close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY2716

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 2716
(13)
C1
6
(51) C 25B 1/10
(12)
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
(21) Номер заявки: 1069
(22) 1993.12.17
(46) 1999.03.30
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА
(71) Заявитель: Белорусский
государственный
технологический университет (BY)
(72) Авторы: Гришаева
Г.А.,
Глыбин
В.П.,
Новосельская Л.В. (BY)
(73) Патентообладатель: Белорусский
государственный технологический университет (BY)
(57)
Способ получения водорода электролизом воды в щелочном электролите в электролизере с прижатыми к
диафрагме электродами, отличающийся тем, что процесс осуществляют при плотности тока 4 - 10 кА/м2 и
соотношении ширины, длины и высоты электродного пространства электролизера 1:30:65.
BY 2716 C1
(56)
1. Якименко Л.М. Модылевская И.Д., Ткачек З.А.. Электролиз воды. - М., 1970. - С. 97-98
2. Якименко Л.М. Получение водорода, кислорода и щелочей. - М., 1981. - С. 135-136. (прототип)
Изобретение относится к области прикладной электрохимии и используется в щелочных электролизерах
для получения водорода и кислорода. Известно, что осуществление способа получения водорода путем электролиза воды связано с потреблением электрической энергии. Общее напряжение на ячейке электролизера в
процессе разложения воды на водород и кислород зависит от конструкции электролизера (расстояние между
электродами), условиями отвода газовых пузырьков и от режима работы электролизера (плотность тока,
температура и др.)
С увеличением плотности тока возрастает напряжение на ячейке, включающее в себя перенапряжение на
аноде и катоде, потери напряжения в электролите, диафрагме и металлических проводниках.
Так как с ростом плотности тока увеличивается газонаполнение электролита, то потери напряжения в
электролите возрастают непропорционально, в большей мере, чем в случае омических потерь, вызванных
увеличением плотности тока. Поэтому больший вклад в потерю напряжения на ячейке с увеличением плотности тока вносят потери напряжения в электролите и на диафрагме.
Для снижения падения напряжения в электролите в современных электролизерах применяют вертикальные, так называемые, «выносные вперед» (перфорированные) электроды, которые позволяют уменьшить
расстояние между электродами и отвести образующиеся водород и кислород из межэлектродного пространства и уменьшить газонаполнение электролита [1].
Наиболее близким к предлагаемому способу получения водорода по технической сущности и достигаемому результату является способ, в котором отвод газов для снижения газонаполнения электролита и
уменьшения потерь напряжения на преодоление сопротивления газонаполненного электролита осуществляется путем прижатия сетчатых электродов к диафрагме и прокачивания электролита с помощью циркуляционного насоса [2].
Недостатком указанных способов получения водорода [1, 2] является высокое газонаполнение электролита в
электродном пространстве и высокий расход электроэнергии (до 5,8 кВт⋅ч/нм3Н2, при плотности тока до 3,5
кА/м2), связанный либо с отсутствием циркуляции электролита, либо с дополнительными затратами электроэнергии на транспортировку электролита.
BY 2716 C1
Задачей предлагаемого изобретения является снижение газонаполнения электролита в электродном пространстве за счет самоциркуляции электролита в электродном пространстве, обеспечиваемой соотношением
геометрических параметров электродного пространства и плотностью тока.
Для осуществления поставленной задачи предложен способ получения водорода электролизом воды в
щелочном электролите в электролизере с прижатыми к диафрагме электродами, в котором процесс осуществляют при плотности тока 4-10 кА/м2 и соотношении ширины, длины и высоты электродного пространства
электролизера как 1:30:65.
Например, при производительности 0,5 нм2 водорода в час эти соотношения составляют: высота - 0,295м,
длина - 0,17м, ширина - 0,005м.
Производительность электролизера определяется рабочей плотностью тока и числом ячеек.
