RU2663066C2 - Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst - Google Patents
Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst Download PDFInfo
- Publication number
- RU2663066C2 RU2663066C2 RU2016140210A RU2016140210A RU2663066C2 RU 2663066 C2 RU2663066 C2 RU 2663066C2 RU 2016140210 A RU2016140210 A RU 2016140210A RU 2016140210 A RU2016140210 A RU 2016140210A RU 2663066 C2 RU2663066 C2 RU 2663066C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water
- sodium borohydride
- catalyst
- hydrogen
- weight
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
- C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
- C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
Description
Изобретение относится к области химии водорода, в частности получению его одновременно с большими скоростями и высокими выходами водорода, и может быть использовано для получения водорода для различных целей, в том числе и для питания топливных элементов на летательных аппаратах.The invention relates to the field of hydrogen chemistry, in particular its production simultaneously with high speeds and high yields of hydrogen, and can be used to produce hydrogen for various purposes, including the supply of fuel cells on aircraft.
Известны способы получения водорода из гидридов и боргидридов металлов и воды. Наиболее удобным в практическом отношении по многим параметрам, является использование в качестве гидридного компонента в таких источниках боргидрида натрия. При относительно высоком содержании водорода (10,57 мас.%) боргидрид натрия отличается относительно низкой стоимостью, высокой стабильностью при хранении и обращении, устойчив при контакте с сухим воздухом. Образует растворы в воде, которые разлагаются энергично с выделением водорода лишь при контакте с катализатором, нагревании до 90-100°С или при добавлении кислот.. Эти свойства положены в основу многочисленных патентов по его использованию в источниках водорода, например [.патенты CN 103552982; US 7306780; CN 102050220].Known methods for producing hydrogen from hydrides and metal borohydrides and water. The most convenient in practical terms in many respects is the use of sodium borohydride as a hydride component in such sources. At a relatively high hydrogen content (10.57 wt.%), Sodium borohydride has a relatively low cost, high stability during storage and handling, and is stable in contact with dry air. It forms solutions in water that decompose vigorously with hydrogen evolution only upon contact with the catalyst, heating to 90-100 ° C or with the addition of acids. These properties form the basis of numerous patents for its use in hydrogen sources, for example [.patents CN 103552982 ; US 7306780; CN 102050220].
Основным недостатком подобных источников является ограниченная концентрация растворов боргидрида натрия в воде или в слабых щелочах, при превышении которой после частичного прохождения по реакции выделения водорода:The main disadvantage of such sources is the limited concentration of sodium borohydride solutions in water or in weak alkalis, exceeding which after a partial passage through the reaction of hydrogen evolution:
NaBH4 + xH2O → NaBO2(x-2)H2O + 4Н2, где х=6 или болееNaBH4 + xH 2 O → NaBO 2 (x-2) H 2 O + 4H 2 , where x = 6 or more
образовавшиеся продукты реакции выпадают в осадок, вследствие относительно невысокой растворимости и, тем самым, сильно замедляют или останавливают процесс. Предельная концентрация при которой метаборат натрия не выпадает в осадок оценена в работе [Kojima, Y.; Suzuki, K.-i.; Fukumoto, K.; Sasaki, M.; Yamamoto, Т.; Kawai, Y.; Hayashi, H. Hydrogen Generation Using Sodium Borohydride Solution and Metal Catalyst Coated on Metal Oxide. Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27 (10), 1029-1034], где соответствует начальной концентрации боргидрида натрия 160 г/л или выходу водорода -2.8 мас.% на общую массу реагентов (без учета массы катализатора).the resulting reaction products precipitate due to the relatively low solubility and, thereby, greatly slow down or stop the process. The limiting concentration at which sodium metaborate does not precipitate was estimated by Kojima, Y .; Suzuki, K.-i .; Fukumoto, K .; Sasaki, M .; Yamamoto, T .; Kawai, Y .; Hayashi, H. Hydrogen Generation Using Sodium Borohydride Solution and Metal Catalyst Coated on Metal Oxide. Int. J. Hydrogen Energy 2002, 27 (10), 1029-1034], where it corresponds to an initial concentration of sodium borohydride of 160 g / l or a hydrogen yield of -2.8 wt.% On the total weight of the reactants (excluding the weight of the catalyst).
