Ursul brun provoacă dispariția. Ursul de peșteră este un strămoș îndepărtat al urșilor noștri. Unii dinozauri ar fi putut supraviețui extincției în masă timp de sute de mii de ani

ALAMBIQ-ALFA

abstract

Se arată valabilitatea principalelor prevederi care stau la baza dezvoltării unei metode fundamental noi de producere a hidrogenului din apă utilizând energia cinetică și termică. Designul unui generator de electrohidrogen (EVG) a fost dezvoltat și testat. În timpul testelor, atunci când se utilizează un electrolit de acid sulfuric la o viteză a rotorului de 1500 rpm, electroliza apei și eliberarea de hidrogen (6 ...

S-a efectuat analiza procesului de descompunere a apei în oxigen și hidrogen în procesul de expunere la forța centrifugă în generator. S-a stabilit că electroliza apei într-un generator centrifugal are loc în condiții care sunt semnificativ diferite de cele existente în electrolizoarele convenționale:

Creșterea vitezei de mișcare și a presiunii de-a lungul razei electrolitului rotativ

Posibilitatea utilizării autonome a EVG nu creează probleme de stocare și transport a hidrogenului.

Introducere

Încercările din ultimii 30 de ani de a aplica cicluri termochimice pentru a descompune apa folosind energie termică mai ieftină nu au dat un rezultat pozitiv din motive tehnice.

Tehnologia de a obține hidrogen suficient de ieftin din apă folosind energie regenerabilă și de a obține din nou apă ca deșeu prietenos cu mediul în timpul prelucrării ulterioare (când este ars în motoare sau când se generează energie electrică în celulele de combustie) părea un vis de nerealizat, dar odată cu introducerea în practică a unui generatorul electric de hidrogen centrifugal (EVG) va deveni o realitate.

EVG este destinat producerii de amestec oxigen-hidrogen din apa folosind energie cinetica si termica. Un electrolit încălzit este turnat într-un tambur rotativ, în care, în timpul rotației, ca urmare a unui proces electrochimic incipient, apa se descompune în hidrogen și oxigen.

Model al procesului de descompunere a apei într-un câmp centrifugal

Un electrolit încălzit este turnat într-un tambur rotativ, în care, în timpul rotației, ca urmare a unui proces electrochimic incipient, apa se descompune în hidrogen și oxigen. EVG descompune apa folosind energia cinetică a unei surse externe și energia termică a electrolitului încălzit.

Pe fig. Figura 1 prezintă o diagramă a mișcării ionilor, moleculelor de apă, electronilor, moleculelor de hidrogen și oxigen gazos în timpul procesului electrochimic de electroliză a apei într-un electrolit acid (se presupune că distribuția moleculelor în volumul electrolitului este afectată prin greutatea moleculară a ionilor μ). Când acidul sulfuric este adăugat în apă și agitat, are loc o distribuție reversibilă și uniformă a ionilor în volum:

Soluția rămâne neutră din punct de vedere electric. Ionii și moleculele de apă participă la mișcările browniene și alte mișcări. Odată cu începerea rotației rotorului sub acțiunea forței centrifuge, are loc stratificarea ionilor și a moleculelor de apă în funcție de masa lor. Ionii mai grei SO 4 2- (μ=96 g/mol) și moleculele de apă H 2 O (μ=18 g/mol) sunt trimiși pe marginea rotorului. În procesul de acumulare a ionilor în apropierea marginii și formarea unei sarcini rotative negative, se formează un câmp magnetic. Ionii pozitivi de H 3 O + mai ușoare (μ=19 g/mol) și moleculele de apă (μ=18 g/mol) sunt deplasați de forțele arhimediene către arbore și formează o sarcină pozitivă rotativă, în jurul căreia se formează propriul câmp magnetic. Se știe că câmpul magnetic are un efect de forță asupra ionilor negativi și pozitivi din apropiere care nu sunt încă implicați în zona sarcinilor din apropierea rotorului și a arborelui. O analiză a efectului de forță al câmpului magnetic format în jurul acestor ioni arată că ionii încărcați negativ SO 4 2- sunt apăsate împotriva jantei prin forță magnetică, crescând efectul forței centrifuge asupra lor, ceea ce duce la activarea acumulării lor în apropierea jantei.

Forța de influență a unui câmp magnetic asupra ionilor încărcați pozitiv H3O+ intensifică acțiunea forței arhimedice, ceea ce duce la activarea deplasării lor către arbore.

Forțele electrostatice de respingere a sarcinilor similare și de atragere a sarcinilor opuse împiedică acumularea de ioni în apropierea jantei și a arborelui.

În apropierea arborelui, reacția de reducere a hidrogenului începe la potențialul zero al catodului de platină φ + =0:

Cu toate acestea, reducerea oxigenului este întârziată până când potențialul anodului atinge φ - = -1,228 V. După aceea, electronii ionului de oxigen au posibilitatea de a trece în anodul de platină (începe formarea moleculelor de oxigen):

Începe electroliza, electronii încep să curgă prin conductorul de curent, iar ionii SO 4 2- prin electrolit.

Gazele de oxigen și hidrogen rezultate sunt stoarse de forța arhimediană în zona de presiune scăzută din apropierea arborelui și apoi sunt scoase prin canalele realizate în arbore.

Mentinerea in circuit inchis curent electricși cursul foarte eficient al reacțiilor termochimice (1-4) este posibil atunci când sunt furnizate un număr de condiții.

Reacția endotermă de descompunere a apei necesită o furnizare constantă de căldură în zona de reacție.

Din termodinamica proceselor electrochimice, se știe [2,3] că pentru ruperea unei molecule de apă este necesară furnizarea de energie:

Fizicienii admit că structura apei, chiar și în condiții normale, în ciuda unui studiu îndelungat, nu a fost încă descifrată.

