ПОГЛОТИТЕЛЬ ВОДОРОДА

Полезная модель относится к технологии очистки газовых смесей от водорода или его изотопов в статическом режиме из газовоздушных и кислородообедненных газовых смесей, в которых необходимо минимизировать потери кислорода и уменьшить или исключить накопление паров воды в замкнутых объемах, и может быть использована в электрохимической, химической, радиоэлектронной,
приборостроительной и других областях промышленности.
Известно устройство для удаления водорода из смеси газов, содержащей водород, кислород, пары воды и аэрозоли, включающее, по меньшей мере, один носитель, покрытый катализаторным материалом для окисления водорода с выделением тепла и содержащее защитное приспособление, соединенное с носителем, описанное в патенте РФ №2010598 от 08.01.1990 г., опубл. 15.04.1994r.,MПК B01J8/02, B01D 53/22.
К недостаткам известного устройства в условиях замкнутого объема и кислородосодержащей газовой среды следует отнести:
- увеличение влажности внешней газовой среды вследствие образования воды на катализаторе при окислении водорода,
- отсутствие реагентов и элементов конструкции, обеспечивающих восполнение потерь кислорода на окисление водорода, что может привести к полному израсходованию кислорода, и, как следствие - к остановке работы устройства.
Также известно устройство, описанное в патенте РФ №2121871 от 14.06.1996 г. МПК B01D 7/00, опубл. 20.11.1998 г., под названием «Генератор газа». Устройство содержит корпус в виде полой емкости с областями размещения реагентов, сообщающихся между собой и разделенных мембраной.
К недостаткам этого устройства следует отнести отсутствие реагентов и элементов конструкции, обеспечивающих удаление водорода из внешней газовой среды, а также сложную процедуру задействования.
Наиболее близким и выбранным в качестве прототипа является устройство, описанное в патенте РФ №2 596 258 от 19.06.2015 г. МПК B01J 7/00, опубл. 10.09.2016 г., под названием «Поглотитель водорода». Устройство содержит корпус в виде полой емкости с последовательно расположенными и сообщающимися между собой областями размещения источника кислорода, катализатора и адсорбента, заключенного в тканевый элемент, разделенными перфорированными перегородками и газопроницаемую мембрану, непроницаемую для источника кислорода и продуктов его гидролиза, граничащую с областью размещения источника кислорода.
К недостаткам прототипа следует отнести неудобства при эксплуатации данного устройства, а именно наличие пожароопасного фактора.
Задачей полезной модели является улучшение эксплуатационных возможностей, работоспособности, обеспечение пожаробезопасности и пожаростойкости устройства для максимально эффективной очистки газовоздушной и кислородообедненной газовой смеси от водорода с минимальным расходом кислорода.
Технический результат заключается в улучшении эксплуатационных характеристик за счет элемента конструкции, обеспечивающего исключение пылеобразования при эксплуатации, пожаростойкость и пожаробезопасность всего устройства.
Указанный технический результат достигается тем, что в поглотителе водорода, включающем корпус в виде полой емкости с последовательно расположенными и сообщающимися между собой областями размещения источника кислорода, катализатора и адсорбента, заключенного в защитный элемент, разделенными перфорированными перегородками, и газопроницаемую мембрану, непроницаемую для источника кислорода и продуктов его гидролиза, граничащую с областью размещения источника кислорода, согласно полезной модели, защитный элемент выполнен из арамидного материала.
Кроме того, в поглотителе водорода с целью расширения эксплуатационных возможностей, защитный элемент выполнен из пыленепроницаемой арамидной ткани.
Кроме того, в поглотителе водорода, с целью повышения пожаробезопасности, защитный элемент выполнен из арамидной ткани «Flame Fort 180 А» по СТО 50281518-006-2009.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих ее от прототипа, позволяет считать ее соответствующей условию «новизна».
Полезная модель проиллюстрирована на чертеже, где
1 - корпус;
2 - перфорированная разделительная перегородка;
3 - область размещения адсорбента;
4 - область размещения катализатора;
5 - мембрана;
6 - область размещения источника кислорода;
7 -защитный элемент.
Поглотитель водорода содержит (см. фиг.) корпус 1 в виде цилиндра, выполненный из конструкционного фторопласта, перфорированные перегородки 2, разделяющие области размещения реагентов и фиксирующие мембрану 5 в корпусе 1, область размещения адсорбента 3, представляющую собой навеску силикагеля, или цеолита, или их комбинацию, область размещения катализатора 4, представляющего собой палладий, нанесенный на гранулы оксида алюминия, мембрану 5, разделяющую область размещения катализатора 4 и область размещения источника кислорода 6, непроницаемую для материала источника кислорода и продуктов его гидролиза и проницаемую для газов, в качестве источника кислорода использован материал, содержащий пероксид и/или надпероксид (супероксид) щелочного металла. Адсорбент 3 расположен в защитном элементе 7, выполненном из негорючей и прочной арамидной ткани «Flame Fort 180 А» по СТО 50281518-006-2009.
Защитный элемент 7 должен быть газопроницаемым и обладать устойчивостью в условиях пожара и к воздействию продуктов гидролиза надпероксида щелочного металла, контакт с которыми возможен при эксплуатации поглотителя водорода.
