химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

до 100 МПа сварные сосуды с двух- или многослойными стенками, у которых внутренний слой выполнен из аустепитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом при высоком давлении, а внешние слои — из высокопрочных сталей или других материалов. Для хранения водорода при высоком давлении применяются также бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей. В таких сосудах водород может храниться при давлениях до 40—70 МПа. По соображениям безопасности сосуды при давлениях выше 21 МПа для перевозок газообразного водорода не применяются.

Для крупномасштабного хранения газообразного водорода, как и для хранения больших количеств природного газа, перспективно использование подземных хранилищ, естественных и искусственных: выработанных месторождений нефти и газа, естественных и искусственных подземных пустот (например, горных выработок), водоносных горизонтов, естественных и искусственных соляных каверн. При этом хранение водорода оказывается более дорогим (на единицу хранимой энергии) и сложным, чем хранение природного газа, поскольку водород имеет примерно на порядок больший коэффициент диффузии, чем природный газ, и меньшую плотность. По оценкам зарубежных авторов потери водорода при хранении его под давлением в подземных хранилищах в осадочных пористых породах (в водоносных горизонтах, выработанных нефтяных и газовых месторождениях) за год составят, по-видимому, около 5% полного объема хранилища при сезонном цикле хранения и объеме активного газа около 7з объема хранилища, хотя диффузионные потери при этом могут быть и относительно невелики (менее 2%) [104].

Естественное хранилище газа, организованное в купольном водоносном горизонте, схематически изображено на рис. 6.1. Участок пласта водоносной пористой породы куполообразной формы ограничен сверху и снизу непроницаемыми пластами. Газ сверху через скважину нагнетается в пористую водоносную породу, вытесняя воду, и может храниться в образовавшемся резервуаре под давлением. Давление, под которым газ может храниться в таких структурах, зависит от глубины: оно должно быть не меньше давления водяного столбя на заданной глуби-

165

не и по соображениям надежности хранения не может быть слишком большим. В зарубежной практике хранения природного газа в подземных резервуарах, расположенных в осадочных породах, принят предельный градиент 0,023 МПа-м-1 (lpsi-fiH), которым определяется область возможных значений давлений хранимого газа (рис. 6.2) в зависимости от глубины.

В настоящее время накоплен большой опыт хранения природного газа в подземных хранилищах, расположенных в осадочных породах. Такие хранилища эксплуатируются в СССР, США, Франции и других странах. В США на конец 1972 г. использовалось 337 подземных резервуаров для сезонного хранения газа в объеме около 25% годового потребления. Во Франции компания «Газ де Франс» в течение многих лет эксплуатировала большое подземное хранилище (около 2-Ю5 м3) в купольных водоносных горизонтах вблизи Парижа, в котором хранился газ, содержащий более 50% водорода при давлении 11 МПа (с 1957 по 1974 г. хранилось более 150 млн. м3 водорода). Исследования концентрации водорода в подземных водах, содержащихся в породах, окружающих хранилище, показали отсутствие следов водорода в них, что, по-видимому, указывает на малые диффузионные потери. В США (г. Амарилло, штат Техас) в течение многих

166

лет успешно эксплуатируется большое подземное хранилище для хранения гелия, коэффициент диффузии которого, так же как и водорода, значительно превышает коэффициенты диффузии природных газов. Больших потерь гелия при этом не наблюдается.

Таким образом, можно полагать, что такой метод может использоваться и для водорода без больших измене-

¦5 Ч

Типичные давленая ? нефтяных и газовых месторождениях при. вскрытии,

Давление водяного столба

Область возможных^ давлений газа— в подзем·?0??

резервуаре^

в ocado4Hbixz породах—

Вход Йоды

Выход Водорода.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 ?,???.

Рис. 6.2. Давление газа в подземном хранилище в зависимости от глубины

Рис. 6.3. Подземное хранилище для водорода в соляной каверне

ний. Этот метод предполагает минимальные затраты на создание хранилища, однако потери давления, связанные с фильтрацией газа и жидкости в пористой среде, и (в зависимости от геологических условий) потери газа могут оказаться существенными. Кроме того, объем активного газа не превышает '/г объема хранилища, и максимально возможный объем хранения достигается только после нескольких лет эксплуатации.

В последнее время в нашей стране и за рубежом для хранения природного и сжиженного газов, гелия и других продуктов получили широкое распространение подземные емкости, создаваемые в месторождениях каменной соли. Предел прочности природной каменной соли на одноосное сжатие составляет до 1500—3000 ?-см-2, а избыточное Давление в таких подземных емкостях в зависимости от

167

глубины может составлять 5—20 МПа (для глубин 400— 1200 м) [105].

