Спосіб отримання чистого водню

1. Спосіб отримання чистого водню, який полягає в окисленні заліза (Fe) водяною парою (Н2О), отримуючи оксид заліза (Fе3О4 та Fе2О3) і водень (Н2), та регенерації заліза (Fe) шляхом відновлення для повторного використання відновлювальним газом, що містить відновлювач (CO), який відрізняється тим, що водяну пару (Н2О) пропускають через залізо (Fe) у протитечії, отримуючи оксид заліза (Fе3О4 та Fе2О3) розігрітим, далі через розігрітий оксид заліза (Fе3О4 та Fе2О3) також у протитечії пропускається охолоджений 3 видаляють чистий водень, діоксид вуглецю і збіднене повітря в вигляді окремих потоків з першого, другого і третього реакторів. При цьому тверді частки у другому реакторі псевдоожижають з використанням водяної пари високої температури, а тверді частки у третьому реакторі псевдоожижають з використанням стисненого повітря. Температура в першому реакторі знаходиться в діапазоні 650...850°С, температура у другому реакторі знаходиться в діапазоні 1000...1100°С, температура в третьому реакторі знаходиться в діапазоні 1400...1600°С, тиск у системі реакторів знаходиться в діапазоні 2...20 атмосфер. Співвідношення атомів кальцію, які присутні в вигляді СаО і СаСО3, і заліза, яке присутнє в вигляді FeO і Fe2O3, у твердих частках, які циркулюють між псевдоожиженими шарами, знаходиться між 1,5...2. Швидкість твердих часток, які циркулюють між другим і третім реакторами, така, що співвідношення FeO, що попадає в третій реактор, до кисню в повітрі, що попадає в третій реактор, більш, ніж 4 моль FeO до 1 моль FeO і О3, але менше ніж 5 моль FeO до 1 моль кисню. Тиск перегрітої водяної пари складає біля 7 атмосфер [Патент США від 30.07.2002 року]. Відомій також, обраний як прототип, спосіб отримання водню шляхом по-перше продування водяної пари над розжареним до-красна залізом з метою здійснення реакції 4Н2О+3Fe=Fе3О4+4Н2, по-друге - отримання відновлювального газу при неповному згоранні вугілля або коксу з метою здійснення реакції С+1/2О2+1,86N2=CO+1,86N2, a по-третє - відновлення та нагрівання заліза з метою здійснення реакції Fе3О4+4СО=3Fe+4СО2 для повторного використання заліза у процесі отримання чистого водню. [Г. Реми, Учебник неорганической химии. Том «Водород и главные группы периодической системы». ОНТИ ГОСХИМТЕХИЗДАТ, Ленинградское отделение. 1933. 445с.]. Загальними суттєвими ознаками відомого способу й того, що заявляється є окисленні заліза (Fe) водяною парою (Н2О), отримуючи окислене залізо (Fе3О4 або Fе2Оз) і водень (Н2), та регенерації заліза (Fe) шляхом відновлення для повторного використання відновлювальним газом, що містить відновлювач (CO). Недоліками відомого способу є те, що відновлювальний газ отримують шляхом повітряної конверсії вугілля або коксу, при цьому він вміщує відновлювач (CO), який після відновлення заліза переходить у окислювач (СО2), а також нейтральний азот (N2), який без змін після відновлення заліза переходить у газ і є перешкодою для використання окислювача (СО2) для отримання відновлювального газу (СО) в режимі регенерації відповідно з реакцією С+СО2=2СО, що значно збільшує енерговитрати, а чистий водень отримується в незначній кількості. Тобто відновлення заліза здійснюється за реакцією Fe3O4+4(СО+1,86N2)=3Fe+4(СО2+1,86N2), а при пропусканні такого газу через вугілля пройде реакція С+СО2+1,86N2=2СО+1,86N2. В основу корисної моделі поставлено задачу отримання чистого водню та зниження енерговитрат. 49702 4 Поставлена задача вирішується за рахунок окислення заліза (Fe) водяною парою (Н2О), отримуючи оксид заліза (Fе3О4 та Ре2Оз) і водень (Н2), та регенерації заліза (Fe) шляхом відновлення для повторного використання відновлювальним газом, що містить відновлювач (СО), при цьому водяну пару (Н2О) пропускають через залізо (Fe) у протитечії, отримуючи оксид заліза (Fe3О4 та Fе2О3) розігрітим, далі через розігрітий оксид заліза (Fe3О4 та Fе2О3) також у протитечії пропускається охолоджений відновлювальній газ (CO), який не містить азоту (N2), отримуючи охолодженим чисте відновлене залізо (Fe), яке повертається на отримання водню (Н2), та розігрітий окислювальний газ (СО2), що також не містить азоту, а наприкінці розігрітий окислювальний газ (СО2) також у протитечії пропускається через вугілля (С), отримуючи охолодженим відновлювальний газ (CO), що не містить азоту, частина котрого повертається на відновлення заліза (Fe), а частина на отримання, наприклад, електроенергії. При здійсненні способу енергія водяної пари (Q1), а також енергія, що виникає при екзотермічних реакціях окислювання заліза водяною парою (Q2) та відновлення заліза (Q3) відновлювальним газом за допомогою відповідно гарячих оксиду заліза (Fe3О4 та Fе2О3) та окислювального газу (СО2) використовується в ендотермічній реакції вуглекислотної конверсії вугілля (Q4). Сутність пропонованої корисної моделі пояснюється кресленням, на якому зображено: - Фіг.1 - технологічна схема отримання чистого водню. де Q1 - енергія пари; Q2 - енергія, яка отримана при окисленні заліза; Q3 - енергія, яка отримана при відновленні заліза; Q4 - енергія, яка витрачена на конверсію вугілля. Заявлений спосіб здійснюється таким чином. Водяна пара направляється в реактор 1, де її пропускають у протитечії через нагрітий потік порошку заліза (Fe), який просувають у протитечії пари, за рахунок цього залізо окислюється до гарячих оксидів (Fe3О4 та Fе2О3) і отримується водень (Н2). Отриманий оксид заліза (Fe3О4 та Fе2О3) направляється в реактор 2, де він відновлюється відновлювальним газом (CO), який рухається назустріч потоку порошку заліза (Fe), а також отримується гарячий вуглекислий газ (СО2). Отриманий гарячий вуглекислий газ (СО2), направляється в реактор 3 і просувається в протитечії вугіллю, за рахунок цього шляхом вуглекислотній конверсії вугілля отримується охолоджений відновлювальний газ (CO). Надлишок відновлювального газу (CO) направляється в якості двигунного палива на виробництво електроенергії за допомогою електростанції на базі, наприклад, двигуна внутрішнього згорання. При цьому, енергія водяної пари (Q1), а також енергія, що виникає при екзотермічних реакціях окислювання заліза водяною парою (Q2) та відновлення заліза (Q3) відновлювальним газом за до 5 49702 помогою відповідно гарячих оксиду заліза (Fe3О4 та Fе2О3) та окислювального газу (СО2) використовується в ендотермічній реакції вуглекислотної конверсії вугілля (Q4). Вугілля на процес подається холодним, за рахунок цього відновлювальний газ, потім відновлене залізо, в наприкінці, водень отримують охолодженими, що зменшує втрати теплової енергії з отриманим воднем. Комп’ютерна верстка М. Ломалова 6 Застосування пропонованої корисної моделі забезпечує отримання значної кількості чистого водню, використовуючи при цьому незначну кількість вугілля і чистого заліза, чистих вуглекислого та чадного газів, а охолоджений відновлювальній газ використовувати для отримання електроенергії. Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601