химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

етических установках, использующих водород, полученный из этих аккумуляторов, как топливо. Эта регенерация может осуществляться путем испарения жидких аккумуляторов водорода н проведения реакции их диссоциации или паровой конверсии за счет теплоты отходящих газов. В частности, при прямом сжигании метанола как топлива в ГТУ КПД установки составляет около 35%, при проведении же за счет теплоты отходящих газов испарения и диссоциации метанола и сжигании в ГТУ смеси Н2+СО КПД возрастает до 41,3%, а при проведении паровой конверсии и сжигании Н2 — до 41,9% [136]. Использование метанола как аккумулятора водорода для автотранспорта также может оказаться более эффективным, чем прямое использование его в качестве топлива [136, 122].

Таблица 6.9. Показатели некоторых органических гидридов как возможных аккумуляторов водорода

Система Реакция Плотность Н2 в среде хранения, г На л"1 Теоретическое массовое содержание водорода в гидриде, % Весовой показатель среды хранения, ь-1'.(кг Н2)-'

1 СбНе+ЗНг^СвН^ 56 7,19 12,9

2 С7Н8—{—ЗНг^1^ С7Н14 47,4 6,16 15,2

3 12,4 1,76 55,7

4 CloHs-f-SHs^CloHie 65,3 7,29 - 12,7

В качестве органических гидридов для аккумулирования водорода, вообще говоря, могут быть использованы различные соединения. Показатели некоторых из них приведены в табл. 6.9 по данным [123].

Из систем, приведенных в табл. 6.9, максимальное теоретическое содержание водорода имеет система 4, однако для иее в настоящее время не известен метод обратимого проведения цикла гидрирования — дегидрирования. В настоящее время наиболее подробно изучаются системы 1 — бензол — циклогексан и 2 — толуол — метилциклогексан. Теоретически для проведения реакций дегидрирования циклогексана и метнлциклогексана необходимо подвести к ним извне теплоту в количестве соответственно 206,2 и 204,9 кДж-моль-1. При этом освобождаются 3 моля водорода с полной теплотой сгорания 725,9 кДжХ Хмоль-1, т. е. теоретическая энергоемкость циклогексана и метнлциклогексана составляет около 518,3 кДж-моль-1— примерно 72% теплоты сгорания водорода, выделившегося при дегидрировании. Если для проведения реакции дегидрирования используется посторонний источник теплоты (например, низкопотенциальная теплота отходящих газов теплосиловых энергоустановок), то энергоемкость жидких гидридов можно считать равной теплоте сгорания всего выделившегося при дегидрировании водорода. Оцененные таким образом энергоемкости циклогексана составляют 2,407(1,730) кВт-ч-кг-1 и 1,874(1,347) кВт-ч-л-1, а метилциклогексана 2,054(1,478) ???-ч-га-1 и 1,584(1,137) кВт-ч-д-1

194

(в скобках указаны Низшие значения с учетом затрат теплоты на дегидрирование).

Реакции гидрирования бензола и толуола и дегидрировании циклогексана н метилциклогексана подробно изучаются в последнее время во многих лабораториях. Реакции гидрирования протекают экзотермически до степени превращения 0,9—0,95 при температурах 473— 673 К и давлениях 1—10 МПа и выше в зависимости от используемых катализаторов. Эндотермические реакции дегидрирования менее изучены, они реализуются в опытных установках при атмосферном давлении и температурах 673—873 К на катализаторах, в качестве которых используются Pt, Pd, Мо203, Мо203—Ni^O. Главной проблемой при реализации систем аккумулирования водорода на основе жидких гидридов является разработка дешевых п эффективных катализаторов для реакций гидрирования и дегидрирования. В последнее время в нескольких лабораториях созданы установки лабораторных масштабов для такого аккумулирования. Технико-экономические оценки [124] показывают, что при сезонном цикле крупномасштабного хранения водорода с применением системы бензол — циклогексан эффективность аккумулирования составляет 79% при затратах 2,24-Ю-3 долл. СШАх Х(кВт-ч)-1 в пересчете на высшую теплоту сгорания водорода, если не осуществлять регенерацию теплоты, и 98—99% прн затратах 1,15-10—3 долл. США-(кВт-ч)-1 в случае полной регенерации теплоты. По некоторым оценкам системы крупномасштабного аккумулирования и транспорта водорода в жидких гидридах могут оказаться более эффективными, чем существующие методы хранения и транспорта газообразного и жидкого водорода.

Глава седьмая

Процессы потребления водорода и перспективы их развития

Структура потребления водорода, существующая в настоящее время, обсуждалась в гл. 1. Ниже мы кратко рассмотрим возможные области и процессы крупномасштабного использования водорода, производимого из воды за счет ядерных и других источников энергии.

