Газогенератор низкого давления ВГ-76

На российских антарктических станциях для добывания водорода используют газогенераторы низкого давления ВГ-76 (Г-3). Основное достоинство этого газогенератора заключается в отсутствии высокого давления, а, значит, меньшей пожароопасности и взрывоопасности.

а) – газогенератор Г-3 б) – газогенератор ВГ 76

Газогенератор ВГ-76 (рис. 3) состоит:

· реактор (4), на передней стенке которого имеется загрузочно-разгрузочный люк с герметично закрывающейся крышкой. Через этот люк загружают в реактор химикаты (алюминий и едкий натр) и освобождают реактор от продуктов реакции.

· водяной расходный бак (1), из которого в реактор порциями подается вода через клапан регулировки подачи воды (2).

· Холодильник (6, 7), в который наливается холодная вода. Водород с водяным паром из реактора через резинотканевые шланги (10, 11) поступает в холодильник. Водород проходит через холодную воду и охлаждается.

· осушитель (8) для удаления водяного пара из водорода.

· разделитель газа (9), через который водород поступает в оболочку или газгольдер. Т.к. при сильном ветре существует вероятность повторных выпусков радиозондов, то на станциях рекомендуется создавать запас водорода, для чего используются перкалевые газгольдеры.

Способы получения  водорода на аэрологических станциях

Силиколевый способ

Силиколевый способосуществляется в газогенераторе высокого давления АВГ-45 при температуре воздуха выше +10^оС. При этом используются следующие химикаты:

1. SiFe₂ – ферросилиций (сплав железа с кремнием, содержащий около 80% кремния) - 1250 гр. Это порошок темно-серого цвета, безвреден.

2. NaOH – едкий натр (каустическая сода) - 800 гр. Это белая плотная масса волокнисто-кристаллического строения, разъедает кожу, одежду, обувь. Работать с едким натром  нужно в резиновых перчатках, сапогах, фартуке и защитных очках. Едкий натр легко растворяется в воде с выделением тепла (на 1кг NaOH выделяется ≈10⁶ Дж). Нельзя хранить в одном помещении едкий натр и ферросилиций, т.к. они в присутствии влаги взаимодействуют с выделением водорода.

3. H₂O – вода - 6литров.

С горловины реактора снимается газогенераторная головка и через воронку в реактор загружаются химикаты. Нормы и порядок закладки химикатов:

1. NaOH – едкий натр - 800 гр.

2. H₂O – вода - 4литра.

3. SiFe₂ – ферросилиций - 1250 гр.

4. H₂O – вода - 2литра.

После закладки химикатов на реактор накручивают газогенераторную головку, закрывают кран-вентиль и наблюдают за показаниями манометра. Первые 10÷15 минут  реакция идет медленно, реактор разогревается, затем наступает бурная реакция и быстрый рост давления. Реакция протекает при давлении около 90 атмосфер и температуре свыше 250^оС. При силиколевом способе реакция идет в соответствии с уравнением:

Si + 2NaOH + H₂O = Na₂SiO₃ + 2H₂.

 Железо уравнением не учитывается, т.к. практически не участвует в реакции получения водорода и не взаимодействует со щелочью. В результате реакции получается водород, силикат натрия Na₂SiO₃ и закись железа в виде быстро затвердевающего осадка (жидкое стекло). За одну зарядку получается около 1,5м³ водорода.  (На самом деле процессы, происходящие при добывании водорода, более сложные, чем следует из уравнения. Силикат натрия вновь вступает в реакцию с водой, т.е. подвергается гидролизу, с выделением едкого натра, который возвращается в реакцию, что уменьшает его расход).

По окончании реакции давление в реакторе немного уменьшается, и можно прекратить наблюдение за показаниями манометра. После того как реактор остынет, можно наполнять оболочку водородом. Водород из реактора отбирают до давления примерно 30 атмосфер, т.к. дальше водород будет выходить с водяным паром, что утяжеляет оболочку.

Перед следующей зарядкой газогенератор необходимо очистить.  Для этого в реактор заливают ведро горячей воды и штырем с наконечником из мягкого металла разбивают затвердевший осадок. Затем переворачивают реактор (горловиной вниз) и все выливают в сливную яму, которая находится под реактором. Затем остатки перетекают в поглотительную яму, которая находится на улице. Качество очистки реактора проверяют мерной рейкой с меткой, которая должна быть на уровне горловины реактора. Если очистить реактор не удалось, то берут небольшое количество химикатов, проводят реакцию, и все выливают.

Добывание водорода в газогенераторах химическим способом является опасным и экологически «грязным» производством. При удалении отходов газогенерации следует исключить их попадание в почву, воды рек, ручьев и др. На АЭ должна быть отработана схема вывоза или захоронения отходов газодобывания в соответствии с указаниями местных органов надзора за экологической безопасностью.