1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Выход кислорода прв гидро- 2 .у лизе надперекнсз натрии составляет 43,6%, надперекиси калия 33,2с/с. Общая теплота реакции гндролиза для надперекиси нат- йг рня 66,5, для вадперекисн калня 55,2 кДж/моль. Реакция ндет до конца прн 5 — 7-кратном избытке: дхзхб х воды. Поэтому наиболее перспектпвно использование надперекисей там, где нет больших ограпнчення по тепловыделенню и использованию воды, напри гер в энергочстановках морского назначения. Рис.
8.26. Палучепне кнслоро- ГенеРатоРы кислоРода Рабо- да гндролизом надперекиси тают по принцвпу аппарата Кип- натрия. па — скорость подачи воды яа реакцню пропорциональна скорости потреблсния газа Вся система работает следующим образом (рис. 8 26): вода поступает снизу в генератор кислорода ), вступает в реакцию с надперекнсью, образовавшийся газ через центральное отверстие идет в отбойвик 2, где происходит отделение капель влаги, а затем в фильтр 3, где газ отделяется от аэрозоля щелочн. Частый кислород направляется через редуктор в ЭХГ. Образуюшнйся раствор щелочи периодически сливается, а в конст. рукцнях, работающих под водой, удаляется самотеком за счет разностн удельных весов волы и растнора. 8.2,7.
Полученне кнслорода нз хлоратов и лерхлоратоа щелочных металлов Из этих соеднненяй в основном используют хлорат натрия НаС!Ом содер кашнй 45з~а кислорода, и перхлорат натрия КаС!Оо содер.кашнй 52% кислорода. За рубежом этн соедннення использовались в различных системах жизяеобеспечення еще со времени второй мировой войны. Преимущественно пользовались хлоратом натрия как более безопасным прн разложепнн. После отработки технология производства высокочнстого перхлората натрия их вс.
пользовапне стало практнческн равноценным. В настоящее время начинают использовать перхлорат лития, содержащий 60'/с кисло- 381 рода. Из хлората или перхлорвта пзготавлпваются шашки или свечи, при нагреванни которых происходит выделение кислорода. Так как подвод тепла извне практически невозможен, в свечу добавлнют порошок металла (например, Ре, Мп), при сгорании которого в кислороде выде.чается теплота, достаточная для разложения. Образующаяся окись металла служит катализатором. Так как прн разложении хлората нлн перхлората может выделяться в неболь- ших количествах свободный хлор, йз то для его связывания в свечу добавляют перекись бария или ли. тня, нз которых в процессе реаку цпн выделяются дополнительная теплота и кислород.
Перечисленные компоненты тщательно перемешиваются, н из полученной смеси либо прессуют, либо отливают шашку и.чп свечу (рис. 8.27), Изготовленную свечу 7 вместе с химическим илн электрнческин запалом 2 помещают в металлическнй корпус у При запуске после зажп. Рис. 8.27. Получение кислорода тания запала выделяется кисразлохгением хлоратов и пер- пород и воспламеняется порошок хлоратон щелочных металлов.
талла. Образующийся кнс,юрод очищается от пыля )чзС). проходя через фильтр 4, установленный внутри или снаружи мсззллпческого корпуса, н направляется в ЭХГ. Реакция термического разложения хлоратов и перхлоратов идут согласно уравнениям )ЧаС)()з — «)чаС)+з(зОз; (8.! 1) )ЧаС10т — «)ЧаС1+20, (8.12) В присутствии катализатора температура разлозкепня снижаетЕя с 400 — 500 до 200 — 300'С.
Вследствие необратимости реакции мокно получать в генераторах кислорода высокое давление газа, что дает возможность использовать эти соединения в системах е большим ресурсом работы, зажигая очередную свечу или шашку после выработки получешюго кислорода, находящегося под давлением в генераторе. а.з. ОчисткА ВОдОРОдА Проблема глубокой очистки водорода от примесей является в настоящее время актуальной не только для ЭХГ, но п для различных отраслей промышленности и технологических процессов. Отработанной в промышленных масштабах является очистка электролизного водорода с суммарным содержанием примесей около 0,02% (об.). Существенно более сложной задачей является очистка сильно забалластированного водорода, например со- 382 держащегося в продуктах конверсии углеводородных топлив, где примеси составляют до 50о(о (об.). Очистка водорода может осуществляться тремя основными методами: 1, Агусорбг(ионная и гистка.
Адсорбцггоннът метод применяется для очистки водорода, полученного в результате реакции с участием водяного пара. Водород- содержащая газовая смесь проходит через раствор щелочи или моноэталомина, поглощающих в основном СОм или молекулярные сита с селективной адсорбцней. Очистка таким методом экономически выгодна до 97% (об,), 2. Криогенная очистка. В основе криогенной очистки лежит метод глубокого охлаждения смеси газов. При температуре кипения жидкого азота 77 К ( — 196'С) конденснруются все углеводороды в водородсодержашейся ~азовой смеси. Несконденсировавшийся газ (водород) отделяется от конденсата в сепараторе и подается на т рбокомпрессоры для закачки в баллоны илп в устау новку для получения жидкого водорода.
