1598005355-8175385b9c8404424807f40ff9c50b0a (811200), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Электролиз в растворе щелочного электролита служит сейчас основным процессом промышленного получения водорода этим методом. Производительность крупных установок составляет по водороду 700 — 1100 мз/ч. Этот процесс энергоемок: для получения 1 м' водорода и 0,5 м' кислорода требуется затратить около 6 кВт ч электроэнергии. Поэтому, как правило, такие установки базируются на использовании дешевой гидроэлектроэнергии, Ведутся исследования по повылпению энергоэффективности электролиза в щелочных растворах. Например, за счет повышения температуры до 100 — 120'С, что достигается применением электролизеров, работающих под давлением 1 — 5 МПа, снижаются напряжение в ячейках и плотность тока. При этом расход электроэнергии на производство 1 м' водорода можно снизить до 4 кВт ч, а энергетический к.
п.д. процесса — увеличить с 20 до 25%. В разрабатываемых электролизерах с твердыми полимерными электролитами электролиз должен протекать при температуре 25 — 150'С и давлении около 20 МПа. Энергетический к.п.д. таких электролизеров может достигать 32%. Однако имеющиеся сегодня полимерные ячейки пригодны для создания электролизеров только небольшой мощности. 130 Электролиз водяного пара проводится при температуре 800 — 900'С с использованием в качестве твердого электролита оксида цирконня с различными добавками, увеличивающими ионную проводимость. Перенос заряда в таком электролите осуществляется ионами кислорода, образующимися при диссоциацни воды. В этом процессе расход электроэнергии минимальный, но отсутствие конструкционных материалов, пригодных для эксплуатации прн высоких температурах, ограничивает возможности его применения в промышленном масштабе.
Затраты на производство электролитического водорода в наибольшей степени зависят от стоимости электроэнергии. При получении ее на базе органического топлива в современных условиях себестоимость электролитического водорода примерно в два раза превышает себестоимость его получения газификацией угля и в четыре раза — паровой конверсией природного газа [142), Поэтому главным фактором снижения стоимости водорода, получаемого электролизом воды, в перспективе может стать получение дешевой электроэнергии, вырабатываемой на АЭС, особенно в период «провальных» нагрузок.
Еще одним способом получения водорода из воды является применение термохимических циклов, где разложение воды идет в несколько стадий с использованием реагентов, которые теоретически в конце цикла полностью возвращаются в исходное состояние. Например: ио с Н«0+С1г — е 2НС1+Ц50г, бее'с 2НС1+2пеС1г — е 2ГеС15+Нг, 550'с 28еС1з — з. 2НеС!г-~-С!г. Термический к. и. д. таких циклов может достигать 55%, Однако реализация их сдерживается из-за высоких температу1> реакций, которые могут быть обеспечены при использовании тепла высокотемпературных ядерных реакторов, а также коррозионной агрессивностью среды, что требует применения специальных конструкционных материалов для оборудования.
В связи с этим термохимические циклы не вышли пока из стадии исследовательских работ. ГЛАВА 4 ПРИМЕНЕНИЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ НА АВТОМОБИЛЬНОМ ТРАНСПОРТЕ Рис. 4.1. Потребление топливно-энер- д,мз гетических ресурсов О в !955 в гдд 1935 гг. по видам транспорта; 1 — зол ный; 2 — воздушный; 3 — нзтзма- бнльныйг 4 железнодорожный дд 4.1. ХАРАКТЕРИСТИКА АЛЪТЕРНАТИВНЬ4Х ТОПЛИВ Применение альтернативных видов топлив на автомобильном транспорте обусловлено прежде всего его опережающим развитием и высокой энергоемкостью, поэтому автомобильный транспорт стал ведущим потребителем топливно-энергетических ресурсов на транспорте (рис.
4.1) 11431. Для классификации альтернативных топлив применительно к автомобильному транспорту отличительные признаки могут быть сгруппированы по следующим составляющим цикла энергопотребления. 1). В сфере производства топлива — по видам используемого сырья, основным технологическим вариантам получения топлив, их компонентному составу и важнейшим физико-химическим свойствам. Последние характеризуются агрегатным состоянием и объемной энергоемкостью топлива при нормальных условиях, которые в значительной степени определяют способы его хранения на борту автомобиля, а также массовой энергоемкостью, Дифференциация альтернативных топлив по энергетическим характеристикам осуществляется по их низшим теплотам сгорания Я„' в сравнении с теплотой сгорания нефтяных бензинов Он и разбиваются на три группы: с высокой энергоемкостью на уровне бензина, средней— с Ян'нн 0,5 Я, и низкой — с Ян'(0,5 О .
2). В сфере транспортирования топлива — по способам его доставки к месту потребления. 3). В сфере эксплуатации транспорта — по способам использования топлива в двигателях, хранения и транспортировки на автомобилях, организации их заправки и сферам применения по видам автомобильных перевозок. В соответствии с целевым назваченнем средства заправки делятся на три группы: АЗС обычного типа, модифицированные (приспособленные) для работы на альтернативных топливах и специализированные автозаправочные станции (заправка газовым и криогенным топливом, обеспечение топливом газогенераторных автомобилей и т.
