химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

гия), которые могут быть получены от различных источников энергии: природных жидких и газообразных топлив, угля, ядерных, а в перспективе и термоядерных реакторов различных типов, от источников возобновляемых энергоресурсов (солнечная и геотермальная энергия, гидроэнергия и др.). Эти источники различаются многими характерными показателями: уровнем рабочих температур, удельными мощностями, режимами работы, эффективностью преобразования энергии, удельными капитальными затратами и т. д. Использование того или иного источника энергии для производства водорода в значительной степени определяет как выбор наиболее подходящих процессов, так ¦ и конкретную технологическую схему производства и ее технико-экономические показатели [10, 13—15].

Для.многих производств необходимы большие единичные мощности энергоисточника (от нескольких сотен мегаватт до нескольких гигаватт), причем- непосредственно для производства водорода используется лишь часть энергии, остальная энергия расходуется на обеспечение других процессов технологического цикла. При производстве аммиака и метанола значительная часть затрачиваемой исходной энергии используется для производства

37

электроэнергии и генерации пара, в процессах переработки нефти и в металлургии — для производства высокотемпературной теплоты. В связи с этим прн использовании в качестве первичного источника ядерной энергии полное энергообеспечение процессов производства, аммиака и метанола может быть осуществлено как с помощью обычных ядерных реакторов (типа ВВЭР и РБМК), так и с помощью высокотемпературных ядерных реакторов (ВТЯР), а для металлургии и переработки нефти это возможно только с помощью ВТЯР. При применении- низкотемпературных ядерных реакторов крупномасштабное производство водорода может быть осуществлено только с использованием электроэнергии путем электролиза или плазмохимическими методами, при применении же ВТЯР для получения водорода могут быть-использованы высокопотенциальная теплота и электроэнергия, что позволяет реализовать и другие процессы — конверсионные, термохимические или комбинированные. Важными показателями, определяющими целесообразность использования того или иного источника первичной энергии для производства водорода, являются и другие технические характеристики энергоисточника: надежность, возможность резервирования, возможность работы в пусковых, переходных и аварийных режимах, продолжительность пуска и останова, радиационная, ядерная и пожаровзры-вобезопасность, возможность высокой степени автоматизации управления процессами и т. д. При этом соответствие технических и эксплуатационных характеристик источника энергии требованиям, предъявляемым к существующим и вновь проектируемым предприятиям, является обязательным. Например, для предприятий азотной промышленности такими требованиями, в частности, являются длительная безаварийная работа в течение установленных сроков эксплуатации (до 30 лет) и продолжительный меж-» ремонтный период (до 8000 ч)\

В некоторых случаях возможности.использования энергоисточника ограничиваются присущими ему физическими . ограничениями плотности потока энергии в процессах ее производства и преобразования. Например, при использовании солнечной энергии с 1 м2 площади освещенной Солнцем поверхности может быть получено в среднем не более 100 Вт электроэнергии. Таким образом, для агрегата по производству водорода мощностью 100 МВт необходимо снимать электроэнергию (или водород при использовании фотолиза) с площади 106 м2 [16]. Ни один из

38

предложенных сегодня методов преобразования солнечной энергии из-за больших капитальных затрат не позволяет это сделать так, чтобы получаемый водород был сравним по стоимости с .водородом, полученным, например, электролизом с использованием энергии угольных КЭС или АЭС.

Для каждого типа энергоисточника приведенные затраты на вырабатываемую им электроэнергию (или теплоту) зависят от его мощности и, как правило, с ростом мощности уменьшаются, т. е. для производства водорода более экономично использование энергоисточников больших мощностей. Вместе с тем масштабы энергопотребления отдельных химических, нефтехимических или металлугических производств могут не соответствовать оптимальным значениям мощности энергоисточника того или иного типа. Этот «масштабный фактор» в значительной степени определяет целесообразность использования энергоисточника того или иного типа и технологическую схему производства в целом. Наконец, важным фактором является возможность использования имеющихся технических решений при замещении природных жидких и газообразных энергоресурсов другим энергоисточником, т. е. подготовленность отрасли к переходу на новые источники энергии.

