Способ получения водорода

Союз СоветскиСоциалистическихРеспублик ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 957525(22) Заявлено 200181 (2 т) 3239405/23-26с присоединением заявки Мо 3239756/23-26(23) Приоритет -Опубликовано 071282. Бюллетень М 45Дата опубликования описания 03.0183 1511 М. Кл з С 01 В 3/00 1 осударствеииый комитет СССР по делам изобретений и открытий(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА Изобретение относится к области атомно-водородной энергетики и может быть использовано для промышленного производства водорода.5Известен способ получения водорода из жидкой воды в ядерном реакторе, включающий радиолиз воды осколка" ми ядерного деления в гбмогенном ядерном реакторе. и разделение образовавшейся смеси водорода, кислорода иводы 1 3.Недостатком этого способа является низкий радиационный выход водорода, не превышающий 1 моль/100 эВ.Наиболее близким к описываемому изобретению но технической сущности и достигаемому результату является способ получения водорода, включающий нагревание воды, получение пара, радиолиз пара нейтронами, разделение образовавшейся реакционной смеси и отделение водорода 2.Недостатком этого способа является. невысокий радиационный выход водорода, не превышающий 4 моль/100 эВ. 25Целью изобретения является повышение. радиационного выхода водорода.Поставленная цель достигается спасобом получения водорода, включающим нагревание воды с получением пара, 30 радиолиз его под действием энергии продуктов ядерной реакции, выделение водорода из ооразовавшейся реакционной смеси, в котором радиолиз пара осуществляют при контактировании его с рсдуктами ядерной реакции деления, синтеза или синтеза-деления ядерного топлива непосредственно в активной зоне реактора,При этом процесс радиолиза проводят в паре при 300-400 оС и давлении 70-200 атм.Данный способ позволяет повысить радиационный выход водорода до 10- 15 моль/100 эВ, что соответствует КПД процесса 30-50, т,е. в 3-5 раз выше, чем в известном способе.Процесс получения водорода осуществляют с использованием энергии ядерного деления - синтеза, возбуждаемого лазером или электронным пучком, в термоядерном или гибридном импульсном реакторе с помощью ионов разлетающейся плазмы дейтерий-тритиевой или уран-дейтерий-тритиевой мишени. Для достижения оптимальных условий процесса радиолиза воды необходимо, чтобы энергия взрыва в расче9,57 525 формула изобретения 1. Способ получения водорода, включающий нагревание воды с получениемпара, радиолиз его под действием энергиипродуктов ядерной реакции, выделение водорода из образовавшейсяреакционной смеси; о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью повышения радиационного выхода водорода,радиолиз пара осуществляют при .контактировании его с продуктами ядерной реакции деления, синтеза или синтеза-деления ядерного топлива в активной зоне реактора.2. Способ по п.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что процесс радиолиза проводят в паре при 300-400 ОС идавлении 70-200 атм.Источники информации,принятые во вНимание при экспертизе1, Нагоеп Епегщ, Рспд, еа. Ьу ЧЕМ-го1 о, й, )., 1974, с. 167,Филиал ППП "Патент",те на одну молекулу воды в разлагае,мом паре составляла 0,3-3 эВ,В этом случае за счет специфических плазменных эффектов радиолиза - колебательного возбуждения молекул воды электронами и диссоциативного прилипания электронов-радиолити 5 ческий выход молекул Н р может составить 10-15 моль/100 эВ, что соответствует КПД процесса 30-50. При этихусловиях в треке осколка деления соз Одается плазма со степенью ионизации110 -10 " и температурой электронов10- 1 эВ. В результате взаимодействия с электронами молекулы Н.,Околебательно возбуждаются и вступа-.ют в реакцию с радикалом Н, что приводит к образованию молекулы Н изкаждого радикала. Радиационный выходводорода с учетом разложения водыза счет диссоциативного прилипаниясоставляет15 моль/100 эВ, что 20соответствует КПД50.При плотности пара ниже соответствующей давлению 70 атм и температуре 200 С температура электроновв плазметрека оказывается недостаточной для эффективного колебательного возбуждениямолекул НО , и выход водорода уменьшается за счет рекомбинации продуктов разложенияводы. При давлениях более 200 атм ЗОплотность пара становится близкой кплотности жидкой воды, и рекомбинацияпродуктов разложения молекул воды усиливается за счет эфекта "клетки".П р и м е р 1. Водяной пар с тем" 35 пературой 300 С и давлением 70 атм из парогенератора подается со скоростью 350 кг/с в камеру гомогенного (пылевого, вихревого)ядерного реактора с циркулирующим 40 топливом, объемом 1 м з, где облучается в течение 0,5 с. В результате радиолитического разложения водяного пара образуется смесь, содержащая 2 кг/м Н+ ц 2 30 кг/мводяного пара и 5 кг/МЗ топлива, которая пос тупает в сепаратор для отделения топлива и радиоактивных продуктов деления, затем топливо поступает обратно в реактор, а смесь Н), О и НО охлаждается в теплообменнике 50 парогенератора и поступает в устройстводля отделения водорода. Выход водорода достигает при этом15 моль/100 эВ.П р и м е р 2, Отличается от . у примера 1 тем, что температура, давление составляют соответственно 400 ОС, 200 атм,и расход пара - 1000 кг/с. Радиационный выход водоро.да составляет 15 моль/100 эВ.П р и м е р 3. В сферическую камеру радиусом 1 м импульсного реактоВНИИПИ Заказ 10644/ ра через пористую или перфорированную стенку подается 10 кг пара из парогенератора с температурой 200 С и давлением 16 атм. Одновременно с этим в центре камеры производится микровзрыв фйтеуий-тритиевой мишени весом 10 г, инициируемый лазером иМЙ электронным пучком. Под действием быстрых ионов разлетающейся плазмы (дейтонов, трипонов, альфа- частиц ) водяной пар радиолитически разлагается с образованием 10 норм,л смеси Н+ О. В результате расширения слоя пара и газов в камере реактора происходит закалка продуктов разложения воды и охлаждение до 100-200 ОС. После этого смесь Н , О и НО охлаждается в теплообменнйке парогенератора, и водород отделяется, РадиациОнный выход водорода составляет 15 моль/100 эВ.П р и м е р 4, Отличается,от примера 3 тем,что в центре камеры производится микровзрыв уран-дейтерий-тритиевой мишени весом 104 г, инициируемый лазером или электронным пучком. Радиационный выход водорода составляет 15 моль/100 эВ.Изобретение позволяет увеличить энергетический КПД процесса получения водорода из воды в ядерном. реакторе по сравнению с известным способом с 5 до 30-50%. Это дает возможность увеличить производительность по водороду установки той же мощности в 6-10 раэ и снизить стоимость полученного водорода. 2. Патент Великобритании М 1494089,кл. С 01 В 1/00,опублик. 1977 прототип),10 тираж 509 Подписное г.ужгород, ул.Проектная,4