В состоянии хранения (незадействованном) поглотитель водорода закрыт герметичной крышкой (на фиг. не показана). Перед началом работы поглотитель водорода задействуют: снимают крышку с корпуса 1.
Работа поглотителя водорода осуществляется следующим образом.
Задействованный поглотитель водорода размещают в замкнутом объеме с очищаемой кислородосодержащей или кислородообедненной газовой средой. Водород из газовой среды за счет диффузии проникает вовнутрь корпуса 1 поглотителя водорода и достигает области размещения палладиевого катализатора 4. Палладиевый катализатор 4 окисляет водород кислородом, имеющимся в газовой среде, с образованием паров воды. Пористая мембрана 5 обеспечивает проникновение образующихся на катализаторе 4 паров воды в область размещения источника кислорода 6, одновременно препятствует проникновению материала источника кислорода 6 и продуктов его гидролиза в область размещения катализатора 4. Материал источника кислорода 6 вступает в реакцию гидролиза с парами воды, образовавшимися на катализаторе 4 при окислении водорода, в результате взаимодействия выделяется кислород. Адсорбент 3, размещенный в защитном элементе 7 из прочной арамидной ткани, защищает катализатор 4 от воздействия компонентов газовой среды, которые адсорбируются на поверхности адсорбента 3. Защитный элемент 7 не препятствует защитной функции адсорбента 3, являясь проницаемым для паров органических веществ и воды из очищаемой газовой среды. В то же время, защитный элемент 7 из арамидной ткани является стойким к старению при эксплуатации поглотителя водорода и к механическим эксплуатационным нагрузкам при эксплуатации поглотителя водорода. Защитный элемент 7 препятствует высыпанию мелких гранул адсорбента 3 через перфорированную перегородку 2 наружу поглотителя водорода, а также проникновению в очищаемую газовую среду пыли, которая образуется при измельчении адсорбента 3 под действием эксплуатационных механических нагрузок.
Пример 1. Эксперимент проводили в лабораторных условиях. Защитный элемент 7, выполненный в виде мешка из прочной арамидной ткани «Flame Fort 180 А» по СТО 50281518-006-2009, наполняли активированным углем и силикагелем и подвергали механическим и термическим испытаниям, имитирующим хранение поглотителей, автономное транспортирование, транспортирование и хранение при эксплуатации:
- имитация хранения арамидной ткани (защитного элемента 7) при 25°С до момента изготовления поглотителей водорода;
воздействие перепадов температуры при автономном транспортировании поглотителя водорода от плюс 35°С до минус 60°С (1 цикл) и от 0°С до плюс 60°С (1 цикл);
воздействие транспортных вибраций при автономном транспортировании поглотителя водорода в собственной таре;
- имитация автономного хранения поглотителя водорода при 20°С;
- имитация транспортирования поглотителя водорода при эксплуатации;
- имитация хранения поглотителя водорода при эксплуатации при 30°С;
- воздействие перепадов температуры от 0°С до плюс 70°С (3 цикла) и от плюс 10°С до минус 50°С (3 цикла).
Результаты испытаний показали устойчивость защитного элемента 7 к термическим и механическим эксплуатационным воздействиям и отсутствие проникновения через оболочку пыли активированного угля и силикагеля, образовавшейся в ходе испытаний.
Пример 2. Испытания проводили в лабораторных условиях. Арамидную ткань «Flame Fort 180 А» по СТО 50281518-006-2009 (защитный элемент 7) нагревали в контакте с надпероксидом натрия NaCb и продуктами его гидролиза на воздухе при температурах 20°С в течение 20 часов (эксплуатационные условия) и 250°С в течение 2 ч (условия пожара).
Результаты испытаний показали, что образец из арамидной ткани «Flame Fort 180А» по СТО 50281518-006-2009 устойчив в этих условиях: сохраняет целостность и не изменяет геометрические размеры.
Пример 3. Испытания проводили в лабораторных условиях. В образец (мешок размером 90*50 мм) из ткани «FIame Fort 180А» по СТО 50281518-006-2009 (защитный элемент 7) помещали навеску палладиевого катализатора (10 г) и измеряли его способность окислять водород из воздушно-водородной среды с концентрацией водорода 2% об. Скорость окисления водорода катализатором в защитном элементе 7 (мешке) из ткани «Flame Fort 180 А» по СТО 50281518-006-2009, а значит, и скорость поступления водорода и кислорода к поверхности катализатора, не отличались от таковых, измеренных для навески катализатора без защитного элемента 7 (мешка). Это подтверждает высокую газопроницаемость арамидной ткани «Flaine Fort 180А» по СТО 50281518-006-2009.
Использование данной полезной модели позволит
- расширить эксплуатационные возможности поглотителя водорода, обеспечив его пыленепроницаемость и устранив выход мелких гранул адсорбента из поглотителя водорода при его использовании;
- повысить пожаростойкость и пожаробезопасность поглотителя водорода;
- обеспечить качественное поглощение водорода и адсорбцию компонентов газовой среды на адсорбенте в составе поглотителя.
Таким образом, поглотитель водорода, воплощенный в заявленной полезной модели, при ее осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем достигаемого технического результата.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».