Производительность электролитической ячейки по водороду согласно закону Фарадея определяется по
уравнению:
Q=q⋅ = 0,418⋅i⋅h⋅ , л/ч
(1)
где q = 0,418 л/(Ач), электрохимический эквивалент водорода;
i - плотность тока, A/см2;
h - высота электрода, см;
- ширина электрода, см.
Объем электродного пространства, заполненного электролитом при отсутствии тока составляет:
Vэл = h⋅ ⋅a, дм3,
где а - ширина электродного пространства.
При электролизе газонаполнение щелочного электролита в электродном пространстве не должно превышать 20 %.
Тогда, основное количество водорода, равное
Q1=(Q-0,2Vэл) , л/ч,
должно выводится из заэлектродного пространства электролизной ячейки.
При изменении режима работы электролизера, т. е. плотности тока, изменяется величина газонаполнения
электролита (табл. 1)
Таблица 1
Режим работы электролитической ячейки
i, кА/м2
Q, л/ч
2,0
3,5
4,0
6,0
10,0
11,0
41,92
73,36
83,84
125,76
209,60
230,56
Vэл, дм3
0,251
Q1, л/ч
41,87
73,31
83,79
125,71
209,55
230,51
При работе с плотностью тока в интервале 2,0-3,5 кА/м2 объем выделяющегося водорода не обеспечивает
самоциркуляцию электролита, что приводит к изменению концентрации щелочи в электролите.
При плотности тока 4 кА/м2 наступает момент, когда газовые пузырьки начинают увлекать с собой электролит и при дальнейшем увеличении токовой нагрузки до 10 кА/м2 создается развитый турбулентный поток. Это улучшает гидродинамические характеристики процесса и обеспечивает самоциркуляцию электролита в электродном пространстве по замкнутому контуру при поступлении электролита из буферной емкости
в электролизер, переносе электролита из электролизера выделяющимися водородом и кислородом в газоотделители и возврате электролита в буферную емкость.
Обеспечение самоциркуляции электролита приводит к интенсификации процесса электролиза воды за
счет повышения рабочей плотности тока, снижению удельного расхода электроэнергии и поддержанию концентрации щелочи одинаковой по всему замкнутому контуру.
2
BY 2716 C1
Из литературных источников не известен способ получения водорода путем электролиза воды с самоциркуляцией щелочного электролита в электродном пространстве, обеспечиваемой соотношением геометрических параметров электродных пространств, и нами предлагается впервые. Изобретение поясняется выполнением конкретных примеров.
Электролит из напорной емкости стекает в буферную емкость, из которой под давлением поступает в
электролизер и газоотделители до определенного уровня. На электролизер подается напряжение, обеспечивающее процесс выделения водорода и самоциркуляцию электролита в электродном пространстве. Примеры
приведены в таблице 2.
Таблица 2
Вольтамперные характеристики способов получения водорода.
Плотность
тока, кА/м2
2,0
3,5
4,0
10,0
11,0
Способы получения водорода
предлагаемый
прототип
удельный раснапряжение
напряжение на
удельный расход энергии
на ячейке
ячейке электроход энергии
электролизелизера
кВт⋅ч/нм3 Н2
кВт⋅ч/нм3 Н2
ра, U,B
1,81
4,42
2,09
5,10
1,93
4,71
2,36
5,76
1,95
4,76
запредельные
2,26
5,52
значения
2,30
5,61
Примечание
Отсутствие самоциркуляции
Интенсивная
самоциркуляция
электролита
Возможно электрохимическое растворение анода
Из данных таблицы 2 видно, что обеспечение самоциркуляции электролита в способе получения водорода приводит к снижению напряжения на ячейке электролизера и удельного расхода электроэнергии на 0,25
кВт⋅ч/нм3 Н2 по сравнению с прототипом.
Кроме того, в предлагаемом способе исключение принудительной циркуляции устраняет необходимые
затраты электроэнергии на транспортировку жидкости и монтаж дополнительного оборудования.
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
109 Кб
Теги
by2716, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа