Отзыв оппонента (Исследование тепловых процессов в системах твердофазного аккумулирования и очистки водорода)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА НА ДИССЕРТАЦИЮ Блинова Дмитрия Викторовича ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ В СИСТЕМАХ ТВЕРДОФАЗНОГО АККУМУЛИРОВАНИЯ И ОЧИСТКИ ВОДОРОДА представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.04.14 — Теплофизика и теоретическая теплотехника Актуальность темы диссертации Рост затрат энергии и резкое ухудшение экологической обстановки в современном технологичном мире приводит к необходимости поиска нетрадиционных экологически чистых источников энергии. Запасы традиционных источников энергии, таких как углеводороды и уголь будут в ближайшие десятилетия монотонно снижаться. Кроме того, сжигание органического сырья и угля приводит к выбросам в атмосферу Земли существенного объема веществ, изменяющих климат Земли и приводящих к разрушению озонового слоя.

Одним из современных перспективных энергоносителей является водород. Использование водорода в энергетике приводит к экологически чистым технологиям. Удельная теплота сгорания водорода в несколько раз превышает теплотворность органического сырья. Стоимость получения водорода существенно ниже стоимости добычи нефти, природного газа и угля. Транспорт водорода к потребителю может осуществляться различными способами, стоимость которых заметно меньше, чем традиционные транспортные системы углеводородного сырья и угля. Возможности использования водорода в энергетике привели к появлению принципиально новых технологий, например, топливных элементов с твердополимерным электролитом.

Одна из основных проблем — это хранение водорода. Вследствие малости размера молекул водорода он проницаем для металлических и стеклянных поверхностей. Перспективный метод хранения водорода основан на абсорбции водорода на поверхности металлогидрида. При этом способе аккумулирования водорода возникает много научных и технологических проблем. Это проблемы, связанные с физико- химическими процессами при абсорбции-десор6ци и водорода на микрочастицах металлогидрида, влияние примесей на транспорт и абсорбцию водорода активными центрами, проблемы тепловой стабильности аккумуляторов водорода. Диссертационная работа посвящена исследованию процессов зарядки и разрядки аккумуляторов водорода различных конструкций, изучению влияния газовых примесей на эффективность процесса зарядки, исследованию процессов тепло и массопереноса в реакторах аккумулирования водорода. В диссертации также создан прототип нового проточного аккумулятора и изучены научные и технологические вопросы, возникающие при зарядке и разрядке реактора аккумулирования водорода в присутствии газообразных примесей.

В диссертации рассматривается способ аккумулирования путем абсорбции водорода на поверхности металлогидридов в мелкодисперсном состоянии. Диссертация является актуальной научно-исследовательской работой, посвященной решению важной народно-хозяйственной задачи, Наиболее существенные принципиально новые научные и практические результаты диссертации 1 Создан уникальный экспериментальный стенд, оснащенный современной измерительной, записывающей и обрабатывающей аппаратурой. Экспериментально исследовано влияние газовых примесей в водороде на эффективность аккумулирования водорода порошками металлогидридов.

Предложены и исследованы способы очистки водорода путем организации непрерывного потока загрязненного водорода через металлогидридную засыпку. > Впервые разработана конструкция и изготовлен экспериментальный металлогидридный реактор проточного типа для систем очистки и хранения водорода. Установлены оптимальные режимы работы подобных реакторов. ~ Впервые разработана и создана экспериментальная энергоустановка на основе топливного элемента с твердополимерным электролитом ~ТПТЭ) мощностью 200 Вт.

Установка предназначена для утилизации водорода, получаемого при переработке органического сырья ~биогаз). Достоверность результатов диссертации Достоверность результатов диссертации основана на использовании сертифицированного экспериментального оборудования, на представленных в диссертации оценках погрешности экспериментальных данных. Достоверность теоретических результатов представленных в диссертации, и данных, полученных на основе численного моделирования процессов зарядки-разрядки реакторов водорода, базируется на непротиворечивых физико-математических моделях, описывающих процессы переноса массы, импульса и энергии с учетом физико-химических процессов при абсорбции/десорбции водорода металлогидридными наполнителями. Структура диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных выводов и списка литературы.

