СПОСОБ РАЗДЕЛЕНИЯ ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ, СОДЕРЖАЩИХ ВОДОРОД И ДИОКСИД УГЛЕРОДА, С ПОМОЩЬЮ ГИДРИДОВ МЕТАЛЛОВ
METHOD FOR SEPARATING GAS MIXTURES CONTAINING HYDROGEN AND CARBON DIOXIDE, BY HYDRIDES OF METALS

Изобретение относится к способам разделения газовых смесей, содержащих водород и диоксид углерода, с помощью гидридов металлов и может быть использовано в водородной энергетике, химической и пищевой промышленности.
Известные способы выделения водорода из газовых смесей включают способ улавливания водорода путем обратимой селективной хемосорбции с образованием смешанных гидридов на основе некоторых сплавов (Лейтес И.Л., Сосна М.Х., Семенов В.П. Теория и практика химической энерготехнологии. - М.: Химия, 1988, стр. 139).
Известен способ извлечения водорода из газов нефтепереработки с чистотой выше 99,99 об. % с применением интерметаллических сплавов (патент СССР №1696382, опубл. 07.12.1991, B01D 53/14). Недостатком этого способа является необходимость повышения давления исходной смеси на 0.3-2.5 МПа относительно давления диссоциации гидрида.
Задача, на решение которой направлено предлагаемое решение, заключается в повышении энергетической эффективности процесса разделения смеси, содержащей водород, за счет поглощения водорода в металлогидридном реакторе при парциальном давлении водорода менее 0,5 МПа.
Данная задача решается за счет того, что исходную газообразную смесь подают в абсорбционный блок и фильтруют через засыпку порошка интерметаллического сплава, имеющего равновесное давление гидрирования меньшее, чем парциальное давление водорода в исходной смеси. Абсорбционный блок охлаждают для поддержания постоянной температуры. Одновременно с этим диоксид углерода отводят из абсорбционного блока. Для десорбции водорода температуру в абсорбционном блоке повышают. Изобретение позволяет снизить потери и повысить степень очистки водорода от примеси диоксида углерода.
Изобретение иллюстрируется на Фиг. 1.
Разделение смеси, содержащей водород и диоксид углерода, начинается со стадии зарядки абсорбционного блока (стадия I), во время которой исходная смесь подается в абсорбционный блок 1, заполненный порошком интерметаллического сплава, имеющего равновесное давление гидрирования меньшее, чем парциальное давление водорода в исходной смеси, при фильтрации смеси через засыпку происходит взаимодействие частиц интерметаллического сплава с водородом и образуется гидрид металла 2, при этом фронт реакции гидрирования 3 распространяется от точки входа исходной смеси в абсорбционный блок, теплота реакции гидрирования отводится за счет охлаждения абсорбционного блока, и диоксид углерода покидает абсорбционный блок через точку вывода отработанной смеси. Зарядка заканчивается в момент пробоя (стадия II), когда фронт реакции гидрирования достигает точки выхода, и в отработанной смеси резко повышается содержание водорода. Выделение чистого водорода осуществляется на стадии разрядки абсорбционного блока (стадия III), во время которой за счет нагрева засыпки происходит разложение металлогидрида, и очищенный водород покидает абсорбционный блок.
Способ проиллюстрирован следующими примерами.
Пример 1
4.8
0.3
0.1
Интерметаллический сплав LaNiMnFe (равновесное давление 0.038 МПа при температуре 293 К) в количестве 1 кг помещен в металлогидридный реактор и активирован путем многократного процесса гидрирования/дегидрирования чистым водородом. Смесь водорода (45% объемных) и диоксида углерода (55% объемных) подают в реактор через входной штуцер под давлением 0,56 МПа, отработанная смесь выбрасывается через выходной штуцер в атмосферу, реактор охлаждается потоком воды с температурой 21,5°С. За 60 минут зарядки в реактор подано в составе исходной смеси 58,7 норм. л водорода, при этом потери водорода с отработанной смесью составили 4,6 норм. л, таким образом, коэффициент извлечения водорода из смеси составил 92%.
Пример 2
0.9
0.1
5
Интерметаллический сплав LaCeNi (равновесное давление 0.196 МПа при температуре 293 К) в количестве 1 кг помещен в металлогидридный реактор и активирован путем многократного процесса гидрирования/дегидрирования чистым водородом. Смесь водорода (46% объемных) и диоксида углерода (54% объемных) подают в реактор через входной штуцер под давлением 0,56 МПа, отработанная смесь выбрасывается через выходной штуцер в атмосферу, реактор охлаждается потоком воды с температурой 10,5°С. За 60 минут зарядки в реактор подано в составе исходной смеси 42,8 норм. л водорода, при этом потери водорода с отработанной смесью составили 20,4 норм. л, таким образом, коэффициент извлечения водорода из смеси составил 52%. Снижение производительности по сравнению с Примером 1 объясняется большим равновесным давлением водорода для данного сплава.