В качестве прототипа предлагаемого процесса выбран патент RU 2444472, в котором способ получения водорода из боргидрида натрия и воды в присутствии катализатора включает добавление воды к боргидриду натрия при повышенных давлении и температуре. Исходная смесь содержит также раствор кислоты в жидком реагенте в таком количестве, чтобы pH реагента был меньше 1,5. При этом, соотношение боргидрид натрия/жидкий реагент менее 1/10. Для эффективного получения водорода процесс проводят при массовом соотношении боргидрид натрия/жидкий реагент в пределах 1/5,2-1/7,8 при pH менее 0,15. Жидкий реагент состоит из смеси воды, спиртов и/или кислот. Постепенное добавление воды к боргидриду натрия осуществляют с помощью разделения этих компонентов мембраной. Максимальное давление в емкости 43,8 фунтов-сил/кв. дюйм, что соответствует 2,98 атм, было достигнуто через одну минуту после начала реакции.As a prototype of the proposed process, patent RU 2444472 was selected, in which the method for producing hydrogen from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst involves adding water to sodium borohydride at elevated pressure and temperature. The initial mixture also contains an acid solution in a liquid reagent in such an amount that the pH of the reagent is less than 1.5. In this case, the ratio of sodium borohydride / liquid reagent is less than 1/10. To effectively produce hydrogen, the process is carried out at a mass ratio of sodium borohydride / liquid reagent in the range of 1 / 5.2-1 / 7.8 at a pH of less than 0.15. The liquid reagent consists of a mixture of water, alcohols and / or acids. The gradual addition of water to sodium borohydride is carried out by separation of these components by a membrane. The maximum pressure in the tank is 43.8 psi. an inch, which corresponds to 2.98 atm, was achieved one minute after the start of the reaction.
Однако, хотя и спирты и кислоты, входящие в состав жидкого реагента, способны реагировать с боргидридом натрия с образованием водорода, суммарный массовый выход при этом снижается, что не позволяет получать водород одновременно с большими скоростями и высокими выходами. Несмотря на то, что в таблице прототипа приведены высокие значения освобождающегося водорода, содержащегося в боргидриде натрия и воде, пересчет этих значений на суммарную массу компонентов составляет для массового соотношения NaBH4/жидкий реагент = 1/10-1,9 мас.%, а для для массового соотношения NaBH4/жидкий реагент 1/5-3,5 мас.%.However, although the alcohols and acids that make up the liquid reagent are capable of reacting with sodium borohydride to produce hydrogen, the total mass yield is reduced, which prevents the production of hydrogen simultaneously with high speeds and high yields. Despite the fact that the prototype table shows high values of the released hydrogen contained in sodium borohydride and water, the conversion of these values to the total mass of the components is for the mass ratio NaBH4 / liquid reagent = 1 / 10-1.9 wt.%, And for for the mass ratio of NaBH4 / liquid reagent 1 / 5-3.5 wt.%.
Предлагаемое изобретение решает задачу разработки способа получения водорода из боргидрида натрия и воды в присутствии катализатора, позволяющий получать водород одновременно с большими скоростями и высокими выходами.The present invention solves the problem of developing a method for producing hydrogen from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst, allowing to obtain hydrogen simultaneously with high speeds and high yields.
