Определение влияния разогрева в разных средах на работоспособность мембран из сплава на основе палладия Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

В результате работы можно сделать вывод о целесообразности использования цеолита марки NaX в качестве кондиционирующий добавки.

Табл. 1. Сравннение чистой аммиачной селитры и модифицированной NH4NO3 (обр. № 5)

№ обр Е N2, % масс. Цеолит, % масс. рН h Р, мПа.

1. 35 0 5,0 43,5 1,6

5. 33,92 2,5 5,5 44,5 9,09

Сравнительная характеристика чистой аммиачной селитры и модифицированной NH4NO3 (обр. № 5) приведена в табл.1.

По совокупности химических, физико-химических, физико-механических свойств оптимальным является образец № 5 состава 97,5%+2,5% цеолита.

Список литературы

1. Олевский, В.М. Производство аммиачной селитры в агрегатах большой единичной мощности/ В.М.Олевский, М.Е.Иванов, Н.Н.Поляков и др. -М.:Химия,1990.-288 с.

2. Москаленко, Л.В. Свойство удобрения, полученного на основе аммиачной селитры с добавкой доломита/ Л.В.Москаленко, Т.В.Акименко//Материалы IX региональной научно-технической конференции «Вузовская наука-Северо-Кавказскому региону» Ставрополь: СевКав ГТУ, 2005.-С.21.

3. Москаленко,Л.В. Анализ аммиачной селитра с добавкой цеолита/ Л.В.Москаленко, Е.В.Жендубаева.//Сб. тр. Общеросс. научно-технич. конф. «Новые технологии в азотной промышленности». Ставрополь: СевКавГТУ-2003.-С.26.

УДК 66.081.6

А.М. Феоктистова, Э.А. Халилов, В.А. Мавров, Е.М. Чистов, М.Б. Алехина

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия Институт нефтехимического синтеза им. Топчиева РАН, Москва, Россия

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЛИЯНИЯ РАЗОГРЕВА В РАЗНЫХ СРЕДАХ НА РАБОТОСПОСОБНОСТЬ МЕМБРАН ИЗ СПЛАВА НА ОСНОВЕ ПАЛЛАДИЯ

Experimental installation for measurement permeability of hydrogen membranes from alloys on the basis of a palladium has been collected. Dependence permeability of hydrogen from temperature has been certain. Influence of the environment of a warming up on working capacity of membranes from alloy PdInRu is investigated. It is shown, permeability of hydrogen membranes from alloy PdInRu does not change at replacement of the environment of a warming up in vacuum, Ar, He on СО2.

Была собрана экспериментальная установка для измерения водородопроницаемости мембраны из сплавов на основе палладия. Была определена зависимость водородопроницаемости от температуры. Исследовано влияние среды разогрева на работоспособность мембран из сплава PdlnRu. Показано, что водородопроницае-мость мембраны из сплава PdInRu не изменяется при замене среды разогрева в вакууме, Ar, He на СО2.

Водород высокой чистоты необходим для разработки современных технологических процессов и применения в различных областях науки и техники, определяющих научно-технический прогресс в XXI веке: - микро- и наноэлектроника, производство чистых материалов, водородная энергетика и автономные экологически чистые источники питания на топливных элементах.

Для очистки и извлечения чистого водорода из газовых смесей используются несколько основных методов: каталитический, абсорбционный и адсорбционный, криогенный, диффузионный.

Мембраны из сплавов на основе палладия предназначены для разработки и изготовления фильтрующих элементов, извлекающих водород посредством диффузии из продуктов конверсии углеводородных топлив.

Основными рабочими параметрами фильтрующих элементов является температура от 573К-873К; давления смеси от 0.2 МПа до 100 МПа и более.

Известно, что при разогреве фильтрующих элементов от комнатной до рабочей температуры в газовых смесях, содержащих водород, наблюдается значительное расширение мембран из сплавов палладия. Поэтому в настоящее время рекомендовано осуществлять разогрев фильтрующих элементов в вакууме или в инертных газах, Аг и Не.

С целью определить возможность разогрева фильтрующих элементов в средах, исключающих применение вакуума и благородных инертных газов, было проведено исследование влияния разогрева мембраны из сплава РёХиЯи в атмосфере СО2.

В лаборатории ИНХС была разработана, собрана и испытана установка, позволяющая определять водородопроницаемость различных сплавов на основе палладия. Измерение водородопроницаемости палладиевых сплавов носит фундаментальный и прикладной характер, с практической точки зрения представляет огромный интерес в связи с непосредственным применением палладиевых сплавов в диффузионных отделителях для глубокой (более 99,9999 % об.) очистки водорода от примесей.

