1598005420-e4dffbb6ff09e4f6675580849e63fa88 (811210), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Это подтверждаРпп. 3 гп. Резтззтвты кспытз- етсЯ очень малой зависинпа ТЭ и ппзлчшкым электро- мостью характеристик элеклом, зктквиповззкым паомо- тродов от давления воздуха. ткпо"""""к пепебпон ' лобк" Электроды изготовлены пуа=одгт мпк. тем совместной седиментации катализатоРа (76,6п7п), политетрафторэтилена (23'(а) и асбеста (0,4%). Максимальной активностью обладали электроды. содержащие 560. г'мз промотированного серебра.
Водородно-воздушные ТЭ (воаородный электпод актнвирован никелем Ренея) испытывалнсь в течение 1300 ч при плотности тока 0,174 А/смз (рис. 3.24). В первые 200 — 300 ч наблюдалось снижение напряжения на 50 мВ. Лрн дальнейших испытаниях напряжение ТЭ практически не изменялось. зпа а ааа впп ппа е, . 3.3.3.
Кврбоннзвднк озекочного знектрокнтв. Методы очнвзкн воздухе от СОз Одной из основных проблем при реализации щелочных систем, использующих воздух, является карбонизация электролита. Карбонизация приводит к снижению электрической проводимости электролита, а также влияет на злектрохимические характеристики отдельных электродов, причем существенное значение имеет образование карбонатов в ТЭ. При введении СО, в электро- к лнт вплоть до концентрации 2 н. образовавшихся карбонатов характеристики ТЭ не менялись, тогда как при пропускании газов непосредственно через катод отмечалось существенное увеличение поляоизации при концентрации 0,3 — 0,4 и. Снижение характеристик определяется разрушением пористой структуры электродов при осаждении карбонатов, сопровождаемом ухудшением газопропнцаемостн, а также изменением электрохимпчески активной поверхности. Образование карбонатов происходит вследствие высокого парциального давления СО,, адсорбпровапного на катализаторе, вблизи поверхности раздела газ — жидкость.
Карбонаты накапливают)гг ся в порах, где диффузия в электролит протекает достаточно медленно, Осаждение может быть также связано с высокой концентрацией гпдроксильных ионов на катоде прн больших плотностях тока и насыщением карбонатами раствора па поверхности раздела прн интенсивном испарении электролита, не компенсируемом двффузней из объема. Ионы СОзз., участвующие в переносе заряда в электролите к аноду, проникают в поры водородного электрода аналогично ионам ОН вЂ” (проникающая способность иона СОз'- составляет 1~з проникающей способности иона ОН вЂ” ) и там накапливаются. При повышении концентрации карбонаты могут выпадать в осадок непосредственно в порах.
На поверхности электрода карбонаты образуют с химически адсорбированпым ионом Не угольную кислоту, которая затем разлагается с выделением СОз. Этот процесс может приводить к разрушению структуры катализатора. Разнообразные методы обеспечения длительной эксплуатации водородно-воздушных ТЭ со щелочным электролитом могут быть сведены к трем основным вариантам: 1) предварительная очистка воздуха от СОз перед подачей его в ЭХГ. Для очистки используются различные вещества (щелочь, патронная известь, мопоэтаноламин, ионообменные смолы), применяются специальные схемы регенерации адсорбентов; 2) регенерация электролита с целью удаления образовавшихся карбонатов.
Прн этом используются процессы электродиализа и разложения карбонатов на водородном электроде; 3) эксплуатация ЭУ без очистки воздуха с периодической заменой карбовизированного электролита свежим. Очистка воздуха от СОз перед подачей в ЗХГ. Воздух, подаваемый в ЭХГ, барботирует через раствор адсорбента, обычно КОН, Этот метод прост и позволяет использовать в качестве поглотителя электролит ЭХГ. Однако для его реализации требуется значительный расход щелочи, что приводит к ухудшению массо-габаритных показателей системы. На рис. 3.25 приведена схема воздушной системы.
Отфильтрованный воздух подается в батарею через циркуляционный вентилятор и систему для улавливания Углекислого газа. Выходящий из ЭХГ воздух проходит вгз через уловитель углекислого газа, а затем выбрасывается через выхлоп. Такая система циркуляции выбрана с учетом следующих соображений: 1. Прохождение окружающего воздуха с большой скоростью через уловитель СОз приводит в большинстве случаев к чрезмерной концентрации жидкости в уловителе СОз вследствие уноса паров воды. При повторной циркуляции влажного воз- 1 7 духа через ЭХГ в уловителе достигаются температура и концентрация, близкие и равновесным. 2.
Серьезным недостат- ком обычной системы цир- 4 куляции воздуха является удаление больших количеств воды, особенно при высокой рабочей температуре. Это приводит к повышению концентрации электролита. Повторная циркуляция водяных паров через уловигель СОя делает возможным работу ЭХГ при 90 — 100"С без изменения концентрации. Уловитель СОз работает ч интервале температур 60 — 70'С при постоянной концентрации. 3, Относительная влажность воздуха, входящего в ЭХГ, высока, что препятствует осаждению карбонатов.
Для питания ЭХГ мощностью 5 кВт использовался воздух, в котором содержалось 0,6 моль СО,/ч. В качестве поглотителя использовалась гидроокись калия с низким содержанием карбоиатов, которая служила .. электролитом в ЭХГ. Расход гидроокиси калия составил 7,5 л на 250 кВт ч, т.