Chimia teoretică existentă are serioase contradicții cu experimentul, dar chimiștii se sustrage de la căutarea cauzelor acestor contradicții, trec pe lângă întrebările care apar. Răspunsurile la acestea pot fi obținute din rezultatele analizei structurii moleculei de apă. Iată cum este reprezentată această structură în stadiul prezent cunoștințele ei (vezi Fig. 2).

Se crede că nucleii a trei atomi ai moleculei de apă formează un triunghi isoscel cu doi protoni aparținând atomilor de hidrogen la bază (Fig. 3A), unghiul dintre axele H-O este α=104,5 o.

Aceste informații despre structura moleculei de apă nu sunt suficiente pentru a răspunde la întrebările care au apărut și pentru a elimina contradicțiile identificate. Ele rezultă din analiza energiilor legăturilor chimice din molecula de apă, deci aceste energii trebuie reprezentate în structura acesteia.

Este destul de firesc ca, în cadrul ideilor fizice și chimice existente despre structura moleculei de apă și procesul de electroliză a acesteia în vederea obținerii hidrogenului molecular, să fie greu de găsit răspunsuri la întrebările puse, de aceea autorul propune propriile sale modele ale structurii moleculei.

Calculele și experimentele prezentate în rezultate arată posibilitatea obținerii de energie suplimentară în timpul electrolizei apei, dar pentru aceasta este necesară crearea condițiilor pentru realizarea acestei posibilități.

Trebuie remarcat faptul că electroliza apei în EVG are loc în condiții care sunt semnificativ diferite (și puțin studiate) față de condițiile de funcționare ale electrolizoarelor industriale. Presiunea din apropierea jantei se apropie de 2 MPa, viteza circumferenţială a jantei este de aproximativ 150 m/s, gradientul de viteză în apropierea peretelui rotativ este suficient de mare, iar pe lângă aceasta, acţionează câmpuri magnetice electrostatice şi suficient de puternice. În ce direcție se vor schimba ΔH o, ΔG și Q în aceste condiții este încă necunoscut.

Descrierea teoretică a procesului de hidrodinamică electromagnetică în electrolitul EVG este, de asemenea, o problemă complexă.

În etapa de accelerare a electrolitului, interacțiunea vâscoasă a ionilor și a moleculelor neutre de apă ar trebui să fie luată în considerare sub influența componentelor centrifuge și mai ușoare ale forței arhimedice, respingerea electrostatică reciprocă a ionilor similari pe măsură ce se apropie unul de celălalt în timpul formarea regiunilor încărcate, efectul forței magnetice al acestor regiuni asupra mișcării ionilor încărcați către sarcini.

La mișcarea constantă, când a început electroliza, într-un mediu rotativ există o mișcare radială activă a ionilor (curent ionic) și a bulelor de gaz emergente, acumularea lor în apropierea arborelui rotorului și îndepărtarea în exterior, separarea oxigenului paramagnetic și a hidrogenului diamagnetic într-un câmp magnetic, alimentarea (eliminarea) porțiunilor necesare ale electrolitului și conectarea ionilor de intrare la procesul de separare a sarcinii.

În cel mai simplu caz al unui lichid incompresibil izolat adiabatic în prezența ionilor pozitivi și negativ și a moleculelor neutre, acest proces poate fi descris (pentru unul dintre componente) în următoarea formă [9]:

1. Ecuații de mișcare în condiția de pe granița exterioară (r=R, V-V pom):

¶ U/¶ t =(W× Ñ )U=-grad Ф+D (a × U+b × W),

¶ W/¶ t +(U× Ñ )W=-gradФ+D (a × W+b × U),

unde V este viteza mediului, H este intensitatea câmpului magnetic, U=V+H/(4× p×r) 0,5, W=V-H/(4× p×r) 0,5, Ф=P/r + (U-W) 2 /8, Р- presiune, r - densitate medie, n , n m - vâscozitate cinematică și „magnetică”, a =(n +n m)/2, b =(n -n m)/2.

2. Ecuații pentru continuitatea unui lichid și închiderea liniilor de câmp magnetic:

3. Ecuația potențialității câmpului electrostatic:

4. Ecuațiile cineticii reacțiilor chimice care descriu procesul de transformare a substanțelor (tip (1.3)) pot fi descrise:

dC a /dτ \u003d v (C o.a -C a) / V e -r a,

unde C a - concentraţia produsului reactie chimica A (mol / m 3),

v este viteza mișcării sale, V e este volumul electrolitului,

r a - viteza de conversie a reactivilor în produsul unei reacții chimice,

Cu o.a - concentrația de reactivi furnizați zonei de reacție.

La interfața metal-electrolit, este necesar să se țină cont de cinetica proceselor electrodului. Unele dintre procesele care însoțesc electroliza sunt descrise în electrochimie (conductivitatea electrică a electroliților, actul de interacțiune chimică în timpul ciocnirii substanțelor chimice). componente active etc.), dar ecuațiile diferențiale unificate ale proceselor luate în considerare nu există încă.

5. Procesul de formare a fazei gazoase ca rezultat al electrolizei poate fi descris folosind ecuații termodinamice de stare:

y k =f(x 1 ,x 2 ,….x n ,T),

unde y k sunt parametrii interni ai stării (presiunea, temperatura T, volumul specific (molar)), x i sunt parametrii externi ai forțelor externe cu care interacționează mediul (forma volumului electrolitului, câmpul centrifugului). și forțe magnetice, condiții la limită), dar procesul de mișcare a bulelor într-un fluid rotativ este încă puțin înțeles.

De remarcat că soluțiile sistemului de ecuații diferențiale prezentate mai sus au fost obținute până acum doar în câteva cazuri cele mai simple.

Eficiența EVG poate fi obținută din bilanţul energetic prin analiza tuturor pierderilor.

