химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

иво)

Расстояние, км Объем передаваемого водорода, м'-год"1 Передаваемая мощность, т-год-1 Стоимость транспорта на единицу энергии, долл. США'-ГДж*' (руб-т"1) Удельная стоимость транспорта, коп-(т-км)-1

800 2,9-109 1,04-10· 1,06 2,52

(20,19) 9,1—11,6

100 1,35 10е 0,49-10е 0,48—0,61

(9,13—11,61) 91

16 10,8-10· 3,9-10» 0,77

(14,65)

8 10,8·10е 3,9103 0,42 100

(8,00)

* По ценам 1979 г.

Мощность компрессора в расчете на единицу передаваемой энергии для водорода должна быть примерно в 3 раза больше, чем для природного газа. Стоимость таких компрессоров в расчете на единицу передаваемой мощности для водорода оказывается на 20—30% выше, чем для природного газа. В табл. 6.1 приведены оценки стоимости трубопроводного транспорта водорода на различные расстояния под давлением 7 МПа по данным [106]. Эти оценки в 1,5—2,5 раза превосходят стоимость такого же транспорта природного газа.

Для еще больших расстояний (более 1000 км) удель-. ная стоимость крупномасштабного трубопроводного транспорта газообразных энергоносителей в расчете на 1 км практически перестает зависеть от расстояния и определяется при оптимизированном диаметре трубопровода годовым объемом передаваемого газа. Зависимость удельной стоимости дальнего магистрального транспорта газообразного водорода при начальном давлении 7,5 МПа от

170

объема передаваемого газа приведена (по оценкам отечественных работ) на рис. 6.4. Предполагалось, что для транспорта водорода применяется оборудование того же типа, что и для транспорта природного газа, а шаг компрессии составляет около 100 км. Как видно из рис. 6.4, затраты на дальний магистральный транспорт водорода при больших передаваемых объемах водорода больше, чем аналогичные затраты на передачу природного газа на 30—50%· На рис. 6.4 указаны также опти-

1,6 ? V ? 1,0

??

°?8

0,6

?,*

0,2

\ г

1

? \ \ \ j ?

> 1 п 1

4 4 3 4 5

ч --¦?__ 5

8

10

12

14 16 млн.т-год-1

Рис. b.4. Удельные приведенные затраты (в пересчете иа условное топливо) иа магистральный трубопроводный транспорт газообразного водорода и природного газа:

Оптимальные диаметры трубопроводов, мм: /—530; 2—720} 3—820; 4—1020; 5—1220; 6—1440;----водород;----- природный газ

мальные значения диаметра трубопровода для водорода и природного газа в зависимости от передаваемого объема газа.

Стоимость распределения газообразного водорода крупным потребителям по локальным отводам от магистрали при длине отводов более 100 км и диаметрах отводящих труб от 220 до 430 мм составляет (в пересчете на условное топливо) от 2 до 7 коп-(т-км)-1 в зависимости от расхода газа, диаметра трубопровода, шага компрессии и других параметров. Для средних потребителей при объемах потребления в несколько тысяч тонн в год

171

(в пересчете на условное топливо) стоимость распределения по локальным отводам возрастает и превышает стоимость распределения природного газа на единицу передаваемой энергии в 2—2,5 раза в зависимости от расстояния.

Институтом технологии газа США выполнено подробное экспериментальное исследование возможности использования для распределения газообразного водорода многочисленным мелким потребителям существующих систем, созданных для распределения природного газа 1108]. Исследование показало, что при прочих равных условиях потери водорода из системы по объему в 3—3,5 раза превосходят потери природного газа, т. е. потери энергии практически эквивалентны. Объемный расход водорода в 2,5—3 раза больше, чем природного газа, что позволяет передать при тех же условиях в водороде 80—90% энергии, передаваемой в природном газе, несмотря на то что объемная теплота сгорания водорода в 3 раза ниже, чем природного газа. После 6 мес эксплуатации системы распределения на водороде каких-либо повреждений труб или других металлических частей не обнаружено. Пластиковые и резиновые материалы, использованные в системе, существенно не изменились. Специально была изучена возможность самовоспламенения водорода при просачивании его через течи, образовавшиеся в элементах системы, но ни одного случая самовоспламенения зафиксировано не было. Таким образом, использование существующих систем распределения природного газа для распределения водорода возможно и, по-видимому, не требует больших затрат на их переоборудование. Разумеется, эти предварительные результаты должны найти подтверждение при более длительных и детальных испытаниях.

