химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

ют начальное и конечное состояния; Т0 — температура окружающей среды (высокотемпературного источника теплоты в холодильном цикле). Конверсия при ожижении может осуществляться равновесно непрерывным образом, в одну (в конечном состоянии) или в несколько (в конечном и промежуточных состояниях) стадий, комбинированным образом, или не осуществляться вообще. В зависимости от того, как осуществляется конверсия, изменяется и минимальная теоретическая работа ожижения (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Теоретически минимальная работа ожижения водорода нормального исходного состава при 101, 33 кПа, 300 К до точки нормального кипения (20, 23 К) [Ш]

Конерный состав Процесс конверсии Стадии конверсии Работа ожижения Й fct ? СО к

Равновесный прн 20, 23К Равновесный 1 стадия-т-равно-весный 5 стадий 4 стадии 3 стадии 2 стадии 1 стадия Непрерывная 80 К-т-непрерывная 80 К, 65 К, 50 К, 35 К, 20, 23 К 80 К, 60 К. 40 К, 20, 23 К 80 К, 50 К, 20, 23 К 80 К, 20, 23 К - 20, 23 К 14,28 14,42 15,25 15,56 15,74 17,53 19,36 3,966 4,006 4,237 4,323 4,372 4,870 5,377

Нормальный (25% рН„) Нет конверсии — 12,09 3,358

Равновесный при 80 К (48,54°/о рН2) 1 стадия 80 К 12,55 3,486

Работа, затрачиваемая в реальных установках, естественно, превышает теоретическую. В наиболее совершенных перспективных схемах ожижения суммарные затраты энергии для установок производительностью несколько тысяч тонн в день составляют от 32,9 до 42 кДж-г-1 Н2

175

(9,15—11,7 кВт-ч-кг-1 Н2) в зависимости от конечного состава водорода (меньшее значение соответствует конеч- ¦ ному составу 48,5% рН2, большее — 95% рН2). В наиболее распространенных в настоящее время установках производительностью в десятки и сотни тонн жидкого водорода в день энергозатраты на ожижение водорода составляют от 12,5 до 18 кВт-ч-кг-1 Н2, а для установок производительностью 2 т-день-1 и менее — около 25 кВтХ Хч-кг"1 На.

Как отмечено выше, энергозатраты на ожижение водорода уменьшаются при уменьшении степени полноты

конверсии. С другой стороны,потери водорода испарением за счет выделения теплоты конверсии в хранилище до момента использования определяются начальным составом и временем хранения." Таким образом, для каждого конкретного сочетания ожижитель — хранилище существуют оптимальные значения степени полноты конверсии. Эти значения составов водорода соответствуют минимальным энергозатратам системы ожижитель — хранилище на получение жидкого водорода. На рис. 6.5 представлена зависимость определенного таким образом оптимального состава от времени хранения для ожижителя с КПД 36% по данным [111]. Для большинства потребителей оказывается приемлемым состав с содержанием рН2 95—97 %, что приводит к уменьшению энергозатрат на 9—10 %.

По оценкам компании «Линде» капитальные затраты на оборудование завода-ожижителя производительностью от 10—20 до 250—300 ?-день-' жидкого водорода составляют 5· 105 долл. США на 1 т-день-1 Н2, а по данным НАСА —2,6105 долл. США на 1 т-день-1 Н2 для завода производительностью 2500 т-день-1 (в ценах 1975 г.). По оценкам Института электроэнергетики США (EPRI) для современных заводов-ожижителей приведенные затраты на строительство, монтажные работы и т. д. составляют 50—75% затрат на оборудование, а годовые затраты на обслуживание — 6—10% полных затрат.

Используя приведенные данные, можно приближенно оценить расчетные затраты на ожижение водорода в круп-

176

OQ20 40-60 80 100%Н

Рис. 6.5. Оптимальный состав жидкого водорода в зависимости от времени его хранения

номасштабных установках. При стоимости электроэнергии 1 коп-(кВт-ч)-1 для перспективных схем крупномасштабного ожижения водорода с энергозатратами от 9,15 до 11,7 кВт-ч на 1 кг жидкого водорода энергетическая составляющая затрат на ожижение составит в пересчете на условное топливо от 22,32 до 28,54 руб-т-1, а при современном уровне энергозатрат и меньшей производительности завода (от 12,5 до 18 кВт-ч-кг-1 Н2) 30,49— 43,90 руб-т-1. Капитальная составляющая затрат без учета затрат на хранилища водорода составит в пересчете на условное топливо 60—75 руб-т-1 для завода производительностью по водороду около 300 т-день-1 и 30— 40 руб. на тонну условного топлива для завода производительностью по водороду 2500 т-день-1 при работе завода-ожижителя 7200—7500 ч в год. Таким образом, минимальные затраты на ожижение водорода для крупного завода-ожижителя без учета хранения жидкого водорода и обслуживания составят в перспективе в пересчете на условное топливо около 53—59 руб-т-1, а при современной технологии ожижения 90—120 руб-т-1. Если учесть, что минимальные затраты на получение газообразного водорода из природного газа составляют в пересчете на условное топливо около 70—75 руб-т-1, а для водорода из воды — около 100 руб-т-1, то стоимость жидкого водорода на штуцере завода-ожижителя без учета его хранения оказывается в перспективе не ниже 120— 160 руб-т-1, а для водорода из воды — не ниже 150— 200 руб-т-1 в пересчете на условное топливо.

