химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

ю и т. д. Некоторое представление о стоимости транспорта жидкого водорода дают оценки, приведенные в табл. 6.4 по данным [91, 106]. Из этих оценок следует, 12* 179

Таблица 6.4. Стоимость транспорта жидкого водорода

Вид транспорта Расстояние, км Объем единичной перевозки, м3Н2 Стоимость перевозки*, Руб'Т"1 Удельная стоимость перевозки», руб-т"1-™-*

Автомобильный 50 42 6,^2 0,13

500 42 33,6 0,07

16 59 2,38 0,15

40 59 3,99 0,10

80 59 6,65 0,08

160 59 11,83 0,07

240 59 17,08 0,07

320 59 22,33 0,07

Желез иодорожный 50 107 6,72 0,13

500 107 16,8 0,04

80 190 6,62 0,08

160 190 7,52 0,05

240 190 8,03 0,03

320 190 8,39 0,03

1600 190 14,55 0,01

Речной и каботажные морские перевозки 500 4400 8,82 0,02

Дальний морской 8900 19 500 130 000 130 000 33,6 159,6 0,004 0,008

* В пересчете на условное топливо.

что перевозить жидкий водород на короткие расстояния (менее 80—100 км) выгоднее автомобильным, а на более далекие — железнодорожным или водным транспортом.

Дальние перевозки (на расстояния 1—2 тыс. км) можно осуществлять железнодорожным или водным транспортом без большого удорожания жидкого водорода, однако дальний морской транспорт на расстояния 9 тыс. км и более приводит к существенному его удорожанию, что ограничивает целесообразность применения этого вида перевозок. Следует отметить, что в данных табл. 6.4 не учтены потери жидкого водорода при продувке и захола-живании емкостей и при его перекачке в конечных пунктах.

Обоснованный выбор наиболее экономичного вида транспорта жидкого водорода может быть сделан только в результате анализа всего процесса его транспорта, распределения и потребления от штуцера завода-ожижителя 180

до потребителя. Разумеется, при этом должны учитываться и требования безопасности, в частности во всех случаях должно быть исключено попадание в жидкий водород твердого кислорода.

В заключение этого параграфа кратко остановимся еще на одном методе хранения водорода при низких температурах — в адсорбированном состоянии иа криоадсорбентах. При температурах ниже 150 К, например при температурах кипения азота и аргона, и при давлениях 0,2—4 МПа газообразный водород активно адсорбируется иа многих адсорбентах — активированном угле, силикагеле и др. Экспериментальные исследования показывают, что наибольшее количество водорода при этих условиях адсорбируется иа активированном угле: при 78 К и 4,2 МПа 1 кг активированного угля адсорбирует от 49 до 68 г Н2 в зависимости от марки адсорбента [112]. При этом энергозатраты составляют 3,19 кВт-ч-кг-1 Н2 (для получения жидкого водорода—чболее 10 кВт-ч-кг-' Н2). По массовым характеристикам такие системы хранения водорода превосходят системы хранения под давлением в баллонах и в металлогидридах, однако по объемным характеристикам они уступают металлогидридным и жидководородным. По капитальным затратам такие системы хранения почти ие отличаются от жидководородиых, однако выигрыш в энергозатратах и другие их достоинства позволяют рассчитывать иа возможность их применения в качестве стационарных хранилищ водорода относительно небольшого объема. В настоящее время в ФРГ созданы опытные образцы таких систем хранения и проводятся их всесторонние испытания.

6.3. Применение гидридов металлов

и интерметаллических соединений для хранения

водорода

Способность водорода образовывать соединения с металлами с большим содержанием водорода может быть использована для хранения водорода. Такие системы начали активно изучаться с точки зрения их широкого использования сравнительно недавно. В настоящее время создано и изучено большое число сплавов, активно и в больших количествах поглощающих водород и отдающих его при изменении внешних условий. Молекулярный водород при обычных условиях (не слишком высоких температурах и давлениях) активно взаимодействует только с некоторыми металлами, обладающими малыми потенциалами ионизации: щелочными, щелочноземельными и редкоземельными. Гидриды наиболее активных металлов — щелочных и щелочноземельных — образуются с большим выделением теплоты и термодинамически стабильны (табл. 6.5).

Менее активны титан, скандий, ванадий. Лишь при очень высоких давлениях удается получить относительно нестойкие гидриды хрома, молибдена, марганца и других переходных металлов.

181

Теплопроводность при давлении Н„ 0.1 МПа. 0,56 - 1,28

Относительная плотность водорода* 1,14 1,25 1,35

Массовое содержание водорода, % со Плотность гидрида, г-см*3 2,57 6.59—8,25 Cft in ¦* CO со in ю

Относи-- ельное изменение объема при гидрировании, % 24,0 * * 27,0 10,0 20,0

Температура Диссоциации при р=1№ Па, к cs СЧ U5 CM Ю со со К - л <§ к ч к 3 1 —72,8 —31,4 со I О coin CO CM о 7' ?