Схема установки для исследования проницаемости водорода приведена на рисунке 1. Установка включает в себя ячейку, в которую устанавливается мембрана из палладиевого сплава. Подача аргона, технического водорода или смесей рабочих газов осуществляется от стандартных газовых баллонов. Давление в полостях ячейки и газопроводе контролируется с помощью мановакууметров. Состав смесей газов на входе в установку, на выходе из ячейки и наличие примесей в чистом водороде, прошедшем через мембрану, измеряются с помощью хроматографа ЛХМ 8МД.

Рис 1. Схема установки для определения проницаемости водорода через мембраны из палладиевых сплавов: 1.Ячейка. 2.Электрическая печь. 3,4. Мановакуумметр. 5. Форвакуумный насос. 6. Хроматограф. 7. Регистратор температуры КСП4. 8. «Сапфир»-блок измерении расхода водорода. 9. Факел. 10. Термопара

Основным критерием работоспособности мембраны из палладиевого сплава является сохранения величины удельной водородопроницаемости сплава в течение всего ресурса эксплуатации.

Рис. 2. Зависимость водородопроницаемости от температуры (после разогрева в вакууме)

Рис. 3. Зависимость водородопроницаемости от температуры (после разогрева в среде С02)

Целью настоящей работы было определение водородопроницаемости мембран из сплавов на основе палладия и ее зависимости от температуры газа и давления на входе в мембрану и выходе из нее, а так же изменения водородопроницаемости после разогрева и охлаждения в среде СО2 и в процессе извлечения водорода из водородсо-держащих газовых смесей, полученных конверсией углеводородных топлив.

Удельная водородопроницаемость палладиевых мембран P, т.е. V количество водорода, прошедшего при данной температуре T за время т через мембрану площадью S и толщиной 5, отнесенное к величине разности корней квадратных из Рвх и Рвых, выражается соотношением

V • 5

Р =

я-т--4РЫ)

При определении водородопроницаемости используется метод натекания водорода, прошедшего через мембрану, в калиброванный объем и рассчитывается по формуле

P =

Ар •V • To•S

т1 ■ р0 ■т ■ я■ (4РВХ

где Р- удельная водородопроницаемость, [нм3-мм/м2- ч^МПа вх -VмПа вых)];

^ 3

Vк-калиброванный объем, [м ]; ^-толщина мембраны, [мм]; т -время, [ч]; S-площадь рабочей поверхности мембраны, [м2]; Рвх- давление ^ над мембраной [МПа]; Рвых-давление Н2 за мембраной, [МПа]; Др-перепад давления в калиброванном объеме [мм.рт.ст.]; р0-нормальное давление, 760[мм.рт.ст.]; T0-нормальная температура, 273[К]; Т1-комнатная температура, [K].

Выводы: 1. Водородопроницаемость мембраны из сплава PdInRu не изменяется при замене среды разогрева в вакууме, аргоне, гелии на СО2. 2. Водородопроницае-мость мембраны после работы на смеси 60%Н2+40%СО2 в течение порядка 75 часов осталась прежней. 3. Эксперимент показал, что разогрев и охлаждение мембран из сплава PdInRu в среде СО2 не влияет на водородопроницаемость, то есть возможно рекомендовать для экплуатации.

УДК 541.183

П.Б. Щукин, С.А. Ануров

Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ АДСОРБЦИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА НА АКТИВНЫХ УГЛЯХ

Equilibrium adsorption of CO2 by active coals of marks SKT-3, AG-PR and МеКС is investigated at temperatures 25 - 90 oC in a range of the concentrations of carbon dioxide 2 - 10 % about. Molars esoteric heats of adsorption of CO2 by active coals and their dependences on a degree of filling capacities of absorbers are estimated. It is established, that activity of absorbers is defined by the nature of adsorbents, structural characteristics of the last, and also a chemical compound of their surface. The hypothetical mechanism of absorption of CO2 is offered by carbon adsorbents.

Изучена равновесная адсорбция СО2 активными углями марок СКТ-3, АГ-ПР и МеКС при температурах 25 - 90 оС в диапазоне концентраций диоксида углерода 2 - 10 % об. Рассчитаны мольные изостериче-ские теплоты адсорбции СО2 активными углями и определены их зависимости от степени заполнения адсорбционной емкости поглотителей. Установлено, что активность поглотителей определяется природой адсорбентов, структурными характеристиками последних, а также химическим составом их поверхности. Предложен гипотетический механизм поглощения СО2 углеродными сорбентами.

Современный уровень развития промышленности характеризуется широким использованием различных видов сырья, при переработке которого образуются значительные количества диоксида углерода. Наличие последнего в технологических газах приводит к загрязнению конечной продукции, а в отходящих - вызывает так называемый «парниковый эффект», приводящий к глобальным климатическим изменениям. Остро стоят проблемы создания систем жизнеобеспечения на космических кораблях и подводных лодках, а также защитных атмосфер для хранения сельскохозяйственной продукции, связанные с выделением СО2 в замкнутые пространства. Все это вызывает необходимость разработки высокоэффективных методов выделения диоксида углерода из газовых сред и атмосферного воздуха.