Способ получения водорода

 

Союз Советски

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ («)957525 (61) Дополнительное к авт, свид-ву— (22) Заявлено 20.0181 (21) 3239405/23-26 с присоединением заявки Мо 3239756/23 (23) Приоритет—

Опубликовано 07.1282. Бюллетень М 45

Дата опубликования описания р3.p1 ° 83

511М Кл з

С 01 В 3/00

Тосударствеииый комитет

СССР по делам изобретений и открытий (ЗЗ) УДК 661.961. .9(088.8) е

f

Ю.Н.Дорофеев, B.Ô.Êðàñíoøòàíoâ, В.Д.Русанов ;. -Н;Б- ХСХДуЪев, и Н.A-.Êàëàøíèêîâ (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА

Изобретение относится к области атомно-водородной энергетики и может быть использовано для промышленного производства водорода.

Известен способ получения водорода из жидкой воды в ядерном реакторе, включающий радиолиз воды осколками ядерного деления в гбмогенном ядерном реакторе. и разделение образовавшейся смеси водорода, кислорода и воды (.1 ).

Недостатком этого способа является низкий радиационный выход водорода, не превышающий 1 моль/100 эВ.

Наиболее близким к описываемому изобретению но технической сущности и достигаемому результату является способ получения водорода, включающий нагревание воды, получение пара, радиолиз пара нейтронами, разделение образовавшейся реакционной смеси и отделение водорода(2).

Недостатком этого способа является. невысокий радиационный выход водорода, не превышающий 4 моль/100 эВ.

Целью изобретения является повышение радиационного выхода водорода.

Поставленная цель достигается способом получения водорода, включающим нагревание воды с получением пара, 3() радиолиз его под действием энергии продуктов ядерной реакции, выделение водорода из образовавшейся реакционной смеси, в котором радиолиз пара осуществляют при контактировании его с црсдуктами ядерной реакции деления, синтеза или синтеза-деления ядерного топлива непосредственно в активной зоне реактора.

При этом процесс радиолиза проводят в паре при 300-400 С и давлении

70-200 атм.

Данный способ позволяет повысить радиационный выход водорода до 1015 моль/100 эВ, что соответствует

KtI> процесса 30-50%, т.е. в 3-5 раз выше, чем в известном способе.

Процесс получения водорода осуществляют с использованием энергии ядерного деления — синтеза, возбуждаемого лазером или электронным пучком, в термоядерном.или гибридном импульсном реакторе с помощью ионов разлетающейся плазмы дейтерий-тритиевой или уран-дейтерий-тритиевой мишени.

Для достижения оптимальных условий процесса радиолиза воды необходимо, чтобы энергия взрыва в расче9,57 525

Формула изобретения

1. Способ получения водорода, включающий нагревание воды с получением пара, радиолиз его под действием энергии продуктов ядерной реакции, выделение водорода из образовавшейся реакционной смеси; о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения радиационного выхода водорода, радиолиз пара осуществляют при .контактировании его с продуктами ядерной реакции деления, синтеза или синтеза-деления ядерного топлива в активной зоне реактора.

2. Способ по п.1, о т л и ч а юшийся тем, что процесс радиолиза проводят в паре при 300-400 C u давлении 70-200 атм.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, н,3го еп Епег щ,Раг1 A,ed.Ьу Чем- го q9u, N.Ч., 1974, с. 167.

2. Патент Великобритании 9 1494089, кл. С 01 В 1/00,опублик. 1977 прототип) .

10 Тираж 509 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óæãoðoä, ул.Проектная,4 те на одну молекулу воды в разлагае,мом паре составляла 0,3-3 эВ.

В этом случае за счет специфических плазменных эффектов радиолиза - колебательного возбуждения молекул воды электронами и диссоциативного прилипания электронов-радиолити5.

„ческий выход молекул Н р может составить 10-15 моль/100 эВ, что соответствует КПД процесса 30-50Ъ. При этих условиях в треке осколка деления соз- 1О дается плазма со степенью ионизации

10 -10 " и температурой электронов

10""- 1 эВ. В результате взаимодействия с электронами молекулы Н.,О колебательно возбуждаются и вступа-. ют в реакцию с радикалом Н, что приводит к образованию молекулы Н> из каждого радикала. Радиационный выход водорода с учетом разложения воды за счет диссоциативного прилипания составляет 15 моль/100 эВ, что 20 соответствует КПД 50%.

При плотности пара ниже соответствующей давлению 70 атм и температуре 200 С температура электронов в плазме трека оказывается недоста- Я5 точной для эффективного колебательного возбуждения молекул Н О, и выход водорода уменьшается за счет рекомбинации продуктов разложения воды. При давлениях более 200 атм gp плотность пара становится близкой к плотности жидкой воды, и рекомбинация продуктов разложения молекул воды усиливается за счет эфекта "клетки".

Пример 1. Водяной пар с тем- 35 пературой 3000 С и давлением

70 атм из парогенератора подается со скоростью 350 кг/с в камеру гомогенного (пылевого, вихревого) ядерного peakTopa c циркулирующим 40 топливом, объемом 1 м, где облучается в течение 0,5 с. В результате радиолитического разложения водяного пара образуется смесь, содержащая 2 кг/м Н + Ц2, 30 кг/м водяного пара и 5 кг/мЗ топлива, которая пос- 45 тупает в сепаратор для отделения топлива и радиоактивных продуктов деления, затем топливо поступает обратно в реактор, а смесь Н, О и Н<О охлаждается в теплообменнике 50 парогенератора и поступает в устройство для отделения водорода. Выход водорода достигает при этом

15 моль/100 эВ.

Пример 2. Отличается от . у примера 1 тем, что температура, давление составляют соответственно

400ОС, 200 атм,и расход пара—

1000 кг/с. Радиационный выход водоро.да составляет 15 моль/100 эВ.

Пример 3. В сферическую камеру радиусом 1 м импульсного реакто

ВНИИПИ Заказ 10644/ ра через пористую или перфорированную стенку подается 10 кг пара из парогенератора с температурой 200 С и давлением 16 атм. Одновременно с этим в центре камеры производится микровзрыв дейтерий-тритиевой мишени весом 10 г, инициируемый лазером иМЙ электронным пучком. Под действием быстрых ионов разлетающейся плазмы (дейтонов, трипонов, альфачастиц ) водяной пар раднолитически разлагается с образованием 10 норм.л смеси Н + О . В результате расширения слоя пара и газов в камере реактора происходит закалка продуктов разложения воды и охлаждение до 100-200ОC.

После этого смесь Н, О и Н О охлаждается в теплообменнйке парогенератора, и водород отделяется. РадиациОнный выход водорода составляет

15 моль/100 эВ.

Пример 4. Отличается,от примера 3 тем,что в центре камеры производится микровзрыв уран-дейтерий-тритиевой мишени весом 104г, инициируемый лазером или электронным пучком.

Радиационный выход водорода составляет 15 моль/100 эВ.

Изобретение позволяет увеличить энергетический КПД процесса получения водорода из воды в ядерном. реакторе по сравнению с известным способом с 5 до 30-50%. Это дает возможность увеличить производительность по водороду установки той же мощности в

6-10 раэ и снизить стоимость полу ченного водорода.