1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Эффективность разделения в процесса коиден- саонн ла, то минимальная необходи- мая работа определяется выра- жением Диффузия Чс 0,5 05 0,5 0,2 00 если предположить, что теплота растворения побочного продукта в поглотителе пренебрежимо мала. Как и в случае процесса конденсации, эффективность разделения при физической абсорбции побочного продукта растет с ростом содержания водорода в исходном газе и с умеиьшеикем в нем вещества, каторос должно быть поглощено (рис. 4.15). 1,алс (ЦТь — Т,)/Т„(4.65) хна 05 где ь,г — теплота, выделяемая при конденсации иодида водорода при температуре Т„которая выбирается всходя из сообраькеннй малости парциальнаго давлении иадида нодорода в разделителе (результаты, приведенные в табл. 4.3, получены для Т«=235 К), В действительности цакл охлаждения необратим и его термодинамическая эффективность составляет около 35 ь/с (рис.
4.13). Эффективность разделения в этом процессе пряма зависит от количества теплоты, затрачинземой на охлаждение, которое в свою очередь определяется количеством иадида водорода в исходной смеси. Физическая абсорбция Процесс физической абсорбции основан иа поглощении отделяемого побочного продукта жидким поглотителем (абсорбеитом).
Отделение иодида водорода осуществляется в разделителе-регеиераторе, где насыщенный побочным продуктом поглотитель нагревается горячим паром Исход сме до температуры, при которой растворимость иодида водорода в поглотителе становится достато шо низкое. Регенерировапный таким образом жидкий поглатнтель возвращается в абсорбер для взаимодействии с исходным газом. Схематически этот процесс показан на рис. 4.14. Результаты, приведенные в табл. 4.3, получены для температур в абсорбере Т, =300 К и в разделителе-регенераторе Тр,=400 К. Расход теис лоты в разделителе-регенераторе Г)р р лирсйио зависит от содержания побочного продукта в исходной газовой смеси, а общие затраты теплоты определяются выра- жением ! ! — — — „), «.66) Рис.
4.15. Эффективность разделения в процессе физической аб- сорбции 0,5 хна 134 5 05 05 0,2 0,! Рис. 4.14. Принципиальная схема выделения водорода в процессе физической абсорбции: à — лесараср: я — «рлалзльллк; 3 †компресс; С вЂ” рл«лсллгсльрсгсссрлтср; Б — засос Процесс диффузионного разделения основан на применении мембран, изготовленных преимуществе|пю из сплавов на основе палладня, способных пропускать с заметной скоростью водород и задерживать другие газы. Схема использования этого процесса показана на рис.
4.16. Рис. 4.16. Принципиальная схема диффузион. ного процесса разделения газов: Г тсслоабксла«к-рсгслс. ратар; « — подогреватель; 3— л«ФФ«заалкал кв мерл; а— «ампрсссар Исходная Побочный смесь лродулт Лля достижения достатошой скорости диффузионного процесса и предотвращения адсорбцин молекул поднда водорода на поверхности мембраны принято, что диффузионная камера работает при температуре Гь!5 К и давлении 3 МПа, которое обеспе швает необходимый концентрационный градиент водорода, получаемого в чистом виде прп атмос сферном давлении, Необх дикая работа для этого процесса склады. вчстся из двух частен Ш льа«ей — на сжатие исходион смеси и мень. шей — иа ее нагрев.
Пелесообразко, чтобы побочный продукт процес- Чл са — иодид водорода, расширяясь в турбине, возвращал часть за- 02 трачнвземой работы для сжатия исходной смеси. Эффективность диф. фуэиоииого разделения в предполо. О,! женин, что отношение изотермической работы сжатии к реальной составляет 0,7, иллюстрирует рис. 4.!7.
