химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

— электрохимическому, термохимическому, с помощью угля и некоторым другим. В этих главах рассмотрены принципиальные основы соответствующих методов, наиболее типичные технологические схемы, оценено энергетическое совершенство и определены технико-экономические показатели. Отмечены также недостатки и нерешенные проблемы, на которых следует сосредоточить внимание в исследованиях ближайшего будущего.

Еще несколько лет назад в большом числе публикаций в качестве наиболее эффективного метода разложения рассматривался термохимический метод, основанный на так называемых термохимических циклах. В таких циклах основная реакция разложения воды осуществляется в несколько стадий (2—3 и более) с привлечением дополнительных реагентов, которые теоретически в конце цикла должны полностью возвращаться в исходное состояние. Этим способом удается термическую реакцию разложения воды осуществить при умеренных температурах, достижимых для высокотемпературных ядерных реакторов. В ряде публикаций доказывалось, что этот термохимический путь заведомо экономичнее, например, электролиза, поскольку не сопровождается обычными энергетическими потерями, связанными с преобразованием теплоты в электроэнергию. В работах советских авторов было показано, что это не так и что в лучшем случае термохимический путь может иметь более высокий КПД, чем электролиз, лишь в той мере, в какой начальная температура термохимического цикла выше начальной температуры цикла электростанции. Кроме тоге, в последние годы выяснились многие трудности на пути реализации термохимических циклов, связанные с особенностями промежуточных реагентов. В связи с этим вновь оживился интерес к электролитическому методу получения водорода, и, в частности, были сформулированы условия, позволяющие существенно повысить эффективность электролизеров и снизить их стоимость. В этом направлении во многих странах, в том числе в Советском Союзе, активно ведутся исследования и опытно-конструкторские работы.

Учитывая преимущества и недостатки термо- и электрохимических методов разложения воды, были предложены 12

комбинированные циклы, реализация которых представляется наиболее простой. По-видимому, по этому пути будут осуществлены первые эффективные промышленные установки получения водорода из воды.

В последнее время в Советском Союзе предложен еще один перспективный комбинированный (электро- и термохимический) путь получения водорода из воды, в основе которого лежит неравновесное разложение СО2 на СО и Ог при низких температурах в условиях СВЧ-разряда. Собственно разложение воды осуществляется термохимически за счет хорошо известной реакции сдвига СО + НгО= = Нг + С02. Этот метод сейчас отрабатывается на опытных установках и позволяет надеяться на получение более де- ' шевого водорода.

Получение водорода с помощью угля объединяет проблемы водородной энергетики с проблемами получения из угля синтетических, в том числе моторных, топлив. В основе получения водорода с помощью угля лежит его газификация с использованием в качестве окислителей водяного пара, кислорода и углекислоты. При этом получается уже упомянутый выше синтез-газ, из которого путем осуществления реакции сдвига можно получить практически чистый водород. Эти процессы газификации сегодня широко применяются в промышленности, хотя целевым продуктом обычно является не водород, а синтез-газ, используемый как чистое, в частности бытовое, топливо. Но поскольку, как уже отмечалось, реакция сдвига хорошо освоена промышленностью, можно достаточно надежно подсчитать стоимость водорода, получаемого с помощью угля. При этом расчеты показывают, что водород, получаемый за счет газификации дешевого угля Канско-Ачинского бассейна, окажется не намного дороже, чем водород, традиционно получаемый из природного газа.

Наряду с производством важнейшим аспектом проблемы является хранение и транспорт водорода.

Принципы хранения и транспорта газообразного и жидкого водорода во многом сходны с таковыми для других газов, в частности для природного газа. Однако есть и отличия, связанные с уже отмечавшимися особенностями физико-химических свойств водорода. В результате как хранение, так и транспорт водорода оказываются технически более сложными и, следовательно, более дорогостоящими. Следует отметить, что опыт обращения с большими количествами и потоками водорода пока невелик, и по мере совершенствования техники упомянутые трудности, по-видимому, будут отпадать.

Применительно к водороду существует еще один тип хранения, особенно привлекательный для транспортных установок. Речь идет о хранении водорода в виде гидридов некоторых интерметаллических соединений, способных на каждую молекулу соединения связывать несколько атомов водорода. В результате плотность водорода в единице объема такого гидрида в ряде случаев превышает плотность жидкого водорода. На пути практического применения гидридного хранения водорода есть еще много нерешенных задач, однако этот путь, подробно рассматриваемый в книге, представляется достаточно перспективным.

