O método proposto é baseado no seguinte:
- A ligação eletrônica entre os átomos de hidrogênio e oxigênio enfraquece proporcionalmente ao aumento da temperatura da água. Isso é confirmado pela prática ao queimar carvão seco. Antes de queimar carvão seco, ele é despejado com água. O carvão úmido dá mais calor, queima melhor. Isso se deve ao fato de que, em altas temperaturas de combustão do carvão, a água se decompõe em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio queima e fornece calorias adicionais ao carvão, e o oxigênio aumenta o volume de oxigênio do ar na fornalha, o que contribui para uma combustão melhor e completa do carvão.
- A temperatura de ignição do hidrogênio é de 580 a 590 graus Celsius, a decomposição da água deve estar abaixo do limite de ignição do hidrogênio.
- A ligação eletrônica entre os átomos de hidrogênio e oxigênio a uma temperatura de 550 graus Celsius ainda é suficiente para formar moléculas de água, mas as órbitas dos elétrons já estão distorcidas, a ligação com os átomos de hidrogênio e oxigênio está enfraquecida. Para que os elétrons saiam de suas órbitas e a ligação atômica entre eles se desintegre, os elétrons precisam adicionar mais energia, mas não calor, mas a energia de um campo elétrico de alta tensão. Em seguida, a energia potencial do campo elétrico é convertida na energia cinética do elétron. A velocidade dos elétrons em um campo elétrico de corrente contínua aumenta em proporção à raiz quadrada da voltagem aplicada aos eletrodos.
- A decomposição do vapor superaquecido em um campo elétrico pode ocorrer a uma velocidade de vapor baixa, e tal velocidade de vapor a uma temperatura de 550 graus Celsius pode ser obtida apenas em um espaço aberto.
- Para obter hidrogênio e oxigênio em grandes quantidades, é necessário usar a lei da conservação da matéria. Desta lei segue-se: em que quantidade a água se decompôs em hidrogênio e oxigênio, na mesma quantidade obtemos água oxidando esses gases.
A possibilidade de realização da invenção é confirmada por exemplos realizados em três variantes de instalações.
Todas as três variantes de plantas são feitas dos mesmos produtos cilíndricos uniformes de tubos de aço.
Primeira opção
Operação e dispositivo de instalação da primeira opção (diagrama 1)
Nas três versões, o funcionamento das instalações começa com a preparação do vapor superaquecido em open space com a temperatura do vapor de 550 graus Celsius. O espaço aberto fornece uma velocidade ao longo do circuito de decomposição do vapor de até 2 m / s.
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O vapor superaquecido é preparado em um tubo / starter / de aço resistente ao calor, cujo diâmetro e comprimento dependem da potência da instalação. A potência da instalação determina a quantidade de água decomposta, litros / s.
Um litro de água contém 124 litros de hidrogênio e 622 litros de oxigênio, em termos de calorias é 329 kcal.
Antes de iniciar a instalação, o starter é aquecido de 800 a 1000 graus Celsius / o aquecimento é feito de qualquer maneira /.
Uma extremidade do starter é conectada com um flange através do qual a água dosada para decomposição é fornecida à potência calculada. A água no starter aquece até 550 graus Celsius, flui livremente da outra extremidade do starter e entra na câmara de decomposição, na qual o starter é flangeado.
Na câmara de decomposição, o vapor superaquecido é decomposto em hidrogênio e oxigênio por um campo elétrico criado por eletrodos positivo e negativo, que são alimentados com uma corrente contínua com voltagem de 6000 V. o centro da caixa, ao longo de toda a superfície da qual existem orifícios com um diâmetro de 20 mm.
O eletrodo tubo é uma grade que não deve criar resistência para o hidrogênio entrar no eletrodo. O eletrodo é preso ao corpo do tubo em buchas e a alta tensão é aplicada ao mesmo acessório. A extremidade do tubo do eletrodo negativo é terminada com um tubo eletricamente isolante e resistente ao calor para o hidrogênio escapar pelo flange da câmara. Saída de oxigênio do corpo da câmara de decomposição através de um tubo de aço. O eletrodo positivo / corpo da câmera / deve ser aterrado e o pólo positivo na fonte de alimentação CC deve ser aterrado.
O rendimento do hidrogênio em relação ao oxigênio é 1: 5.
Segunda opçao
Operação e disposição da instalação de acordo com a segunda opção (esquema 2)
A instalação da segunda opção é projetada para obter uma grande quantidade de hidrogênio e oxigênio devido à decomposição paralela de uma grande quantidade de água e oxidação de gases em caldeiras para obter vapor de trabalho de alta pressão para usinas que operam com hidrogênio / doravante WPP /.
O funcionamento da instalação, como na primeira versão, começa com a preparação do vapor superaquecido na partida. Mas este starter é diferente da 1ª versão. A diferença está no fato de que na extremidade da partida é soldada uma derivação, na qual é montado um interruptor de vapor, que possui duas posições - "iniciar" e "trabalhar".
O vapor obtido no starter entra no trocador de calor, que é projetado para ajustar a temperatura da água recuperada após a oxidação na caldeira / K1 / a 550 graus Celsius. O trocador de calor / To / é um tubo, como todos os produtos com o mesmo diâmetro. Tubos de aço resistentes ao calor são montados entre os flanges do tubo, através dos quais passa o vapor superaquecido. Os tubos são alimentados com água de um sistema de refrigeração fechado.