0 05 «нз Эффективность разделения исходной смеси вначале Увеличиаа сЯ Рис. 4.17. Эффект ность ра . с ростом коицеитраци водорода, деления в диффуэио ом продостигает наибольшего значения при малярном содержании водорода от цессе 30 до 50 Ис, а затем падает. Зависимость эффективности разделения от малярного содержания водорода существенно отличается от двух предыдущих слу ~аев. Причина появления максимума в этой занпсимасти заключается в том, что первоначально, при низких содержаниях водорода в смеси, значительная часть работы сжатия исходного газа покрывается срабатыванием давления побочного продукта — иодида водорода.
При средних содержаниях водорода !30 — 50«)ь) необходимая работа возрастает, но возрастает и теоретическая минимальная работа !см. табл. 4.3), приводя тем самым 135 Я7! рня д г., ) Ва-2Нн+ге- + 0 гн +Ге=н, 0 0,5 хнх Рнс. 4.22. Эффективность элек- трохимического разделения раз рл )о 0,5 Оо ог ОЯ 0,7 05 Рнс. 4.19. Эффективность разделения в процессе физической адсорбции прн цннлировании дав- ления Рис. 4.20. Эффективность разде. ленни в процессе физической адсорбции при тсрмоциклиро. ванин к более высоким значениям эффективности разделения. С дальнейшим ростом содержания водорода в исходном газе необходимая рабо~а растет, а теоретически минимальная убывает и при хн,— 1 стремится к нулю.
В связи с этим при хи - 1 КПД обращается в нуль. Физическая (термичесная) адсорбция Этот процесс, име|ощий две разновидности; циклнрование давления и термоциклнрование, применяется для получения водорода высоьон степени чистоты (молярное содержание примесей — менее 10 ' % ). Ри. суиок 4 18 иллюстрирует принцип обеих разновидностей этого метода. Положение изотерм показывает, что повышение давления приводит к возрастанию количества адсорбата для обеих произвольных изотерм. Цнклированне давления осуществляется между двумя различными лав.
леииями при постоянной температуре, а термоцшглнроваиие — между двумя различными температурами при постоянном давлении. Затраты энергии при физической адсорбции с циклироваиием дзаления определяютсн работой сжатия исходного газа (в пашем случае для удобсзва сравнения — до 3 Л1Па). Когда примеси адсорбированы, водород проходит через адсорбер без существснного с1шження давления и, расширяясь до атмосферного давления, возвращает часть работы компрессору, сжимающему исходный газ. Эффективность этого процесса разде.
лення показана па рис, 4.19. Рис. 4.18. Принцип адсорбционного !зазлслеч:я гсзсэ: 0 — котичестоо алсорбата; р — его Нар. р цчальаое лооление; Л — цнкларованэе ловленоя; ВС вЂ” торноцакларовавне хнх 0 0,5 хна Для физической адсорбции с термоцнклнроваиием температура десорбцпи принята равной 800 К. Относительно высокое значение максимума эффективности этого способа разделения (рис. 4.20) прн экви. молярном составе исходного газа связано с относительно малым количеством теплоты, необходимой для нагрева до температуры десорбции лишь половины (по моляриому составу] исходного сырья.
136 Электрохимическое разделение Водород можно отделить от побочных продуктов, используя элеитрохимическую схему, показанную иа рис. 4.21. Исходная газовая смесь поступает иа анод, где водород иа поверхности электрода вступает в контакт с твердым полимерным электролитом Под действием внешнего электрического поля водород преобразуется в протоны, которые движутся через твердополимерный электролит к катоду, рекомбинируя на ием в молекулы чистого водорода. Прилагаемое при этом электрическое напряжение расходуется, ао-первых, на преодоление потерь со- Рис, 4.21. Принцип электрохнмиче- ского процесса разделения: Л вЂ” аэал: К вЂ” натою тлэ — тэерлонолн- нераыа злектролнт противления и, во-вторых, иа подъем давления от его парциалвиого давления ри, на аноде дй катодного давления р„: 0,009 Елен = Г)г+ 2 1п ()го/о н ) .
(4.67) Эффективность этого метода выделения водорода нредставлеиа иа рис. 4.22 в предположении, что реально требуемая работа на электро- химическое сжатие вдвое больше обратимой работы, определяемой уравнением Нериста, Монотонный рост эффективности разделения объясняется сближением значений электрохимической и теоретической работ разделенна при стремлении молярного содержания водорода в смеси к 100%.
