том,

должен иметь высокую степень чистоты, в то время как в высокотемпературном ТЭ с твердым электролитом можно подавать смесь водорода с оксидом и диоксидом углерода и углеводородами. Поэтому в зависимости от ТЭ меняются и способы

очистки газов. Наиболее простым и недорогим является способ

сорбции жидкими или твердыми сорбентами. Таким способом

можно, например, поглощать диоксид углерода щелочью или

Этаноламином, некоторые примеси - молекулярными ситами.

Степень чистоты при этом способе в объемных долях составляет 97-98%. Некоторые примеси можно удалить с помощью

химических реакций, например оксид углерода - способом

метанирования [реакция (2.35)]. Содержание СО при этом в

газах можно уменьшить в объемных долях до 10"3%. ,

Метод конденсации позволяет получить водород высокой степени чистоты. Например, при охлаждении смеси газов до температуры жидкого азота (- 77 К) оксиды углерода и углеводороды переходят в жидкое состояние. Чистота получаемого водорода составляет 99,95%. Высокую степень чистоты можно получить и электрохимическим способом с помощью ячейки с твердополимерным электролитом [12]. Все более широкое применение для разделения газов находят селективно проницаемые мембраны, в частности полимерные мембраны [86j с. 1273-1278]. Наиболее чистый водород можно получить в результате диффузионного разделения через проницаемую для водорода мембрану из палладиевого сплава [32]. Этот способ обеспечивает .получение водорода чистотой до 99,9999%. При использовании электрохимического и дио^фузионного методов очистки необходима предварительная очистка газов от каталитических ядов: соединений серы, мышьяка, фосфора идрЭти соединения также отравляют катализаторы ТЭ, особенно при невысоких температурах. Большинство видов природного топлива содержит соединения серы, поэтому в системах подготовки топлива для ЭЭУ обычно имеются десульфуриза-торы.

Так как стоимость получаемого водорода растет с увеличением его чистоты, то выбор метода очистки является предметом экономической оптимизации.

2.7.5. Хранение водорода и кислорода. Если графики работы подсистем подготовки топлива и ЭХГ не совпадают, то необходимы устройства для хранения водорода и кислорода. Эти устройства становятся совершенно необходимыми в случае автономных ЭЭУ, особенно транспортных. Существует несколько способов хранения газообразных реагентов: в газообразном, криогенном и связанном виде. Наиболее простым является способ хранения в баллонах высокого давления. Однако масса этих баллонов, приходящаяся на единицу объема реагента, очень велика. С увеличением давления и соответственным Использованием более прочных материалов это отношение уменьшается (табл. 2.9).

Капитальные затраты на баллонное хранение оцениваются в 13 долл/кВт ? ч (по курсу 1984 г.) [155, с. 233-248].

Для хранения большого количества газов используются подземные хранилища (горные выработки, естественные и

105

Таблица 1.9. Характеристик» баллонов для хранения водорода и кислорода [12]

Тип баллона Стандарт Давление, Вмести- Отношение

Б-150"иБ-200 Б-150л*2иБ-200л"

Б-320Л*1 и Б-400л*»

Б-500"

КПЖ-ЗОА**

0,4-50 0,4-50

80-1000

0,4-8

28

13,3-9,3

10-6,25

7-6,5

4,1-3

2,4

МПа мость, л массы баллона к объему газа, кг/м.3

ГОСТ 949-73 15 и 20

То же 15 и 20

ГОСТ 12247-80 32 и 40 ТУ ВНИТИ 861-69 50

^Углеродистая сталь. "Легированная сталь.

"Легированная сталь, армированная стеклопластиком.

''Криогенное хранение.

двух типов соединений. К соединениям первого тиПа относятся гИдриды, алюмогидриды, боргидриды щелочных*! щелочноземельных металлов (LiH, NaH, СаН2, LiAlH4, NaAlH4, NaBH4). Водород получают по необратимой реакции гидролиза, например:

LiH + Н20 - LiOH + Н2, ]

L (2.67)

NaBH4 + 2 Н20 - NaB02 + 4 Н2. [

Эти соединения достаточно дорогие, поэтому могут применяться лишь для специальных целей.

К соединениям второго типа относятся интерметаллидные соединения металлов группы железа с магнием, титаном, редкоземельными и некоторыми другими элементами. Реакция сорбции и десорбции водорода (диссоциации гидрида) может быть представлена уравнением

искусственные каверны и т.д.). Потеря водорода в них составляет до 5% объема хранилища [14]. Оценки показывают, что Стоимость хранения водорода в подземных хранилищах на единицу энергии в 2-4 раза выше стоимости хранения природного газа. Капитальные затраты при хранении последнего оцениваются в 60-120 руб., а эксплуатационные - 4-7 руб. на 1000 м3 газа [14]. По мере увеличения размеров хранилищ и удорожания природного газа стоимости хранения водорода и природного газа сближаются.

Из этих оценок следует, что капитальные затраты на под-Земное хранение составляют 1,67-3,35 руб/ГДж в случае Природного газа и 3,35-13,4 руб/ГДж в случае водорода. Капитальные затраты на подземное хранение водорода для электрохимической энергоустановки составляют 20-80 руб/(МВт • ч).

Криогенное хранение газа обеспечивает наибольшую компактность устройств (табл. 2.9), однако потер