Cu o rotație constantă a rotorului cu un număr suficient de rotații, puterea motorului N d este cheltuită pentru:
depăşirea rezistenţei aerodinamice a rotorului N a ;
pierderi prin frecare în lagărele arborelui N p ;
pierderi hidrodinamice N gd în timpul accelerării electrolitului care pătrunde în rotor, frecarea acestuia cu suprafața interioară a pieselor rotorului, depășirea contra-mișcării la arbore a bulelor de gaz formate în timpul electrolizei (vezi Fig. 1) etc.;
polarizare și pierderi ohmice N om atunci când curentul circulă într-un circuit închis în timpul electrolizei (vezi Fig. 1);
reîncărcarea condensatorului N k format din sarcini pozitive și negative;
electroliza N w .

După estimarea valorii pierderilor așteptate, este posibil să se determine din bilanțul energetic fracția de energie N pe care am cheltuit-o pentru descompunerea apei în oxigen și hidrogen:

N w \u003d N d -N a -N p -N gd -N om -N k.

În plus față de electricitate, este necesar să adăugați căldură cu o putere de N q \u003d N we × Q / D H o la volumul electrolitului (a se vedea expresia (6)).

Atunci puterea totală consumată pentru electroliză va fi:

N w = N noi + N q .

Eficiența producției de hidrogen în EVG este egală cu raportul dintre energia hidrogenului obținută în mod util Nw și energia cheltuită în motor N d:

h \u003d N w ּk / N d

Unde la ia în considerare creșterea încă necunoscută a performanței EHG sub influența forțelor centrifuge și a câmpului electromagnetic.

Avantajul incontestabil al EHG este posibilitatea de utilizare autonomă a acestuia, atunci când nu este nevoie de depozitare și transport pe termen lung a hidrogenului.

Rezultatele testului EVG

Până în prezent, încercări reușite două modificări ale EVG, care au confirmat validitatea modelului dezvoltat al procesului de electroliză și performanța modelului EVG fabricat.

Înainte de teste, a fost verificată posibilitatea înregistrării hidrogenului cu ajutorul analizorului de gaz AVP-2, al cărui senzor reacţionează numai la prezenţa hidrogenului în gaz. Hidrogenul eliberat în timpul reacţiei chimice active Zn+H2S04 =H2+ZnS04 a fost furnizat la AVP-2 utilizând un compresor cu vid DS112 printr-un tub de clorură de vinil cu diametrul de 5 mm şi lungimea de 5 m. La nivelul inițial al citirilor de fond V o =0,02% vol. AVP-2 după începerea reacției chimice, conținutul volumic de hidrogen a crescut la V=0,15% vol., ceea ce a confirmat posibilitatea detectării gazului în aceste condiții.

În timpul testelor din 12-18 februarie 2004, în carcasa rotorului a fost turnată o soluție de acid sulfuric încălzit la 60 ° C (concentrație 4 mol / l), care a încălzit rotorul la 40 ° C. Rezultatele studiilor experimentale au arătat că ca urmare a:

1. În timpul rotației electrolitului (cu o concentrație de 4 mol / l), prin forța centrifugă, a fost posibil să se separe ionii pozitivi și negativi de diferite greutăți moleculare și să formeze sarcini în zone separate unele de altele, ceea ce a dus la apariția unei diferențe de potențial între aceste zone, suficientă pentru a începe electroliza atunci când curentul este închis într-un circuit electric extern.

2. După ce electronii au depășit bariera de potențial de la interfața metal-electrolit la o viteză a rotorului de n=1000...1500 rpm, a început electroliza apei. La 1500 rpm, analizorul de hidrogen AVP-2 a înregistrat randamentul de hidrogen V = 6...8 % vol. în condiţii de aspirare a aerului din mediu.

3. Când viteza a fost redusă la 500 rpm, electroliza s-a oprit și citirile analizorului de gaz au revenit la cele inițiale V 0 =0,02…0,1% vol.; cu o creștere a vitezei de până la 1500 rpm, conținutul volumetric de hidrogen a crescut din nou la V = 6 ... 8% vol ..

La o turație a rotorului de 1500 rpm, s-a constatat o creștere a randamentului de hidrogen cu un factor de 20 cu o creștere a temperaturii electrolitului de la t=17 o la t=40 o C.