Состав после 1 гидрирования о gv/ ? з «а» +=; ~?2 ?. я § со i = v — 00 a, -cs

Исходный материал 2 «3 6? 2 TiFe

I

В ш

?. о

о ?

m с о 2

ч x

и к * *

182

Водород из гидридов металлов (Me) можно получить двумя способами, основанными на реакциях гидролиза и

пиролиза:

МеН„+пН20->Ме(ОН)„ + пН2 (6.2) МеН„->Ме + -^-Н2. (6.3)

Реакция гидролиза, позволяющая получать вдвое больше водорода, чем его содержится в исходном гидриде, принципиально необратима. Гидролиз по реакции (6.2) может быть осуществлен на практике лишь для ограниченного числа гидридов: солеобразных гидридов щелочных и щелочноземельных металлов, содержащих водород в виде иона Н~, и комплексных гидридов бора и алюминия, обладающих высокой химической активностью.

При создании обратимо, а значит, многократно действующих «аккумуляторов водорода», для которых незначительное изменение внешних условий вызывает существенное смещение равновесия реакции синтез — диссоциация (сорбция — десорбция), пиролиз оказывается единственно возможным способом получения чистого водорода из-за отсутствия в нем побочных реагентов. Обратимость процесса пиролиза

??. ??

MeH„^ZZ^Me-)-n/2Hal />,Tt (6.3a)

?. ? г

позволяет управлять им, просто изменяя давление и температуру. Можно направить процесс в желаемую сторону и проводить его с необходимой скоростью практически неограниченное число раз. Однако непосредственно, путем взаимодействия с молекулярным водородом, могут быть получены только гидриды металлов с малыми потенциалами ионизации, т. е. щелочных, щелочноземельных, металлов подгруппы титана, скандия и редкоземельных.

Гидриды лития, натрия, магния, кальция обладают относительно высоким массовым содержанием водорода, но из-за малых их плотностей абсолютное содержание водорода сравнительно невелико (не более 0,1—0,11 г-см-3). Синтез и разложение этих гидридов происходят при температурах 675—975 К, давление диссоциации и скорость достижения равновесия при более низких температурах очень малы. Кроме того, гидриды щелочных и щелочноземельных металлов обладают высокой химической реакционной способностью и активно взаимодействуют с кислородом и влагой воздуха. Массовое содержание водорода в дигид-ридах титана, иттрия, скандия, циркония и редкоземель-

183

ных металлов составляет до 3,5—4,0%, что при высоких плотностях этих гидридов позволяет получать материалы с абсолютным удельным содержанием водорода до 0,15 г-см~3. Однако, отвечая условию удовлетворительной химической стабильности и, следовательно, безопасности при эксплуатации, эти соединения, как и гидриды щелочных и щелочноземельных металлов, требуют для своего синтеза высоких температур и давлений, при которых реакция гидрирования чувствительна к наличию малых примесей как в металле, так и в водороде.

Значительно более успешным к настоящему времени оказалось использование в качестве аккумуляторов водорода гидридов интерметаллических соединений (ИМС) и сплавов. Водород хорошо взаимодействует с такими ИМС, одним из компонентов которых является металл, образующий устойчивый бинарный гидрид, т. е. щелочноземельный или редкоземельный, а также титан, цирконий, скандий. Особенностью такого взаимодействия является уникальная, не имеющая аналогов в химии бинарных гидридов кинетика поглощения водорода: при температурах 298—373 К и давлениях водорода от 0,01 до 10,0 МПа его поглощение в зависимости от природы ин-терметаллида и чистоты поверхности достигает величины равновесного насыщения за несколько минут. В большинстве изученных случаев примеси кислорода, азота, водяных паров в водороде не оказывают столь ингибирующего действия, как при реакции водорода с индвидуальными металлами. Возможность смещения равновесия реакции интермета л лида АВ„ с водородом

2АВя + *Н2з±2АВяНя (6.4)

при небольшом изменении температуры и давления в реакторе делает гидриды интерметаллических композиций наиболее удобным материалом для создания обратимо действующих аккумуляторов водорода. Правда, массовое содержание водорода в таких гидридах ниже, чем в гидридах чистых металлов, например в Mg2NiH4 и MgH2 оно составляет соответственно 3,6 и 7,6%, но его объемное содержание в интерметаллидах вследствие их большей плотности выше: около 0,140 г-см-3 в Mg2NiH4 и лишь 0,108 г-см-3 в MgH2.

Наиболее изучено взаимодействие с водородом бинарных и более сложных ИМС типа АВ5, где А—редкоземельный металл, а В—Со или Ni. Гидриды состава АВ5Н*, где ? в зависимости от природы А и В изменяется в пределах от 3 до 8, характеризуются умеренными давлениями 184

диссоциации при комнатной температуре (от 0,01 до 1МПа) и малыми теплотами абсорбции водорода (30—40 кДжХ Хмоль-1). В практическом отношении большой интерес представляет гидрид интерметаллида LaNis, который достаточно хорошо исследован, а его абсорбционная емкость и кинетика абсорбции водорода могут рассматриваться в качестве эталона сравнения при получении других материалов для аккумуляторов водорода, работающих при низких температурах. Следует подчеркнуть, что при сравнительно невысоком массовом соде

страница 36
< 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
создание базы данных слушателей курсов в excel
рамки для номеров
силиконовые крышки для посуды
гироскутеры с высоким клиренсом

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
(03.12.2016)