Способ получения водорода

Способ получения водорода

Реферат

Изобретение относится к химической промышленности, в частности к способу получения водорода путем механохимического измельчения битуминозного песчаника.

Известен способ получения водорода растворением алюминия или кремния в едкой щелочи. При получении водорода данным способом используются компоненты, которые получают путем переработки природного сырья [Г.Реми. Курс неорганической химии, изд. Мир, Москва, т.1, с.42-43].

Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа. Предлагаемый способ основан на известной реакции 3Fe+4H₂O=Fe₂O₃+4Н₂, требует большого количества энергии (протекает при температуре ~1000°С) и расхода железа [Патент 2191742, Россия, МПК⁷ С01В 3/00, 3/10].

Известен способ, заключающийся в том, что водород, полученный из смеси углеводородов (например, бензина, дизельного топлива, метанола) и воды в аутотермическом или паровом риформере, вначале проходит теплообменное устройство и затем водородпроницаемую мембрану (например, из палладия), после чего водород выделяется из потока газа. Данный способ требует большого расхода энергии и дорогостоящих катализаторов [Заявка 10340173, Германия, МПК 7 С01В 3/38, С01В 3/48, Daimler Chrysler AG/№10340173.3; Заявл. 01.09.2003; Опубл. 10.03.2005., DE].

Все перечисленные выше способы получения водорода предполагают использование компонентов, полученных переработкой природного сырья, что существенно увеличивает стоимость конечного продукта - водорода.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ получения водорода при механохимическом диспергировании угля [Хренкова Т.М. «Механохимическая активация углей», изд. Недра, М., 1993, с.43]. Так, при размоле в вакууме в течение 30 минут угля Бородинского месторождения в газовую фазу выделяются продукты деструкции: СО₂ (83,28%), CO+N₂ (9,28%), Н₂ (7,28%), СН₄ (8,18%).

Недостатком механоактивационной обработки углей как способа получения водорода является низкий выход водорода и выделение большого количества СО₂.

Задачей предлагаемого способа является увеличение количества выделяемого водорода.

Технический результат достигается тем, что в герметично закрываемый реактор планетарной мельницы помещают мелющие стальные шары и битуминозный песчаник. В таблице 1 приведены содержание и состав битумоидов использованных битуминозных песчаников. Реактор вакуумируют и измельчают песчаник в течение 5-30 минут. Процесс измельчения протекает при температуре не более 20°С за счет внешнего охлаждения, сопровождается деструкцией битумоидов и выделением смеси газов, содержание водорода в которой достигает 93,5% об.

Процесс механохимической обработки битуминозных песчаников проводят в механохимическом реакторе лабораторной центробежно-планетарной шаровой мельницы типа АГО-2. Внутренний объем реактора (80 см³) заполняют мелющими шарами диаметром 8 мм (суммарная масса шаров 120 г) и песчаником (размер частиц 2-4 мм). Масса песчаника 10 г. Корпус реактора и мелющие шары изготовлены из закаленной стали. Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Механическую обработку песчаника проводят в течение 5, 10, 20 и 30 минут при комнатной температуре.

Состав образующихся газов определяют газоадсорбционным методом в колонке, заполненной цеолитом СаА (фракция 0,25-0,5 мм, длина колонки 3 м, внутренний диаметр 3 мм), в изотермическом режиме при 293 К, скорость газа носителя (Ar) - 30 см³/мин.

Примеры конкретного выполнения

Пример 1. В реактор центробежно-планетарной шаровой мельницы АГО-2 (объем реактора 80 см³) помещают мелющие шары (диаметр шаров 8 мм, суммарная масса 120 г). Частота вращения реактора в переносном движении 1290 об/мин. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в течение 5 минут. Кроме водорода в газе после механической обработки присутствуют метан и иные УВ (C₂-С₄). Полученная газовая смесь содержит: водорода - 75% об., метана - 22% об., УВ (С₂-С₄) - 3% об.

Пример 2. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 10 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 79% об., метана - 19% об., УВ (С₂-С₄) - 2% об.

Пример 3. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 20 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 92% об., метана - 7% об., УВ УВ (С₂-С₄) - 1% об.

Пример 4. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке в реакторе-активаторе мельницы АГО-2 в течение 30 минут в условиях, описанных в примере 1. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 93,5% об., метана - 6% об., УВ (С₂-С₄) - 0,5% об.

Пример 5. Песчаник Буур-Оленекского месторождения подвергают механохимической обработке, как в примере 5, но вводят в реактор 20 г песчаника. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 92% об., метана - 7,5% об., УВ (С₂-С₄) - 0,5% об.

Пример 6. Песчаник Боян-Эрхет месторождения подвергают механохимической обработке, как в примере 4. Полученная газовая смесь содержит: водорода - 77,7% об.; метана - 9,46% об.; УВ (С₂-С₄) - 0,25% об.; CO₂, CO, N₂ - 9,74% об.

Большое содержание в составе газовой смеси СО₂, СО, N₂ в данном примере связано с наличием в песчанике большого количества смолистых веществ.

Полученные результаты в сравнении с прототипом приведены в таблице 2.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать водород из природного сырья (битуминозный песчаник Буур-Оленекского и Боян-Эрхетского месторождений, расположенных на территории Восточно-Сибирской платформы) путем его механохимического измельчения в центробежно-планетарной шаровой мельнице.

Таблица 1
Состав битумоидов песчаника
Песчаник	Буур-Оленекское месторождение, Россия	Боян-Эрхет месторождение, Монголия
Выход битумоида, % мас.	5,6	16,5
Вещественный состав битумоида, % мас.
Масла	39,2	38,36
Смолы	28,2	53,37
Асфальтены	32,5	8,86

Таблица 2
Параметры процесса	По предлагаемому способу
№№ примера	1	2	3	4	5	6
Температура, °С	20	20	20	20	20	20
Время обработки, мин.	5	10	20	30	30	30
Количество песчаника (угля), г	10	10	10	10	20	10
Метан, % об.	22	19	7	6	7,5	9.46
УВ (С2-4), % об.	3	2	1	0,5	0,5	0,25
СО2, СО, N2	0	0	0	0	0	9,74
Выход водорода, % об.	75	79	92	93,5	92	77,71

Способ получения водорода механохимическим диспергированием сырья, отличающийся тем, что в качестве сырья используют битуминозный песчаник и механохимическое диспергирование ведут в центробежно-планетарной шаровой мельнице в течение 5-30 мин.