Concluzie

1. Instalație propusă, fabricată și testată cu succes pentru a testa valabilitatea noii metode propuse de descompunere a apei în domeniul forțelor centrifuge. În timpul rotației electrolitului de acid sulfuric (cu o concentrație de 4 mol/l) în câmpul forțelor centrifuge, s-a produs separarea ionilor pozitivi și negativi de diferite greutăți moleculare și s-au format sarcini în zone separate între ele, ceea ce a condus la apariția unei diferențe de potențial între aceste zone, suficientă pentru a începe electroliza la un curent de scurtcircuit într-un circuit electric extern. Debutul electrolizei a fost înregistrat la numărul de rotații ale rotorului n=1000 rpm.
   La 1500 rpm, analizorul de hidrogen gazos AVP-2 a arătat eliberarea de hidrogen într-un procent de volum de 6...8 vol.%.
2. S-a efectuat analiza procesului de descompunere a apei. Se arată că sub acțiunea unui câmp centrifugal într-un electrolit rotativ, poate apărea un câmp electromagnetic și se poate forma o sursă de electricitate. La anumite viteze ale rotorului (după depășirea barierei de potențial dintre electrolit și electrozi), începe electroliza apei. S-a stabilit că electroliza apei într-un generator centrifugal are loc în condiții care sunt semnificativ diferite de cele existente în electrolizoarele convenționale:
   - creșterea vitezei de mișcare și a presiunii de-a lungul razei electrolitului rotativ (până la 2 MPa);
   - influenţa activă asupra mişcării ionilor câmpurilor electromagnetice induse de sarcinile rotative;
   - absorbtia energiei termice din mediu.
   Acest lucru deschide noi posibilități pentru creșterea eficienței electrolizei.
3. În prezent, următorul model EHG mai eficient este în curs de dezvoltare cu capacitatea de a măsura parametrii curentului electric generat, câmpul magnetic emergent, controlul curentului în procesul de electroliză, măsurarea conținutului de volum al hidrogenului de ieșire, presiunea parțială a acestuia, temperatura si debitul. Folosind aceste date, împreună cu puterea electrică deja măsurată a motorului și numărul de rotații ale rotorului, va permite:
   - pentru a determina eficiența energetică a EVG;
   - elaborarea unei metodologii de calcul a parametrilor principali în aplicații industriale;
   - schițați modalitățile de îmbunătățire ulterioară a acestuia;
   - pentru a afla efectul presiunilor, vitezelor și câmpurilor electromagnetice ridicate asupra electrolizei, care este încă puțin studiat.
4. O instalație industrială poate fi folosită pentru a produce hidrogen combustibil pentru a alimenta motoare cu ardere internă sau alte instalații electrice și termice, precum și oxigen pentru nevoi tehnologice din diverse industrii; obţinerea de gaz exploziv, de exemplu, pentru tehnologia gaz-plasmă într-o serie de industrii etc.
5. Avantajul incontestabil al EHG este posibilitatea de utilizare autonomă, atunci când nu este nevoie de depozitare și transport pe termen lung complex din punct de vedere tehnic a hidrogenului.
6. Tehnologia de obținere a hidrogenului suficient de ieftin din apă folosind energia termică de calitate scăzută a deșeurilor și eliberarea deșeurilor ecologice (din nou apă) în timpul incinerării ulterioare părea un vis de nerealizat, dar odată cu introducerea EVG în practică, va deveni realitate. .
7. Invenția a primit BREVET Nr. 2224051 din 20 februarie 2004.
8. În prezent, învelișul anodului și catodului, precum și a electrolitului, este în curs de brevetare, ceea ce va crește productivitatea electrolizei de zeci de ori.

Lista surselor utilizate

1. Frish S.E., Timoreva A.I. Bine fizica generala, Volumul 2, M.-L., 1952, 616 p.
2. Krasnov K.S., Vorobyov N.K., Godnev I.N. etc.Chimie fizică. Electrochimie. Cinetică chimică şi cataliză, M., Şcoala Superioară, 2001, 219 p.
3. Shpilrain E.E., Malyshenko S.P., Kuleshov G.G. Introducere în energia cu hidrogen, 1984.10.
4. Putintsev N.M. Proprietăți fizice gheață, proaspătă și apa de mare, Teza de doctorat, Murmansk, 1995,
5. Kanarev F.M. Apa - noua surse de energie, Krasnodar, 2000, 155s,
6. Zatsepin G.N. Proprietățile și structura apei, 1974, 167 s,
7. Yavorsky B.M., Detlaf A.A. Manual de fizică, M., Nauka, 1971, 939 p.
8. Economia producției neconvenționale de hidrogen. Centrul pentru Sisteme Electrochimice și Cercetare a Hidrogenului, 2002, Inginer, tamh, educație/ceshr/centru.
9. Analizor portabil multifuncțional de hidrogen AVP-2, Compania Alfa BASSENS, Departamentul de Biofizică, Institutul de Fizică și Tehnologie din Moscova, Moscova, 2003.

Invenția este destinată energiei și poate fi utilizată pentru a obține surse de energie ieftine și economice. In spatiu deschis se obtin vapori de apa supraincalziti cu temperatura de 500-550 o C. Vaporii de apa supraincalziti sunt trecuti printr-un camp electric constant de inalta tensiune (6000 V) pentru a produce hidrogen si oxigen. Metoda este simplă în design hardware, economică, rezistentă la incendiu și explozie, de înaltă performanță. 3 bolnavi.

