Технология и аппаратурное оформление получения водорода гидротермальным окислением алюминия для энергетических установок

• Автор: Рыжкин, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 05.17.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление

Список условных обозначений.

Введение.

Глава 1. Перспективы использования и производства водорода.

1.1. Водородкислородные топливные элементы. Обзор способов хранения водорода на борту подводных лодок.
1.2. Термодинамика и кинетика гидротермального окисления алюминия. Генераторы водорода на основе взаимодействия гидрореагирующих веществ с водными растворами.

Глава 2. Разработка установок и методик исследования гидротермального

окисления алюминия.

2.1. Сырье для получения водорода в гидротермальном процессе окисления алюминия и методики контроля сырья.
2.2. Разработка установки и методик исследования макрокинетики гидротермального окисления алюминия.
2.3. Разработка установки с проточным реактором для изучения процесса высокопроизводительной генерации водорода.
2.4. Методики анализа продуктов реакции образующихся в процессе гидротермального окисления алюминия.
2.5. Методики расчета степени и скорости гидротермального окисления алюминия, количества наработанного водорода.
Глава 3. Выбор оптимального исходного сырья и термодинамических параметров процесса гидротермального окисления алюминия для достижения высокого выхода и чистоты водорода.
3.1. Экспериментальное исследование гидротермального окисления зарядов из ультрадисперсного алюминия.
3.2. Экспериментальное исследование гидротермального неизотермического окисления порошкообразного алюминия.
3.3. Механизм и линейные скорости окисления частиц алюминия
в гидротермальном процессе.
3.4. Оптимизация технологических параметров получения водорода гидротермальным окислением алюминия.
Глава 4. Методика расчета параметров процесса и характеристик
проточного реактора для непрерывного получения водорода из водных суспензий алюминия.
Глава 5. Создание установки и проверка технологии получения водорода способом непрерывного окисления алюминия водой для электрохимического генератора высокой мощности.
5.1. Общая технологическая схема установки получения водорода
и описание технологического процесса.
5.1.1. Блок подготовки и подачи водной суспензии порошков алюминия сферического дисперсного в реактор.
5.1.2. Реакторный блок получения водорода в процессе гидротермального окисления алюминия сферического дисперсного.
5.1.3. Блок подготовки водорода к подаче в электрохимический генератор.
5.1.4. Блок сбора твердофазных продуктов реакции.
5.1.5. Блок дистанционного контроля и управления установки получения водорода.
5.2. Результаты проверки технологии и аппаратурного
обеспечения процесса непрерывного получения
водорода гидротермальным окислением алюминия.
5.3. Перспективы и направления использования результатов
диссертации.
Выводы.
Список использованной литературы


Данный план перехода к водородноориентированной энергетике предложен Экспертной группой по водородным технологиям и топливным элементам, которая была создана в октябре г. Из рис. ТЭ уже утвердились в качестве стратегический основы энергетических технологий, удовлетворяющих требованиям построения устойчивой энергетической системы. Получение водорода, в том числе и для использования в ТЭ , является одной из главных задач. Серийное производство транспортных средств в том числе судов на В. Создание рыночных ниш для стационарных низкотемпературных В кВт
Рис. Основные этапы европейской программы перехода к водородной энергетике . В литературе описано около методов промышленного производства водорода . В связи с непрерывным удорожанием стоимости добычи углеводородного сырья, очевидно, что вода будет являться главным источником водорода. Промышленностью наиболее освоены два способа получения водорода из воды газификация твердых топлив с последующей конверсией окиси углерода и электролиз . Ведутся работы по созданию технологий выделения водорода из воды с использованием солнечной энергии для электролиза или непосредственного разложения . Разрабатываются методы крупномасштабного получения водорода как вторичного энергоносителя с использованием атомной энергии например, термохимические циклы по схеме рис. Рис. Схема использования и возобновления водорода 2. В настоящее время отсутствие водородной сети требует получения водорода на месте потребления. Для этого необходимо создание малых стационарных и передвижных мобильных установок, с предпочтительным использованием воды в качестве источника водорода. Для производства водорода на передвижных и малых стационарных установках используются следующие методы 1 из воды путем ее разложения гидрореагирующими металлами 2 кислотный способ 3 щелочноалюминиевый способ 4 щелочнокремниевый способ 5 способ получения водорода из гидридов 6 метанольный процесс 7 способ получения водорода из нефтепродуктов 8 способ получения азотоводородной смеси диссоциацией аммиака 9 электролизом воды. Выбор метода производства в основном определяется областью применения водорода и предъявляемыми требованиями к его физикохимическим показателям, наличием сырья для его производства, экологическими аспектами, вопросами безопасности производства, экономическими показателями. Немаловажным при выборе метода производства является зависимость от внешних источников энергии. Так процессы получения водорода из метанола, из нефтепродуктов, диссоциацией аммиака требуют затрат тепла. Получение водорода электролизом воды требует затрат электроэнергии 4. Вт ч на 1 м3 водорода 2. Кислотный способ требует значительного количества кислоты 4. Н, РЫ3, АбН3, 8ЬН3. В щелочном способе расход щелочи до 2 кг ЫаОН на 1 нм3 водорода. Использование кислот и щелочей усложняет эксплуатацию установок и требует дополнительных мер безопасности, стоимость водорода увеличивается. При получении водорода из гидридов следует обращать внимание на осуществление безопасного проведения процесса, количество получаемого водорода, стоимость гидрида. Для получения чистого водорода из метанола, аммиака и нефтепродуктов требуется дополнительная очистка от КН3, Ы2, СО, С и др. Активность взаимодействия металлов с водой определяется местоположением металла в ряду напряжений. По способности вытеснять водород из воды металлы условно разбиты на пять групп, по мере снижения активности. Металлы первой группы щелочные и щелочноземельные кроме кальция наиболее активно взаимодействуют с водой. Металлы второй группы кальций, магний, алюминий, марганец, редкоземельные металлы, уран взаимодействуют с водой при нагреве воды до 0 С. Отмечается, что алюминий изза окисной пленки на его поверхности взаимодействует с водой при комнатной температуре только в активированном состоянии. В третий группе наиболее активным металлом является цинк, цинковая пыль выделяет водород из кипящей воды. При создании передвижных и малых стационарных установок важными параметрами являются количество получаемого водорода на единицу веса энергоаккумулирующего вещества ЭАВ и объем занимаемый ЭАВ. Таблица 1. Металл Мол.