В данной заявке под термином «катализатор» понимают любое вещество которое может инициировать получение газа-водорода и (или) способствовать этому, повышая скорость, с которой NaBH4 реагирует с водой. Он может включать один или несколько переходных металлов из группы VIIIб периодической таблицы элементов. Например, катализатор может включать переходные металлы, такие как железо (Fe), кобальт (Со), никель (Ni), рутений (Ru), родий (Rh), платина (Pt), палладий (Pd), осмий (Os), иридий (Ir). Дополнительно, в предлагаемом катализаторе могут использоваться и переходные металлы в группе Iб, т.е. медь (Cu), серебро (Ag) и золото (Au), и в группе IIб, т.е. цинк (Zn), кадмий (Cd) и ртуть (Hg). К числу других переходных металлов, которые могут использоваться как катализатор, относятся среди прочих скандий (Sc), титан (Ti), ванадий (V), хром (Cr) и марганец (Mn). Катализаторы из переходных металлов, которые могут использоваться в предлагаемых системах описаны в патенте США №5804329. Предпочтительным катализатором является CoCl2.In this application, the term “catalyst” is understood to mean any substance that can initiate the production of hydrogen gas and / or contribute to this, increasing the rate at which NaBH4 reacts with water. It may include one or more transition metals from group VIIIb of the periodic table of elements. For example, the catalyst may include transition metals such as iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), ruthenium (Ru), rhodium (Rh), platinum (Pt), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir). Additionally, in the proposed catalyst can also be used transition metals in group IB, i.e. copper (Cu), silver (Ag) and gold (Au), and in group IIb, i.e. zinc (Zn), cadmium (Cd) and mercury (Hg). Other transition metals that can be used as a catalyst include, but are not limited to, scandium (Sc), titanium (Ti), vanadium (V), chromium (Cr), and manganese (Mn). Catalysts of transition metals that can be used in the proposed systems are described in US patent No. 5804329. The preferred catalyst is CoCl2.
Под термином вещество, которое способно бурно взаимодействовать с водой понимают вещество, при взаимодействии которого с водой происходит быстрое выделение большого количества тепла. Наиболее применимыми для этого являются соединения, выбранные из ряда - гидриды щелочных металлов, алюмогидриды, боргидриды лития и магния и т.п.The term substance, which is capable of violently interacting with water, is understood to mean a substance, when it interacts with water, a large amount of heat is rapidly released. The most suitable for this are compounds selected from the series - alkali metal hydrides, aluminum hydrides, lithium and magnesium borohydrides, etc.
Под термином «твердые кислоты» понимают многоосновные карбоновые кислоты или многоосновные неорганические твердые кислоты, которые сами по себе не реагируют активно с водой, но в присутствие воды активно реагируют с боргидридом натрия с выделением большого количества тепла.By the term “solid acids” is meant polybasic carboxylic acids or polybasic inorganic solid acids, which themselves do not react actively with water, but in the presence of water they react actively with sodium borohydride with the release of a large amount of heat.
Поставленная задача решается способом получения водорода из боргидрида натрия и воды в присутствии катализатора, включающем добавление воды к боргидриду натрия при повышенных давлении и температуре, новизна которого заключается в том, что исходное соотношение боргидрида натрия к воде составляет 1:1,5-2 по массе, причем на начальной стадии процесса проводят нагрев реакционной смеси, а процесс ведут при давлении 5-15 атмосфер и температуре 140-170°С.The problem is solved by a method of producing hydrogen from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst, including adding water to sodium borohydride at elevated pressure and temperature, the novelty of which is that the initial ratio of sodium borohydride to water is 1: 1.5-2 by weight moreover, at the initial stage of the process, the reaction mixture is heated, and the process is conducted at a pressure of 5-15 atmospheres and a temperature of 140-170 ° C.
Как было нами установлено, при добавлении воды порциями при заявленных давлении и температуре образуются расплавы (а не растворы), содержащие гидратированные метабораты, боргидрид натрия и, возможно, промежуточные продукты их взаимодействия. Добавление последующих порций воды к таким расплавам приводит к более глубокому разложению боргидрида натрия, а затвердевание расплавов происходит только при охлаждении, что избавляет от необходимости использовать большие избытки воды.As we have found, when water is added in portions at the stated pressure and temperature, melts (rather than solutions) are formed containing hydrated metaborates, sodium borohydride and, possibly, intermediate products of their interaction. The addition of subsequent portions of water to such melts leads to a deeper decomposition of sodium borohydride, and the solidification of the melts occurs only upon cooling, which eliminates the need to use large excess water.
Температура и давление в реакционном сосуде в заявляемых пределах поддерживают за счет экзотермического эффекта, обусловленного термохимическими факторами системы и регулируют скоростью подачи воды, зависящей от скорости отбора выделившегося водорода. Изменение скорости отбора влияет на давление в системе, к которому и привязана подача воды. Измерение изменения давления синхронизировано с подачей воды посредством электронных систем управления.The temperature and pressure in the reaction vessel within the claimed limits is maintained due to the exothermic effect due to the thermochemical factors of the system and is controlled by the water supply rate, which depends on the rate of selection of the released hydrogen. Changing the sampling rate affects the pressure in the system, to which the water supply is tied. The pressure change measurement is synchronized with the water supply through electronic control systems.
