1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (Введение в водородную энергетику. Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов, 1984u)

ББК 31.6 Ш 83 УДК 626.93:662.769.21 Оглавление В. П. Беляков Реце Предисловие . Преднсловне редактора 18 22 30 37 50 36 70 80 93 Эвальд Эмильевич Шпильрейн Станислав Петрович Малышенно Геннадий Георгиевич Кулешов 94 102 113 123 131 137 142 !йс=. 3 © Энергоатомиздат, 1984 Шпильрайн Э. Э. и др. Ш 83 Введение в водородную энергетику 7Э. Э. Шпильрайн, С. Г1. Малышенко, Г. Г.

Кулешов; Г!од ред. В. А. Легасова. — Ми Энергоатомиздат, 1984.— 264 с., ил. В перл 1 р. 20 к. 2750 экз. Рассматрнвается круг проблем, ехватываемых понятием «Вело- родная энергетика». Описаны фяэяке-хнмячеснне свойства воззрела кэк нанбоаее уннеерсальноге энергонеснтшя. Изложены трапнцнеаные н лерспэнтнвные метопы получения непереда, опн«аны цналы н. схемы сеответствующнх установок. Расснатрены вапресы храненля н Транспорта водорода, ясаальэаааняя его в «ачестзе энергоносителя я сырья в раэлвчных отраслях народнОго хозяйства.

Дан техникоэкономическая аналяэ различных энергетических установах с нс. пользованием вспорола. Для ннжеяерав, работающих в области энергетннн н энерго. технелегня, асннрангэв я студентов энергетнчесннх специальностей вузов. 23030!0000-493 ББК 3!.6 Ш 031(01)-84 !77-84 ВП2 ВВЕДЕНИЕ В ВОДОРОДНУМ ЭНЕРГЕТИКУ Редактор нэлагельстэа И. В. В с л е б у е в а Хулажестагняый редактор В. А. Ге э ах.Х о э а к Техннчесннй редактор и. П Себа ля я а Керректар М.

Г. Гул н н э ИБ М 2677 слэ е е лэбер ез,п .94 пецпнсане в печать 19 И.64. т- 2!з4о Формат 64х106'7 Бумага тнлеграфсная ЗЬ 2 Гарннтура лнтературная Печать вяленая уел. печ. л,13,66 уел. нр.-етт.!366. уч.-яэд,л. 16,59 Тираж 2769 энэ. Заказ 12 Цена ! Р. 26л инергеатемнэлат, пзп4, мэснва, м-и4, шлюзовая наб„16 Ордена Охтябрьснай Рсэелюцнн н арлена Трудового Краснота Злансн» Первая Образцовая тнпаграфнл именя А.

А. Жланаэа Союзполиграфпрома лрн Гасударственном «омнтете СССР по делам издательСтв, лолнграфнн н анниной торгевлн. !1ЗЮ64, Москва, М.Ы, В свая, 26 Глава первая Области применения водорода и источники энергии длв его производства 1,1. Фнзнко-хнмнческне сзойгтзв водорода !.2. Объем н структура потребления водорода !.3.

Методы производства водорода пз природных топлив !.4. Источники энергии для получения водорода Глена вторая Получение водорода с помощью угля 2.!. Методы производства водорода с помощью угля 2.2. Схемы установок для получення водорода 2 3 Экономические показатели процессов получения водорода с помощью угля Глава третья Получение водорода из воды путем злентролиза 3.!. Физико-химические основы процесса электролиза воды 3.2. Основные типы электролизеров н нх характеристики 3.3. Элекгролнз морской воды 3.4. Технико.экономические показатели пронзнодства водорода путем электролиза воды Глава четвертая Термохимические н комбинированные методы получения во. дорода из воды 4.!. Термодинамические основы термохимнческого разложения воды 4.2.

Термохнмпческяе циклы производства водорода нз воды 43. К, . Комбнпвровапные циклы производства водорода из воды 4.4. Разделение компонентов 4.5. Т .. Технико-экономические показатели термохимнческнх н комбинированных методов получения водорода нз воды Глава пятая Дру™е методы получения водорода из воды 5.1. П Плазмохнмнческне методы получения водорода 3.2.

Прочие методы получения водорода ПРЕД44СП43В44Й 164 173 161 191 195 200 217 221 227 245 255 256 Список литературы Глава вествя Хранение, транспорт н распределенно водорода 6.1. Хранение, транспорт и распределение газообразного водорода 6.2. Ожижеяие водорода и его храпение, транспорт и распределение при низких температурах 6.3. Применение гидридов металлов и нятерметяллнческих соединений для хранения водорода 6.4 Аккумулирование водорода в иикапсулировааиом и химически связанном жидком состояниях Глава седьмая Процессы потребления водорода н перспективы нк развития 7.1. Товарный и зиерготехнологический водород 7.2.

Перспективы использовяиия водорода в зисргетике 7.3. Исиользоваиие водорода в химии и других отраслях народного хозяйства 7.4. Использояаиие водорода и межотряслевык зиерготехиоло. гических комплексах 7.5. Перспективы применения водорода н синтетических топлив в яатомобильиом транспорте 7,6. Г1ерспективы применения жидкого водорода в авиации Заиаоченне Настоящая книга посвящена проблеме, которая а по.

