химический каталог




Введение в водородную энергетику

Автор Э.Э.Шпильрайн, С.П.Малышенко, Г.Г.Кулешов

о работу электролизера можно обеспечить в течение 7000 ч в году.

При расчетном сравнении указанных вариантов будем использовать данные по различным типам электролизеров: существующим отечественным типа ФВ-500 и перспективным зарубежным фирм «Лурги» и «Дженерал электрик», которые приведены в табл. 3.4.

Таблица 3.4. Стоимостные показатели характеристики электролизеров

Тип электролизера

Со щелочным электролитом, Чэл=0,75 „Дженерал электрик", 1эл=0-79 ФВ-500, Чэл=0,55

Стоимость основного оборудо-

вания kyn, руб'кВт-1: 146 50 53

электролизера со вспомо- гательным оборудованием 34 34 22

трансформаторов н выпря- мителей

Итого 180 84 75

Общая стоимость установки,

вычисленная как стоимость

основного оборудования X 1,5: 75 79

без учета стоимости транс- 219 форматоров н выпрямите-

лей 126 - 112 /

с учетом стоимости транс- 270 форматоров и выпрямите-

лей

Рассмотрим следующие три варианта производства водорода [48].

Первый вариант — использование «провальной» электроэнергии от АЭС по цене сэ= сдр9С=0,25 коп-(кВт-ч)-1

в течение не более 1500 ч в год. Расчетные затраты определены по формуле (3.21).

Второй вариант — использование «провальной» электроэнергии как от АЭС в течение не более 1500 ч в год, так и от КЭС в течение не более 2500 ч в год при ценах саэс =°>25 коп-(кВт-ч)-1, спкрэс? =0,65 коп- (кВт-ч)-1.

98 , .

Расчетные затраты определены из соотношений

Зн,=

1500) 4эс ? ^уд-ЮО

(? > 1500). (3.22)

Третий вариант — использование «базисной» электроэнергии в течение 7000 ч в году при цене на электроэнергию Сэ=сАЭС =1 коп-(кВт-ч)-1. Расчетные затраты определены по формуле (3.21). В этом варианте из стоимости электролизного оборудования исключалась стоимость трансформаторов и выпрямителей, поскольку предполага-

Та блица 3.5. Расчетные затраты на производство электролитического йодорода (в пересчете на условное топливо)

Вариант использования электроэнергии

Электролизеры

Со щелочным электролитом

.Дженерал электрик"

ФВ-500

1. „Провальная" электроэнергия от АЭС, ?=1500 ч-год-*, сАрэс= =0,25 коп-(кВт-ч)-1

2. Провальная электроэнергия

1500 ч-год-1,

от АЭС и КЭС, хАрэс

сАрэс=0,25 коп¦ (кВт-ч)-=2500 ч-год-1, е?рэс= =0,65 коп-(кВт-ч)—1,x=tA3G+ +х Кэс=40°0 ч- год-1

3. Базисная электроэнергия от АЭС, с<5= I коп-(кВт-ч)-1, х= =7000 ч-год-1

пр ??90=

6,1

2,8

499

229

2,3

3,2

1,7

1.7

262

139

139

4,1

2,3

2,37

335

188

194

лось, что на электролиз работает специальная базисная АЭС, оборудованная генератором постоянного тока, согласованным с электролизером.

Полученные значения расчетных затрат на производство товарного электролитического водорода приведены в табл. 3.5. Анализ результатов приведенного расчета показывает, что вариант использования базисной электроэнергии для производства водорода по значению расчетных затрат имеет значительные преимущества перед вариантом использования «провальной» энергии только от АЭС и срав-д1^1 с вариантом использования «провальной» энергии от АЭС и КЭС.

7*

' 99

? вариантах использования «провальной» электроэнергии, где расчетные затраты на производство водорода при малой стоимости электроэнергии и малом числе часов использования электролизера определяются в значительной степени капитальными затратами, есть резерв для уменьшения расчетных затрат путем снижения стоимости электролизного оборудования. Однако даже для перспективных электролизеров типа «Дженерал электрик» расчетные затраты на тонну условного топлива в водороде превышают 100 руб-т-1.

