химический каталог




Введение в водородную энергетику

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

льшинстве случаев осуществляется в трубчатых, печах при внешнем подводе высокотемпературной теплоты через

41

стенку-трубы, применение ВТЯР удобно и в конструктивном отношении: используемые в аммиачном производстве реакционные трубы (Г» 1175 К, рж4 МПа, ресурс до 105 ч) могут служить инженерной основой для создания модифицированных трубчатых печей, получающих теплоту от теплоносителя ядерного реактора.

1175-1425К

1125 К

1175-1425К -О—

Продукты конверсии.

СНч+Н20

1125 К

57S-625K

Продукты конверсии

775 К

Вода

7 - 5 -

825К

625К СНч + Н20

'Г1рячая вода, на отопление и другие нужды

Рис. 1.4. Возможные схемы использования ВТЯР в производстве аммиака:

/ — реактор; 2 — контур теплоносителя; 3—конвертер: 4— подогреватель парогазовой смеси; 5 — парогенератор; 6 — пароперегреватель; 7— водо-подогреватель

Варианты включения ВТЯР в производство аммиака на базе двухступенчатой каталитической конверсии метана и основные, параметры технологических процессов и рабочих сред показаны на рис. 1.4. В схеме на рис. 1.4,? теплота ядерного реактора используется только в высокотемпературной части производства (в первой ступени конверсии метана) для обогрева реакционных труб. Подогрев парогазовой и паровоздушной смеси, питательной воды, газовой смеси, генерация насыщенного пара и его перегрев осуществляются в этом случае за счет сжигания природного газа. Все оборудование, кроме высокотемпературного блока, который претерпевает незначительные изменения, а также условия реализации пусковых и переходных режимов остаются неизменными. Основное достоинство этого варианта — относительная простота конструкции реактор-

42

ной установки, которая обогревает только один поток — парогазовую смесь в процессе конверсии. Важно и почти полное (за исключением трубчатой печи) сохранение основного технологического оборудования производства аммиака. Недостаток — небольшая доля вытесняемого природного газа (около 20 % общей потребности производства).

В схеме, показанной на рис 1.4,6, реакторная установка используется не только для паровой конверсии метана, но и для производства насыщенного пара давлением от 4 до 11 МПа и для подогрева парогазовой смеси. На рис. 1.4,в приведена схема, позволяющая практически полностью отказаться от использования природного газа в качестве топлива: теплота, необходимая для проведения паровой конверсии метана, для подогрева парогазовой смеси и питательной воды, а также для генерации и перегрева пара, подводится от ВТЯР.

Вследствие сравнительно небольшого размера требуемой суммарной тепловой мощности (500—1000 МВт) для технологических производств выработка высокопотенциальной теплоты и энергетического пара может быть обеспечена одним реактором.

Энергия ВТЯР может быть использована аналогичным образом и для газификации угля [11, 12]. В первом случае теплота, получаемая от ВТЯР, расходуется в процессе паровой каталитической конверсии метана и на производство пара. При паровой газификации угля теплота реактора расходуется на обогрев газогенератора и производство пара/Требуемые температуры теплоносителя ядерного .реактора зависят от сорта угля и лежат в пределах от 1000 до 1200 К. По существующим оценкам [11] применение теплоты ядерных реакторов в процессах газификации угля позволяет снизить его расход в 1,6 раза на единицу . получаемого продукта.

В металлургическом производстве за счет теплоты от ВТЯР можно получать и нагревать восстановительные газы, используемые затем в доменном производстве или в прямом восстановлении железа из руды. В этом случае в топливно-энергетическом балансе черной металлургии можно уменьшить потребление кокса (на 20—50 %), природного газа (на 30—45 %), а также энергоресурсов, требуемых для получения электроэнергии и низкопотенциальной теплоты (горячей воды и пара), на производство которых обычно расходуются доменный и коксовый газы.

43

В качестве исходных веществ для производства восстановительных газов могут быть использованы уголь, природный газ или вода. Любой из этих видов сырья может быть преобразован в водород или смесь водорода с окисью углерода при помощи энергии ВТЯР.

Бескоксовая металлургия хорошо сочетается с ядерными реакторами как по требуемому уровню температур (1025—1145 К), так и по структуре энергопотребления.

Рис. 1.5. Принципиальная схема ядерно-металлургического комплекса:

/—агрегат первичной конверсии метана; 2 — подогреватель водорода; 3—парогенератор; 4 — турбоагрегат; 5 — конденсатор; 6 — насос; 7 —ядерный реактор; 8 — агрегат вторичной конверсии метана; 9—агрегат прямого восстановления железа; 10 — электропечь

При прямом восстановлении железа- удается получить свободную от примесей серы'и фосфора железную губку — - полуфабрикат для производства высококачественных углеродистых и легированных сталей. Возможная схема использования теплоты ядерного реактора при производстве губчатого железа показана на рис. 1.5. Ядерно-энергетическая установка базируется на реакторе типа ВТГР с температурой гелия на выходе из активной зоны 1225 К и служит для обеспечения электроэнергией и высокопотенциальной теплотой процессов паровой конверсии природного газа и подогрева водорода, используемого для получения губчатого железа. Контур восстановления железа является по существу контуром циркуляции водорода при давлении 2,5—3,0 МПа. Большой восстановительный потен-44

циал водорода позволяет использовать трудновосстановимые железорудные материалы, что может расширить сырьевую базу черной металлургии [10, 13, 14].