Hidrogenul, atunci când este combinat cu oxidarea oxigenului, se află pe primul loc în ceea ce privește puterea calorică pentru 1 kg de combustibil, dintre toți combustibilii utilizați pentru a genera energie electrică și căldură. Dar puterea calorică ridicată a hidrogenului nu este încă folosită pentru generarea de energie electrică și căldură și nu poate concura cu combustibilul cu hidrocarburi. Un obstacol în calea utilizării hidrogenului în sectorul energetic este metoda costisitoare de producere a acestuia, care nu este justificată din punct de vedere economic. Pentru obținerea hidrogenului se folosesc în principal instalații de electroliză, care sunt ineficiente, iar energia cheltuită pentru producerea hidrogenului este egală cu energia obținută din arderea acestui hidrogen. O metodă cunoscută de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă supraîncălziți cu o temperatură de 1800-2500 o C, descrisă în cererea Marii Britanii N 1489054 (CL C 01 B 1/03, 1977). Această metodă este complexă, consumatoare de energie și dificil de implementat. Cea mai apropiată de cea propusă este o metodă de producere a hidrogenului și oxigenului din abur pe un catalizator prin trecerea acestui abur printr-un câmp electric, descrisă în cererea britanică N 1585527 (CL C 01 B 3/04, 1981). Dezavantajele acestei metode includ: - imposibilitatea obținerii hidrogenului în cantități mari; - intensitatea energetică; - complexitatea dispozitivului și utilizarea materialelor scumpe; - imposibilitatea implementării acestei metode la utilizarea apei tehnice, deoarece la o temperatură de abur saturat se vor forma depuneri de abur și depuneri pe pereții dispozitivului și pe catalizator, ceea ce va duce la defecțiunea rapidă a acestuia; - pentru colectarea hidrogenului și oxigenului rezultat se folosesc rezervoare speciale de colectare, ceea ce face ca metoda să fie pericol de incendiu și explozie. Sarcina către care este îndreptată invenția este de a elimina dezavantajele de mai sus, precum și de a obține o sursă ieftină de energie și căldură. Acest lucru se realizează prin faptul că în metoda de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă, inclusiv trecerea acestor vapori printr-un câmp electric, conform invenției, se utilizează abur supraîncălzit cu o temperatură de 500-550 o C și se trece printr-un câmp electric de curent continuu de înaltă tensiune, provocând astfel abur de disociere și împărțindu-l în atomi de hidrogen și oxigen. Metoda propusă se bazează pe următoarele. 1. Legătura electronică dintre atomii de hidrogen și oxigen se slăbește proporțional cu creșterea temperaturii apei. Acest lucru este confirmat de practică la arderea uscată carbune tare. Înainte de a arde cărbunele uscat, acesta este udat. Cărbunele umed dă mai multă căldură, arde mai bine. Acest lucru se datorează faptului că la o temperatură ridicată de ardere a cărbunelui, apa se descompune în hidrogen și oxigen. Hidrogenul arde și dă calorii suplimentare cărbunelui, iar oxigenul crește cantitatea de oxigen din aerul din cuptor, ceea ce contribuie la arderea mai bună și completă a cărbunelui. 2. Temperatura de aprindere a hidrogenului este de la 580 la 590 o C, descompunerea apei trebuie să fie sub pragul de aprindere al hidrogenului. 3. Legătura electronică dintre atomii de hidrogen și oxigen la o temperatură de 550 o C este încă suficientă pentru formarea moleculelor de apă, dar orbitele electronilor sunt deja distorsionate, legătura cu atomii de hidrogen și oxigen este slăbită. Pentru ca electronii să-și părăsească orbitele și ca legătura atomică dintre ei să se rupă, trebuie să adăugați mai multă energie electronilor, dar nu căldură, ci energia unui câmp electric de înaltă tensiune. Apoi energia potențială a câmpului electric este convertită în energia cinetică a electronului. Viteza electronilor într-un câmp electric de curent continuu crește proporțional rădăcină pătrată tensiune aplicată electrozilor. 4. Descompunerea aburului supraîncălzit într-un câmp electric poate avea loc la o viteză mică a aburului, iar o astfel de viteză a aburului la o temperatură de 550 o C nu poate fi obținută decât în ​​spațiu deschis. 5. Pentru a obține hidrogen și oxigen în cantități mari, trebuie să folosiți legea conservării materiei. Din această lege rezultă: în ce cantitate apa a fost descompusă în hidrogen și oxigen, în aceeași cantitate vom obține apă atunci când aceste gaze sunt oxidate. Posibilitatea de realizare a invenţiei este confirmată de exemple realizate în trei variante de instalaţii. Toate cele trei opțiuni de instalare sunt realizate din aceleași produse unificate de formă cilindrică din țevi de oțel. 1. Funcționarea și amenajarea instalării primei opțiuni (schema 1). În toate cele trei variante, funcționarea instalațiilor începe cu prepararea aburului supraîncălzit într-un spațiu deschis cu o temperatură a aburului de 550 o C. Spațiul deschis asigură o viteză de-a lungul circuitului de descompunere a aburului de până la 2 m/s. Prepararea aburului supraîncălzit are loc într-o țeavă de oțel termorezistentă /starter/, al cărei diametru și lungime depind de puterea instalației. Puterea instalației determină cantitatea de apă descompusă, litri/s. Un litru de apă conține 124 de litri de hidrogen și 622 de litri de oxigen, ceea ce înseamnă 329 kcal din punct de vedere caloric. Inainte de a incepe instalarea se incalzeste demarorul de la 800 la 1000 o C /incalzirea se face in orice mod/. Un capăt al demarorului este astupat cu o flanșă prin care intră apa dozată pentru descompunere la puterea calculată. Apa din starter este încălzită la 550 o C, iese liber din celălalt capăt al starterului și intră în camera de descompunere, de care starterul este conectat prin flanșe. În camera de descompunere, aburul supraîncălzit se descompune în hidrogen și oxigen printr-un câmp electric creat de electrozi pozitivi și negativi, cărora li se alimentează un curent continuu de 6000 V. centrul corpului, pe întreaga suprafață a căruia sunt găuri. cu diametrul de 20 mm. Conducta - electrodul este o plasă care nu ar trebui să creeze rezistență pentru ca hidrogenul să intre în electrod. Electrodul este atașat la corpul țevii pe bucșe și se aplică tensiune înaltă prin același atașament. Capătul conductei electrodului negativ se termină cu o țeavă izolatoare electric și rezistentă la căldură pentru ca hidrogenul să iasă prin flanșa camerei. Ieșirea oxigenului din corpul camerei de descompunere printr-o țeavă de oțel. Electrodul pozitiv/corpul camerei/ trebuie să fie împământat, iar polul pozitiv al sursei de curent continuu este împământat. Producția de hidrogen în raport cu oxigenul este de 1:5. 