Спосіб одержання водню і кисню високого тиску

Спосіб одержання водню і кисню високого тиску, що включає подачу води в зону реакці ї, 3 24199 обмеженого електрохімічною ємністю речовини активного електрода. Підтримання напруги у водневому циклі від 0,3В до 0,5В и в кисневому циклі від 1,4В до 1,5В забезпечує в порівнянні з відомими аналогами зниження енерговитрат при роботі електролізера в 1,5-2,0 рази. Максимальний тиск (75МПа) обмежено тільки розчинністю водню в електроліті, а кількість утворюваного водню пропорційно кількості гідроксилу ОН -, поглиненого активною речовиною анода в межах його електролітичної ємності. На фігурі подана циклограма напруг оптимального режиму одержання газів. Спосіб циклічного, розділеного за часом одержання водню і кисню високого тиску полягає у використанні активного і пасивного електродів, розміщених в електроліт, на які циклічно подається знакозмінна різниця потенціалів при стабілізованій густини струм у. Під час першого водневого циклу на пасивному електроді, що знаходиться під негативним потенціалом відбувається виділення водню відповідно до реакції: Н2О+е-=½Н2+ОНУ той же час, на активну речовину активного електроду що знаходиться під позитивним потенціалом виконаного, наприклад, з губчатого заліза, відбувається зв'язування звільненого гідроксилу ОН- з утворенням гідроокису заліза: Fe+2ОН-=2Fe(OH)2+2е або 2Fe+3ОН-=HFeO2-+Н2О+2е HFeO2-+Н2О=Fe(OH)2 OHАктивність губчатого електрода обумовлена відсутністю на поверхні часток суцільної пасивувальної плівки окисла. У той же час, розгалужена поверхня електрода сприяє високому газоутворенню. Це дозволяє зменшити розміри електродів при збереженні високих енергетичних параметрів. Напруга на електродах у водневому циклі підтримується в інтервалі від 0,3В до 0,5В при стабілізованій густини струму. Таким чином, протягом водневого циклу відбувається виділення тільки водню, тиск якого обмежено тільки розчинністю водню в електроліті з кількістю утворюваного водню пропорційним кількості гідроксилу ОН -, поглиненого активною речовиною анода в межах його електрохімічної ємності. У той же час, тиск водню, що виділяється обмежено границею міцності ємності електролізера й опором магістралі. Після вироблення (відбору) ємності активної речовини електрода, коли основна кількість пористого заліза перейшла в Fe(BIH)2 полярність електродів змінюється на протилежну. Пасивний електрод стає анодом, а активний - катодом. При цьому на пасивному електроді відбувається виділення газоподібного кисню: 2ОН-=Н2О+½О2+2е В об'ємі електроліту в кисневому циклі виділяється тільки газоподібний кисень. У той же час на катоді відбувається відновлення активної речовини з гідроокису заліза: Fe(OH)2+2е=2ОН-+Fe aбо Fe(OH)2+ОН-=Н2О+HFeO2HFeO2-+Н2О+2е=Fe+3ОН 4 При цьому напруга на електродах у кисневому циклі утримується в інтервалі від 1,4В до 1,5В стабілізованою густиною струму. У такий спосіб протягом кисневого циклу відбувається виділення тільки одного газу кисню, у межах циклу, обмеженого електрохімічною ємністю речовини активного електрода, тиск якого обмежено міцністю електролізера й опором у кисневій магістралі. Як видно з циклограми напруг оптимального режиму одержання газів, що зображена на фігурі, площі обмежені лініями циклу і горизонтальною віссю часу пропорційні питомим електроспоживанням. Тому всі значення напруг, які лежать вище оптимальних режимів - менш ефективні, а всі значення, які лежать нижче - нестійкі. Приклад здійснення способу Для здійснення способу як електролізер використовували ємність високого тиску об'ємом 0,3л, що за міцнісними характеристиками, здатна витримувати робочий тиск до 75,0МПа. У ході проведення експериментальних досліджень, була визначена величина перенапруги на електродах, що дозволяє генерувати гази на пасивному електроді з малою перенапругою (відбором енергії), та забезпечує виділення водню на пасивному електроді з моменту початку процесу окиснювання активної маси газопоглинаючого електрода. Як пасивний електрод використовували нікелевий електрод, а як активну масу, що утворює активний електрод, - пористе залізо. Об'єм ємності електролізера заповнювали 20% розчином їдкого калію у воді до густини 1,21мг/л. Процес електролізу проводили при кімнатній температурі. Тиск одержуваних газів знаходився в інтервалі від 25МПа до 75МПа. Дотримування технологічного режиму проводили в широкому діапазоні робочої напруги на електродах у водневому і кисневому циклах. Густина стабілізованої сили струму складала 200,0а/м 2. Оптимальні питомі витрати електроенергії у водневому циклі складали - 0,88КВт.год./м 3, а в кисневому циклі - 3,28КВт.год./м 3. Загальна питома витрата електроенергії для одержання газів не перевищувала 4,16КВт.год./м 3. Виділювані гази накопичувалися в ресиверах. Проведені випробування показали, що питоме енергоспоживання при одержанні газів роздільно за часом і тиском до 75,0МПа пропорційно напрузі на електродах. При цьому найменше значення енергоспоживання за умови стійкого протікання процесу знаходиться в інтервалі 0,3 до 0,4В по водню і 1,4 до 1,5В по кисню. Для збільшення продуктивності способу мож ливе збільшення послідовно з'єднаних електролізних комірок із пропорційним збільшенням газопродуктивності та зниженням теплових втрат. Таким чином, використання запропонованого способу виробництва газів високого тиску шляхом циклічного чергування окисної і відтворювальної реакцій активної маси газопоглинаючого електрода дозволяє одержувати водень і кисень в одному процесі роздільно за часом шляхом електрохімічного розкладання електроліту при будь-якому заданому тиску газів (до 75,0МПа) і кожною (доцільною) заданою різницею цих тисків. Це усуває 5 24199 необхідність додаткового використання компресорного устаткування, необхідного при роздільному одержанні газів із прямою закачкою газів - водню і кисню в балони на газовиробних станціях. Спосіб забезпечує високу продуктивність по газам при малих масогабаритних параметрах і порівняно Комп’ютерна в ерстка А. Рябко 6 невисоких питомих енерговитратах, а також високу експлуатаційну надійність. Запропонований спосіб електрохімічної генерації водню і кисню високого тиску може успішно застосовуватися в комплексах з використанням поновлюваних джерел енергії (сонячної, вітрової, тощо). Підписне Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601