Чистота водорода, полученного таким методом, может быть 99,99о) (об,). Однако экономические и энергетические затраты при использовании криогенной очистки досто в- точно великп 3. Диффузионная очистка. Метод основан на использовании селективных свойств тонких мембран из различных материалов. Для получения сверхчистого водорода применяют в настоящее время сплавы ца основе Рс(. При повьппенных температурах (300 — 600'С) и избыточном давлении водорода сплав становится проницаемым для водорода и практически непроницаемью! для остальных газов, Возможная чистота полученного водорода 99,9999% (об.) (определяется пределом чувствительности масс-спектрометра) с точкой росы ниже — 70 —: — 80'С. На рис. 8.28 представлены трп способа извлечения чистого водорода из водородсодержаших газовых смесей, полученных в результате дпссоцпацпп аммиака, паровой конверсии метанола, бензина и других углеводородных топлив.
Как следует из приведенной диаграммы, метод диффузионной очистки является наиболее подходящим для получения чистого водорода как топлива для ЭХГ со щелочным электролитом. 888 Я =- А — В) (Р„Вг,), Вагхсд числгега Нт, Вход Н,4- +другие газа~ ее е " ур „. лге адрес имесей Рнс. 8.3Ц Схема конструкции диффузионных элементов камерного типа. у — корпус; Š— вааор плоских «евер иа фольги: Š— коллектор вывода чистога Нь Рнс 830. Схема конструкция пиффузионных элементов трубчатого типа. у — корпус; 2 — пучок грулок; 3— коллектор вывода чистого Нг 385 28 — 83 Рис.
8.28, Способы получения и очистки водорода. Процесс диффузии Н, через сплав палладия осушествляется в следующей последовательности (рис. 8.29): 1) диссоциация молекулы Нт на атомы на внешней поверхности мембраны Не — — Н+Н; 2) ионизация атомов Н- — -Нь+е —; 3) диффузия ионизированных атомов в сплав при наличии градиента концентрации Нм направленного нормально к поверхности мембраны; 4) деиопизация ионов Н" в нейтральные атомы Н на внутренней поверхности мембраны Н"+е — Н; 5) ассоциация атомов Н в молекулы Нт также на внутренней поверхности мембраны. Диффузионные элементы в установке очистки водорода могут быть выполнены в виде пучка трубок, заглу- 384 шенных с одной стороны и объединенных в коллектор— с другой (рпс.
8.30), илп набора плоских камер из фольги (рис. 8.31). Фильтруюший элемент помешается в кожух, в который подается под давлением нагретая (илп кожух обогревается) водородсодержашая газовая смесь. Водород днффундирует внутрь трубок или камер, примеси с Н+и=Н остатками водорода сбрасываются. Возможна также подача газовой смеси Нх;,,к На внутрь диффузионных ячеек, ' Н И+ Н" ну' тогда чистый водород будет накапливаться в кожухе, при этом диффузионные Рис, 829 Схема процесса днфэлементы должны быть про- фузин водорода через сплав дуваемые.
Производительность палладиевых фильтров Я, т. е. количество водорода, проходящего прп данной тсмпергттуре за время т через мембрану площадью 5 и толщиной б, выражается соотношением где р~ — давление водорода на входе, Па; р,— давление водорода на выходе, Па; )(рь рз) выражается в виде (р,— рз)", причем п зависит от материала мембраны и также может меняться с температурой; А характеризует проницаемость п выражается соотношением А= Кехр ( йг, ' где К определяется экспериментом; (I — энергия активации; !г — газовая постоянная; Т вЂ” температура, К. Однако с применением диффузионной очистки возникает ряд специфических задач, сааза!шых с изменением равновесного состава водородсодержашей газовой смеси.
В случае выделения водорода из продуктов конверсии углеводородных топлив, таких как метанол, бензин, гептан, в объеме диффузионного отделителя могут протекать химические реакции с выделением свободного углерода. Источникамп сажеобразованпя в рабочем объеме диффузионного отделптеля и в газовых коммуникациях являются реакции 2СО СО, +С; (8.13) СН, = 2Н,+С; (8.! 4) СО + Н, - Н,О+ С. (8,15) Реакция (8.13) хорошо изучена, она — одна из основных в доменном процессе.
В отсутствие катализаторов термический распад СО практически не происходит. В присутствии катализаторов разложение СО с выделением свободного углерода идет с заметнымп скоростями в диапазоне температур 300 — 900'С. Катализаторами являются Со, %, Сг, Мп, А1, Т!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