Исходный боргидрид натрия может быть взят как в таблетированном, так и в порошкообразном состоянии.The starting sodium borohydride can be taken both in tablet form and in powder form.
Оптимальное количество катализатора составляет 2-3 мас.% от массы боргидрида натрия.The optimal amount of catalyst is 2-3 wt.% By weight of sodium borohydride.
Наиболее оптимальным для данного способа является использование в качестве катализатора хлорида кобальта, что не исключает применения любых других известных для данной реакции катализаторов.The most optimal for this method is the use of cobalt chloride as a catalyst, which does not exclude the use of any other catalysts known for this reaction.
Нагрев реакционной смеси требующийся на начальной стадии способа может быть проведен как с использованием внешнего источника тепла, так и добавлением вещества бурно реагирующие с водой или твердых кислот в количестве 2-3 мас.% от массы боргидрида натрия.The heating of the reaction mixture required at the initial stage of the method can be carried out both using an external heat source, and by adding substances violently reacting with water or solid acids in an amount of 2-3 wt.% By weight of sodium borohydride.
Наиболее оптимальным для данного способа является использование в качестве вещества бурно реагирующего с водой берут вещество, выбранное из ряда: гидриды щелочных металлов, алюмогидриды, боргидриды лития и магния и т.п.The most optimal for this method is to use as a substance vigorously reacting with water a substance selected from the series: alkali metal hydrides, aluminum hydrides, lithium and magnesium borohydrides, etc.
Наиболее оптимальным для данного способа является использование в качестве твердой кислоты борной или щавелевой кислоты.The most optimal for this method is to use boric or oxalic acid as a solid acid.
Для повышения общего массового выхода, выделяющиеся газообразные продукты охлаждают для конденсации паров воды до температуры окружающей среды, или температуры, необходимой для работы потребляющего устройства.To increase the overall mass yield, the gaseous products released are cooled to condense the water vapor to ambient temperature, or the temperature necessary for the operation of the consuming device.
Сконденсированную воду возвращают или в реактор с боргидридом натрия или в емкость с водой, что является предпочтительней.Condensed water is returned either to a sodium borohydride reactor or to a container of water, which is preferred.
Техническим результатом заявляемого способа является увеличение выхода водорода по реакции боргидрида натрия и воды до 7,5 мас.% в расчете на массу всех реагентов, что более чем в 2 раза выше, чем в прототипе.The technical result of the proposed method is to increase the yield of hydrogen by the reaction of sodium borohydride and water to 7.5 wt.% Based on the weight of all reagents, which is more than 2 times higher than in the prototype.
Отсутствие источников информации, содержащих ту же совокупность признаков, что и в разработанном способе, сообщает ему соответствие критерию «новизна».The absence of information sources containing the same set of features as in the developed method, tells him the compliance with the criterion of "novelty."
Та же совокупность признаков позволяет получить новый непредсказуемый эффект, увеличение выхода водорода по реакции боргидрида натрия и воды до 7-8,5 мас.% в расчете на массу всех реагентов и, таким образом, сообщает ей соответствию критерию «изобретательский уровень».The same set of features allows you to get a new unpredictable effect, an increase in hydrogen yield by the reaction of sodium borohydride and water to 7-8.5 wt.% Based on the weight of all reagents and, thus, tells her the criterion of "inventive step".
Проведение нового способа с использованием известного оборудования с помощью известных компонентов сообщает разработанному изобретению соответствие критерию «промышленная применимость».Carrying out a new method using known equipment using known components informs the developed invention that it meets the criterion of "industrial applicability".
Приведенные ниже примеры подтверждают, но не ограничивают применение изобретения.The following examples confirm, but do not limit, the application of the invention.