Выбор того или иного конкретного способа разделенна газов — продуктов термохимического или комбинированного разложения воды— определяется технологическими условиями производства и дальнейшего потребления водорода и сопутствующих продуктов и, разумеется, в конечном итоге — экономическими соображениями, особенно при массовом производстве. 4.5. Технико-зкономические показатели термохимических и комбинированных методов получения водорода из воды Оценка техннко-зкономнческнх показателей для многих разрабатываемых в настоящее время термохнмнческнх н комбинированных методов крупномасштабного пронзводства водорода нз воды может быть сделана лишь весьма приблизительно, поскольку сегодня еще нет рабо- 137 Эофеитев. ность працессв Расчетные звгрвты ве палучеиие вадарадв, руз Кпд пре- аьрвзаевиип зиер.
гив, % Характерные температуры цикла, К Лврвитериви температура истачвинв, К Основные зимичесиие ревнпгп» н ревгенты Числа ствдиа падлы =днев»в!О Группа цннх-селеновых термохн- мнческнх Макс маль- ные 1200 — 1000 5 †230 †2 [74] 40 — 42 34,0— 35,5 Желсэохлорный термохямн.гесннй ЗГеС1з+4НгО-»-ГезО,+6НС1+Нг ГевО„+ВНС1- ГеС1,+2ГеС1з+4НгО С!в+ НгО-в-2НС1+0,50з 2ГеС1з-в-2ГеС1и+С!г 1200 †!000 400 †7 1100 — 1300 о00 †11 28 — 35 24 — 30 [79] Сернокислотный Марк-11 хомбн- ннрованный 350 !000 †11 [73, 75, 77, 58] !45 †2 Марк-13 комбн- ннрованный 320 †3 380 †4 1100 †!200 37 — 45 31 — 38 !70 — 2!О [73, 77.
58] Марн-!б терно- хнмнггескнй 2НгО+БОг+х!г-»НзБО»+2Н! 2Н!х-»Нг+х! г НгБО». НгО+БОг+0,50г 300 600 1!00 [58] 33 — 41 30,4— 34,6 Гндрнднолнтненый комбнннрова н- ныйй 550 †8 970 в 1200 42 — 48 35 — 40,6 [81] Метан-метзнольный хомбнннрован- ный СН»+НгО-».СО+ЗНа СОг+Нг в'СНЗОН СНзОН-».СН»+0,50г (электролнз) !!00 520 470 33 — 40 28 — 34 [80] В пересчете нв 1 т уславнага топливе.
Т а б л н ц а 4.4. Техннко-зкономнческне показатели термохнмнческнл ЕпО, Бе, БОы ЕпБе, НгБО», хпБОа НзБе, БОы НС1, ХпС1п НгО БОг+2НгО-в.НгБО,+Нг (электролнз) Н~БО»~»НгО+БОт+0,50 БОн4 Вгг+2Н,О-»2НВг+НгБО» (электролнз) 2Н Вг-в Нг+ Вгз НгБО»-в-НгО+ БОг+0,50т НгО -»-21д — ».21дН+0,50, (элентролнз) 2 1Л Н-»2Ь+Нг тающих крупных промышленных или опытно-промышленных установок.
Из всего многообразия известных в литературе термохнмических и комбинированных циклов только для нескольких детально изучены термодинамика н кинетнка процессов на лабораторных установках и лишь единицы из них реализованы в виде замкнутых циклов в лабораторных условиях. В табл. 4.4 приведены наиболее достоверные оценки техннко-экономических показателей процессов получения товарного водорода из воды в термохимических н комбинированных циклах с использованием теплоты от ВТЯР по данныи [73 — 811. В [731 расчетным путем получены оценки затрат для циклов Марк-11 ИВ н комбнннронанных процессов получення товарного водорода нз поды и Марк-13 в результате оптимизации процессов и детальных схем установок по минимуму затрат с использованием данных лабораторных исследований.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
