РАЗРАБОТКА НАУЧНЫХ ОСНОВ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ И ПРОМЫШЛЕННОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДОГЕНЕРИРУЮЩИХ КОМПОЗИТОВ НА ОСНОВЕ АКТИВНЫХ ЭНЕРГОАККУМУЛИРУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ (01.03.2010)

Автор: Терещук Валерий Сергеевич

Замер температуры осуществлялся термометром с точностью 10 С. В опытах

использовались кроме основного сплава Д16, образцы из АД1м, сплав АП, сплав А1-Ga-In-Sn(ВАМИ), с увеличенной газопроизводительнос- тью. Результаты экспериментов показаны на рис. 7. Из представленных экспериментальных результатов наиболее интересны опыты, когда выделение водорода можно осуществлять в обычной воде, используя инертный сплав Д16, активируя Рис.7. Изменение избыточной газопроизводительности его электрическим током, например, в

полученной электролизной активацией по времени. течение 20мин. с плотностью тока 4ма/см2 и U =110в. После этого процесс выделения водорода идет непрерывно.

При активации в течение более короткого промежутка времени процесс выделения водорода идет с постепенным ослаблением. Создавая различные режимы активации электрическим током, можно получать различные графики подачи водорода в сеть потребителя. Как показали опыты, другие исследуемые материалы при исследуемых параметрах электролиза активации почти не поддавались, т.е. при снятии напряжения выделение водорода тут же прекращалось или было незначительным. В работе В.П. Григорьева и соавторов изучался дифференцэффект на А1 марки АД1-м, где получена газопроизводительность по водороду 0,005 мл/см2.мин при плотности тока 4 ма/см2. При такой же плотности тока в наших опытах на сплаве Д16 было получено 0,066 мл/см2?мин, т.е. в 13 раз выше.

Этот сплав отличается от исследованных в этой работе, тем, что он содержит два основных элемента А1 и Cu, образующие неустойчивые гидриды и микрогальванопары. Этим условиям, т.е. наличие воды и подвод энергии извне, и соответствует в данном

случае процесс электролиза воды с катодом из Д16.

Пятая глава посвящена практическому использованию свойств ЭАВ в энергетике, экологии и на транспорте.

В районах Сибири находятся немало скважин газового конденсата, которые закупорены замерзшими гидратными пробками, представляющими собой смесь газов и льда. Самый простой способ размораживания - применение перегретого пара. Но для того, чтобы использовать перегретый пар, необходимо как минимум иметь в нужном месте и в нужное время парогенератор, а для парогенератора воду и подвод достаточного количества энергии, что не всегда возможно. Кроме того, недостатком данного способа является то, что в скважине увеличивается конденсат, который необходимо затем извлекать.

. Рис.8.Варианты установок для плавления гидратных пробок с помощью ЭАВ.

Скорость плавления льда на испытаниях разных конструкций газогенератора составляла до 20мм/сек или 5литров льда на 1 кг состава.

Композиты из активных металлов могут также использоваться для снижения гидродинамического сопротивления (ГДС). Автором впервые проведены подтверждающие испытания и сделана попытка теоретически обосновать полученные результаты при рассмо-

трении химического взаимодействия материала корпуса водного объекта с окружающей средой (водой), когда за счет окисления металла в воде образует водород, служащий газовой смазкой.

Были проведены испытания на двух видах образцов разной формы и при одинаковой геометрии: образец пассивный и образец активированного А1. Результаты прямого замера F (ГДС) в функции скорости набегающего потока воды приведен на рис. 13 и сделан пересчет степени снижения сопротивления R в зависимости от приведенного расхода вдуваемого в пограничный слой газа (водорода) Сq.

Интересное явление, что отражено на рис.13 и появляется в определенном диапазоне скоростей на пассивном образце: явно чувствуются колебания образца по величине ГДС, а на активном образце они отсутствуют во всем исследованном диапазоне, что может иметь важное прикладное значение. На пассивном образце 1 после 7м/с турбулентный режим постепенно сходит на нет, что можно объяснить гидроэрозионным и кавитационым эффектами,

Рис. 9. Схема экспериментальной установки: 1- прозрачный корпус из оргстекла, 2- шкала перемещений, 3- обтекатель, 4-шток, 5-кронштейн, пружина динамометра, 7- образец (сплошная линия – «сигара», пунктир-цилиндрический образец).

