1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 24
Текст из файла (страница 24)
В последние годы рассматривается ряд перспективных модификаций циклов этого семейства [6!), яапример зго к 6Сао+61, Са(104)з+5Са1»; ЗОЕ-1ЕЗО К 1 Са (10»)г — +Сао+ 14+2 2 Ог; 750 — 1 его К 5Са1»+5Нзо — »5Сао+!ОН1; 1 зну-егв к !ОН! — 'е 5Нз+ 51» Ожидаемая термическая эффективность процесса (4.45) оценивает- ся з 22 — 34 1в при 70»-80 еб-иой регенерации теплоты в его стадиях. 117 Начаты исследования новых термохнмнческнх циклов разложения воды.
К ннм относятся циклы семейства Сц — С1, наприме Р б50 †5 К 2Сц+ 2ХНБС! «2СпС! + 2ХНд+ Нд; ЗОО-ЗБО К 2СцС!+2ХНд+Н20 +СцдО+2ХНаС!1 550 — 400 К 2СцдО+ 2НдЯОа — + 2Сц+ 2СцЗО + 2НдО; 1ООО-11ОО К 2Сц804 — 2СцО + 2ЗОд; 1100 — 1200 К 1 2СцΠ—.+ СидО -)- — О; д (4.46) 400 — 450 К 2НдО + 2$0д — «2НдЯОа, и циклы семейства ХадСОд — 1, с базовым циклом ббо — 750 К 2ХН ! — -'2ХН +1 +Н; 2 1 Ха + 2ХНБ-1- СО + Н00 — ХадСО, +2ХН 1; зоо к ббо — мо к 1 ХадСОд+ 1д — 2Ха1-1- СО+ — О 2 (4.4 жΠ— 1МЮ К СаВгд -1- НдΠ— СаО+ 2НВг; 700 — 750 К 1 СаО+ Вгд — +СаВгд-(- 2 Од; ! (4.48) авз К РедО +ЗНВг «РеВг -(-2РеВгд-)-4НдО; 4БΠ— 559 К 2РеВгд — — > 2РеВгд+ Вгд; ВОО ЗООК ЗреВгд+ 4Н О вЂ” — Ред04+ ОНВг+ Нд, а также цикл 050 К З РеС1 1. 411 Π— '" Ред04+ ОНС1+ Нд, збо к РедОд+ ЗНС! — 2РеС!д+ РеС!д+ 4НдО; ЗбОК 2РеС!д+ 2СцС1 — -+ 2РеС10+ 2СцС!д; 000 К 2СцС10 — +2СцС! + С10; 105ОК 1 НдО+ С1д — «.2НС!+ 2 Од, (4.49) с ожидаемой термической зффехтнвностью около ЗО д)д.
время цикл Следует отметить также интенсивно исследуемые н сам ое последнее термическая эффективность которого йрй мохяряом сботиошенйй рей. гентов в последней стадии (Н20 н С12) 2; 1 достигает 32 З! (по высшей теплоте сгорания). Все рассмотренные выше термохимические циклы разложения воды были замкнуты, т.
е. при их реализации расходовались лишь вода и энергия, а промежуточные агенты предполагались полностью регенерируемыми. Известный интерес представляют и так называемые разомкнутые циклы термохимического разложения воды, которые получаются в результате исключения одной или более реакций из цепочки реакций замкнутого цикла. Дело в том, что разомкнутые циклы, получаемые таким образом, есть порой не что иное, как некоторые стандартные химические процессы, хорошо известные и широко используемые в современной технологии, пригодные для дополнительного производства водорода 162!. Разомкнутые циклы в некоторых случаях могут быть предпочтительнее замкнутых термохимических циклов, поскольку, как правило, реакция, нсключаемая из замкнутого цикла, — это этап производства кислорода, протекающий обычно прн наивысшей температуре цикла, Исключением этого этапа можно снизить требования к максимальной температуре цикла, уменьшить затраты энергии, а значит, увеличить его эффективность.
При этом, конечно, теряется кислород как товарный продукт, а также расходуются и получаются некоторые дополнительные продукты и реагенты. Но если в качестве сопутствующих продуктов выбрать целевые продукты некоторых отраслей промышленности, целесообразность реализации разомкнутых циклов становится очевидной.