Список литературы содержит 175 наименований. Диссертации написана литературным русским языком. Автореферат соответствует тексту диссертации, отражает основные результаты работы, ее новизну и положения, выносимые автором на защиту. По материалам диссертации опубликованы пять работ в рецензируемых журналах из списка ВАК, а также тринадцать работ в других рецензируемых журналах, сборниках трудов и тезисах международных и российских конференций. Результаты диссертации обсуждались на российских и международных конференциях. Во введении обоснована актуальность диссертационной работы, ее научная новизна, практическая ценность полученных результатов. Во введении обозначены основные положения, выносимые автором на защиту и структура диссертационной работы.

В первой главе представлен обзор современного состояния научных и практических проблем, возникающих в технологии хранения водорода в твердофазном состоянии в гидридах металлов. Очерчен круг задач, решению которых посвящена диссертационная работа. По результатам литературного обзора сформулированы актуальные современные направления научных исследований диссертанта.

Поставлены задачи расчетно-теоретического исследования и экспериментального изучения процессов зарядки/разрядки реактора хранения водорода в присутствии газообразных примесей. В этой же главе представлены методики, уравнения и замыкающие соотношения для расчетно-теоретического исследования процессов тепло и массопереноса в реакторах хранения водорода в твердофазном состоянии.

Во второй главе приводится описание экспериментальной установки для исследования тепловых процессов в системах твердофаз ного металлогидридного аккумулирования и очистки водорода. Экспериментальная установка создана на базе стенда в лаборатории водородных энергетических технологий ОИВТ РАН. В этой главе проведены оценочные расчеты погрешностей измерения температуры, давления и расхода. Описана методика и представлены результаты калибровки показаний расходомеров-регуляторов при использовании смеси газов ~Н2+М2 и Н2+С02), а также представлена методика приготовления газовых смесей для экспериментальных исследований процесса очистки водорода.

Для экспериментальных исследований в работе использовался водородопоглощающий сплав 1.аГе0 ~Мпаз%цд. Экспериментальные исследования проведены на оригинальном проточном реакторе. В третьей главе диссертации приводятся основные результаты экспериментальных исследований особенностей тепловых процессов очистки водорода от примесей Х2 и СО2 методом продувки через металлогидрид. Разработана технология периодической замены композиций водородпоглощающих сплавов в металлогидридных реакторах. Подробно описана методика проведения экспериментов по восстановлению сорбционной способности сплавов. В результате экспериментов установлено„ что даже единичный цикл регенерации сплава чистым водородом восстанавливает сорбционную способность водородопоглощающего материала реактора.

Проведены экспериментальные исследования процесса очистки водорода от инертных примесей азота и диоксида углерода. При проведении экспериментальных исследований по очистке водорода методом продувки через интерметаллид была проведена оценка потерь водорода. Сделан вывод, что азот не «отравляет» поверхность интерметаллида. В четвертой главе представлено описание конструкции оригинальных металлогидридных реакторов проточного типа для систем очистки и хранения водорода.

Экспериментальные исследования показали более высокую динамику зарядки/разрядки по сравнению с традиционными конструкциями реакторов. В этой главе также представлены основные результаты исследований тепловых процессов в реакторах при очистке водорода от углекислого газа (состав смеси, моделирующий состав биоводорода, полученного ферментацией). В этой же главе представлены экспериментальные данные по исследованию проницаемости металлогидридной засыпки.

Для оценок используются формулы линейной фильтрации и формулы Козени-Кармана. В пятой главе приводится описание оригинального экспериментального образца энергоустановки, использующей металлогидридную систему очистки и хранения водорода, полученного биологическим путем. Система предназначена для питания топливного элемента мощностью 200 Вт. Состав биогаза моделируется смесью Н2 — 50;4, С02 — 50',4, В этой главе представлены результаты экспериментальных исследований системной интеграции ТПТЭ и металлогидридных реакторов очистки проточного типа. Измерены основные энергетические характеристики энергоустановки, а также основные параметры металлогидридной системы.