д.). В табл. 4.1 приведены важнейшие свойства альтернативных топлив. Большинство альтернативных топлив отличается от традиционных нефтяных топлив, что сказывается на характеристиках двигательной установки и на эксплуатационных качествах транспортного средства. В качестве примера на рис. 4.2 приведены сравнительные показатели теоретического цикла двигателя с принудительным (искровым) воспламенением при ис- пользовании известных аль- да тернативных топлив. Как видно, применение альтернативных топлив ведет к изменению как мощностных характеристик двигателя (определяе- уд мых средним индикаторным давлением р;), так и его эко- логических показателей, свя- идд гдуд нуд гуда )удб занных с содержанием в от- Годы работавших газах токсичных веществ.
Показатели топлив с нефтяными добавками находятся на уровне базовых бензинов, поскольку моторные свойства их равнозначны. Использование спиртов сопровождается повышением среднего индикаторного давления, в то время как для газообразных топлив оно снижается главным образом из-за уменьшения энергоплотности заряда. Состав продуктов сгорания различных альтернативных топлив весьма разнообразен. Содержание оксидов азота находится в прямой зависимости от температуры горения топлива. В соответствии с этим максимальный выход оксидов азота получается при использовании водорода (температура горения =2600 К), а минимальный — аммиака (1936 К).
Выход оксида углерода определяется главным образом элементным составом топлива (отношением С: Н), в соответствии с которым альтернативные топлива по отношению к бензину характеризуются снижением содержания СО (природный газ, метанол) либо полным его отсутствием (водород, аммиак). При сохранении общего характера теоретических закономерностей на практике рабочие параметры двигателей внутреннего сгорания при переводе на альтернативные топлива определяются рядом дополнительных факторов, рассмотренных ниже.
Эффективность альтернативных топлив в значительной мере зависит от степени использования их положительных свойств (например, высокой детонационной стойкости у природного газа) и применения специальных мер по устранению отрицательных факторов (например, впрыска воды для понижения высоких цикловых температур у водорода). Влияние вида альтернативного топлива на технико-эксплуатационные показатели транспортного средства связано, главным образом, с изменением характеристик двигателя и объемно-мас- 133 Прнродиыа гзз водород Неетиные топлизз Ацетилен (гззаобрзз- иыа! Лммини (жидииа) гззообрззиыа женина Сжнженныа не$тзиоа гзз гззообрзз- жидииа Этзн оп Метзиол Показатель дизельные толлнзз бензины 1,! 73 0,71 420 680 0,09 71 790 710 †?60 820 †8 795 — 162 — 182 — 83,8 — 42 — 187 160 — 252,76 — 259,2 — 33 — 78 78,0 — 1!4,6 17,0 180 — 360 64,7 — 10 —:60 — 9?, 8 0,3 — 0,35 12,6 35 — 195 — 60нг 80 65 — 92 511 16,8 — 17,4 412 15,2 1370 6,15 13,14 289 †3 210 †2 1173 !4,5 — 15,0 14,1 — 14,3 6,51 920 9,06 2149 46,0 24,93 2065 48,94 — 50,15 (33,27 в 20,92 — 34,!)* 2610 47,82 (56,05)е 2449 120,0 (10,8)* 8,52 1956 18,65 12,68 2289 2185 43,43 — 43„51 19,98 36,55 15,88 2235 26,9 21,25 2336 44,0 32,56 2840 3520 0,7 — 1,2 2740 — 2749 3121 †31 0,7 — 1,3 3381 2992 0,6 — 5,0 2605 2874 0,9 — 1,2 3320 3830 1,3 — 2,5 2715 †27 2660 2674 3405 †34 3632 3685 0,9 — 5,0 0,7 — 1,4 0,7 — 1,25 2782 †28 3524 †35 0,7 — 1,1 90 — 94 93 — 113 18 — 22 100 †1 110 †1 30 — 40 45 — 90 Высокая 1!О 130 Низкая 92 108 8 С редняя 1000 88 — 94 102 †! 3 66 — 85 75 — 95 8 — 14 45 — 55 Высокая 1800 1,6 МПа — 20 20 — 40 — 255'С 0,6 — 0,7 МПа МПа 20-40 МПа — !65'С 1,5 — 2,5 МПа** 5,0 300 Н о р м а л ь- ные ПДИр ., мг/м' Условия хранения на автомобиле (давление, температура) Таблица 4.1.
Физико-химические и эксплуатационные свойства нефтяными Плотность, кг/и' Температура, 'С: кипения застывания Давление насыщенных паров прн 38'С, кПа Теплота испарения, кДж/кг Стехнометрнческий коэффициент, кг/кг Температура горения, К Энергоемкость, МДж/кг Энергоплотность, МДж/л Теплота сгорания стехнометрической смеси: кдж/иг кдж/м' Границы устойчивой работы двигателя по тз Октановое число: моторный метод исследовательский метод Цетановое число Пожаро- и взрывоопасность ° в мдж/мь е При изличин флегмзтизнрующих иомооиеитоз.
совых показателей системы хранения топлива. Для большинства альтернативных топлив масса заправленной системы хранения, как правило, растет, что обусловлено либо способом хранения (в баллонах высокого давления, криогенных емкостях н др.), либо пониженной энергоемкостью топлива (метанол, аммиак н др.). По этим причинам изменяется н эксплуатационный расход топлива. 42. ГАЗОВЫЕ УГЛЕВОДОРОДНЫЕ ТОПЛИВА Применение газовых топлив в тепловых двигателях имеет давнюю историю.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