В варианте использования «базисной» электроэнергии также трудно рассчитывать на существенное снижение расчетных затрат на производство водорода, поскольку в этом варианте основную долю расчетных затрат составляет стоимость электроэнергии, которая в будущем вряд ли будет ниже, чем 1 коп- (кВт-ч)-1.

Данные отечественных и зарубежных технико-экономических исследований производства товарного водорода электролизом воды с использованием электроэнергии от АЭС, КЭС, ГЭС и других .источников и с применением электролизеров различных существующих и перспективных типов и конструкций вполне согласуются с результатами расчета, приведенного выше. По наиболее надежным из этих данных построен рис. 3.10 [47]. Сделанный в большинстве упомянутых исследований вывод о том, что электролитический товарный водород при крупномасштабном производстве даже в перспективе будет иметь нижнюю границу стоимости (в пересчете на условное топливо) около 90—110 руб-т-1, представляется сегодня вполне достоверным. . .

0 ' -0,5 1 -1,5 2,0 ¦ ,· См,коп/(кВт-ч)

Рис. 3.10. Зависимость стоимости электролитического водорода в пересчете на условное топливо от стоимости электроэнергии:

/ — биполярные электролизеры; 2 — мо-иополярные электролизеры; 3 — перспективные монополярные электролизеры; 4 — электролизеры с твердым полимерным электролитом; 5 — теоретический предел при нулевых капитальных затратах

100

Дополнительными резервами сйижения стоимости водорода могут быть кислород и тяжелая вода, получаемые как сопутствующие продукты. В том случае, если кислород может быть реализован на месте производства водорода, возможно снижение стоимости тонны условного топлива в водороде на 5—10 руб., дальний же транспорт получаемого кислорода, по-видимому, нерентабелен. В настоящее время предложено несколько схем электролизного производства водорода с одновременным получением тяжелой воды различными методами. При условии реализации получаемой тяжелой воды по ценам мирового рынка (около 200 долл. за 1 кг) можно ожидать некоторого снижения стоимости водорода (в пределах 10— 40 руб-т-1 в пересчете на условное топливо). Эти предложения, однако, пока экспериментально не подтверждены. Следует также отметить, что возможные масштабы производства электролитического водорода, удешевленного за счет реализации сопутствующих продуктов, дополнительно ограничиваются возможными масштабами реализации этих продуктов.

Снижения затрат на производство водорода электролизом воды можно ожидать при использовании щелочных перспективных электролизеров (с (&уд=50-^75 руб-кВт-1), электролизеров с расплавами, электролизеров с ТПЭ и высокотемпературных электролизеров, работающих при U ^E"q. В настоящее время опыт создания и эксплуатации промышленных установок для высокотемпературного электролиза водяного пара отсутствует, поэтому технико-экономические показатели этих процессов могут быть оценены лишь сугубо приблизительно. Определяющую роль при этом играют технико-экономические показатели энергоисточника (ВТЯР), которые также в настоящее время оцениваются по проектным и опытно-конструкторским разработкам, а не по данным их эксплуатации. Такие приблизительные оценки приводят к значениям затрат на получение товарного водорода высокотемпературным электролизом в пересчете на условное топливо около 90— 120 руб-т-1 при температуре процесса около 1000—1300 К и КПД преобразования энергии около 40 %. Близкие значения затрат на получение водорода приводятся в литературе и для электролизеров с ТПЭ.

Следует отметить, что при многоцелевом энерготехнологическом использовании ВТЯР затраты на водород, получаемый высокотемпературным электролизом в составе энерготехнологической установки, могут существенно снизиться.

101

Многочисленные прогнозные оценки, учитывающие рост цен на природные жидкие и газообразные топлива в перспективе, а также совершенствование существующих и развитие новых типов электролизеров в будущем указывают на то, что к 2000 г. производство товарного водорода из воды электролизом может оказаться дешевле, чем получение его из природных топлив.