Например, в топливной промышленности при переработке угля, сырой нефти и природного газа значительные количества сероводорода Н2В преобразуются в серу нли двуокись серы, используемые в дальнейшем для производства серной кислоты. Если в процессе каталитического окисления сероводорода использовать водяной пар НВ+ — 'О+НО ВО+Н (4б(!) то наряду с сернистым ангидрйдом может быть получен и водород. Многие используемые в горнорудной (горнодобывающей) и металлургической промышленности металлические руды встречаются в виде сульфидов или окислов.
Сульфидные руды, такие как сульфпды меди, ртути, свинца, 119 3 1'е, (Боева = 3 Резок + Яоз; 1 ЯО =ЯО + — О 2Н1=1з+Нзг 2Нзо+Яоз+Ь= НзЯОа+2Н1! ! Н,БО,=Н,0+50,+ 2 О,. 2Н 1=1з+Нз! СзНао Ч-1з+ На50з = 2СНз1+Н зЯОа~ 2снз1+НзГЬ=Сзнао+2Н1; 1 НзЯоа=нзО-РЯО, 1.—.0,. Яоз+Нзо = НзЯОз. 1О. 2НВг=Вг,+Нн Вез+Бог+НзО = 2НВг+!4з50 . Н,ЯО, = Н,о+ БО, + — О, 1 4ро+ но наро ! — БО,+Н О =Н ЯО + — 5; 2 1 Н,ЯО,=Н,0+50,+ 2 О,. СО+Н,О=СО,+Н, Соя+Бог+Нзо = Нз50 +СО; НЯО =НО+ЯО+ — О.
1 Нз5=5+Нз~ 3 — Б-(-Н О=Нз5+ 2 Боз' 3 1 ~БО,+ Н,О-Н.ЯО. +-6-5' 1 Н,ЯО, = Н,О+ ЯО, + 3 О,. СО+2Нз=СНзОН; Нзо+Яоз+СНзОН Нз504+Сна 1 НзЯОа — — Нзо+ Боя+ 2 Оз. 120 могут быть окислены ь экзотермической реакции 3 воздухе;. с получением окисла металла и двуокиси серы, которая в свою очередь может быть использована для производства водорода. Руды окислов металлов, окисленные не полностью, также могут быть использованы для производства водорода в процессах окисления их в водяном паре: 2ГезОа+ НзΠ— +.ЗГезОа+Нз.
(4.51) Большинство разомкнутых циклов основывается на применении сернистого ангидрида как основного реагента н серной кислоты как продукта. Поскольку ЯОз — типич- ный представитель промышленных выбросов, реализация разомкнутых циклов термохимического производства водо- рода открывает путь преобразования отходов производ- ства в ценный энергохимнческнй продукт. Ниже приведены примеры размыкания термохимических циклоп, содержащих двуокись серы (62!. В циклах 1 — 5 и 7 — 12 исключенной является последняя реакция, а а циклах 6 и 13 — дне последние реакции: 1, 2СгВгз+2НВг=2СгВг,+Нз! 2СгВгз=2СгВгз+Вгз, Вгз+ Бог+ 2НзО=Нз50,+2НВг; 1 НзБО = 50 + Н 0+ — 0 .
2. Боз+2Нзо = Нз504+Нз', 1 НзБОа НзО + 50з + 2 Оз 1 2 ! 1 3 +3 з+ 3 з 3 а+ 1 2 . 4 8 3 з+ 3 з + а 3 +3 со+н,о=со +Нм СО ~50+Н,О=Н,БО,+СО; Н ЯО + — Ре,О,= 3 Рез(БО,>з+НзО; з а 3 ' ' 3 2сеигз.хНз0-1-(4 — 2х) Нзо=2Сеоз+6НВг+Нз', О +ВНВг 2сеиге хнзО+ (4 2х! Нзо+Вг Вгз+Боз+Нзо=НзБОа+2НВг; 1 Н,ЯО, = Н,О+ ЯО, + 2 О,. Нзроз+Нзо = НзРОа+Нз; НЗРоа+ 2 Я= 4 Раоа+ 2 Яоз+ 2 Нз 12. 8+Нг 3 — 8+МаСО, =М 8+СО,+ — 80,! 1 Мл8+Н,О+СО, МлСО ~Н,8; ! — 80,+Н,О=Н,80,+ — 8.