2. Funcționarea și amenajarea instalației conform celei de-a doua variante (schema 2). Instalarea celei de-a doua opțiuni este destinată obținerii un numar mare hidrogen și oxigen datorită descompunerii paralele a unei cantități mari de apă și oxidării gazelor din cazane pentru a produce abur de lucru presiune ridicata pentru centralele electrice care funcționează pe hidrogen /denumite în continuare VES/. Funcționarea instalației, ca și în prima versiune, începe cu prepararea aburului supraîncălzit în starter. Dar acest starter este diferit de starterul din prima versiune. Diferența constă în faptul că la capătul demarorului este sudată o ramură, în care este montat un comutator de abur, care are două poziții - „pornire” și „lucrare”. Aburul obținut în demaror intră în schimbătorul de căldură, care este conceput pentru a regla temperatura apei recuperate după oxidare în cazanul /K1/ la 550 o C. Schimbătorul de căldură /To/ este o conductă, ca toate produsele cu acelasi diametru. Între flanșele țevilor sunt montate țevi de oțel termorezistente, prin care trece aburul supraîncălzit. Tuburile sunt curgate cu apă dintr-un sistem de răcire închis. Din schimbătorul de căldură intră aburul supraîncălzit în camera de descompunere, exact la fel ca în prima versiune a instalației. Hidrogenul și oxigenul din camera de descompunere intră în arzătorul cazanului 1, în care hidrogenul este aprins de o brichetă - se formează o torță. Lanterna, care curge în jurul cazanului 1, creează în ea abur de lucru de înaltă presiune. Coada pistoletului de la cazanul 1 intră în cazanul 2 și, cu căldura sa în cazanul 2, pregătește aburul pentru cazanul 1. Oxidarea continuă a gazelor începe de-a lungul întregului contur al cazanelor după formula binecunoscută: 2H 2 + O 2 \u003d 2H 2 O + căldură Ca urmare a oxidării gazelor, apa este redusă și căldura este eliberată. Această căldură din instalație este colectată de cazanele 1 și cazanele 2, transformând această căldură în abur de lucru de înaltă presiune. Și apa restaurată temperatura ridicata intră în următorul schimbător de căldură, din acesta în următoarea cameră de descompunere. O astfel de secvență de tranziție a apei de la o stare la alta continuă de câte ori este necesar pentru a primi energie din această căldură colectată sub formă de abur de lucru pentru a asigura capacitatea de proiectare a WPP. După ce prima porțiune de abur supraîncălzit ocolește toate produsele, dă circuitului energia calculată și iese din ultimul cazan 2 din circuit, aburul supraîncălzit este trimis prin conductă către comutatorul de abur montat pe demaror. Comutatorul de abur este mutat din poziția „pornire” în poziția „lucrare”, după care intră în demaror. Starterul este oprit /apă, încălzire/. Din starter, aburul supraîncălzit intră în primul schimbător de căldură și din acesta în camera de descompunere. Începe noua runda abur supraîncălzit în jurul circuitului. Din acest moment, circuitul de descompunere și plasmă este închis pe sine. Apa este consumată de instalație numai pentru formarea aburului de lucru la presiune înaltă, care este preluat din returul circuitului de abur de evacuare după turbină. Dezavantajul centralelor electrice pentru parcuri eoliene este volumul lor. De exemplu, pentru un parc eolian de 250 MW, 455 litri de apă trebuie descompuse simultan într-o secundă, iar aceasta va necesita 227 de camere de descompunere, 227 de schimbătoare de căldură, 227 de cazane /K1/, 227 de cazane /K2/. Dar o astfel de voluminitate va fi justificată de o sută de ori doar prin faptul că doar apa va fi combustibilul parcurilor eoliene, ca să nu mai vorbim de respectarea mediului înconjurător al parcurilor eoliene, energie electrică ieftină și căldură. Opțiunea a 3-a a centralei electrice (schema 3). Aceasta este exact aceeași centrală electrică ca a doua. Diferența dintre ele este că această unitate funcționează constant de la demaror, descompunerea aburului și arderea hidrogenului în circuitul de oxigen nu este închisă pe sine. Produsul final din instalație va fi un schimbător de căldură cu o cameră de descompunere. O astfel de aranjare a produselor va face posibilă obținerea, pe lângă energia electrică și căldură, și hidrogen și oxigen sau hidrogen și ozon. O centrala electrica de 250 MW, cand functioneaza de la demaror, va consuma energie pentru incalzirea demarorului, apa 7,2 m 3 /h si apa pentru formarea aburului de lucru 1620 m 3 /h / se foloseste apa din circuitul de retur abur de evacuare / . In centrala pentru parcuri eoliene temperatura apei este de 550 o C. Presiunea aburului este de 250 at. Consumul de energie pentru crearea unui câmp electric pentru o cameră de descompunere va fi de aproximativ 3600 kWh. O centrală electrică de 250 MW, la amplasarea produselor pe patru etaje, va ocupa o suprafață de 114 x 20 m și o înălțime de 10 m. Neținând cont de suprafața pentru turbină, generator și transformator pentru 250 kVA - 380 x 6000 V. Invenția are următoarele avantaje. 1. Căldura obținută din oxidarea gazelor poate fi utilizată direct la fața locului, iar hidrogenul și oxigenul se obțin din eliminarea aburului de evacuare și a apei industriale. 2. Consum redus de apă la generarea de energie electrică și căldură. 3. Simplitatea metodei. 4. Economii semnificative de energie, deoarece se cheltuiește doar pentru încălzirea starterului la un regim termic constant. 5. Productivitate ridicată a procesului, deoarece disocierea moleculelor de apă durează zecimi de secundă. 6. Siguranța la explozie și la incendiu a metodei, deoarece în implementarea sa, nu este nevoie de rezervoare pentru a colecta hidrogen și oxigen. 7. In timpul functionarii instalatiei apa este purificata de multe ori, transformandu-se in apa distilata. Acest lucru elimină precipitațiile și depunerile, ceea ce crește durata de viață a instalației. 8. Instalarea este realizată din oțel obișnuit; cu excepția cazanelor din oțeluri termorezistente cu căptușeală și ecranare a pereților acestora. Adică, nu sunt necesare materiale speciale scumpe. Invenția își poate găsi aplicație în industrie prin înlocuirea hidrocarburilor și a combustibilului nuclear din centralele electrice cu apă ieftină, comună și prietenoasă cu mediul, menținând în același timp puterea acestor centrale.