Пример 1Example 1
В реактор диаметром 80 и высотой 180 мм помещают таблетку боргидрида натрия, весом 125 г. В верхней части реактора находится отверстие, расположенное сверху по центру над твердым реагентом и соединенное с емкостью для подачи воды. В эту емкость загружают воду в количестве 220 г (соотношение боргидрида натрия к воде составляет 1:1,76 по массе) качестве катализатора берут хлорид кобальта и добавляют его в количестве 3 г в емкость для подачи воды, образуя 2,4% раствор по отношению к массе боргидрида. Верхнюю часть таблетки, куда далее будет подаваться вода, нагревают при помощи внешнего нагревателя до температуры 120°С, после чего в систему при помощи насоса подают около 10 мл воды. После поднятия давления до 10 атм открывают редуктор на выделение водорода. Поток, и количество водорода фиксируют с помощью расходомера EL-FLOW фирмы Bronhorst. При этом температура внутри реактора поддерживают интервала 140-170. В дальнейшем воду подают со скоростью, которая необходима для поддержания давления и температуры в реакторе в указанных пределах. После добавления всего количества воды и окончания выделения водорода количество выделившегося водорода, составившее 251 норм.л, соответствует общему выходу водорода 6,5 мас.%.A sodium borohydride tablet weighing 125 g is placed in a reactor with a diameter of 80 and a height of 180 mm. A hole is located in the upper part of the reactor, located in the center above the solid reagent and connected to a water supply tank. In this container, water is loaded in an amount of 220 g (the ratio of sodium borohydride to water is 1: 1.76 by weight) as the catalyst, cobalt chloride is taken and 3 g of it are added to the tank for water supply, forming a 2.4% solution in the ratio to the mass of borohydride. The upper part of the tablet, where water will be further supplied, is heated with an external heater to a temperature of 120 ° C, after which about 10 ml of water is supplied to the system using a pump. After raising the pressure to 10 atm, the gearbox for hydrogen evolution is opened. The flow and the amount of hydrogen are fixed using a Bronhorst EL-FLOW flowmeter. The temperature inside the reactor maintain the interval 140-170. Subsequently, water is supplied at a speed that is necessary to maintain the pressure and temperature in the reactor within the specified limits. After adding the total amount of water and the end of the evolution of hydrogen, the amount of hydrogen released, which amounted to 251 normal liters, corresponds to a total hydrogen yield of 6.5 wt.%.
Пример 2.Example 2
В реактор диаметром 80 и высотой 180 мм термопарой и датчиком давления помещают 115 г боргидрида натрия в виде порошка или спрессованного порошка. Для нагрева реакционной смеси на начальной стадии к боргидриду натрия добавляют в качестве в качестве вещества бурно реагирующего с водой берут 3 г гидрида лития LiH (2,4% по отношению к массе боргидрида), предварительно смешав его с 10 г NaBH4. Таким образом, суммарная масса боргидрида натрия составляет 125 г. Для удобства смесь помещают в предварительно выполненное по центру порошка NaBH4 углубление. В верхней части реактора находится отверстие, расположенное сверху по центру над твердым реагентом и соединенное с емкостью для подачи воды. В эту емкость загружают 212 г воды (соотношение боргидрида натрия к воде составляет 1:1,76 по массе) В качестве катализатора берут хлорид кобальта и добавляют его в количестве 3,6 г в емкость для подачи воды, образуя 2,88% раствор по отношению к массе боргидрида.In a reactor with a diameter of 80 and a height of 180 mm, a thermocouple and a pressure transducer place 115 g of sodium borohydride in the form of a powder or compressed powder. To heat the reaction mixture at the initial stage, 3 g of lithium hydride LiH (2.4% with respect to the mass of borohydride) is added to sodium borohydride as a strongly reactive substance with water, after mixing it with 10 g of NaBH4. Thus, the total mass of sodium borohydride is 125 g. For convenience, the mixture is placed in a recess previously made in the center of the NaBH4 powder. In the upper part of the reactor there is an opening located in the center above the solid reagent and connected to the water supply tank. 212 g of water are charged into this tank (the ratio of sodium borohydride to water is 1: 1.76 by weight). As a catalyst, cobalt chloride is taken and 3.6 g of it are added to the tank for water supply, forming a 2.88% solution of relative to the mass of borohydride.
