СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
METHOD OF PRODUCING HYDROGEN

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].
2
2
3
2
7
Известен способ получения водорода путем конверсии в реакторе водяного пара в среде раскаленного железа. Предлагаемый способ основан на известной реакции 3Fe+4HO=FeO+4Н, требует большого количества энергии (протекает при температуре ~1000°С) и расхода железа [Патент 2191742, Россия, МПК 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.
2
2
2
4
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: СО (83,28%), CO+N (9,28%), Н (7,28%), СН (8,18%).
2
Недостатком механоактивационной обработки углей как способа получения водорода является низкий выход водорода и выделение большого количества СО.
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.
3
Процесс механохимической обработки битуминозных песчаников проводят в механохимическом реакторе лабораторной центробежно-планетарной шаровой мельницы типа АГО-2. Внутренний объем реактора (80 см) 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.
3
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 см/мин.
Примеры конкретного выполнения
3
2
4
2
4
Пример 1. В реактор центробежно-планетарной шаровой мельницы АГО-2 (объем реактора 80 см) 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 (C-С). Полученная газовая смесь содержит: водорода - 75% об., метана - 22% об., УВ (С-С) - 3% об.
2
4
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 (С-С) - 2% об.
2
4
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 (С-С) - 1% об.
2
4
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 (С-С) - 0,5% об.
2
4
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 (С-С) - 0,5% об.
2
4
2
2
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 (С-С) - 0,25% об.; CO, CO, N - 9,74% об.
2
2
Большое содержание в составе газовой смеси СО, СО, N 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 (С<sub>2-4</sub>), % об.
3
2
1
0,5
0,5
0,25
СО<sub>2</sub>, СО, N<sub>2</sub>
0
0
0
0
0
9,74
Выход водорода, % об.
75
79
92
93,5
92
77,71