с. при общей мощности 5 кВт хватало 38 л на 250 ч, после чего производилась замена гидроокиси. Для удаления СОз расходуется 500 Вт, т. е. !Очи установленной мощности. В дальнейшем эту цифру предполагается значительно снизить за счет совершенствования системы очистки воздуха. Весьма эффективным поглотителем СО; является патронная известь. Оптимальный размер частиц адсорбеита с точки зрения обеспечения небольшого гидравлического сопротивления 5 — 8 мм. При прерывистой нагрузке 124 обеспечивается наиболее полное использование поглотителя. Разработаны методы и аппаратура для удаления СОя пз воздуха прц помощи органических поглотптелей— растворов ампноспиртов, которые регенерируют при низкой температуре.
Лучшим поглотителем оказался 25Я7ч-ный раствор моноэтаноламина. Система включает несколько колонок, в которых происходят поглощение СОг, отмывка реагента и регенерация адсорбента при его нагревании. При данном способе очистки могут быть реализованы хорошие массо-габаритные параметры ЭУ. К недостаткам метода следует отнести значительные потери напора в условиях большого расхода при малом давлении воздуха и частичный унос органических поглотцтелей, которые, попадая в ТЭ, снижают их электрохимические характеристики. В качестве адсорбентов могут быть использованы мембраны из основных анионообмепных смол.
Мембраны изготовлены из слабощелочных смол с сетчатой макромолекулярной структурой, которые предварительно обрабатывают основаниями (141а01-1 или НН4ОН), промывают в воде и сушат в атмосфере азота. Входящий в ЭХГ и выходящий из него потоки газа попеременно направляются к мембранам с помощью специальных регуляторов. Каждая мембрана обеспечивает проведение 12 адсорбционно-восстановительных циклов, Производительность аппарата, содержащего 127 г смолы, составляет 2200 л воздуха за каждый цикл.
Регенерация карбонизированного электролита из ЭХГ. Определенная концентрация карбонатов в электролигиом контуре поддерживается посредством регенераторов. Регенератор — водородно-кислородный ТЭ, в котором водородный элсктрод отделен от электролита несколькими мембранами из асбеста и пористого никеля, образу4ощнми диффузионный барьер 13.16~. Поступающий в ТЭ с воздухом углекислый газ реагирует с электролитом, образуя карбонаты. Реакция на воздушном электроде СО,+2ОН- СО +НзО. При движении электролита через регенератор карбонатные ионы переходят в гидроксильные и СОм при этом процесс протекает в следующей последоватсльности— накопление ионов карбонатов в электролите приводит 125 ц ~уйййрййр3йб: СО +Н,О НСΠ—,01Г.
Поскольку на аноде поддерживается низкая концентрация гпдрокснльных ионов, реакция сдвигается вправо. в сторону образования ионов бикарбоната. Накопление ионов бикарбоната приводит к реакции НСО,, + Н,О Н,СО,; ОН, причем угольная кислота распадается с образованием воды и углекислого газа: НтСОэ — ~.НтО+СОт. Суммарная реакция имеет впд СОз' +11тΠ— ~20Н +СОт.
Образующийся углекислый газ выводится при продувке водородных камер. Низкая концентрация ионов ОН вЂ” на аноде, т. е, резкий градиент концентрации между анодом и катодом, реализуется в обычных ТЭ при высоких плотностях тот Г ка, а также в регенерзгоре за счет диффузионных барьеров, препятствующих миграции ионов ОН вЂ” от катода к аноду. Типичная ВАХ регенеративного ТЭ приведена на рис.
3.26. Регенератор работает как обычный ТЭ п и О грэг токе от 0 до 1р„. При 7р,„ концентрация ионов ОЙ- возле анода снижается до-. уровня, прн котором начинается удаление СО,; напряжение ТЭ прн этом 1Ур,.„. На том же рис. 3.26 нанесе- . на кривая, характеризующая эффективность ТЭ ть под которой понимается отношение удаленных молекул СОт к потребленным молекулам водорода. С увеличением нагрузки в режиме регенерации эффективность растет.
Площадь электродов, достаточная для поддержания заданного уровня карбонатов, составляет 4,5с~с поверх- 126 ности электродов ЭХГ. Потребление водорода в регенераторах не превышает ЗЪ общего расхода в ЭХГ при эффективности регенератора т1=9о,',. Деградация характеристик регенераторов в процессе эксплуатации связана с образованием осадка карбоната на аноде вследствие плохого газораспределения.
Удаление карбонатов из электролита может быть осуществлено в электродиализной ячейке. Перед подачей в ЭХГ воздух предварительно очпшалгя раствором КОН, где поглощалось 9041е СОт. Постоянна . концентрация СОт в уловителе поддерживалась за счет обработки раствора КОН в электродиализной ячейке.
Электролит ЭХГ перед подачей в электродиализатор разбавлялся водой, сконденсированной из воздуха на выходе из ЭХГ. Основной недостаток ЭХГ с электродиалнзатором— значительная энергоемкость. На удаление СОГ нз воздуха, регенерацию адсорбента и стабилизацию содержния карбонатов в ЭХГ расходуется до 30'4 общей мощ. ности. Предполагается за счет совершенствования ЭУ снизить этот расход до 10'/о. ЭХГ без предварительной очистки воздуха.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
