1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Основными причинами, сдерживающими освоение этого цикла, являются большое необходимое взпряжепие ячейки (от 0,6 до 1,0 В) я большое количество теплоты, необходимой для отделения СпС)э от СпС1. К комбиняровзиным относятся твкже циклы соляно-кислотный: и иодно-сурьмяиый: гэз к 8Ь,Оз+ 21з+ 2НзО ~ 8ЬзОз+ 4Н!1 (экек:р) (4. 60) гэа к 4Н! — к 2Нз+ 2!з; (электр) )гтз к 8ь,о,— -8ь,о,+о,.
2Ре80з -1- 1з -1- Нз80 -зрея (80з) з+ 2Н1; 2Н! Н,+1,; 1 Ре, (804) з + Н,О- 2Ре80з+ Нз80з+ 2 Оз, (4.61) где первая стадия осуществляется фотохимически, а две остальные— термохимнчески. Цикл, включающий стадии всех этих трех видов, разрабатывается в Иокогамском университете в Японии [611. Общий КПД этого цикла оценивается авторами в 20 за. Весьма интересные комбинированные циклы разложения воды были предложены недавно в ФРГ.
Трехстадий. ный метан-метанольный цикл включает две хорошо освоенные современной прол)ышленностью термохимические реакции и одну электрохимическую: СНя+НгО СО+ЗНг, Т=1100 К, р=4,5 МПа; СО+2Нг -СНзОН, Т=520 К, р=4,8 МПа; СНзОН вЂ” СНз+'/гОг, Т=470 'К, электролиз, Е -0,5 В. 'Ключевой для реализации этого цикла является электрохимическая стадия. Электролиз осуществляется в газовой фазе в присутствии 1щ что позволяет осуществить деполяризацию и провести реакцию при низкой температуре, когда побочные реакции подавлены.
Электролит — фосфорная кислота. Разделяющая мембрана выполнена из полимерного материала с протонной проводимостью, используются катализаторы на основе платины. Общий КПД цикла достигает по расчетам 33 — 40 о/а при использовании ВТЯР в качестве энергоисточиика 180~. 180 Хотя термоэлектрокнмичесние циклы значительно ближе к осуществлению, чем термохимические, однако, как нетрудно видеть, и для их реализации необходима высокопотенциальная теплота ядерных реакторов. К гр>ппе комбинированных должны быть отнесены также циклы, включающие наряду с термохимическнми фотохимические стадии илн одновременно фотохимические и электролитичесние стадии.
Примерам первого варианта может быть цикл Двухстадийный гидридно-литиевый комбинированный цикл включает в себя электрохнмическую стадию образования гидрида лития и термохимическую стадию его разложения: Н,О+2Ы- 2ЫН+ — 0„570 — 770 К, электролиз; 21лН- 211+На, 970 — 1150 К. Вместо лития в этом процессе может быть использован натрий или другой щелочной металл. В качестве электролита между мембраной с протонной проводимостью, служащей катодол), н никелевым анодом используется раствор воды в жидкой фосфорной кислоте или раствор воды в жидкой гидроокпси натрия. Мембрана, являющаяся одновременно катодом, разделяет объем с )чаОН Н,О н объем с )!у')(Н.
На катоде со стороны расплава (ч(аОН.Н,О идет реакция чае 2)ь)аз+ 2Н,Π— 2ИаОН+2Н+, а со стороны (.1/(.1Н вЂ” реакция !2(.11+12Нэ)- 12Ы(1) с выделением гидрида лития. — ге 1 На аноде идет реакция 2(ч(аОН вЂ” 2)4а++НзО+ — О, с выделением кислорода. Гидрид лития нз злектролизера поступает в термолизер, где разлагается с выделением водорода, литий поступает вновь в электролизер, и процесс замыкается. Водяной пар подается в объем жидкой гидроокиси натрия. Напряжение на ячейке составляет прн использовании 1.1 0,8 В, а при использовании )ь)а 1,3 В.
По расчетам эффективность процесса преобразования энергии ВТЯР по отношению к высшей теплоте сгорания водорода достигает 42 о/, в случае использования натрия и 48 % в случае использования лития 181~. Возмогкность реализации этих циклов в первую очередь определяется возможностью создания эффективных электролизеров для осуществления их электрохнмических стадий.
В случае успешного решения этой сложной задачи метан-метанольный и гидридно-литиевый комбинирован« ные циклы могут оказаться в числе наиболее эффективных методов получения водорода из воды. 4.4. Раздепенне компонентов Проблема выделения чистого водорода из продуктов реакции цепоч«и термохнмнческнх нлн комбинированных циклов представляет собой самостоятельную технологическую аадачу, требующую значительных затрат энергии. Даже при реализации комбинированных циклов, где пой' 13! Взыад н, Выход лббсчнаго . лрсдудлта Процесс Зз" ктгазк зясс~ сс рзздсзснкс Каядсксз- цс» ФиэГГческзя збсо„"бцзз диффузия Фззкчсскзя здсср1ццз тсгцс- здсарбцзз О,О7 ! 4,ЗЗ 0,12 ! 4,39 0,15 4,39 ою 13! 0.21 ',39 0,2! 4,30 0,2! 4,39 О,!9 4.39 о',!4 4лю О,аз !8,8 12,0 О'!1 1б'7 10,5 0 !4 !4 б 9,04 О 18 !2'б О,'23 !а',6 6,02 0,27 8 37 4,62 0,33 б 28 3,01 0,41 4,!В ! 6! 0,56 2,03 О.! 0,82 0,2 1,25 О,З 1,50 0,4 1,64 О,б 1,74 0,6 1,64 0,7 1,50 О 8 1,26 0,9 0,82 П р им О,аз 0,07 О,са О,!3 о,'ы 0,20 О,г! О',га о,зз бюз 7.
