Спосіб гідрування порошку магнію

Реферат: Винахід належить хімічної галузі промисловості, а саме до області водневої енергетики. Спосіб гідрування порошку магнію включає закладання порошку магнію та добавки в реактор, -2 відкачування реактору до вакууму 1-10 Па, створення в ньому тиску водню 0,5 Мпа. Витримують порошок магнію та добавку в реакторі при кімнатній температурі впродовж 24 годин з одержанням гідридів на основі добавки, знижують тиск водню в реакторі до 0,0002 МПа, нагрівають одержану суміш порошку магнію та гідридів на основі добавки до температури 340420 °C для наступної десорбції водню гідридами зі створенням тиску водню в реакторі 0,0170,018 МПа та одержанням -MgH2, охолоджують реактор до кімнатної температури, підвищують в ньому тиск водню до 0,23 МПа, здійснюють повторне гідрування добавки, а як добавку використовують гетерофазний сплав у монолітному стані, що містить, ат. %: Ті-47,5, Zr-30, Мn17,5, V-5. Застосування винаходу забезпечує зниження тиску водню в реакторі, необхідного для проведення гідрування, на порядок при одночасному покращенні кінетики сорбції. UA 110190 C2 (12) UA 110190 C2 UA 110190 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить хімічної галузі промисловості, а саме, до області водневої енергетики, зокрема до матеріалів, які є найбільш перспективними для використання як безпечних та екологічно чистих носіїв водневого палива (енергії), що є альтернативою нафті та газу. Відомий спосіб гідрування порошку магнію, що включає закладання порошку магнію в -2 реактор, відкачування реактору до вакууму 110 Па, створення в ньому тиску водню 40 МПа, нагрівання реактору до температури 550 °C (К. Н. Семененко, В. Н. Вербецкий, А. В. Кочуков, А. Н. Сытников. Взаимодействие с водородом интерметаллических соединений и сплавов, содержащих магний // Вестник МГУ, сер.2, Химия, -1983. - Т. 24, № 1. - С. 16-27). Недоліками відомого способу є: високий тиск водню в реакторі (тиск гідрування); низька швидкість взаємодії магнію з воднем (кінетика сорбції). Найбільш близький за технічною суттю та результатом, що досягається, до способу, що заявляється, є спосіб гідрування порошку магнію, що включає завантаження порошків магнію та добавки (вуглецю), у співвідношенні 4:1 до шарового млина, з наступним їх розмелюванням у вакуумі впродовж 20 годин, закладання одержаної порошкової суміші в реактор, відкачування -2 реактору до вакууму 110 Па, створення в ньому тиску водню 0,5 МПа, нагрівання реактору до температури 180-200 °C, витримку при цій температурі впродовж 1 години (A. D. Rud, А. М. Lakhnik, V. G. Ivanchenko, V. N. Uvarov, A. A. Shkola, V. A. Dekhtyarenko, L. I. Ivaschuk, N. І. Kuskova. Hydrogen storage of the Mg-C composites // International Journal of Hydrogen Energy, 2008. - Vol. 33. - P. 1310-1316). Недоліками відомого способу є: необхідність попереднього розмелу порошків магнію та вуглецю; використання не гідридоутворюючої добавки (вуглецю), яка суттєво знижує водневу ємність суміші порошків. В основу винаходу поставлено задачу розробити спосіб гідрування порошку магнію шляхом використання добавки, що складається з гідридоутворюючих фаз та десорбції водню з гідридів на основі добавки, внаслідок чого тиск водню в реакторі, необхідний для проведення гідрування, знижується на порядок при одночасному покращенні кінетики сорбції. Поставлена задача вирішується тим, що в способі гідрування порошку магнію, який включає -2 закладання порошку магнію та добавки в реактор, відкачування реактору до вакууму 110 Па, створення в ньому тиску водню 0,5 МПа, згідно з винаходом, витримують порошок магнію та добавку в реакторі при кімнатній температурі впродовж 24 годин з одержанням гідридів на основі добавки, знижують тиск водню в реакторі до 0,0002 МПа, нагрівають одержану суміш порошку магнію та гідридів на основі добавки до температури 340-420 °C для наступної десорбції водню гідридами зі створенням тиску водню в реакторі 0,017-0,018 МПа та одержанням -MgH2, охолоджують реактор до кімнатної температури, підвищують в ньому тиск водню до 0,23 МПа, здійснюють повторне гідрування добавки, а як добавку використовують гетерофазний сплав у монолітному стані, що містить, ат. %: Ті-47,5, Zr-30, Мn-17,5, V-5. Реалізація запропонованого способу гідрування порошку магнію відбувається за рахунок наступних чинників. По-перше, як добавку в способі використовують гетерофазний сплав у монолітному стані, що містить, ат. %: Ті-47,5, Zr-30, Mn-17,5, V-5, який складається з гідридоутворюючих фаз. По-друге, гідрування добавки відбувається