В реактор при помощи насоса подают раствор воды с катализатором со скоростью приблизительно 1,5 мл/мин. При попадании раствора катализатора в воде происходит бурная реакция его с гидридом лития, приводящая к повышению давления до 10 атм до 10 атм и температуры до 140-170. После чего открывают редуктор на выделение газа. Поток и количество водорода фиксируют с помощью расходомера EL-FLOW фирмы Bronhorst. При этом температура внутри реактора поддерживают интервала В дальнейшем воду подают со скоростью, которая необходима для поддержания давления и температуры в реакторе в указанных пределах. После добавления всего количества воды и окончания выделения водорода количество выделившегося водорода составило 286 норм.л, что соответствует общему выходу водорода 7,4 мас.%.A solution of water with a catalyst is supplied to the reactor using a pump at a rate of approximately 1.5 ml / min. When a catalyst solution enters the water, it reacts violently with lithium hydride, leading to an increase in pressure to 10 atm to 10 atm and temperature to 140-170. Then open the gearbox for gas evolution. The flow and amount of hydrogen are recorded using a Bronhorst EL-FLOW flowmeter. In this case, the temperature inside the reactor is maintained within the interval. In the future, water is supplied at a speed that is necessary to maintain the pressure and temperature in the reactor within the specified limits. After adding the entire amount of water and ending the evolution of hydrogen, the amount of hydrogen released was 286 normal liters, which corresponds to a total hydrogen yield of 7.4 wt.%.
Пример 3.Example 3
В реактор диаметром 80 и высотой 180 мм термопарой и датчиком давления помещают 115 г боргидрида натрия в виде порошка или спрессованного порошка. Для нагрева реакционной смеси на начальной стадии к боргидриду натрия добавляют в качестве в качестве вещества бурно реагирующего с водой берут 3 г Н3ВО3 (2,4% по отношению к массе боргидрида), предварительно смешав его с 10 г NaBH4. Таким образом, суммарная масса боргидрида натрия составляет 125 г. Для удобства смесь помещают в предварительно выполненное по центру порошка NaBH4 углубление. В верхней части реактора находится отверстие, расположенное сверху по центру над твердым реагентом и соединенное с емкостью для подачи воды. В эту емкость загружают 212 г воды (соотношение боргидрида натрия к воде составляет 1:1,76 по массе) В качестве катализатора берут хлорид кобальта и добавляют его в количестве 3,6 г в емкость для подачи воды, образуя 2,88% раствор по отношению к массе боргидрида.In a reactor with a diameter of 80 and a height of 180 mm, a thermocouple and a pressure transducer place 115 g of sodium borohydride in the form of a powder or compressed powder. To heat the reaction mixture at the initial stage, 3 g of H3BO3 (2.4% with respect to the weight of the borohydride) is added as a substance violently reacting with water to sodium borohydride, after mixing it with 10 g of NaBH4. Thus, the total mass of sodium borohydride is 125 g. For convenience, the mixture is placed in a recess previously made in the center of the NaBH4 powder. In the upper part of the reactor there is an opening located in the center above the solid reagent and connected to the water supply tank. 212 g of water are charged into this tank (the ratio of sodium borohydride to water is 1: 1.76 by weight). As a catalyst, cobalt chloride is taken and 3.6 g of it are added to the tank for water supply, forming a 2.88% solution of relative to the mass of borohydride.
В реактор при помощи насоса подают раствор воды с катализатором со скоростью приблизительно 1,5 мл/мин. При попадании раствора катализатора в воде происходит бурная реакция его с гидридом лития, приводящая к повышению давления до 10 атм и температуры до 140-170. После чего открывают редуктор на выделение газа. Поток и количество водорода фиксируют с помощью расходомера EL-FLOW фирмы Bronhorst. При этом температура внутри реактора поддерживают интервала В дальнейшем воду подают со скоростью, которая необходима для поддержания давления и температуры в реакторе в указанных пределах. После добавления всего количества воды и окончания выделения водорода количество выделившегося водорода составило 286 норм.л, что соответствует общему выходу водорода 7,4 мас.%.A solution of water with a catalyst is supplied to the reactor using a pump at a rate of approximately 1.5 ml / min. When a catalyst solution enters the water, it reacts violently with lithium hydride, leading to an increase in pressure up to 10 atm and temperature up to 140-170. Then open the gearbox for gas evolution. The flow and amount of hydrogen are recorded using a Bronhorst EL-FLOW flowmeter. In this case, the temperature inside the reactor is maintained within the interval. In the future, water is supplied at a speed that is necessary to maintain the pressure and temperature in the reactor within the specified limits. After adding the entire amount of water and ending the evolution of hydrogen, the amount of hydrogen released was 286 normal liters, which corresponds to a total hydrogen yield of 7.4 wt.%.
