+7 (495) 332-37-90Москва и область +7 (812) 449-45-96 Доб. 640Санкт-Петербург и область

Какие новые водородопроницаемые мембраны для получения чистого водорода

Какие новые водородопроницаемые мембраны для получения чистого водорода

Настоящее изобретение относится к области водородной энергетики, выделения водорода из газовых смесей, получения особо чистого водорода. Большую часть водорода производят сейчас и будут производить в ближайшем будущем с помощью риформинга органического сырья, в результате которого образуется газовая смесь, содержащая водород. Критическая стадия процесса - выделение из получаемой газовой смеси чистого водорода. Признано, что наиболее эффективным способом выделения чистого водорода является его диффузионная очистка с помощью различного типа металлических мембранных фильтров, подавляющее большинство которых на сегодняшний день изготавливают на основе палладия и его сплавов.

Дорогие читатели! Наши статьи рассказывают о типовых способах решения юридических вопросов, но каждый случай носит уникальный характер.

Если вы хотите узнать, как решить именно Вашу проблему - обращайтесь в форму онлайн-консультанта справа или звоните по телефонам, представленным на сайте. Это быстро и бесплатно!

Содержание:

Непрерывный рост производства энергии путем сжигания ископаемых топлив сопровождается увеличением выбросов газов, приводящих к ухудшению экологии окружающей среды и возникновению парникового эффекта. Указанные проблемы могут быть минимизированы путем перехода на водородную энергетику, сжигание водорода которого приводит только к образованию паров воды.

RU2697454C1 - Диффузионный отделитель водорода - Google Patents

Настоящее изобретение относится к области водородной энергетики, выделения водорода из газовых смесей, получения особо чистого водорода. Большую часть водорода производят сейчас и будут производить в ближайшем будущем с помощью риформинга органического сырья, в результате которого образуется газовая смесь, содержащая водород.

Критическая стадия процесса - выделение из получаемой газовой смеси чистого водорода. Признано, что наиболее эффективным способом выделения чистого водорода является его диффузионная очистка с помощью различного типа металлических мембранных фильтров, подавляющее большинство которых на сегодняшний день изготавливают на основе палладия и его сплавов. Известно, например, техническое решение см. Известное техническое решение предназначено для выделения водорода из газовых смесей.

Несмотря на высокую степень совершенства известного технического решения и высокую чистоту выделяемого с его помощью водорода, оно сохраняет недостатки, свойственные мембранам, изготовленным на основе палладия и его сплавов:.

С другой стороны, известно, что переходные металлы 5-й группы Периодической системы элементов ванадий, ниобий и тантал обладают более высокой проницаемостью по отношению к водороду, чем палладий и палладий-серебряные сплавы, благодаря уникальному сочетанию большой теплоты растворения и большой скорости междоузельной диффузии растворенного в металле водорода намного большей, чем в случае палладия.

Металлы 5-й группы, в особенности ванадий и ниобий, также намного дешевле и доступнее, чем палладий, обладают хорошими механическими свойствами и легко обрабатываются в частности, обладают хорошей дуктильностью, позволяющей получать тонкие фольги методом проката. Однако использование благоприятных характеристик этих металлов в известной мере затруднено из-за высокой химической активности их поверхности, которая обычно покрыта плотными пленками окислов, быстро образующимися при взаимодействии с воздухом, парами воды и т.

Оксидные пленки радикально снижают скорости растворения и выделения водорода через поверхность металла, делая мембраны из этих металлов малопроницаемыми для водорода. Указанная проблема преодолевается путем нанесения тонких слоев палладия порядка микрона на обе поверхности мембраны из металла 5-й группы. При этом цилиндрическая мембрана может быть изготовлена из непалладиевых материалов и покрыта тонким слоем палладия как на внутренней, так и на наружной поверхности. Следует, однако, отметить малый ресурс его работы и непрерывное уменьшение производительности выделения водорода мембраной в процессе ее эксплуатации в атмосфере газовых смесей, содержащих водород, происходящих из-за низкой термической стабильности работы защитно-каталитического покрытия.