в досить м'яких умовах (кімнатна температура, тиску водню 0,5 МПа), що в свою чергу призводить до руйнування монолітного сплаву до стану порошку, з наступним його перемішування з порошком магнію. Потретє, немає потребив каталізі для дисоціації молекули водню, так як водень, який виділяється з гідридів утворених на основі добавки, знаходиться не в молекулярному, а в більш активному атомарному стані, тому в місцях контакту порошинок гідридів на основі добавки з порошинками магнію водень швидше і активніше взаємодіє з магнієм, проникаючи через окисну плівку на його поверхні. Суть винаходу ілюструється кресленням, де: на фіг. 1 наведено залежність тиску водню від температури при десорбції водню з гідридів на основі добавки. на фіг. 2 наведено дифрактограму кінцевого продукту гідрування. Детальний опис виготовлення запропонованого сплаву (добавки) та його водневосорбційні властивості містяться у (В. Г. Іванченко, Т. В. Прядко, В. А. Дехтяренко, Д. Г. Саввакін. Сплав для зберігання водню: заявка № а201408167, подана 21.07.2014; рішення про видачу патенту на винахід від 03.03.2015). Винахід ілюструється наступними прикладами процесу гідрування. Приклад. Добавку та порошок магнію розміром, наприклад 100 мкм у співвідношенні, -2 наприклад 3:1, закладали в реактор, відкачували реактор до вакууму 110 Па та створювали в ньому тиск водню 0,5 МПа, з наступною витримкою при кімнатній температурі впродовж 24 годин, з одержанням гідридів на основі добавки. Інтенсивна сорбція водню сумішшю (добавка + 1 UA 110190 C2 5 10 15 20 25 порошок магнію) розпочиналась вже після витримки впродовж 3 годин (інкубаційний період), з подальшим продовженням процесу сорбції впродовж 3 годин. При подальшій витримці у атмосфері водню впродовж 18 годин, процес сорбції не поновлювався. По кількості поглинутого водню було встановлено, що при таких параметрах гідрування вдалося наситити лише добавку. Після вказаної витримки (впродовж 24 годин), тиск водню в реакторі знижували від 0,5 до 0,0002 МПа і здійснювали нагрівання одержаної суміші порошку магнію та гідридів на основі добавки до температури 340-420 °C. Виділення водню з одержаних гідридів на основі добавки розпочалось з початком нагрівання (фіг. 1). При нагріванні до температури 340 °C спостерігали лише збільшення тиску водню в реакторі, за рахунок його виділення з гідридів на основі добавки (фіг. 1), а вище вказаної температури - зниження тиску, що свідчить про активне поглинання водню порошком магнію. Після циклу сорбція-десорбція, в реактор знову напускали водень (тиск 0,23 МПа) для повторного гідрування добавки. Кінцевий продукт гідрування вказаної суміші (добавка + порошок магнію) складався з чистого магнію та чотирьох гідридів (фіг. 2), двох гідридів на основі -(Ti, Zr, Mn, V) твердого розчину: - гідриду (параметри елементарної комірки а=0,453710,0009 нм с=0,4683±0,0009 нм) та - гідриду (параметр елементарної комірки a=0,4476±0,0009 нм), гідриду на основі інтерметаліду (Ti, Zr)(Mn, V) 2-xH (параметри елементарної комірки a=0,5590±0,0009 нм с=0,9182±0,0009 нм), а також гідриду магнію -MgH2 (параметри елементарної комірки а=0,4548±0,0009 нм с=1,10110,0009 нм). Таким чином, запропонований спосіб гідрування порошку магнію має наступні переваги над найближчим аналогом: знижено тиск гідрування від 0,5 до 0,0018 МПа; використано добавку, що складається з гідридоутворюючих фаз; не потребує попереднього розмелу порошків, що суттєво скорочує час отримання гідриду магнію. Запропонований спосіб може бути реалізований як у лабораторних, так і в промислових умовах. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 30 35 40 Спосіб гідрування порошку магнію, який включає закладання порошку магнію та добавки в -2 реактор, відкачування реактора до вакууму 1-10 Па, створення в ньому тиску водню 0,5 МПа, який відрізняється тим, що витримують порошок магнію та добавку в реакторі при кімнатній температурі впродовж 24 годин з одержанням гідридів на основі добавки, знижують тиск водню в реакторі до 0,0002 МПа, нагрівають одержану суміш порошку магнію та гідридів на основі добавки до температури 340-420 ˚C для наступної десорбції водню гідридами зі створенням тиску водню в реакторі 0,017-0,018 МПа та одержанням -MgH2, охолоджують реактор до кімнатної температури, підвищують в ньому тиск водню до 0,23 МПа, здійснюють повторне гідрування добавки, а як добавку використовують гетерофазний сплав у монолітному стані, що містить, ат. %: Ті-47,5, Zr-30,0, Мn-17,5, V-5,0. 2 UA 110190 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3