Глава четвертая

Термохимические и комбинированные методы получения водорода из воды

4.1. Термодинамические основы термохимического разложения воды

Термодинамика реакции разложения воды

Реакция разложения воды

HsO(r) = Hs + J-0, (4.1)

при 7=298,15 К и при стандартном давлении р = = 0,1013 МПа характеризуется следующими величинами:

AG(298, is) = 228,78 кДж · моль-1; ?/^(29?.?5) = 241,98 кДж-моль-1; AS(298.is) = 44,497 Дж · кмоль"1 · К"

(4.2)

где индекс 0 означает, что все реагенты находятся при стандартном давлении. Эти величины связаны между собой уравнением

AG°(T)=AH°(T) — TAS°(T), (4.3)

вытекающим из определения энергии Гиббса и из условия, что до реакции и после нее реагенты находятся при одинаковой температуре.

Приведенные характеристики реакции разложения воды позволяют непосредственно определить необходимые затраты работы и теплоту при условии, что водяной пар, как и водород и кислород, находится при указанных давлении и температуре. Для проведения обратимого изо-

102

термического процесса в соответствии со вторым законом термодинамики необходимо затратить теплоту

Q = TAS. (4.4)

В то же время для осуществления обратимой изобар-но-изотермической реакции необходимо затратить работу

—L'=AG. (4.5)

Очевидно, что если процессы хоть в какой-то части необратимы, то в соответствии с основными законами термодинамики необходимая затрата работы возрастает.

Р=1;т

Рис. 4.1. К определению необходимой работы разложения воды

Смысл работы, необходимой для проведения обратимой реакции (4.1), поясняет рис. 4.1, на котором стандартное давление условно принято за единицу.

В реакторе в условиях термодинамического равновесия при заданных р=1 и ? устанавливаются равновесные парциальные давления всех компонентов pHj0. рн и />0а, определяемые уравнением изотермы реакции

In/С, (Г) = In

РнЛ1 ??,?

~ RT

(4.6)

Поскольку реакция является одновременно изотермической и ^изобарной и по предположению равновесной (обратимой), должно выполняться равенство

AH(T)=TAS(T), (4.7) где АН(Т) и AS (Г) взяты для равновесных парциальных давлений реагентов. В предположении, что последние могут рассматриваться как идеальные газы (для небольших давлений это вполне допустимо), имеем

АН(Т)=АЦЦТ).

193

Что каса

страница 20
< К СПИСКУ КНИГ > 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53

Скачать книгу "Введение в водородную энергетику" (2.73Mb)


[каталог]  [статьи]  [доска объявлений]  [прайс-листы]  [форум]  [обратная связь]

 

 

Реклама
стеллажи библиотечные металлические
объемные буквы вывески
кровать-тахта с подъемным механизмом
аренда экранов

Рекомендуемые книги

Введение в химию окружающей среды.

Книга известных английских ученых раскрывает основные принципы химии окружающей среды и их действие в локальных и глобальных масштабах. Важный аспект книги заключается в раскрытии механизма действия природных геохимических процессов в разных масштабах времени и влияния на них человеческой деятельности. Показываются химический состав, происхождение и эволюция земной коры, океанов и атмосферы. Детально рассматриваются процессы выветривания и их влияние на химический состав осадочных образований, почв и поверхностных вод на континентах. Для студентов и преподавателей факультетов биологии, географии и химии университетов и преподавателей средних школ, а также для широкого круга читателей.

Химия и технология редких и рассеянных элементов.

Книга представляет собой учебное пособие по специальным курсам для студентов химико-технологических вузов. В первой части изложены основы химии и технологии лития, рубидия, цезия, бериллия, галлия, индия, таллия. Во второй части книги изложены основы химии и технологии скандия, натрия, лантана, лантаноидов, германия, титана, циркония, гафния. В третьей части книги изложены основы химии и технологии ванадия, ниобия, тантала, селена, теллура, молибдена, вольфрама, рения. Наибольшее внимание уделено свойствам соединений элементов, имеющих значение в технологии. В технологии каждого элемента описаны важнейшие области применения, характеристика рудного сырья и его обогащение, получение соединений из концентратов и отходов производства, современные методы разделения и очистки элементов. Пособие составлено по материалам, опубликованным из советской и зарубежной печати по 1972 год включительно.

 

 



Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100

Copyright © 2001-2012
(23.11.2017)