Одна из причин заключается в интердиффузии материала покрытия и основного материала мембраны при рабочих температурах, что приводит к появлению на поверхности мембраны металлов 5-й группы и их соединений и к отравлению каталитических свойств поверхности. Известное техническое решение предназначено для выделения водорода из газовых смесей и решает задачу увеличения термической стабильности защитно-каталитического покрытия путем подавления процесса интердиффузии основного материала мембраны и материала покрытия.

Однако и это известное техническое решение не решает задачу радикального увеличения термической стабильности защитно-каталитического покрытия. Причина этого связана с разрушением защитно-каталитического покрытия из палладия или его сплавов, выражающееся в появлении трещин и отслаивании материала покрытия от основного материала в процессе работы при высоких давлениях водорода и высоких температурах.

Это происходит в результате различного расширения основного материала мембраны и материала защитно-каталитического покрытия при высоких концентрациях растворенного в них водорода явление дилатации.

Достигаемым результатом предлагаемого технического решения является увеличение термической стабильности работы покрытия. При этом материал мембраны может быть выполнен из сплава V Достижение указанного технического результата приведенными выше отличиями заключается в следующем.

Концентрация растворенного водорода зависит от температуры мембраны, давления водорода над мембраной и подчиняется закону Сивертса. Растворение водорода в кристаллической решетке металла сопровождается ее расширением так называемая водородная дилатация , которое определяется концентрацией растворенного водорода. Причем расширение вследствие явления дилатации по своей величине существенно превосходит термическое расширение. В результате материал мембраны и материал поверхностного защитно-каталитического покрытия расширяются в разной степени, что вызывает сильные внутренние напряжения, приводящие к деградации механических свойств покрытия, заключающиеся в нарушении целостности защитно-каталитического покрытия и обнажении части подложки так называемая коалесценция.

При этом на поверхности мембраны вместо защитно-каталитического покрытия оказывается основной материал мембраны: сплав металлов 5-й группы Периодической таблицы элементов Менделеева ниобий, тантал или ванадий, которые в силу высокой химической активности своей поверхности активно вступают в реакцию с компонентами газовой смеси с образованием оксидных соединений, практически непроницаемых для водорода. Это приводит к механическому разрушению покрытия и деградации его защитно-каталитических свойств, что наблюдается в известных технических решениях.

При этом дилатационное расширение материала мембраны и материала защитно-каталитического покрытия оказываются близкими, внутренние напряжения не возникают и свойства защитно-каталитического покрытия не ухудшаются в процессе термо- и водородоциклирования.

Осуществимость предлагаемого технического решения продемонстрирована на фиг. Коэффициент константа равновесия Сивертса устанавливает связь между давлением водорода над мембраной и его концентрацией в металле и равняется.

Поскольку в нашем случае давление водорода над мембраной одинаково как для материала мембраны, так и для материала защитно-каталитического покрытия, равенство коэффициентов Сиверса в обоих материалах означает одинаковую концентрацию растворенного в них водорода. Как следует из данных фиг. Это означает, что для указанных сочетаний сплавов и защитно-каталитических покрытий концентрации водорода, растворенного в основном материале мембраны и в материале защитно-каталитического покрытия, оказываются приблизительно равными и, следовательно, внутренние напряжения, вызванные эффектами дилатации, сведены к минимуму.

Для подтверждения приведенных выше теоретических представлений было проведено экспериментальное сравнение морфологии состояния поверхности защитно-каталитического покрытия ванадиевой мембраны в исходном после нанесения защитно-каталитического палладиевого покрытия состоянии и после ти циклов растворения - десорбции водорода с аналогичными данными для композитной мембраны на основе сплава ванадия V На фиг.

А именно: на фиг. Как видно из сравнения фиг. Как следует из сравнения представленных данных, защитно-каталитическое покрытие остается практически неизменным.

Пример реализации предлагаемого технического устройства приведен на фиг. Устройство работает следующим образом. На входную поверхность мембраны подается смесь газов, содержащих водород. Благодаря каталитическим свойствам палладиевого покрытия на входной поверхности мембраны водород абсорбируется палладием. Все остальные газы смеси не вступают во взаимодействие с поверхностью мембраны и, соответственно, мембрана их не абсорбирует.

Абсорбированный мембраной водород диффундирует сквозь нее, последовательно проходя сквозь защитно-каталитическое покрытие на входе, толщу мембраны и защитно-каталитическое покрытие на ее выходе, с поверхности которого он десорбируется, как это показано на фиг. Реализация предлагаемого устройства может быть осуществлена с помощью известных технологических процессов.