В СССР находятся в эксплуатации подземные емкости в соляных пластах для хранения различных газов. В Англии компанией «Империал кемикал индастри» в Беллингэ-ме специально для хранения водорода в соляных кавернах создано хранилище из трех резервуаров вместимостью по водороду 2,2· 106 м3 каждый с давлением хранения 5 МПа. Схематически хранилище для водорода в соляной каверне изображено на рис. 6.3. Подача водорода из резервуара может осуществляться при постоянном давлении путем вытеснения его рассолом каменной соли или при переменном давлении путем прямого отбора газа за счет избыточного давления, что проще и в ряде случаев экономичнее.

По данным [105] капиталовложения в газохранилища в соляных месторождениях составляют 60—120 руб. на 1000 м3 хранимого природного газа, а эксплуатационные расходы — 4—7 руб. на 1000 м3. По зарубежным данным для сезонного цикла хранения при хранимом объеме водорода 400X106 м3 и стоимости водорода 4,8 долл. СШАХ ХГДж-1 стоимость хранения составит 1,6 долл. СШАХ ХГДж-1 [106] (в ценах 1976 г.), что на единицу энергии более чем в 2 раза превышает стоимость такого же хранения природного газа.

По данным Института технологии газа (США) стоимость подземного хранения водорода различными методами в расчете на единицу хранимой энергии в 3—4 раза превосходит стоимость аналогичного хранения природного газа [9]. Следует, однако, подчеркнуть, что с ростом размера хранилища и по мере удорожания природного газа стоимость подземного хранения водорода будет приближаться к стоимости хранения природного газа. Как указывается многими авторами, оборудование, используемое сегодня при подземном хранении природного газа, может применяться и при хранении водорода, однако эффективность его использования будет ниже. Абсолютное снижение стоимости подземного хранения водорода может быть достигнуто путем дальнейшего совершенствования геотехнологических методов создания подземных хранилищ, увеличения их объемов, совершенствования имеющейся техники и создания оборудования, специально предназначенного для работы с водородом.

Одним из наиболее экономичных методов транспорта газов является трубопроводный транспорт. Опыт трубо-

168

проводного транспорта водорода и смесей водорода С другими газами уже имеется. Смесь водорода с окисью углерода (водяной газ) широко использовалась в Европе и передавалась по трубам с середины прошлого столетия. В ФРГ на предприятиях «Хемише верке ХюльсАГ» в Руре с 1938 г. эксплуатируется подземный трубопровод для транспорта газообразного водорода в количестве более ??5 ? (в пересчете на условное топливо) в год с чистотой 95% под давлением до 4 МПа общей длиной более 200 км при диаметрах труб от 150 до 300 мм. Различные водо-родопроводы эксплуатируются в ЮАР, Англии, США.

В США на стендах НАСА для испытаний водородных систем различного назначения для хранения и распределения водорода применяются сосуды высокого давления и трубопроводы из высокопрочной легированной стали длиной несколько километров, по которым транспортируется водород при давлении до 103 МПа. Относительно короткие трубопроводы для транспорта водорода и смесей водорода с другими газами (длиной в несколько километров) эксплуатируются и во многих других странах.

Трубопроводный транспорт газообразного водорода при давлениях до 7—10 МПа может осуществляться с помощью тех же технических средств, что и транспорт природного газа. Естественно, что оптимальные давление, диаметр трубопровода, шаг компрессии, оборудование (компрессоры и т. д.) для водорода будут иными, чем для природного газа, в некоторых случаях может потребоваться и применение иных материалов. Существующие системы трубопроводного транспорта природного газа также могут быть использованы для транспорта водорода при относительно невысоком давлении, однако при этом параметры системы не будут оптимальными. При более высоких давлениях, в особенности при транспорте особо чистого водорода, иногда может наблюдаться водородное охрупчивание обычно применяемых материалов, и необходимо применение специальных легированных сталей. Наличие в водороде примесей других газов — кислорода, углеводородов, С02, СО, N02, S02 —обычно приводит к ингибированию взаимодействия водород—металл и, вообще говоря, защищает материал от охрупчивания, однако этот вопрос в настоящее время изучен недостаточно [107].

Оценки, исходящие из физико-химических свойств газообразного водорода (плотности, вязкости, теплоты сгорания), показывают, что оптимальное давление для его

169

трубопроводного транспорта составляет 14 МПа. Однако в связи с отмеченными выше особенностями взаимодействия водорода с материалом трубопровода в не очень отдаленной перспективе представляется более рациональным создание систем крупномасштабного трубопроводного транспорта водорода под давлением не выше 7—7,5 МПа. При этом, конечно, диаметры труб, тип компрессоров и число перекачивающих станций для каждого конкретного случая должны быть оптимизированы.

Таблица 6.1. Стоимость трубопроводного транспорта газообразного водорода (в пересчете на условное топл

страница 33
< 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
В магазине КНС Нева ноутбук 4 ядерный - доставка по Санкт-Петербургу и онлайн кредит "не выходя из дома" во всех городах северо-запада России!
sportsart в ижевске купить
вафельницы
кастрюля со вставкой сеткой

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
(26.02.2017)