УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ГИДРООКСИДОВ АЛЮМИНИЯ ИЗ АЛЮМИНИЯ ИЛИ ЕГО СПЛАВОВ

Область применения. Полезная модель относится к области неорганической химии, а точнее к устройствам для реализации способов получения водорода, гидрооксидов алюминия и его сплавов из отходов производства алюминия типа стружки и небольших кусков различной формы. Установка может быть использована в удаленных доступах от источников электроэнергии.
Уровень техники.
Известна установка для получения гидроокиси алюминия и водорода (патент РФ 2350563, кл. C01F 7/42, С01В 3/08, Могилевский И.Н., опубл. 27.03.2009), которая включает в себя устройство для смешивания мелкодисперсного порошка алюминия и воды, реактор для химического взаимодействия воды с алюминием, сопровождающегося выделением водородсодержащей газовой смеси и образованием продуктов окисления алюминия, а также устройство отвода водородсодержащей газовой смеси и продуктов окисления алюминия. Реактор для химического взаимодействия воды с алюминием снабжен перемешивающим устройством и устройством ультразвукового облучения суспензии, расположенным внутри реактора.
Недостатком данной установки является необходимость в использовании мелкодисперсного порошка алюминия 20 микронами, что ограничивает и значительно увеличивает стоимость получаемого водорода и порошка гидроокиси алюминия. Так же это ограничение вызвано требуемой величиной скорости окисления алюминия, которая определяет полноту превращения алюминия в гидроксиды в реакторе.
Известен способ получения бемита и водорода (патент РФ, 2363659, C01F 7/42, С01В 3/10, опубл. 10.08.2009) который включает приготовление суспензии порошкообразного алюминия в воде, создание в реакторе давления и температуры насыщенных водяных паров, соответствующих условиям проведения интенсивной реакции окисления алюминия, распыление суспензии в реакторе, вывод из реактора смеси паров воды и водорода, а также вывод бемита из реактора в приемное устройство, заключается в том, что при приготовлении суспензии порошкообразного алюминия в воде в нее вводят катализатор - гидроксид щелочного металла в количестве не более 0,1М (М - мольная концентрация), причем после распыления суспензии до вывода из реактора бемита осуществляют выдержку суспензии для доокисления алюминия и кристаллизации бемита.
Недостатком данной установки является высокая температура 300 -350°С и давление 10-17 МПа в области реактора, что сказывается на стоимости установки и электроэнергии, так же большим минусом является неполнота окисления в зоне реакции, для устранения данной проблемы приходиться направлять полученный бемит в дополнительный реактор с использованием катализатора.
Известно устройство для осуществления способа получения гидроксидов или оксидов алюминия и водорода (патент РФ, 2278077, C01F 7/42, С01В 3/10, опубл. 20.06.2006), взятое за прототип, которое включает источник суспензии мелкодисперсного порошкообразного алюминия с водой со смесителем, реактор, конденсатор, приемное устройство, регулируемый клапан отвода смеси паров воды и водорода, регулируемый клапан отвода гидроксидов или оксидов алюминия, датчик температуры реактора, датчик давления на входе подачи суспензии в реактор, датчик давления на выходе парогазовой смеси и датчик давления перед входом парогазовой смеси в конденсатор, регулируемое средство подачи суспензии в реактор, управляющий контроллер с входом и выходом, причем источник суспензии содержит регулируемое средство подачи воды и регулируемое средство подачи порошка алюминия.
Недостатком данного устройство является необходимость в применении большого количества датчиков и программ, которые бы обеспечивали правильную корректировку работы всех систем и работа которых невозможна без использования источников электроэнергии. Также для полноты окисления суспензии необходимо поддерживать определенную температуру и давление, что сказывается на стоимости конечного продукта.
Раскрытие полезной модели. Сущность предлагаемой установки для получения водорода, тепла и гидроокиси алюминия и его сплавов заключается в том, что он содержит бак (реактор) в который подается щелочной раствор и загружается алюминий или его сплавы, через крышку реактора, система охлаждения, которая позволяет получать постоянную скорость выхода водорода, через выпускной клапан. Насос, позволяющий поддерживать постоянный уровень воды, а также накапливать гидроокись алюминия в цилиндрах, заполненные емкости перемещаются в зону промывки, и получаемый материал высыпается в воронку Бюхнера, которая одета на колбу Бунзона. Вода промывает гидроокись алюминия и его сплавы за счет вакуумного насоса, который подсоединен к колбе Бунзона. В результате промывки получается щелочной раствор, который снова подается в бак с помощью насоса.
