химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

е допустима. ' Криогенные баки ? успехом были примерены на

234

рода иа борту автомобиля

Рабочие параметры Затраты первичной энергии Погерн на борту автомобиля, л-день"1 Полный коэффициент использования топлива я m s Время заправки, мин Максимальное время после заправкиj без использования, ч^

Температура, К Давление, МПа до использования, кВт-ч(кг Н2)-> w Г и. О СЧ ?· ? а» ч и о н д t-? ? S. и KS ? о u о a: 20.4 0.1-0,4 31,5-35 2 10 0.3—0.6 0,4 10 при хо- 20-24

лодном

баке, 30 при

теплом

баке

10-20 10 20 _ 0,8—0.95 _ 15-30 Практи-

Темпера- чески не

ограничено

тура окру- 10—20 10 10 _ 0,8—0,95 - 15-30 То же

жающей

среды 20 10 4-8 — 0.8—0,95 15-30 • ¦

>260 0,1-3 2-3 ~23—25 — 0.8—0.9 15-30

> 500—600 0.1—3 3-5 ~-10 - 0,8-0,9 0,32- 0,27 15-30

260-600 0,1-3 2,5—4 ~15 - 0,8—0.9 0,25 15-30

>273 0,1 - 3-4 ^0.9 O.OiS 3-7

некоторых экспериментальных образцах автомобилей на водородном топливе, построенных в США. Типичным примером является построенный в 1975 г. автомобиль «Датсун В210» с криогенным баком вместимостью 230 л (16,3 кг водорода) под давлением 0,5 МПа. Этот бак имеет массу 120 кг, что соответствует 7,35 кг массы бака на 1 кг Н2. В настоящее время в различных странах мира созданы образцы автомобилей с криогенным хранением водорода на борту. Минимальный массовый показатель в известных сегодня разработках составляет около 6 кг на 1 кг Н2. По оптимистическим оценкам этот показатель может быть доведен до 4,5 кг массы бака на 1 кг Н2.

Водород может находиться на автомобиле в химически связанном состоянии — в виде соединений, легко отдающих водород при изменении внешних условий, например температуры контейнера, или в специальном реакторе. Такими соединениями могут быть гидриды металлов интерметаллидов или жидкие соединения, например аммиак, метанол и т. п.

16* 235

Перспективные для использования в автомобильном транспорте гидриды должны обладать следующими свойствами: иметь высокое отношение полезной массы водорода к полной массе устройства, содержащего гидрид; быть удобными для отбора водорода из гидрида и зарядки гидридного контейнера; быть экономически доступными для массового применения.

Рассмотрим некоторые примеры. Контейнер с гидридом LaNi5H6, содержащий 0,5 кг Н2, имеет массу 40—45 кг (в том числе 35 кг гидрида), т. е. 80—90 кг на 1 кг Н2. Полная масса контейнеров с гидридом, содержащим запас водорода 45,3 кг, равноценный по энергии содержимому бензинового бака автомобиля ЗИЛ-130, составит 3620 кг, или 72 % грузоподъемности автомобиля. Кроме чрезмерно большой массы подобного устройства, практически исключающей его применение, лантан-никелевый гидрид едва ли может стать перспективным для широкого применения на автомобильном транспорте и из-за своей сравнительно высокой стоимости.

Более перспективным оказался для размещения на борту автомобиля гидрид FeTiH2 с массовым содержанием водорода около 2 %. Хотя масса этого гидрида в сравнении с бензиновым баком также относительно велика, его диссоциация происходит при низких температурах (около 260 К), насыщение его водородом также не вызывает трудностей и в сравнении с другими гидридами он наименее дефицитен. В США (штат Калифорния) с 1977 г. находится в опытной эксплуатации 19-местный автобус на водородном топливе. Питание двигателя водородом осуществляется от батареи, состоящей из 10 контейнеров, наполненных гидридом интерметаллида титан — железо с небольшой добавкой марганца, способствующей активизации реакции (Ti5i Fe4< Mns, индексы — массовое содержание компонентов, %). Каждый контейнер, изготовленный из алюминия, с водяной рубашкой теплообмена, имеет собственную массу 22,6 кг и вместимость 0,0295 м3. Полная масса гидрида во всех контейнерах достигает 907 кг при полезном содержании водорода до 1,9 % · Это обеспечивает пробег автобуса в 274 км при скорости движения до 88 км-ч~'.

Возможности применения более легких высокотемпературных гидридов, например Mg2 Ni Н4, в котором массовое содержание водорода достигает 4 %, и гидридов с еще более высоким содержанием водорода типа MgH2 (7,7%) для хранения водорода на борту автомобиля ограничены

236

fto ряду причин и прежде всего из-за высокой температуру и большой теплоты их диссоциации [550—600 К, 33 кДж- (моль Н2)~' и выше] [145].

При использовании высокотемпературных гидридов для обеспечения подачи водорода из гидридного бака во время работы двигателя необходимо подводить к гидридному баку теплоту при высокой температуре. Располагаемая энтальпия отработавших газов после цилиндра, т. е. запас теплоты, которая может быть использована для проведения процесса десорбции, определяется разностью температуры газов после цилиндров Твых и температуры диссоциа-' ции гидрида Ts. При высоких Ts теплоты отработавших газов оказывается недостаточно для десорбции водорода из гидридного бака в количестве, обеспечивающем работу двигателя. В связи с этим высокотемпературные гидриды могут быть использованы, как правило, только в сочетании с низкотемпературными, и в этом случае система хранения водорода на борту автомобиля включает в себя два гидридных бака. Таким путем удается несколько улучшить массовые характеристики системы хранения водорода и повысить эффективность использования тепловых потерь, утилизируя в высокотемпературном баке теплоту отработавших газов, а в низкотемпературном — охлаждающей воды. В настоящее время в СССР и за рубежом созданы опытные образцы автомобилей различных типов с гидридными баками для хранения водорода Г119, 144—150].