В последнее время предложены новые методы хранения водорода — в инкапсулированном и химически связанном состояниях (жидкие гидриды). Их технические и экономические преимущества и недостатки еще не выявлены полностью—эти методы только начали изучаться, однако первые обнадеживающие результаты уже имеются. Эти новые методы также описаны в книге.

Наконец, говоря о водородной энергетике, следует сказать о том, как и для чего применяется водород сейчас и будет применяться в перспективе. Сегодня мировое производство водорода превышает 40 млн. ? в год. Из них 70% используется в химической промышленности для производства аммиака, метанола, капролактама и других продуктов, около 25% — в процессах нефтепереработки и нефтехимии и 5—6%— в металлургии, пищевой и других отраслях промышленности.

Если предположить, что структура потребления оста-, нется прежней, то прогнозируется рост производства водорода к 2000 г. до 80—100 млн. ? и более.

Однако в этой структуре потребления и в этом прогнозе нет новых статей, которые связаны с описанными выше концепциями водородной энергетики. Вопрос состоит в том, в какой мере и в какие сроки они будут реализовываться. По-видимому, новые области применения водорода будут прежде всего связаны с энерготехнологическими комплексами— энергохимическими, энергометаллургическими и т. п. Расчеты показывают, что уже при сегодняшней конъюнктуре ядерно-технологические водородные комплексы экономически более выгодны, чем традиционные. При этом экономический эффект оказывается наибольшим, если одновременно решаются как энергетические, так и технологические задачи. Перспективы таких комплексов во многом определяются успехом в освоении высокотемпературных ядерных реакторов, которые сегодня интенсивно разраба-14

гываются. Но и комплексы, в которых водород получается

электролизом в часы провала электрической нагрузки, оказываются экономически оправданными. Такой комплекс позволяет иметь в энергосистеме только обычные АЭС, работающие на базовую нагрузку, а переменность графика потребления электроэнергии удовлетворять, направляя избыточную электроэнергию на электролиз воды. При этом для непрерывной работы технологической части комплекса, использующей электролитический водород, должно предусматриваться промежуточное хранилище водорода достаточной вместимости.

Наряду с энерготехнологическими комплексами новой областью применения водорода или производных на его основе явятся транспортные установки. Уже сегодня находятся в опытной эксплуатации десятки автомобилей разных типов, использующих в качестве топлива водород или работающих на смесях водорода с обычными топливами. При этом решаются как вопросы собственно водородного двигателя, так и вопросы хранения водорода на автомобиле.

Определенный научный и технологический задел имеется в использовании водорода в авиации. В частности, фирма «Локхид» (США) еще на I Международной конференции по водородной энергетике докладывала об экспериментах с использованием водорода в самолетных двигателях.

Таким образом, уже сегодня проводятся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы, сооружаются установки и устройства, изучаются, отрабатываются и осваиваются различные процессы, характерные для водородной энергетики и энерготехнологии.

Это делает выход в свет данной книги весьма своевременным. Мы надеемся, что книга привлечет внимание широкого круга ученых и инженеров к проблемам водородной энергетики, а это в свою очередь даст новый толчок развитию соответствующих работ.

Акад. АН СССР В. А. Легасов

Глава первая Области применения водорода и источники энергии для его производства

В настоящее время человечество затрачивает большое количество первичных источников энергии в качестве топ-' лива для производства электроэнергии, для технологических, бытовых и транспортных нужд, а также для нужд химии, нефтехимии и других отраслей промышленности. Большую часть природных органических топлив мы используем непосредственно, сжигая их в стационарных и транспортных установках. При этом около 20—25% исход ных энергоресурсов используется для производства электроэнергии (предполагается, что эта цифра в будущем возрастет). По мере исчерпания и удорожания природных жидких и газообразных топлив их место в балансе первичных источников энергии будут занимать уголь и ядерная энергия, вначале на основе реакции деления, а в более отдаленной перспективе—)и синтеза. Трудно предположить, чтобы ядерное топливо и уголь могли быть непосредственно использованы во всех тех случаях, где мы сегодня используем органическое топливо, Таким образом, возникает вопрос как о заменителях газообразных и жидких топлив, используемых как химическое сырье, так и о посредниках—энергоносителях, которые могли бы удобным образом передать энергию от ядерного топлива и угля многочисленным и разнохарактерным потребителям. По мнению многих авторов, эти функции могли бы выполнять водород и искусственные жидкие и газообразные топлива на его основе, получаемые из воды и угля с затратой первичных э

страница 3
< 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
коттеджный поселок европа отзывы
привод воздушной заслонко gqd 321.1 а
утепленный клапан д-710 мм с приводом
олимпийский скорпионс билеты

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
(28.05.2017)