Технический результат данной установки заключается в безопасном получении водорода, гидроокиси алюминия и его сплавов в автоматическом режиме. Решаются такие технические задачи, как отсутствие внешних источников энергии для работы данной установки, простота в техническом плане и надежность этой установки.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 представлена схема установки для получения водорода и гидрооксидов алюминия и его сплавов, которая включает:
1 - бак с крышкой из нержавеющей стали;
2 - контроллер;
3 - датчик давления;
4 - Ph метр;
5 - змеевик для охлаждения;
6 - бумажный фильтр;
7 - цилиндр из нержавеющей стали;
8 - датчик для определения заполнения порошка;
9 - электродвигатель для перемещения цилиндров;
10 - насос для поддержания определенного уровня воды;
11 - воронка Бюхнера;
12 - колба Бунзона;
13 - температурный датчик;
14 - вакуумный насос;
15 - насос 1;
16 - патрубок;
17 - фильтр для улавливания паров;
18 - емкость;
19 - клапан.
Осуществление полезной модели. Установка для получения водорода работает следующим образом:
2
3
2
4
4
2
3
2
В бак 1 подается вода с щелочью (NaOH), затем добавляют алюминиевую стружку. В результате реакции: АlО+2NaOH+3НО образуется водород и осадок в виде белого порошка, который задерживается в фильтре 6. Из фильтра порошок направляется на промывку. Процесс промывки заключается в том, что в колбу Бунзона 12, на которую надета воронка Бюхнера 11, подается нанодисперсный порошок, представляющий собой комплексное соединение 2Na[Al(OH)] и вода для промывки. В результате взаимодействия Na[Al(OH)]+3HO образуется 3Аl(ОН)-представляющий собой нанодисперсный порошок белого цвета и соединение NaOH с НO. В результате порошок задерживается в воронке Бюхнера 11, а щелочь с водой попадает в колбу Бунзона 12. К колбе подсоединен вакуумный насос 14 для разряжения воздуха. Образовавшаяся вода со щелочью по патрубку 16 с помощью насоса 15 направляется в реактор (бак 1) для избегания добавления в систему NaOH. Для определения степени отмывки по концентрации щелочи в колбе Бунзона 12 будет установлен Рп метр 4. В бак вмонтирован штуцер 20, через который выходит водород, и который может быть направлен в бензиновый генератор в качестве замены топлива или в топливные элементы или закачиваться в баллоны. Так как реакция эндотермическая, то с целью поддержания постоянной скорости выхода водорода используют систему охлаждения представляющую собой змеевик расположенный внутри бака 1. Контроллер, расположенный возле бака принимает сигналы со всех датчиков - датчика давления, температуры и датчик, фиксирующий уровень заполнения порошком цилиндра 7. В случае возрастания давления и температуры, он в свою очередь будет подавать сигнал в систему охлаждения, а данная система в свою очередь будет интенсивно охлаждать, но в случае если система не будет справляться, то откроется клапан 19 и щелочная воды выльется в емкость 18.
Действие установки основано на том, что процессы, происходящие в установке, осуществляются благодаря взаимодействию трех компонентов -это вода, алюминий и щелочь. Приготовление щелочного раствора происходит в реакторе, куда закладываются алюминий и его сплавы в виде стружки, кусочков различной конфигурации и т.д. через верхнюю крышку, для того чтобы протекала реакция необходимо поддерживать уровень концентрации Ph>11,9. Установка проводит данную реакцию в автоматическом режиме. Вывод водорода происходит через штуцер, а далее он поступает в уловитель паров. Тепло отводится за счет системы охлаждения, а полученное тепло переводится в электроэнергию. Гидроокиси алюминия и его сплавов поступают в приемное устройство, далее в систему промывки. Для того, чтобы поддерживать постоянную скорость выхода водорода или уменьшать то в нутрии бака установлены датчики давления и температуры, которые подают сигнал на контролер в случае уменьшения скорости выхода водорода контролер будет подавать сигнал на насос, а он в свою очередь понизит уровень воды и площадь алюминия в растворе уменьшиться, так как реакция является гетерогенной. Для поддержания постоянной концентрации щелочи осуществляется отмывка полученного материала, а полученная щелочь с водой снова поступает в реактор. Насос, позволяющий поддерживать постоянный уровень воды, а также накапливать гидроокись алюминия в цилиндрах, заполненные емкости перемещаются в зону промывки и получаемый материал высыпается в воронку Бюхнера, которая одета на колбу Бунзона. Вода промывает гидроокись алюминия и его сплава за счет вакуумного насоса, который подсоединен к колбе Бунзона. В результате промывки полученная вода с помощью насоса подается в бак. Установка проводит данную реакцию в автоматическом режиме Автоматизированная система позволяет контролировать давление и температуру в зоне реакции эти параметры влияют на скорость выделения водорода, а также на агломераты гидроокиси алюминия и его сплавы. Автоматизированная система позволяет не только поддерживать стабильную работу установки, но и также перемещать продукты реакции в систему промывки.