Revendicare

O metodă de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă, inclusiv trecerea acestor vapori printr-un câmp electric, caracterizată prin aceea că se utilizează vapori de apă supraîncălziți cu o temperatură de 500 - 550 o C, trecuți printr-un câmp electric de curent continuu de înaltă tensiune pentru a disocia vapori și se separa în atomi de hidrogen și oxigen.

Brevete similare:

Invenția se referă la tehnologia materialelor carbon-grafit, în special la un dispozitiv care face posibilă obținerea de compuși de intercalare în grafit de acizi tari (SHG), de exemplu, H2SO4, HNO3 etc., prin oxidarea anodică a grafitului în soluţii ale acestor acizi

Metoda propusă se bazează pe următoarele:

1. Legătura electronică între atomi hidrogen si oxigen scade proporţional cu creşterea temperaturii apei. Acest lucru este confirmat de practică la arderea cărbunelui uscat. Înainte de a arde cărbunele uscat, acesta este udat. Cărbunele umed dă mai multă căldură, arde mai bine. Acest lucru se datorează faptului că la o temperatură ridicată de ardere a cărbunelui, apa se descompune în hidrogen și oxigen. Hidrogenul arde și dă calorii suplimentare cărbunelui, iar oxigenul crește cantitatea de oxigen din aerul din cuptor, ceea ce contribuie la arderea mai bună și completă a cărbunelui.
2. Temperatura de aprindere a hidrogenului din 580 inainte de 590oC, descompunerea apei trebuie să fie sub pragul de aprindere al hidrogenului.
3. Legătura electronică între atomii de hidrogen și oxigen la temperatură 550oC este încă suficient pentru formarea moleculelor de apă, dar orbitele electronilor sunt deja distorsionate, legătura cu atomii de hidrogen și oxigen este slăbită. Pentru ca electronii să-și părăsească orbitele și ca legătura atomică dintre ei să se rupă, trebuie să adăugați mai multă energie electronilor, dar nu căldură, ci energia unui câmp electric de înaltă tensiune. Apoi energia potențială a câmpului electric este convertită în energia cinetică a electronului. Viteza electronilor într-un câmp electric continuu crește proporțional cu rădăcina pătrată a tensiunii aplicate electrozilor.
4. Descompunerea aburului supraîncălzit într-un câmp electric poate avea loc la o viteză scăzută a aburului, iar o astfel de viteză a aburului la o temperatură 550oC poate fi obținut doar într-un spațiu deschis.
5. Pentru a obține hidrogen și oxigen în cantități mari, trebuie să folosiți legea conservării materiei. Din această lege rezultă: în ce cantitate apa a fost descompusă în hidrogen și oxigen, în aceeași cantitate vom obține apă atunci când aceste gaze sunt oxidate.

Posibilitatea de realizare a invenţiei este confirmată de exemplele realizate în trei opțiuni de instalare.

Toate cele trei opțiuni de instalare sunt realizate din aceleași produse unificate de formă cilindrică din țevi de oțel.

Prima varianta
Dispozitiv de operare și instalare a primei opțiuni ( schema 1)

În toate cele trei opțiuni, funcționarea unităților începe cu prepararea aburului supraîncălzit într-un spațiu deschis cu o temperatură a aburului de 550 o C. Spațiul deschis asigură o viteză de-a lungul circuitului de descompunere a aburului până la 2 m/s.

Prepararea aburului supraîncălzit are loc într-o țeavă de oțel termorezistentă /starter/, al cărei diametru și lungime depind de puterea instalației. Puterea instalației determină cantitatea de apă descompusă, litri/s.

Un litru de apă conține 124 litri de hidrogenși 622 litri de oxigen, din punct de vedere al caloriilor este 329 kcal.

Înainte de a porni unitatea, demarorul este încălzit de la 800 până la 1000 o C/încălzirea se face în orice fel/.

Un capăt al demarorului este astupat cu o flanșă prin care intră apa dozată pentru descompunere la puterea calculată. Apa din starter se încălzește până la 550oC, iese liber din celălalt capăt al demarorului și intră în camera de descompunere, de care demarorul este conectat prin flanșe.

În camera de descompunere, aburul supraîncălzit este descompus în hidrogen și oxigen printr-un câmp electric creat de electrozi pozitivi și negativi, care sunt alimentați cu un curent continuu cu o tensiune. 6000 V. Electrodul pozitiv este corpul camerei în sine /conducta/, iar electrodul negativ este o țeavă de oțel cu pereți subțiri montată în centrul corpului, pe întreaga suprafață a cărei găuri cu diametrul de 20 mm.

Țeava-electrod este o rețea care nu ar trebui să creeze rezistență pentru ca hidrogenul să intre în electrod. Electrodul este atașat la corpul țevii pe bucșe și se aplică tensiune înaltă prin același atașament. Capătul conductei electrodului negativ se termină cu o țeavă izolatoare electric și rezistentă la căldură pentru ca hidrogenul să iasă prin flanșa camerei. Ieșirea oxigenului din corpul camerei de descompunere printr-o țeavă de oțel. Electrodul pozitiv/corpul camerei/ trebuie să fie împământat, iar polul pozitiv al sursei de curent continuu este împământat.

Ieșire hidrogen către oxigen 1:5.

A doua varianta
Dispozitiv de operare și instalare conform celei de-a doua opțiuni ( schema 2)

Instalarea celei de-a doua opțiuni este concepută pentru a produce o cantitate mare de hidrogen și oxigen datorită descompunerii paralele a unei cantități mari de apă și oxidării gazelor în cazane pentru a obține abur de lucru de înaltă presiune pentru centralele electrice alimentate cu hidrogen / în viitorul WES/.

Funcționarea instalației, ca și în prima versiune, începe cu prepararea aburului supraîncălzit în starter. Dar acest starter este diferit de starterul din prima versiune. Diferența constă în faptul că o ramură este sudată la capătul demarorului, în care este montat un comutator de abur, care are două poziții - „pornire” și „lucrare”.

Aburul obținut în demaror intră în schimbătorul de căldură, care este conceput pentru a regla temperatura apei recuperate după oxidare în cazan / K1/ inainte de 550oC. Schimbător de căldură / Acea/ - o țeavă, ca toate produsele cu același diametru. Între flanșele țevilor sunt montate țevi de oțel termorezistente, prin care trece aburul supraîncălzit. Tuburile sunt curgate cu apă dintr-un sistem de răcire închis.