Пример 4. Все как в примере 2, только температуру реактора держат в интервале 100-135°С, что приводит к уменьшению общего выхода водорода 6,3 мас.%.Example 4. Everything is as in example 2, only the temperature of the reactor is kept in the range of 100-135 ° C, which leads to a decrease in the total hydrogen yield of 6.3 wt.%.
Пример 5. Все как в примере 2, только температуру реактора держат в интервале 175-200°С, что приводит к уменьшению общего выхода водорода до 4,8 мас.%.Example 5. Everything is as in example 2, only the temperature of the reactor is kept in the range 175-200 ° C, which leads to a decrease in the total yield of hydrogen to 4.8 wt.%.
Пример 6. Все как в примере 2, только давление в реакторе держат в интервале до 5 атм, что приводит к уменьшению общего выхода водорода до 7 мас.%.Example 6. Everything is as in example 2, only the pressure in the reactor is kept in the range up to 5 atm, which leads to a decrease in the total yield of hydrogen to 7 wt.%.
Пример 7. Все как в примере 2, только давление держат выше 15 атм, что не приводит к уменьшению общего выхода водорода относительно примера 2, но увеличивает энергозатраты.Example 7. Everything is as in example 2, only the pressure is kept above 15 atm, which does not lead to a decrease in the total hydrogen yield relative to example 2, but increases energy consumption.
Пример 8. Все как в примере 2, только массовое соотношение боргидрида натрия к воде было уменьшено до 1/1,5, что приводит к уменьшению общего выхода водорода до 6,5 мас.%.Example 8. Everything is as in example 2, only the mass ratio of sodium borohydride to water was reduced to 1 / 1.5, which leads to a decrease in the total hydrogen yield to 6.5 wt.%.
Пример 9. Все как в примере 2, только массовое соотношение боргидрида натрия к воде было увеличено до 1/2, что приводит к уменьшению общего выхода водорода до 6,9 мас.%.Example 9. Everything is as in example 2, only the mass ratio of sodium borohydride to water was increased to 1/2, which leads to a decrease in the total hydrogen yield to 6.9 wt.%.
Пример 10. Все как в примере 2, только выходящие газообразные продукты охлаждают для конденсации паров воды и сконденсированную воду возвращают в реакционную смесь что приводит к увеличению общего выхода водорода до 7,5 мас.%.Example 10. Everything is as in example 2, only the outgoing gaseous products are cooled to condense water vapor and the condensed water is returned to the reaction mixture, which leads to an increase in the total hydrogen yield up to 7.5 wt.%.
Пример 11. Все как в примере 2, только выходящие газообразные продукты охлаждают для конденсации паров воды и сконденсированную воду возвращают в емкость для воды что приводит к увеличению общего выхода водорода до 7,5 мас.%.Example 11. Everything is as in example 2, only the outgoing gaseous products are cooled to condense water vapor and the condensed water is returned to the water tank, which leads to an increase in the total hydrogen yield up to 7.5 wt.%.