Использование энергии низкотемпературных ядерных реакторов для производства водорода

В этом случае водород _может быть получен электролизом или плазмохимическими методами с использованием электроэнергии, получаемой от АЭС. В отдаленных районах и других специальных случаях это может быть изолированная АЭС, однако в большинстве случаев это АЭС, работающие в составе той или иной энергосистемы. При этом стоимость электроэнергии, используемой для производства водорода, определяется замыкающими затратами на электроэнергию для данной энергосистемы, а возможные масштабы производства водорода — всей структурой энергосистемы, включающей различных производителей и потребителей электроэнергии. При этом ^ами АЭС будут работать в базовом режиме. С увеличением доли АЭС в составе энергосистемы будет все более возрастать провальная часть графика нагрузки, в которой стоимость электроэнергии относительно, низка, и электроэнергия может быть эффективно использована для производства водорода. Оценки, исходящие из прогнозов развития атом-

ной энергетики в нашей стране, показывают, что при использовании «провальной» электроэнергии к 2000 г. станет возможным производство электролитического водорода в крупных масштабах. При этом водород может быть частично использован и для нужд самой энергетики, например для покрытия пиковых нагрузок, для транспорта энергии и для организации перегрева пара на АЭС. При получении водорода электролизом воды в качестве сопутствующего продукта помимо кислорода может быть получена при некотором усложнении схемы производства тяжелая вода. Технология получения электролитического (или «плазмохимического») водорода удачно сочетается с АЭС — она допускает практически полную автоматизацию процессов, обеспечивает необходимую экологическую чистоту производства.

Использование угля для производства водорода

Уголь можно использовать для производства водорода в качестве знергоресурса и химического реагента. Полученный водород находит применение как у внешних потребителей (например, производств аммиака и метанола), так и в дальнейшей лереработке угля — в процессах получения искусственных жидких топлив. Для всех этих производств характерны большие требуемые единичные мощности агрегатов и отсутствие существенных ограничений по потокам энергии. В связи с тем что дальний транспорт угля существенно дороже транспорта газообразного или жидкого энергоносителя, предприятия по переработке угля-целесообразно размещать вблизи от мест его добычи. В некоторых случаях это обстоятельство может в известной мере ограничивать целесообразные масштабы производства.

Для производства водорода с помощью угля могут быть применены высокотемпературные процессы. При этом обеспечение высокопотенциальной теплотой и электроэнергией может осуществляться как за счет самого угля, так и за -счет стороннего энергоисточника—высокотемпературного ядерного реактора (ВТЯР). Как энергоисточник и химический реагент уголь хорошо сочетается с производствами, являющимися крупнейшими потребителями водорода,— химическими предприятиями по производству аммиака и метанола, металлургическими, предприятиями для получения искусственных жидких- топлив и др.

40

Возможности использования высокотемпературных ядерных реакторов для крупномасштабного производства водорода

Наиболее перспективным способом энергообеспечения процессов.получения водорода в настоящее время считают использование ВТЯР. Это обусловлено, во-первых, возможностью подвода высокопотенциальной (1200 К и выше) теплоты в энерготехнологических процессах производства водорода (конверсия природного газа, термохимическое и термоэлектрохимическое разложение воды, высокотемпературный электролиз, газификация угля) и, во-вторых, возможностью обеспечения высокой суммарной термодинамической эффективности использования энергии первичного источника, в данном случае ядерного топлива.

По уровню температур теплоносителя газоохлаждаемые ядерные реакторы соответствуют температурам технологических процессов в химии, металлургии и других отраслях промышленности. Так, на реакторе'АУИ (ФРГ) тепловой . мощностью 40 МВт достигнута тецпература теплоносителя на выходе из реактора 1220 К. В зависимости от потребности в теплоте низкого и среднего потенциалов и соотношения параметров в реакторном и технологическом контурах могут быть приняты различные технические решения [10—15].

- Рассмотрим некоторые конкретные схемы возможного включения ВТЯР в технологические процессы, связанные с производством водорода [1,10,13—15].

Как уже было отмечено выше, конверсия метана в настоящее время является одним из основных снособов получения водорода и водородсодержащих газов, на использовании которых базируются крупные производства азотной промышленности — синтез аммиака, метанола и 'некоторые другие. Эти же производства являются крупно-. масштабными потребителями природного газа в качестве топлива: до 40—45 % потребляемого газа сжигается для получения высокопотенциальной теплоты. Доля стоимости топливного газа в себестоимости конечной продукции может достигать 30 % и имеет тенденцию к увеличению в связи с ростом цен на природный газ. В то же время единичные мощности энергоисточников, необходимых для перспективных предприятий азотной промышленности (500—1000 МВт), приемлемы для применения ядерных реакторов. Поскольку паровая конверсия метана в бо

страница 8
< 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
стойки для дисков дерево
ткань оптоволокно купить
Масленки Фарфор купить
установка веза кцкп-20-с1 характеристика

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
(27.03.2017)