На прокат сплава металлов 5-й группы наносится защитно-каталитическое покрытие. Это может быть осуществлено как с помощью электрохимических методов нанесения, так и путем плазменного напыления см. Изобретение относится к области водородной энергетики, выделения водорода из газовых смесей, получения особо чистого водорода. Технический результат - увеличение термической стабильности работы покрытия.

За прототип выбрано устройство, описанное в [3]. Мембрана по п. RUC1 ru. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет телекоммуникаций им. A Buxbaum, R. Hydrogen transport throughnon-porous membranes of palladium-coated niobium,tantalum and vanadium.

AUB2 en. Dolan et al. Peters et al. Yang et al. Oxidation behavior of ferritic stainless steels under SOFC interconnect exposure conditions. USA en. Balachandran et al. Hydrogen production by water dissociation using mixed conducting dense ceramic membranes. JPB2 ja. Rui et al. Ionic conducting ceramic and carbonate dual phase membranes for carbon dioxide separation.

Yan et al. Thin palladium membrane formed in support pores by metal-organic chemical vapor deposition method and application to hydrogen separation. EPB1 en. Tosti et al. Duke et al. Carbonised template molecular sieve silica membranes in fuel processing systems: permeation, hydrostability and regeneration.

USB2 en. Composite structure for high efficiency hydrogen separation and its associated methods of manufacture and use. Giessler et al. Performance of hydrophobic and hydrophilic silica membrane reactors for the water gas shift reaction. Collins et al. Pan et al. DEB4 de. Roa et al. Yun et al. Zhao et al. Preparation of palladium composite membranes by modified electroless plating procedure. Hatlevik et al. Palladium and palladium alloy membranes for hydrogen separation and production: history, fabrication strategies, and current performance.

Изобретение относится к водородной энергетике, в частности, к мембранным технологиям получения особо чистого водорода из газовых смесей, содержащих водород, и может использоваться в энергетических установках, потребляющих водород, например, в установках на топливных элементах, а также в химической, электронной и других отраслях промышленности. В настоящее время основным способом промышленного производства водорода является риформинг углеводородного сырья с последующим фильтрационным выделением водорода из полученного в результате риформинга синтез-газа. При этом для получения особо чистого водорода предпочтительно используют тонкие плоские мембраны из палладия и его сплавов, скрепленные с конструктивными деталями мембранного элемента с помощью пайки или сварки. Известно, что палладий и его сплавы обладают высокой проницаемостью для водорода. Процесс диффузионной фильтрации сопровождается растворением водорода в материале мембраны, приводящим к дилатации, то есть к разбуханию и деформации мембраны.

.

ПОСМОТРИТЕ ВИДЕО ПО ТЕМЕ: Электролиз с получением чистого водорода, химическая сепарация водорода и кислорода.

.

.

.

.

.

.

.

Водородопроницаемые мембраны. Мембраны используются для получения чистого водорода для водородной энергетики и других областей техники.

.

.

.

.

.

Комментарии 2
Спасибо! Ваш комментарий появится после проверки.
Добавить комментарий

  1. diismocatfoun

    Соседи содержат двух собок дворняг, достаточно крупных. Живем, в деревне в пригороде СпБ.

  2. Станислава

    Здраствуйте,у меня вопрос. У меня болит позвоночник,в больнице мне поставили диагноз распростроненный остеохондроз с болевым синдромом, и весной этого года меня призвали в военкомат для прохождения мед комиссию, я пошел обследовали меня и дали направление ркт,а заключениях написано грыжа шморля, и сразу мне дали повеску на отправку в армию. Я ожаловал решение призывной комиссии. И в ответ дали что повторно будут проверять. Я потом обратно пошел в болницу, обследовался, дали направление на мрт головного мозга и шоп. Мрт прошел, а там заключениях:умеренное расширение затылочной цистерны. Ассиметрия позвоночник артерии. А в заключениях ШОП написано:остеохондроз шоп. Циркулярные протрузии с4-5,с5-6с, с6-7дисков. Данных за аневризму шейных магистральных (сонных и позвоночных)артерий не выявлено. Скажите годен ли я?