в результате которых происходит частичное разрушение окисной пленки и чистый алюминий (без защитной окисной пленки) при взаимодействии с водой начинает выделять в небольших количествах водород, снижающий ГДС, что так же может иметь важное прикладной значение. Автором выведены простые универса- льные зависимости описывающие снижение ГДС от параметров газонасыщенного слоя при различ

Рис. 10. Результаты прямого замера гидравлического сопротивлении образцов в зависимости от скорости набегающего потока воды. 1-пассивный цилиндрический образец, 2- активированный А1-цилиндр; 3- «сигара» - нейтральный; 4-«сигара»-активированный А1.

ных скоростях и поддувах и спрогнозирована величина химического газонасыщения для модельных испытаний. Проведенные испытания выявили очень небольшие потребные расходы для при химическом газонасыщении ПС для снижения ГДС.

В этой же главе приведены экспериментальные результаты автора по генерации

водорода при окислении А1 и его сплавов, в том числе и разработанных автором, в различной воде по Рн.

Рис.11. Зависимость газопроизводительности от состава воды. 5Нд – сплав ВАМИ №5 с дистиллированной вводой, 5НвК- тот же сплав на воде с РН =4,2; 5НвТ – на воде с РН = 8; 1Кд –сплав А1+4% Cu с дистиллированной водой , МЭИ- д - сплав МЭИ с дистиллированной водой.

Для начального эксперимента был взят сплав ВАМИ №5 следующего состава:Ga 3%, In 3%, Zn 1%, Sn 0,5%, Mg 0,5% . Эксперимент был проведен на дистиллированной воде. Температура воды 15-200С. Замер водорода проводился методом вытеснения воды из мерного цилиндра с точностью до 2,5 мл. по времени. Образец перед испытанием не обрабатывался. Перед этим он хранился в бумажном негерметичном пакете 15 лет при обычных комнатных условиях. Тем не менее, при взаимодействии образца с водой реакция пошла сразу. Полнота выделения водорода составила 88%. Температура воды при этом повысилась с 17,9 до 18,6 0С.

Следующее испытание с этим же образцом проведено на водопроводной воде с РН =4,2. На этой воде обнаружено снижение скорости газовыделения q в 3,5 раза. Для сравнения на том же образце были проведены испытания на воде с РН =8. Газопроизводительность на этой воде оказалась в 2 раза выше, чем на воде с РН =4,2. Результаты этих испытаний приведены на рис.11. На этом же рисунке приведены испытания на сплаве МЭИ (А1 с 0,6% Gа) и сплав А1 с 4% Cu (изготовленный специально для этих испытаний) тоже на дистиллированной воде. Серия испытаний показала значительную зависимость газовыделения водорода от состава воды.

Взаимодействие А1 и его сплавов со слабым раствором щелочей.

Чтобы не зависеть на испытаниях от состава воды, специально каждый раз приготовлялся свежий раствор 0,1Н NаОН в дистиллированной воде. Первые испытания были проведены на чистом А1 марки АД00 (стружка), на гранулированном А1 ЧДА (изготовление август 2000г.- гарантийный срок хранения 3 года – хранился в негерметичном полиэтиленовом пакете при комнатных условиях), А1 листовой электротехнический (изготовление июнь 1988 г.) толщиной 0,5 мм. Наиболее интенсивное газовыделение наблюдалось на последнем образце, и выделение водорода началось сразу же. Чуть похуже реакция шла со стружкой. Гранулы А1 в среднем имели толщину 3,5 мм и диаметр 12 мм. Выделение водорода началось только через 19 минут и скорость выделения была настолько мала по сравнению с предыдущими образцами, что во время опыта пришлось повышать температуру от 15 до 50 град.С. При этом скорость газовыделения увеличилась почти на два порядка (см. рис.12). Задача автора в данной серии экспериментов состояла в получении и испытании А1-ых сплавов, которые корродировали бы с наибольшим эффектом с выделением водорода. Для этого автором были заказаны сплавы на основе А1 с добавками меди, магния, цинка и железа, которые увеличивают коррозию А1 и исключающие стабилизирующие добавки - Mn, Ti, Ni , содержащиеся в Д16. Составы заказанных сплавов по последовательности их изготовления и испытания (см. их нумерацию) приведены в табл. 6. Для сравнения на растворе такой же концентрации был испытан сплав Д16, тоже в виде стружки.

Таблица 6 - Весовой состав сплавов, %

№ сплава А1 Cu Mg Zn Fe

1 96 4 - - -

2 99 1 - - -

3 94,5 4 1,5 - -

4 90,5 4 1,5 4 -

5 92 4 - 4 -

6 89 4 - 4 1

Реакционная поверхность оценивалась через

№ сплава А1 Cu Mg Zn Fe

1 96 4 - - -

2 99 1 - - -

3 94,5 4 1,5 - -

4 90,5 4 1,5 4 -

5 92 4 - 4 -


загрузка...