Спосіб одержання водню електролізом води

Реферат: Спосіб одержання водню електролізом води полягає у тому, що проводять електроліз водопровідної води з використанням низькотемпературної нерівноважної плазми при катодній 2 густині струму у межах 150-200 А/дм . При цьому як катод використовують пластину з нержавіючої сталі, а як анод - тугоплавкий матеріал. UA 91876 U (54) СПОСІБ ОДЕРЖАННЯ ВОДНЮ ЕЛЕКТРОЛІЗОМ ВОДИ UA 91876 U UA 91876 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі хімії, а саме до електролізу води в умовах низькотемпературної плазми, і може бути використана для отримання водню. Водень може стати альтернативним видом палива і замінити поширені на даний момент вуглеводневі сполуки. Відомий плазмохімічний спосіб одержання водню на нафтопереробних заводах, а саме із газів, що містять сірководень, в електродуговому реакторі [патент Росії RU № 2075431, МПК C01B3/04, С01В17/04, 1994]. Спосіб включає подачу газу до електродугового реактора, охолодження газу, що виходить з електродугового реактора, конденсацію сірки та відділення її від газу реакції. Газ, що виходить з електродугового реактора, охолоджують в рекуперативному теплообміннику, гідрують сірковмісні сполуки до сірководню, утворений газ, що містить водень та сірководень, спрямовують на абсорбційне очищення від сірководню, а вилучений сірководень рециркулюють на вхід електродугового реактора. Товарний водень постачають споживачам. Недоліком способу є його технологічна складність, необхідність складного обладнання, значних енерговитрат та дорогої сировини. Відомий спосіб одержання водню, при якому суміш вуглеводневого палива та кисневмісного газу піддають плазмохімічній обробці в умовах оксигенування вуглеводневої сировини [міжнародна заявка WO 30783308, C01B 3/02]. Оксигенований продукт піддають пароводяному риформінгу при підвищеній температурі, а потім каталітичній обробці для зміни співвідношення карбон(ІІ)оксиду та водню у водяному газі. Останній може бути частково окисненим киснем. Утворений газ має високий вміст водню і може бути використаний у складі паливних елементів для генерації електрики. Недоліком наведеного способу є використання дорогої сировини, а також він дозволяє отримувати водень у суміші, яку потім потрібно розділяти. Найбільш близьким по технічній суті та результату, що досягається, до запропонованої корисної моделі є спосіб одержання водню електролізом води [патент Росії RU № 2438966 С2, МПК С01В3/00, С25В1/04, Способ получения водорода [Текст] /Терещук Валерий Сергеевич (RU) - № 2009112771/05 заявл. 06.04.2009; опубл. 20.10.2010, прототип], який включає електроліз водопровідної води, анодом слугує мідна пластина, а катодом - сплав Д16 дюральалюміній складу: Сu - 3,8-4,9 %; Mg - 1,2-1,8 %; Mn - 0,3-0,9 %; Fe - 0,5 %; Si - 0,5 %; Ni 0,1 %; інше Al - за ГОСТ 4784-74. Недоліком даного способу є необхідність активації робочого електрода перед початком електролізу, що призводить до додаткових енергозатрат. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу одержання водню електролізом води з метою одержання водню високої чистоти при мінімальних витратах. Поставлена задача вирішується способом одержання водню електролізом води, в якому, згідно з корисною моделлю, електроліз водопровідної води проводять з використанням 2 низькотемпературної нерівноважної плазми при катодній густині струму у межах 150-200 А/дм , причому як катод використовують пластину з нержавіючої сталі, а як анод - тугоплавкий матеріал. Приклад. Одержання водню проводиться в лабораторній плазмохімічній установці, яка складається з 3 однодугового плазмового реактора дискретного типу об'ємом 0,13 дм , підвищувального трансформатора, трансформатора підпалу, вакуум-насоса. Реактор виготовлений із молібденового скла. Робочим нерухомим електродом (катодом) є полірована горизонтальна