.

Способ получения алюмината кобальта // 2363658

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения алюмината кобальта, применяемого для поверхностного модифицирования литых деталей из жаропрочных сплавов.

Способ получения литийсодержащего глинозема из сподуменового концентрата // 2352658

Изобретение относится к переработке сподуменового концентрата. .

Способ получения гамма-алюмината лития // 2347749

Изобретение относится к производству неорганических соединений лития и алюминия и может быть использовано для изготовления загустителя для электролита в топливных элементах с расплавленным карбонатным электролитом и получения из этого порошка керамического материала, пригодного для использования в ядерной технологии.

Способ получения мелкокристаллического легированного алюмината лантана // 2340558

Изобретение относится к синтезу мелкокристаллического легированного алюмината лантана, используемого в качестве огнеупоров, катализаторов и люминофоров. .

Способ упаривания алюминатного раствора // 2277069

Изобретение относится к способам упаривания растворов в многокорпусных выпарных установках и может быть использовано в глиноземном производстве. .

Гамма-алюминат лития, способ его получения, а также способ получения лития // 2274605

Изобретение относится к получению нового неорганического соединения - -алюмината лития состава Li1+xAl1-xO2-x , где 0,01х0,75, который может быть использован в качестве диэлектрического материала в производстве химических источников тока, лития и др., а также к способу получения лития с использованием предлагаемого -алюмината лития.

Способ получения гамма-алюмината лития // 2251526

Изобретение относится к производству неорганического соединения лития и алюминия, которое может быть использовано для изготовления электролитических пластин топливных элементов с карбонатным электролитом и получения из этого порошка керамического материала, пригодного для использования в ядерной технологии.

Способ получения монокристаллов алюмината лития // 2245402

Изобретение относится к способам выращивания монокристаллов тугоплавких многокомпонентных соединений из расплава методом Чохральского. .

Способ получения алюмината натрия // 2160708

Изобретение относится к неорганической химии, в частности, к производству алюмината натрия, который может использоваться в химической промышленности, в том числе в качестве коагулянта и в виде добавки к коагулянтам.

Способ получения синтез-газа высокотемпературным каталитическим окислительным превращением метана // 2603662

Изобретение относится к области химической технологии, а именно к высокотемпературным каталитическим окислительным способам превращения метана с получением синтез-газа.