4 Нго+8~44+ О 1 13. Н48е= 8е+Н„ 1 8е+ 2КОН К48е+ 8со + Н,О! Кгзе+2Н40=2КОН+ Нгэьч ! 2 8еО. + Н.О+ 8О, = —,84+ Н,8О„! Н4804==Нго+804! 8о, -8о,+ — О,. ! Итак, использование как замкнутых так и разом тых те м р . кну- водства р охимических циклов разложения воды д ля произ- пе с е водорода безусловно является од м ни из тики. О н р п ктивных направлений развития водо д ро ной энергек . днако, поскольку в настоящее время большинство работ в этой области еще не вышло за рамки лабо ато- ных исследований, т ", трудно сделать вполне определенные выводы о конкурентоспособности этих мего о д в по сравне- ния, кото ым о с другими.
Полезно подчеркнуть те основн б ые тре оварым должен отвечать термохимический про. разложения во роцесс реализации. Эт, ды, пригодный для широкой промышле й нно максимальной т р ц и. Это, как уже отмечалось, высокий КПД при чить ост й температуре цикла, которую може б т о еспе-, аботы на д упный источник теплоты; минима; ьн льные затраты р каждой стадии термохимического процосса, а также мняимальные затраты энергии на пе пе смещение р щ ние реагентов, разделение фаз и другие техно- логические операции; максимальная р выделяемой в самом процессе.
Оче егенерация теплоты чень важны достаточно высокая скорость протекания всех отсутствие побочных реакций. Благопр стадий процесса и риятные кинетические ' факторы позволяют обеспечить вь о . 4с кий выход прод кта, оптимальные размеры аппаратуры и избавить димости реци к ли о ы и из авиться от необхор р улировать значительные массы непрореаги- ровавших компонентов. Важное з )23 значение имеет выбор реагентов. Они не должны быть дефицитными н дорбгбстоящими, поскольку это накладывает жесткие ограничения на степень их регенерации в процессе, Так, по оценкам !63] для циклов, использующих сравнительно недорогие реагенты !соляную кислоту, магнетит, хлор), степень их регенерации должна быть не ниже 99,8 %.
Снижение этой величины на 0,1% приводит к такому же возрастанию стоимости продукта, как при снижении КПД цикла на 50 %. К проблемам, которые должны быть решены, относятся создание надежно работающего источника теплоты с температурой около 1000 К (а впоследствии и 1500 К), разработка высокотемпературных теплообменников, выбор конструкционных материалов, устойчивых к воздеиствию агрессивных сред при высоких температурах. Наконец, процесс должен быть безопасным легко управляемым и достаточно простым в технологическом отношении. Экспериментальные н теоретические исследования отдельных стадий термохимических циклов и термохимических процессов, реализуемых в комбинированных циклах, а также выполненные к иастояшему времени подробные опытно-конструкторские и технико-экономические проработки этих процессов показывают, что на пути технической реализации этих процессов стоят весьма серьезные технологические трудности 156 — 70].
Эффективность преобразования энергии первичного энергоисточннка по отношению к низшей теплоте сгорания водорода в лучших из изучаемых сегодня термохимических циклов составляет около 40% 4.3. Комбинированные циклы производства водорода из Воды Каждый из рассмотренных выше методов разложения волы обладает присушимн ему преимушествами и недостатками: электролитпческий достаточно хорошо освоен и характеризуется сравннтельяо простым аппаратурным оформлением, но относительно дорог и включает в себя стадию преобразования теплоты в электроэнергию, термохимический потенциально более экономичен, но мало освоен и, как правило, включает в себя стадии, заведомо сложные для практической реализации.
В связи с этим естественной является мысль создать схему, сочетающую оба типа процессов и использующую их там, где они обладают наибольшими премушествами. Таким образом, необходим по крайней мере двухстадийный цикл, содержащий высокотемпературный этап с ЛО, близким к нулю, требую- 123 !9 [юг), моль л г атм ! 0 ай х ге г,е Хр 40з7- Х-! Рис. 4.6. Привсдснаая растворимость сернистого ангидрида в кислоте при р = О,! Мпа: за, г аг~ г у4: а а1!ь и<50< 124 лсктричсскос сопротивление растворов серной кислоты: г-вл< г — м: а-м; л лл<Л н за < !26 щи!1 только затрат теплоты, и низкотемпературпы[[ с Л6«0, который может быть осуществлен электролизом, Такие циклы и отдельные входящие в них процессы интенсивно изучаются в последние годы [56 — 81!.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