Din schimbătorul de căldură intră aburul supraîncălzit în camera de descompunere, exact la fel ca în prima versiune a instalației.

Hidrogenul și oxigenul din camera de descompunere intră în arzătorul cazanului 1, în care hidrogenul este aprins de o brichetă - se formează o torță. Lanterna, care curge în jurul cazanului 1, creează în ea abur de lucru de înaltă presiune. Coada pistoletului de la cazanul 1 intră în cazanul 2 și, cu căldura sa în cazanul 2, pregătește aburul pentru cazanul 1. Oxidarea continuă a gazelor începe de-a lungul întregului contur al cazanelor după formula binecunoscută:

2H2 + O2 = 2H2O + căldură

Ca urmare a oxidării gazelor, apa este redusă și se eliberează căldură. Această căldură din instalație este colectată de cazanele 1 și cazanele 2, transformând această căldură în abur de lucru de înaltă presiune. Iar apa recuperată cu temperatură ridicată intră în următorul schimbător de căldură, din acesta în următoarea cameră de descompunere. O astfel de secvență de tranziție a apei de la o stare la alta continuă de câte ori este nevoie pentru a primi energie din această căldură colectată sub formă de abur de lucru pentru a asigura capacitatea de proiectare. WES.

După ce prima porțiune de abur supraîncălzit ocolește toate produsele, dă circuitului energia calculată și iese din ultimul cazan 2 din circuit, aburul supraîncălzit este trimis prin conductă către comutatorul de abur montat pe demaror. Comutatorul de abur este mutat din poziția „pornire” în poziția „lucrare”, după care intră în demaror. Starterul este oprit /apă, încălzire/. Din starter, aburul supraîncălzit intră în primul schimbător de căldură și din acesta în camera de descompunere. O nouă rundă de abur supraîncălzit începe de-a lungul circuitului. Din acest moment, circuitul de descompunere și plasmă este închis pe sine.

Apa este consumată de instalație numai pentru formarea aburului de lucru la presiune înaltă, care este preluat din returul circuitului de abur de evacuare după turbină.

Lipsa centralelor electrice pt WES este greoaiele lor. De exemplu, pentru WES pe 250 MW trebuie descompuse în același timp 455 l apă într-o secundă, iar acest lucru va necesita 227 camere de descompunere, 227 schimbatoare de caldura, 227 cazane / K1/, 227 cazane / K2/. Dar un astfel de volum va fi justificat de o sută de ori doar prin faptul că combustibilul pentru WES va fi doar apă, ca să nu mai vorbim de curățenia mediului WES, energie electrică și căldură ieftine.

A treia opțiune
A treia versiune a centralei electrice ( schema 3)

Aceasta este exact aceeași centrală electrică ca a doua.

Diferența dintre ele este că această unitate funcționează constant de la demaror, descompunerea aburului și arderea hidrogenului în circuitul de oxigen nu este închisă pe sine. Produsul final din instalație va fi un schimbător de căldură cu o cameră de descompunere. O astfel de aranjare a produselor va face posibilă obținerea, pe lângă energia electrică și căldură, și hidrogen și oxigen sau hidrogen și ozon. Centrală electrică pornită 250 MW cand functioneaza de la demaror, va consuma energie pentru a incalzi demarorul, apa 7,2 m3/hși apă pentru formarea aburului de lucru 1620 m 3 / h / apă utilizat din circuitul de retur aburului evacuat/. În centrala electrică pentru WES temperatura apei 550oC. Presiunea aburului 250 la. Consumul de energie pentru crearea unui câmp electric pentru o cameră de descompunere va fi aproximativ 3600 kWh.

Centrală electrică pornită 250 MW la plasarea produselor pe patru etaje, va ocupa o suprafață 114 x 20 m si inaltime 10 m. Neținând cont de zona pentru turbină, generator și transformator pornit 250 kVA - 380 x 6000 V.

INVENȚIA ARE URMĂTOARELE AVANTAJE

1. Căldura obținută din oxidarea gazelor poate fi utilizată direct la fața locului, iar hidrogenul și oxigenul sunt obținute din eliminarea aburului de evacuare și a apei de proces.
2. Consum redus de apă la generarea de energie electrică și căldură.
3. Simplitatea metodei.
4. Economii semnificative de energie, ca se cheltuiește doar pentru încălzirea starterului la un regim termic constant.
5. Productivitate ridicată a procesului, deoarece disocierea moleculelor de apă durează zecimi de secundă.
6. Siguranța la explozie și la incendiu a metodei, deoarece în implementarea sa, nu este nevoie de rezervoare pentru a colecta hidrogen și oxigen.
7. În timpul funcționării instalației, apa este purificată în mod repetat, transformându-se în apă distilată. Acest lucru elimină precipitațiile și depunerile, ceea ce crește durata de viață a instalației.
8. Instalația este realizată din oțel obișnuit; cu excepția cazanelor din oțeluri termorezistente cu căptușeală și ecranare a pereților acestora. Adică, nu sunt necesare materiale speciale scumpe.

Invenția poate găsi aplicație în industrie prin înlocuirea hidrocarburilor și a combustibilului nuclear din centralele electrice cu apă ieftină, răspândită și ecologică, menținând în același timp puterea acestor centrale.

REVENDICARE

Metodă de producere a hidrogenului și oxigenului din vapori de apă, care include trecerea acestui abur printr-un câmp electric, caracterizat prin aceea că vaporii de apă supraîncălziți sunt utilizați cu o temperatură 500 - 550 o C, trecut printr-un câmp electric de curent continuu de înaltă tensiune pentru a disocia vaporii și a-i separa în atomi de hidrogen și oxigen.