20 7,82 8,49 9 !6 9,79 16 6 11,! !1,8 о,!з !1,о 0,17 10,4 О,!9 9,7! О,'!9 ~,'05 О,'!9 8',за О,!7 7,74 а,'ы 7,'!и О П 64З О,О7 5,77 Г.цкзс с 0.19 О. 28 О,тз 0,37 О,'40 6,37 0,34 о,'гз О,!9 22,8 16,0 12,6 б.бз 5,03 3,54 2,21 1,05 о.о! о,ач о,!з о,!б О 25 О,з 6,4 0,56 0,78 еч ЗЧЗРГСЗЗ ГРЗ з к ке.
Зкзчеккз Р д кц з кдк.ка.цг и,, Конденсация лучение водорода достигается использованием электролнтнческой стадии, необходимо принимать специальные меры по разделению сопутствующих реагентов, часть которых должна быть удалена, а другая часть направлена в электролизер для повторного прохождения цикла. Разумеется, очень важно, чтобы процессы разделения реагентов проводились по возможности наиболее эффективао и экономично. Идеальная, или термодинамическая, рзбота разделения может быть рассчитана по заданным составам и физическим условиял! для исходной газовой смеси н разделенных компанеитон (7!].
Минимальная изотермическая работа разделения бинарной газовой смеси может быть определена с помощью схемы, показанной иа рис. 4.!О. Рнс. 4.!О. Обратимое разделение бинарной газовой смеси иа чистые компоненты: 1, 2 — падуараяяцзеиые мсибрзям соатзстстззяяа ядя задарадз и яабачаага пра- дуктз Для общего случая ргФРз можно записать выражение 7.,„„(Т) =РТ )(хн 11 — '+ (! — хн ) !п (! ) ], (4.02) Рздыз которое легко распространяется иа многокомпонеитиые смеси, разделяе. мые до чистых компонентов; )антк (Т) нТ Я к!1п (р,гр,х!).
з Для термохимических циклов важным показателем эффективности является необходимая работа разделения на ! моль водорода, выде. ленного из побочных продуктов График этой величины, определенной для условий 0,1 МПа и 300 К, приведен иа рис 4.11 (72]. Необходимая работа выделения ! моля водорода возрастает с ростом концентрации побочных продуктов в исходной газовой смеси. Действительная работа йю необходимая для разделения компонентов, пожег в несколько раз превосходить теоретический минимум уязк.
Как уже было отмечено в й 4.1, энергию, необходимую для разделения, целесообразно использовать в виде теплоты, а ие работы. Термодинамическую эффективность процесса разделения можно определить как отношение ц.-Д„„. (Т) Убк. !8.04) Рассмотрим иа примере конкретного термохимическога цикла 2Н1„ие2Н! (газ)+(х — 1) 1,; 2Н! (газ) чеНг+19 Рис. 4.11. Минимальная работа раз- бииз деления иа ! моль водорода ' И2 'д характерные значения необходимых д энергозатрат иа разделение компонентов с помощью ряда известных 2 в настоящее время технологических процессоя (72]. Исходными ьещест- 0 вами во всех процессах являлась би- нг аарная газовая смесь иодида водорода и чистого водорода при давлении О,! МПа и температуре 300 К с малярным содержанием водорода от 10 до 00 сх !!редпалагалось, что процесс разделения был полным— до чистых компонентов.
В реальной технологии последнее условие формулируется не столь жестко, однако в термохимичесних циклах желательно иметь высокую степень разделения в связи с многократным использованием отдельных промежуточных реагентов. Численные результаты для различных процессов разделения приведены в табл. 4.3 Та блица 4,3. Эиергозитраты и эффективность процессов выделения водорода и нодидном термохимическом цикле разложения воды [72] Этот процесс разделения, в котором исходная газовая смесь охлаждается до кондецсирования иодида водорода с выходом иекоиденсированного водорода в газовую фазу, показан схематически на Н2 рис. 4.12. Для разделения ис- г д хадной смеси необход!сио ее Н1+Н охла!кдение до температуры 2 ниже точки нормального кипения иодида водорода (237,74 К).
Охлажденные продукты целе- н" сообразно использовать для предварительного охлаждения исходно!о газа а тенлоооменнике-регеператоре. Если ахлюкдение осуществляется с помощью обратимого холодильного цик- Рис. 4.12. Принципиальная схема выделения водорода в процессе конденсации побочного продукта (иодида водорода): ! — тезлзабиеяккк; г — холодильник. 3 — ' сепаратор Рис. 4.13.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