При использовании в качестве среды для хранения водорода на борту автомобиля жидких химических соединений, например метанола, удается несколько улучшить массовые характеристики системы хранения. При этом, однако, на борту автомобиля необходимо разместить теплообменник— испаритель для испарения «жидкого гидрида» и специальный реактор для получения водорода. В реакторе происходит термическая диссоциация метанола по схеме СНзОН + с?—v2H2 + CO при 523—623 К и давлении 0,1—0,15 МПа или осуществляется его паровой риформинг при 473 К и 0,1 МПа:

СНзОН-ЬН20+<7->ЗН2+С02. '

Оба процесса идут с поглощением теплоты на катализаторах. При диссоциации метанола на водород и окись углерода теплота сгорания топлива возрастает на 22 % и составляет около 20 МДж-кг-', или 19 МДж-л"1 метанола, а при паровом риформинге—19 МДж-кг-1, или И МДж-л-1 метанола [136].

237

Запуск двигателя (в особенности при низких температурах) производится после проведения реакции в реакторе, что, естественно, затрудняет эксплуатацию автомобиля. Испарение метанола осуществляется за счет теплоты охлаждающей воды при 353 К, а реакции диссоциации или риформинга — за счет теплоты отходящих газов. Для легкового автомобиля необходимые размеры поверхностей нагрева теплообменников и реактора по лабораторным данным составляют: 850—900 см2 в испарителе, 4 м2 в реакторе и 1000—1200 см2 в охладителе продуктов реакции. После реактора продукты реакции должны быть охлаждены до 373 К с целью уменьшения выбросов ??,?, предотвращения преждевременного воспламенения и повышения эффективности работы двигателя.

В качестве «жидких гидридов» могут быть использованы и другие вещества, например этанол или комбинация бензол — циклогексан. Схема использования этанола практически та же, что и для метанола. В комбинации бензол—циклогексан используется цикл: гидрогенизация бензола (С6Н6) до циклогексана (C6Hi2)—дегидрогенизация циклогексана до бензола с выделением 3 молей Н2 на 1 моль циклогексана. Аналогичный цикл может быть осуществлен и на других системах, например метилцикло-гексан (С6НпСН3) —толуол (С6Н5СН3). При этом массовый и объемный показатели плотности энергии среды хранения для циклогексана составляют соответственно (1,7^-2,4) КВт-ч-кг^ и (1,354-1,86) ???-ч-л-1, что превышает аналогичные показатели, например, для системы FeTi. Необходимо, однако, учесть, что на автомобиле должен быть отдельный бак для транспортировки отработанного «жидкого гидрида», или отработанное вещество вновь должно после охлаждения поступать в бак с исходным веществом, что приведет к уменьшению в процессе работы содержания водорода в веществе, поступающем в реактор и, следовательно, к снижению удельного выхода водорода, увеличению затрат энергии на его выделение и т. д.

Для всех известных сегодня «жидких гидридов» уровень температур в реакторе для получения водорода составляет 473—673 К. При этом необходимые затраты теплоты на выделение единицы массы водорода оказываются меньше, чем при использовании гидридов интерметаллидов. В настоящее время в лабораторных условиях проверена осуществимость многих из описанных схем получения водорода из «жидких гидридов», и в ряде лабо-

238

с ? т- м Й

siiti

я

сп

и,

j.IiUK-l- ·??/?? -oVoj иипдаоэ

«

К s ?? о ? о и я «

bs ?

et

я о а

?)

S

о.

5?и ч

is

винэнес1х

ЕС!ЭНИЭ1КОЯ

8J IW 'ЭННЭ1Г

«

ч

?

Й m о. а

К

ч

cd к

g a

120 (75%) 10(75%) 45(100%) О ? Ю · · О О ю ОО 1 S · '???? о о о -?-? СЧ СЧ — О СЧ —t со — 30(90%)

ОО ¦* о ..... 8 : : : : : . .о · -о • · сч · · о ООП

ю со СЧ ^ СО Ю СЧ СП ·—* —1 —1 сч о 1,4 0,8 1,39 0,54 0,89 1,15 1,38

1,87 СЧ СО СЧ СЧ . СЧ СЧ 1 — СЧ 1,6 1,6 1,74 1,6 0,91 1,24 1,05 1,26 1,57

ю ¦Ф Ь. Ют»" — — Ю Ю СЧ 2,5 1,5 1,57 0,77 1,8 6,3 0,68 ¦* о СО ю

§ со о о о о О О CD О СО СО 1Л СЧ СЧ —. СО СО СО ОО о СО СП — СО СО О СП —? —, ·— СО t~~ О со ю со

о СЧ * «*о -о изЮ

страница 47
< 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
холодильник samsung rt30mbss неисправности
антивандальные стенды для улицы беларусь
http://taxiru.ru/nakladka-bokovaya/magnitnyie-nakladki/
http://taxi-stolica.ru/nashi_avtomobili/prokat_limuzinov/stoimost_limuzina_v_prokat/

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
(21.08.2017)