В табл. 6.3 приведены энергозатраты на ожижение я стоимость ожижения водорода по зарубежным данным [106] в зависимости от производительности завода-ожижителя при стоимости электроэнергии 0,022 долл. США-(кВт-ч)-1 в ценах 1975 г. В этих расчетах приняты более низкие капиталовложения в завод-ожижитель и более высокие цены на электроэнергию, чем в оценочном расчете, приведенном выше. Однако и в этом случае стоимость жидкого водорода оказывается в 1,5—2,5 раза выше стоимости газообразного. Следует подчеркнуть, что приведенные здесь оценки затрат на ожижение и стоимости жидкого водорода являются оценками этих величин сн из у.

Резервы снижения стоимости жидкого водорода заключаются в увеличении КПД процесса ожижения, снижении стоимости газообразного водорода, оптимизации всей цепочки ожижитель — хранилище — потребитель, и 12-12 177

Таблица 6.3. Энергозатраты н стоимость ожнжения водорода

Производительность установки, т-день-'Н, Удельные энергозатраты на ожижение, ???·4·??_,?2 Стоимость ожижения Относительная доля стоимости затрат энергии, % полной стоимости ожижения Стоимость ж'ид-кого водорода, руб-т-1 условного топлива долл. США-ГДж"» руб-т"1 условного топлива I II

2400 9,93 2,18 47,50 78 117,50 147,50

168 i! .35 3,19 69,50 62 139,50 169,50

84 11,68 3,5 77,00 58 147,00 177,00

36 12,03 4,04 88,88 51 158,88 188,88

12 13,24 5,32 117,04 43 187,04 217,04

Примечание. I — при стоимости газообразного водорода 70 руб-т- ¦ условного топлива; II —при стоимости газообразного водорода 100 руб-т"1 условного топлиза.

естественно, в использовании более дешевой «провальной» электроэнергии. По мнению некоторых авторов, дополнительным резервом снижения стоимости жидкого водорода может оказаться получение из него дейтерия путем низкотемпературной ректификации, однако технико-экономические оценки такого производства отсутствуют.

Хранение жидкого водорода освоено современной промышленностью и практикуется как в относительно небольших, так и в больших объемах (в несколько миллионов литров). В настоящее время созданы и применяются сосуды с эффективной экранно-вакуумной изоляцией для стационарного долговременного хранения жидкого водорода с минимальными потерями на испарение. Для сосудов с объемом хранения около 50 тыс. л эти потери составляют 0,3—0,5% в сутки, для сосудов с большими объемами хранения — от нескольких сотен тысяч литров до миллиона и более — они снижаются до 0,1% в сутки и менее, т. е. автономное хранение имеет продолжительность около 1000 дней. Наиболее известный большой сосуд для хранения жидкого водорода в количестве 3200 тыс. л эксплуатируется в США в космическом центре на мысе Кеннеди. В химической промышленности за рубежом и в СССР широко применяются сосуды различных типов для долговременного хранения жидкого водорода в объемах от 14 до 120 тыс. л. Поскольку 3486 л жидкого водорода по низшей теплоте сгорания эквивалентны 1 ? условного топлива, энергоемкость существующих крупных хранилищ жидкого водорода в пересчете на условное топливо не превосходит 1000 т.

178

Стоимость оборудования крупных хранилищ жидкого водорода по различным данным существенно различается. На рис. 6.6 приведен «коридор» стоимости оборудования по результатам анализа, выполненного Институтом электроэнергетики США [9], в зависимости от объема хранимого водорода (в ценах 1976 г.). Полные затраты на сооружение такого хранилища составляют 130—160% стоимости оборудования, а затраты на обслуживание составляют в год около 1—5% полной стоимости хранилища.

Рис. 6.6. Стоимость обо- я

рудования стационар- ? ного хранилища для жидкого водорода в зависимости от его вместимости в пересчете на условное топливо

100 200 300 400 500 600 700 800 900 Емкость по водороду в пересчете на условное топливо,!

Транспортировать жидкий водород можно водным (в танкерах), железнодорожным и автомобильным транспортом. Трубопроводный транспорт жидкого водорода на большие расстояния невыгоден из-за очень высокой стоимости труб с экранно-вакуумной изоляцией.

В настоящее время для перевозок жидкого водорода автотранспортом применяются специальные автотрейлеры с цистернами, снабженными экранно-вакуумной изоляцией. Для крупномасштабных перевозок применяют цистерны объемом 40—60 м3 жидкого водорода. В разных странах установлены различные максимальные объемы автоцистерн, например во Франции он составляет 42 тыс. л. Потери водорода на испарение в таких цистернах составляют 0,8—1% в сутки и менее. При перевозках по железной дороге используются цистерны объемом более 100 м3 с потерями 0,3—0,5% в сутки. Перевозка жидкого водорода речным или морским транспортом может осуществляться в специальных небольших и крупных танкерах, однако в настоящее время опыта таких перевозок нет.

Стоимость транспорта жидкого водорода определяется многими факторами — расстоянием, типом и конструкцией применяемых сосудов, стоимостью и типом топлива, скорость

страница 35
< 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
сигнализация pandora с автозапуском
компакты, унитазы
наручные часы из керамики
обучение косметологии в москве

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
(08.12.2016)