Высокотемпературные ядерные реакторы могут быть использованы дли производства товарного водорода путем термохимического или термоэлектрохимического разложе-

1225 к

1175 К

??^5/?, S03 ,S02,02,H20 IH2SO4

Рис. 1.6. Ядерная энерготехнологическая установка по производству во- 1 дорода в комбинированном сернокислотном цикле и электроэнергии: ? —реактор; 2 — теплообменник; 3 — газодувка; 4 — термолизер H2SOt; 5 —парогенератор; 6—испаритель H2SO,; 7 — сепаратор-парогенератор; S — промышленная емкость; 9 — электролизер H2S04; 10 — сепаратор; // — компрессор; 12 — барабан-сепаратор; 13 — турбоагрегат; 14 — циркуляционный насос; 15 — парогенератор; 16 — гелиевая газодувка

'ния воды, а также путем высокотемпературного электролиза. Суммарная эффективность использования теплоты ВТЯР в таких процессах может достигать 50—60%, обеспечивая благоприятные предпосылки для создания на их основе атомно-водородных комплексов. Одним из перспективных циклов получения водорода из воды (КПД 45— 50%) является, например, описываемый в гл. 4 двухста-дийный термоэлектрохимический процесс, основанный на •электролизном пол-учении серной кислоты. Ядерный реактор в этом случае (рис. 1.6) служит как для подвода теплоты в процессе термического разложения серной кислоты (1075—1125 К), так и для выработки электроэнергии, необходимой для электролиза. Перспективным как с точки зрения технологичности процесса, так и с точки зрения

. 45

- термодинамической эффективности представляется и высокотемпературный электролиз водяного пара (см. гл. 3).

Важная особенность современной атомной энергетики— невыгодность использования атомных электростанций в переменных режимах. Поэтому целесообразно использование крупных ядерных энергетических установок в режиме постоянной базовой нагрузки. Наилучшие результаты могут быть получены при многоцелевом комплексном использовании энергии ядерных реакторов. Такое решение позволит обеспечить необходимую эксплуатационную гибкость этих установок, существенно расширить масштабы их использования с целью более полного замещения органического топлива ядерным. Полная номинальная нагрузка особенно важна для вводимых в настоящее время в строй атомных электростанций с реакторами на быстрых нейтронах. . -

При проектировании ВТЯР полезно использовать и энергию мощных-источников гамма-излучения для крупномасштабных радиационных производств. Создание подобных энергорадиационно-химических установок может существенно повлиять на масштабы и экономические показатели развития водородной энергетики на базе ВТЯР.

Замена энергоисточников на органическом топливе ядерными сопровождается изменением структуры стоимости конечной продукции, которое связано с сокращением затрат на топливо и возрастанием удельных капиталовложений, сильно зависящих- от мощности реактора. Поэтому экономическая эффективность использования ядерных энергоисточников тем выше, чем больше удельное вытеснение органического топлива ядерным горючим, ниже удельный расход ядерного горючего на выработку теплоты, выше коэффициент использования теплоты в энерготехно-.логическом цикле рассматриваемого производства, больше единичная мощность используемых ядерных реакторов и производительность технологических агрегатов, проще и дешевле технические средства передачи теплоты из активной зоны ядерного реактора в рабочий объем технологического агрегата, меньше тепловые потери и энергозатраты на циркуляцию теплоносителя.

В более далекой перспективе после освоения управляемого термоядерного синтеза и создания промышленных термоядерных высокотемпературных реакторов рассмотренные энерготехнологические процессы могут осуществляться с использованием этих реакторов. Эффективность преобразования энергии нейтронов 14 МэВ в бланкете

таких реакторов в теплоту при 2000—2500 К с последующим получением водорода в термохимических, комбинированных и высокотемпературных электрохимических процессах по предварительным оценкам может достигать 60-70%-

Возможности использования солнечной энергии и других возобновляемых энергоресурсов для производства водорода

Энергия излучения Солнца может быть использована для получения водорода из воды либо непосредственно в фотохимических процессах, либо после преобразования ее в другие виды энергии— теплоту или электроэнергию. Важными особенностями излучения Солнца как энергоисточника являются относительно низкий поток энергии солнечного излучения (несколько сотен ватт на квадратный 'метр) и большие суточные и сезонные колебания интенсивности излучения, т

страница 9
< 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
душевые кабины 101 км обнинск
кресло для кинотеатра
купить штатные головные устройства для volvo
Кликайте на объявление KNS, закажите с промокодом "Галактика" - TS4TSJ35T3 - в кредит не выходя из дома в 240 городах России.

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)