Как видно из приведенных примеров заявляемый способ позволяет увеличить выход водорода по реакции боргидрида натрия и воды до 7,5 мас.% в расчете на массу всех реагентов, что более чем в 2 раза выше, чем в прототипе. Таким образом позволяет решить заявляемую задачу получения водорода одновременно с большими скоростями и высокими выходами, недостижумую до настоящего времени известными в уровне техники способами.As can be seen from the above examples, the inventive method allows to increase the hydrogen yield by the reaction of sodium borohydride and water to 7.5 wt.% Based on the weight of all reagents, which is more than 2 times higher than in the prototype. Thus, it allows to solve the claimed problem of producing hydrogen simultaneously with high speeds and high yields, unattainable to date by methods known in the prior art.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140210A RU2663066C2 (en) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016140210A RU2663066C2 (en) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2016140210A RU2016140210A (en) | 2018-04-13 |
| RU2663066C2 true RU2663066C2 (en) | 2018-08-01 |
Family
ID=61974554
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016140210A RU2663066C2 (en) | 2016-10-13 | 2016-10-13 | Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2663066C2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040009379A1 (en) * | 2002-07-11 | 2004-01-15 | Amendola Steven C. | Method and apparatus for processing discharged fuel solution from a hydrogen generator |
| US7306780B1 (en) * | 2002-01-15 | 2007-12-11 | Sandia Corporation | Method of generating hydrogen gas from sodium borohydride |
| RU2323045C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-04-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst (variants), method of preparation thereof, and a method for production of hydrogen from hydride solutions |
| RU2444472C2 (en) * | 2005-06-13 | 2012-03-10 | Сосьете Бик | Fuel for hydrogen-generating cartridges |
-
2016
- 2016-10-13 RU RU2016140210A patent/RU2663066C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7306780B1 (en) * | 2002-01-15 | 2007-12-11 | Sandia Corporation | Method of generating hydrogen gas from sodium borohydride |
| US20040009379A1 (en) * | 2002-07-11 | 2004-01-15 | Amendola Steven C. | Method and apparatus for processing discharged fuel solution from a hydrogen generator |
| RU2444472C2 (en) * | 2005-06-13 | 2012-03-10 | Сосьете Бик | Fuel for hydrogen-generating cartridges |
| RU2323045C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-04-27 | Институт Катализа Им. Г.К. Борескова Сибирского Отделения Российской Академии Наук | Catalyst (variants), method of preparation thereof, and a method for production of hydrogen from hydride solutions |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2016140210A (en) | 2018-04-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TWI481553B (en) | Catalytic system for generating hydrogen by the hydrolysis reaction of metal borohydrides | |
| US8273140B1 (en) | Method and apparatus for hydrogen production from water | |
| Krishnan et al. | Cobalt oxides as Co2B catalyst precursors for the hydrolysis of sodium borohydride solutions to generate hydrogen for PEM fuel cells | |
| Ouyang et al. | Production of hydrogen via hydrolysis of hydrides in Mg–La system | |
| Kojima et al. | Development of 10 kW-scale hydrogen generator using chemical hydride | |
| US6607707B2 (en) | Production of hydrogen from hydrocarbons and oxygenated hydrocarbons | |
| Singh et al. | Generation of hydrogen from NaBH4 solution using metal-boride (CoB, FeB, NiB) catalysts | |
| Jadhav et al. | NiCo2O4 hollow sphere as an efficient catalyst for hydrogen generation by NaBH4 hydrolysis | |
| US8609054B2 (en) | Hydrogen production from borohydrides and glycerol | |
| JP2004514632A (en) | Hydrogen generation method and hydrogen generation device for fuel cell | |
| US20080256858A1 (en) | Method of storing and generating hydrogen for fuel cell applications | |
| Beaird et al. | Deliquescence in the hydrolysis of sodium borohydride by water vapor | |
| CN101347736A (en) | Catalyst for hydrogen production by catalyzing and hydrolyzing borohydride and preparation method thereof | |
| Yan et al. | Lithium palladium hydride promotes chemical looping ammonia synthesis mediated by lithium imide and hydride | |
| US20090214417A1 (en) | Preparation of cobalt-boron alloy catalysts useful for generating hydrogen from borohydrides | |
| Damjanović et al. | A direct measurement of the heat evolved during the sodium and potassium borohydride catalytic hydrolysis | |
| RU2689587C1 (en) | Hydrogen production composition, method of its preparation and hydrogen production process | |
| US20070202037A1 (en) | Method for obtaining hydrogen | |
| Min et al. | Hydrogen generation by hydrolysis of solid sodium borohydride for portable PEMFC applications | |
| CN101143319A (en) | A catalyst and its preparation and application in preparing hydrogen by borohydride hydrolysis | |
| RU2663066C2 (en) | Method for hydrogen formation from sodium borohydride and water in the presence of a catalyst | |
| Keskin et al. | Recommendations for ammonia borane composite pellets as a hydrogen storage medium | |
| US20040249215A1 (en) | Method for producing tetrahydroborates | |
| Kayacan et al. | Effect of magnesium on sodium borohydride synthesis from anhydrous borax | |
| CN1438169A (en) | Hydrogen preparation method and apparatus |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191014 |