Выше мы рассматривали транспорт и распределение газообразного водорода тем потребителям, которые используют водород при относительно невысоких давлениях. В то же время некоторые потребители используют водород высокой чистоты при высоких давлениях (в десятки мегапаскалей) в процессах гидрогенизации, гидроочистки, регенерации катализаторов и т. д. Затраты энергии и стоимость оборудования для сжатия водорода до таких давлений при условии сохранения его чистоты и относительно небольших масштабах потребления (до 1 т-день-1) приводят к большому удорожанию производств. Для таких потребителей оказывается более эффективным применение комбинированной системы снабжения водородом 172

и распределения его. В этом случае доставка водорода потребителю и его хранение у потребителя осуществляются в жидком виде в специальных цистернах. По мере необходимости жидкий водород подается из цистерны насосом, газифицируется и поступает к потребителю. Такая система допускает длительное хранение водорода, позволяет сохранить его чистоту на уровне 99,998% и резко снизить затраты на сжатие водорода у потребителя. Конечно, в этом случае необходимо применять дорогостоящие легированные материалы, однако несмотря на это, а также на то, что ожижение водорода приводит к его удорожанию, применение такой системы хранения и распределения для указанных потребителей оказывается более выгодным, чем снабжение газообразным водородом при низком давлении с последующими операциями его очистки и сжатия. Оборудование для таких систем хранения и распределения водорода разработано и создано в последнее время [109].

6.2. Ожижение водорода и его хранение, транспорт и распределение при низких температурах

В настоящее время в мире производится относительно небольшое количество жидкого водорода. В 1975 г. в США общая производительность заводов-ожижителей составляла около 90 тыс. ? жидкого водорода в год. В 1981 г. в США было произведено 243 тыс. ? товарного водорода [ПО], из которых более половины — жидкий водород. В перспективе ожидается существенное возрастание производства и потребления жидкого водорода как в связи с развитием современных его потребителей, так и в связи с возможным широким использованием жидкого водорода как топлива, прежде всего в авиации.

Техника ожижения водорода хорошо освоена промышленностью. Процесс ожижения водорода имеет некоторые особенности, определяемые его физико-химическими свойствами. Газообразный водород, получаемый в тех или иных процессах, может содержать различные газообразные примеси, которые (за исключением гелия) при температуре нормальной точки кипения водорода существуют в твердой фазе. Наличие этих примесей может нарушить работу различных систем ожижителя. Наличие частиц твердого кислорода в жидком водороде недопустимо и по соображениям безопасности. Поэтому во всех схемах ожижения водорода предусмотрена его очистка до содержания примесей менее 1 части на миллион. В современных

173

технологических схемах очистка осуществляется в абсорбционных процессах с растворением примесей в охлажденных жидких углеводородах или путем низкотемпературной адсорбции примесей твердыми адсорбентами, например силикагелем. В случае ожижения водорода, полученного электролизом воды, система для его очистки оказывается значительно менее сложной и дорогой, чем для водорода, полученного другими методами.

Работа, необходимая для охлаждения хладагента в обратном цикле Карно, резко возрастает с понижением необходимой температуры. Из-за низкой температуры нормального кипения водорода теоретическая работа, необходимая для ожижения водорода в обратном цикле Карно, в 43 раза больше, чем работа, необходимая для ожижения фреона-22 (7=233 К). В связи с низкой температурой инверсии водорода (около 200 К) применение методов ожижения, основанных на дросселировании газа, для водорода возможно только при низких температурах (ниже 200 К). В связи с этими особенностями водорода в наиболее распространенных схемах его ожижения обычно предусматривается предварительное охлаждение газообразного водорода до температуры нормального кипения азота в специальных теплообменниках. Наличие двух модификаций молекулярного водорода — ортоводорода 0Н2 и параводорода рН2 (см. § 1.1) вносит дополнительные особенности в схемы ожижения. В жидкой фазе орто — пара конверсия водорода в отсутствие катализатора происходит со скоростью около 1% в час. Поэтому после ожижения нормального водорода за счет выделения теплоты при конверсии за 1 день испаряется около 18% жидкости, за неделю — около 50%. В присутствии катализаторов скорость конверсии существенно возрастает. Поэтому во избежание больших потерь жидкого водорода при длительном его хранении необходимо до подачи жидкого водорода в хранилище осуществить орто — пара-конверсию. Обычно в процессе ожижения осуществляется орто — пара-конверсия водорода до состава с содержанием 95% рНг или выше вплоть до равновесного состава, соответствующего точке кипения водорода (99,8% рН2), но в некоторых специальных случаях ограничиваются проведением конверсии до состава, равновесного при 80 К (48,5% рНг). Теоретически минимальная работа, необходимая для ожижения водорода в обратимом процессе при конверсии, протекающей равновесно на катализаторах, численно равна его эксергии

174

в сжиженном состоянии:

1миН=(Я„-Як)-Го(5н-5к), (6.1)

где индексы «н» и «к» означа

страница 34
< 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
кроватки для новорожденных мальчиков
светодиодные светильники точечные мебельные
дождеприемник круглый
коттеджные поселки по новорижскому шоссе до 50 км

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
(24.03.2017)