Do trocador de calor, o vapor superaquecido entra na câmara de decomposição exatamente da mesma forma que na primeira versão da instalação.
O hidrogênio e o oxigênio da câmara de decomposição entram no queimador da caldeira 1, no qual o hidrogênio é aceso por um isqueiro - uma tocha é formada. A tocha, fluindo em torno da caldeira 1, cria um vapor de trabalho de alta pressão nela. A cauda do maçarico da caldeira 1 entra na caldeira 2 e com o seu calor na caldeira 2 prepara o vapor para a caldeira 1. A oxidação contínua dos gases começa ao longo de todo o circuito das caldeiras de acordo com a conhecida fórmula:
Como resultado da oxidação dos gases, a água é reduzida e o calor é liberado. Este calor é recolhido na instalação pelas caldeiras 1 e 2, convertendo-o em vapor de trabalho de alta pressão. E a água recuperada com alta temperatura entra no próximo trocador de calor, daí para a próxima câmara de decomposição. Essa sequência de transição da água de um estado para outro continua quantas vezes forem necessárias para receber energia desse calor coletado na forma de vapor de trabalho para garantir a capacidade de projeto do WPP.
Após a primeira porção do vapor superaquecido desviar de todos os produtos, dar ao circuito a energia calculada e deixar o último no circuito da caldeira 2, o vapor superaquecido é direcionado através da tubulação para o interruptor de vapor montado na partida. O interruptor de vapor da posição "start" é transferido para a posição "work", após o que entra no starter. O motor de arranque está desligado / água, aquecimento /. Do starter, o vapor superaquecido entra no primeiro trocador de calor e daí para a câmara de decomposição. Uma nova volta de vapor superaquecido começa ao longo do circuito. A partir desse momento, o contorno da decomposição e do plasma se fecha sobre si mesmo.
A água é consumida pela instalação apenas para a formação do vapor de trabalho de alta pressão, que é retirado do fluxo de retorno do circuito de exaustão após a turbina.
A desvantagem das usinas para parques eólicos é o seu peso. Por exemplo, para um parque eólico com capacidade de 250 MW, é necessário decompor simultaneamente 455 litros de água por segundo, e isso exigirá 227 câmaras de decomposição, 227 trocadores de calor, 227 caldeiras / K1 /, 227 caldeiras / K2 /. Mas tal incômodo será justificado cem vezes apenas pelo fato de que apenas a água será o combustível para o parque eólico, sem falar na limpeza ambiental do parque eólico, energia elétrica barata e calor.
Terceira opção
3ª versão da usina (diagrama 3)
Esta é exatamente a mesma usina que a segunda.
A diferença entre eles é que esta instalação funciona constantemente a partir de uma partida, a decomposição do vapor e a combustão do hidrogênio no circuito de oxigênio não se fecham sobre si mesma. O produto final da instalação será um trocador de calor com câmara de decomposição. Esse arranjo de produtos permitirá receber, além da energia elétrica e do calor, também hidrogênio e oxigênio ou hidrogênio e ozônio. A usina de 250 MW, ao operar a partir do starter, consumirá energia para aquecer o starter, água 7,2 m3 / he água para a formação do vapor de trabalho 1620 m3 / h / água é usada do circuito de retorno do vapor de exaustão /. Na usina para o parque eólico, a temperatura da água é de 550oC. Pressão do vapor 250 at. O consumo de energia para a criação de um campo elétrico por câmara de decomposição será de aproximadamente 3600 kW / h.
A usina de 250 MW, ao colocar produtos em quatro andares, ocupará uma área de 114 x 20 me altura de 10 m. Excluindo a área de turbina, gerador e transformador para 250 kVA - 380 x 6000 V.
A INVENÇÃO TEM AS SEGUINTES VANTAGENS
- O calor gerado pela oxidação de gases pode ser usado diretamente no local, e o hidrogênio e o oxigênio são obtidos com a utilização de vapor residual e água de processo.
- Baixo consumo de água na geração de eletricidade e calor.
- A simplicidade do caminho.
- Economia significativa de energia como ele é gasto apenas para aquecer o starter ao regime térmico estabelecido.
- Alta produtividade do processo, porque a dissociação das moléculas de água leva décimos de segundo.
- Explosão e segurança contra incêndio do método, porque em sua implantação, não há necessidade de recipientes para coleta de hidrogênio e oxigênio.
- Durante o funcionamento da instalação, a água é purificada várias vezes, sendo convertida em água destilada. Isso elimina sedimentos e incrustações, o que aumenta a vida útil da instalação.
- A instalação é feita de aço comum; com exceção das caldeiras de aços resistentes ao calor com forro e blindagem das paredes. Ou seja, nenhum material caro especial é necessário.
A invenção pode encontrar aplicação na indústria, substituindo hidrocarbonetos e combustível nuclear em usinas de energia por água barata, generalizada e ambientalmente correta, enquanto mantém a energia dessas usinas.
AFIRMAÇÃO
Método para a produção de hidrogênio e oxigênio a partir do vapor de água, incluindo a passagem desse vapor por um campo elétrico, caracterizado pelo fato de que vapor de água superaquecido com uma temperatura de 500 a 550 graus Celsius é usado, passado por um campo elétrico de corrente contínua de alta tensão para dissociar o vapor e dividi-lo em átomos de hidrogênio e oxigênio.