7.1. Товарный и энерготехнологический водород

Говоря о возможных масштабах использования водорода в относительно недалеком будущем, следует отличать процессы и схемы получения и потребления товарного водорода от процессов и схем получения и потребления водорода, используемого в качестве промежуточного продукта в тех или иных энерготехнологических производствах. Товарный водород производится на предприятиях и установках специально для внешних потребителей. В этом случае затраты на получение водорода и его стоимость в большой степени определяют возможные масштабы

13* 195

й методы его использования. Например, товарный водород, производимый из воды, только тогда будет широко использоваться в областях, использующих товарный водород сегодня (в ракетной технике, процессах обработки металлов, стекла, гидрогенизации пищевых продуктов, фармацевтической промышленности и др.), когда его стоимость окажется меньше, чем стоимость водорода, получаемого из природных жидких и газообразных топлив.

В тех отраслях, где товарный водород, полученный из воды, и искусственные энергоносители на его основе будут вытеснять не водород, а сами природные жидкие и газообразные топлива, стоимость водорода и искусствен-, ных топлив на его основе будет также иметь первостепенное значение, однако решающими факторами станут изменение затрат на получение конечной продукции и достижение новых прогрессивных показателей техники или выпускаемой продукции.

Отрасли, использующие энерготехнологический водород, прежде всего химическая и нефтеперерабатывающая промышленность (а в будущем и производство синтетических жидких топлив из угля), являются крупнейшими его производителями и потребителями. В этих отраслях природные углеводородные топлива вытесняются ядерными источниками энергии и углем, а водород используется в качестве промежуточного энергоносителя и химического реагента. Целесообразность перехода этих отраслей на производство водорода из воды определяется в связи с этим не стоимостью получаемого водорода, а изменением затрат на конечную продукцию (аммиак, метанол и т. д.) и системными народнохозяйственными эффектами от экономии в отрасли дефицитных природных энергоресурсов, а также социальными и экологическими аспектами.

Разумеется, деление водорода, получаемого из воды, на товарный и энерготехнологический достаточно условно и водород, производимый на одном и том же предприятии, может использоваться как в том, так и в другом качестве, однако это деление помогает в первом приближении очертить круг потребителей, для которых решающее значение имеет стоимость водорода, получаемого по той или иной технологии из воды, и потребителей, для которых решающее значение приобретают системные и энерготехнологические аспекты. Основные потребители водорода сегодня и в будущем охарактеризованы в гл. 1. В табл. 7.1 приведены количества водорода, потребляемого на единицу продукции для важнейших из них.

196

Таблица 7.1. Потребности в водороде для различных потреэителей

Область применения Потребность в водороде на единицу продукции или сырьт, Ms Единица продукции или сырья Синтез аммиака 1940—2223 ? ??3

Синтез метанола 1623—2310 ? СН3ОН

Гидроочистка ПО ? 3 сырой нефти

Гидрокрекинг 356—445 ? 3 сырой нефти

Гидрообработка: 10

нафты ? ' нафты

коксовых дистиллятов 130 ? 3 дистиллята

Прямое восстановление железа 550—510 ? железа

Восстановление молибдена 670 ? молибдена

Восстановление вольфрама 350 ? вольфрама

Получение искусственного жидкого 1070—1250 ? искусственного

топлива из угля 230—300 жидкого топлива

Получение искусственного жидкого ? ' искусственного

топлива из нефтяных сланцев жидкого топлива

В табл. 7.2 приведены оценки расчетных затрат на получение товарного водорода в крупных масштабах различными методами с использованием источников энергии различного типа. Эти оценки получены по наиболее достоверным литературным данным.

Для мелкомасштабных производств соотношение расчетных приведенных затрат на получение водорода оказывается иным, чем указано в табл. 7.2. В частности, при мелкомасштабном производстве очищенного водорода наиболее экономичным оказывается электролиз, так как использование современных систем очистки конверсионного водорода в этом случае нерентабельно. Приведенные в этой таблице оценки расчетных приведенных затрат для перспективных методов являются только ориентировочными, поскольку опыта создания таких систем нет. Они основаны на концептуальных схемных проработках и оценках по аналогии, исходящих из практики современной химической технологии. Поскольку товарный водород в настоящее время производится в незначительных количествах, в основном для мелких потребителей, и в ближайшей перспективе прогнозируется рост крупномасштабного производства в основном для энерготехнологического водорода, перспективы развития методов производства водорода из воды в значительной степени определяются не стоимостью получаемого водорода, а изменением затрат на конечную продукцию и системными и экологическими эффектами.

197

Таблица 7.2. Расчетные приведеивые затраты на крупномасштабное производство товарного водорода различными методами (в пересчете на условное топливо)

Процесс производства водорода Источник энергии и ее стоимость (расчетные затраты) в пересчете на условное топливо КПД преобразования первичной энергии, % Максимальная температура, Сырье Стоимость (приведен

страница 39
< 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
http://www.kinash.ru/etrade/goods/4186/brand/3/city/Sarahtov.html
наклейки под заказ ник инстаграмма
чума на оба ваших дома
кпу 200-но цена

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
(24.07.2017)