следнее время приобрела большую популярность и вызывает интерес широкой научной общественности. За рубежом вышло несколько книг, более или менее полно охватывающих круг вопросов, относящихся к водородной энергетике. В Советском Союзе, несмотря на то что есть много групп и отдельных специалистов, активно работающих а различных областях этой проблемы, подобной книги не было.

Авторы взяли на себя смелость восполнить этот пробел, хотя отдают себе отчет а том, что предлагаемая книга охватывает далеко не асе аспекты проблемы. Будучи теплофизикамп, авторы, естественно, сконцентрировали свое внимание на направлениях, а которых они либо сами непосредственно работают, либо могут достаточно квалифицированно судить о ~работе других авторов.

При написанип книги авторы пользовались обширной оригинальной литературой, имеющейся по этой проблеме, и материалами четырех международных конференций по водородной энергетике. При оценке различных направлений и разработок авторы принимали ао внимание материалы Комиссии АН СССР по водородной энергетике.

Особенно ценными были советы председателя и заместителя председателя Комиссии академиков АГ! СССР М. А. Стырикоаича п В. А. Легасова, членов Комиссии — чл.-ко~р. АН СССР Д. П. Великанова и И. Я. Емельянова, чл.-кор. АН УССР А. Н. Подгорного, доктора хим. наук проф. К. Н.

Семененко, доктора техн, наук А. Н. Проценко, кандидатов технических наук Ю. Ф. Чернилина, Ю. А. Сару- мова, В, А. Черняева, А. Я. Столяреаского, канд. хим. наук Э. К. Назарова и многих других. Всем им авторы выражают сердечную признательность. Авторы благодарят чл.-кор. АН СССР В, Г!. Белякова за обстоятельную рецензию, которая помогла улучшить рукопись. Авторы глубоко благодарны О. В. Назаровой за большую помощь при подготовке рукописи к печати, Авторы Предисловие редактбра Понятие «водородная энергетикаь появилось в литературе около 10 лет назад в пцриод так называемого энергетического кризиса.

В это время широким слоям населения развитых стран мира стало ясно то, о чем и ранее говорили специалисты — запасы органического топлива, и прежде всего дешевого топлива, на Земле ограничены, а темпы их расходования столь велики, что пора задуматься об альтернативных системах энергообеспечения человечества. Ядерная энергия деления, а впоследствии, возможно, и синтеза уже в то время рассматривалась как практически неисчерпаемый первичный источник энергии, способный в сочетании с возобновляемыми источниками энергии полностью обеспечить людей энергией на обозримое будущее.

Однако для того, чтобы быть использованной во всех возможных областях потребления, ядерная энергия нуждается в посреднике — энергоносителе, который мог бы донести энергик> в то место, где она нужна, и в том виде, в котором может использовать ее потребитель.

Современная система энергоснабжения в промышленности, сельском хозяйстве и бытовом секторе включает электроснабжение, теплоснабжение — централизованное и децентрализованное, газоснабжение (от магистральных газопроводов или баллонное), снабжение жидким моторным и энергетическим топливом и снабжение твердым топливом — углем, сланцем, торфом, дровами. Если первые две статьи энергоснабжения уже сегодня в той нлн иной мере покрываются или могут быть покрыты за счет ядерной энергии, то остальные статьи расхода энергии жестко привязаны к конкретным энергоносителям, представляющим собой естественное углеводородное сырье или продукты его переработки.

Водород или искусственные топлива на его основе в системе водородной энергетики призваны заменить эти энергоносители. Концепция водородяой энергетики в наиболее «чистом» виде предполагает получение водорода на крупных предприятиях путем разложения воды с затратой ядерной энергии, транспорт водорода к центрам его потребления и распределение с последующим использованием его в ка- б честве топлива во всех тех случаях, где сегодня используются газ, жидкое или твердое топливо. Наиболее горячие приверженцы водородной энергетики предполагают даже использовать водород у потребителей для производства электроэнергии в топливных элементах и тем самым отказаться от централизованных систем электроснабжения.

В пользу водорода как универсального энергоносителя говорят многие обстоятельства. 1. Сырьем для получения водорода может быть вода, а для получения искусственных углеводородов — еще и уголь, углекислый газ или природные карбонаты, т. е. запасы сырья практически не ограничены. 2, При сжигании водорода нлн искусственных топлив, полученных на его основе, образуется значительно меньше вредных веществ и требуются значительно меньшие затраты на мероприятия по охране окружающей среды, чем при сжигании природных жидких и газообразных топлив, в особенности сернистых.

3. Полученные топлива сравнительно легко транспортировать, хранить и аккумулировать. 4. Водород и искусственные топлива на его основе (например, метанол) могут использоваться в существующих автомобильных и авиационных двигателях при их относительно небольших переделках. 5. Водород широко используется в современной химии, нефтехимии, а в меньших масштабах — в металлургии, при металлообработке, в пищевой н других отраслях промышленности, и потребность в нем непрерывно возрастает. Наряду с этим водород имеет и ~ряд недостатков. Он в 8 раз легче природного газа, а его объемная теплота сгорания меньше, чем у метана, в 3,3 раза. Водород более взрывоопасен, он образует с воздухом взрывоопасные смеси в значительно большем диапазоне концентраций, чем природный газ.

Его температура ожижения при атмосферном давлении (20 К) существенно ниже, чем у при~родного газа (у метана — 108 К). Эти обстоятельства привели к тому, что по мере развития идей водородной энергетики стали говорить не только о водороде, но и о возможных синтетических энергоносителях на его основе, свободных от его недостатков.