пластина із нержавіючої сталі, нагвинчена на струмопровід з того ж матеріалу і розташована у донній частині реактора. Інший рухомий електрод з тугоплавкого матеріалу - вольфрам, нержавіюча сталь (анод), встановлений над поверхнею рідини, яка заливається в реактор, на -3 відстані (7-15)-10 м. Вихідна напруга надходить на підвищувальний трансформатор. З вторинної обмотки трансформатора змінний струм подається на мостовий випрямляча, і далі вже пульсуюча напруга через баластний резистор подається на електроди реактора. Додатково до анода підключений пристрій підпалу, який формує імпульси амплітудою до 15 кВ при тривалості до 1,5 мс. Імпульси чітко синхронізовані з фазою пульсуючої напруги. У момент формування імпульсу підпалу відбувається пробивання між електродами реактора вакуумного простору, який 2 створюється шляхом відсмоктування газової фази з реактора вакуум-насосом (0,8-0,1 кгс/см ). Відбувається різке падіння опору, у результаті якого починає протікати анодний струм, створюючи розряд. Напруга горіння розряду практично не змінюється і становить 750-900 В. Величина струму розрядного проміжку обумовлена опором плазми і величиною напруги, що прикладена до системи плазмовий розряд - баластний регулятор. Величина напруги 1 UA 91876 U 5 регулюється за принципом фазового методу, тобто середнє значення анодної напруги, що подається в реактор, залежить від фази пульсуючої напруги на аноді і моменту подачі імпульсу підпалу. Плазма виникає в момент підпалу і згасає в момент закінчення пульсацій анодної напруги. Частота повторення процесу складає 100 Гц. Регулювання струму розряду здійснюється зміною моменту підпалу відносно фази пульсацій анодної напруги за допомогою синхронізуючого пристрою. Силовим регулюючим пристроєм у даному випадку є сам реактор. Охолодження реактора здійснюється за допомогою зворотного холодильника. Експлуатаційні параметри установки наведені в табл. 1. Таблиця 1 Експлуатаційні параметри установки Параметри Вхідна напруга Вихідна напруга Струм навантаження Напруга підпалу Електроживлення Змінне однофазне Постійне, пульсуюче, регульоване в межах Максимальне значення Амплітуда Тривалість імпульсу Величина ~50 Гц; 220 В 700-1500 В 0,1-0,3 А 12000-15000 В 1,0-1,5 мс 10 2 Утворення водню відбувається при катодній густині струму у межах 150-200 А/дм . Наводимо технологічні параметри запропонованого способу одержання водню (табл. 2). Таблиця 2 Технологічні параметри запропонованого способу одержання водню при використанні аноду із нержавіючої сталі Розмір бульбашок Кількість бульбашок 2 Густина струму, А/дм Швидкість спливання, м/с водню, м водню, од. -6 8 -4 150 20·10 20·10 2,18·10 -6 8 -4 200 35·10 5·10 6,67·10 15 20 25 30 Кількість бульбашок водню розраховується на підставі експериментальних даних про розмір бульбашки, який вимірювали на фотознімку, зробленому фотокамерою через оптичний мікроскоп, та об'єм зібраного водню, утвореного за даних умов при 100 % виході за струмом. При використанні як катоду пластини з нержавіючої сталі не потрібна додаткова активація, що зменшує енергозатрати у порівнянні з прототипом. Крім того використання як аноду тугоплавкого матеріалу - нержавіючої сталі зменшує вартість одержаного водню. Дана корисна модель може бути використана для одержання водню високої чистоти, з метою створення нових високоефективних процесів, матеріалів та технологій для водневої енергетики. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Спосіб одержання водню електролізом води, який відрізняється тим, що електроліз водопровідної води проводять з використанням низькотемпературної нерівноважної плазми при 2 катодній густині струму у межах 150-200 А/дм , причому як катод використовують пластину з нержавіючої сталі, а як анод - тугоплавкий матеріал. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2