1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Особенно сложным оказывается разделение СО и Оа. При этом традиционные методы не могут быть использованы эффективно либо из-за близости масс СО и Ог (при центрифугировании), либо из-за значительного энергопотребления и больших объемов системы (при низкотемпературпой ректификации). Более перспективным может оказаться разделение СО и Оа в плазме за счет селективных реакций, использующее значительное 1различие в скоростях колебательного возбуждения этих молекул, однако и этот подход приводит к заметному увеличению суммарных энергозатрат. Применение для разделения п1родуктов реакции токонепроводящих полимерных мембран затруднено отсутствием материалов, обладающих одновременно высокими селективностью и проницаемостью.
Совмещение этих двух характеристик может быть достигнуто п1рименением электролитических мембран с кислородной проводимостью о для выделения кислорода из смеси [91). При создании на мембране (например, в твердом электролите из окиси циркония, стабилизированной УаОа) толщиной 6 перепада давлении р,/1гк возникает разность потенциалов которая в случае замыкания цепи (гхри малом сопротйв36- нин на границе раздела фаз) приводит к протеканию че- рез мембрану ионного тока плотностью 1' = — оТ, 1п — ', Рг. Ре (5,28) т. е.
к сепарации кислорода из реактора. Лля согласования плазмотрона с рассматриваемым блоком разделения следует сопоставить объемную скорость газа через СВЧ-реактор (0,03 — 0,1 л см 'с ') и .Ь~е,а.еме'ег плотность тока через мембра- 0,З ну. На рис. 59 видно, что при толщине мембраны до ' зч0 е 3 мкм такое согласование 00-е вполне возможно, при этом 10-1 2 требуемая температура может поддерживаться за счет 10 потерь теплоты в плазмохи- оц0 мическом блоке. Использование в качестве сепаратора 10 ори,мкм электролитической мембраны Рис, 69.
К определению толтребует исключения на ней анны разделительной мемобратной реакции окисления бракы: СО. Лаже при отсутствии во- сачке~каток;Т-пооткотьтоккчкедородсодержащих примесей ееа "'"е""т такая реакция накладывает достаточно жесткие ограничения на допустимые значения Т, и 6; при этом предполагаемое уменьшение толщины мембраны и рациональный выбор материала электрода позволяют, по-видимому [92], повысить максимальную допустимую температуру от 700 — 800 до 1300 К. У поверхности электролита (в частности, благодаря термононной эмиссии) может возникнуть заметная концентрация ионов кислорода, также окисляющих СО в реакции ассоциативной нопизацик. Как показывают оценки [91), при Тех1000 К этой специфической обратной реакцией могкно пренебречь.
В настоящее время исследуются н другие способы разделения продуктов плазмохимического синтеза, например связывание получаемого кислорода путем окисления серы и других реагентов [95). От успешного решения проблемы разделения реагентов в большой степени зависят масштабы использования в промышленности тех илн иных плазмохимических методов получения водорода. 155 Плазмохимический способ получения водорода откры- . вает возможность эффективного использования некоторых . 93, В нетрадиционных видов сырья, например сероводоро а' л [ 3~, В настоящее время сероводорол, подвергающийся .
промышленной переработке, используется только для производства серы, а слабосвязанный водород (средние энергии связи в молекулах сероводорода, метана и воды составляют соответственно 339,1; 414,6 и 463,6 кДж) при этом прочно связывается с кислородом. Наиболее распространен метод Клаусса, основанный на окислении сероводорода кислородом воздуха; НВ-„- 0 НО+60 ВОх+2НзБ-+2НзО+33. В плазмохимической реакции водород нз сероводорода можно получать практически с теми же энергозатратами, что и из метана, а экономически это может оказаться даже аыголнее, поскольку «побочный» продукт — сера— дороже углерода. Процесс разложения сероводорода в неравновесной плазме СВЧ-разряла НзЯ-+ НВ+Н; НБ-ь.Н+ В характеризуется относительно невысокими энергозатра. тами при достаточно большой степени диссоциации, Экс.
периментальпо показано [93]„что затраты на получение водорода таким методом могут составлять около 1 кВт ч м-' Н, при степени лиссоциации сероводорода а=0,4 (рис. 6.10). При оп««д тимальной организации раз- ВО ряда степень лиссоциации НсЯ а реакторе может быть Оз г ЕО повышена. Этот метод по- ОЛ 4О лучения водорода и серы из Ой сероволорода, разрабаты- 1 г„„,„з ваемый советскими специ- алистами [93], может ока- Рнс. 5.10. Зависимости энерго. заться весьма эффективным затрат на молекулу водорода н сто с н хонвсрс» ссронодорода и' по видимпму, найдат от удельного энсрговклада: широкое применение в про- Г Е1Е 1: У а1Еа1 мышленности.
155 Технико-экономияеские оценки для плазмохимических Методов производства водорода на настоящем этапе их развития едва ли могут быть вполне убедительными, олнако отмеченные выше преимущества позволяют надеяться, что получение водорола в неравновесной плазме может оказаться весьма перспективным и с этой точкп зре. ния, Это дает основание считать, что в различных энерготехцологических схемах производств с получением водорола из воды электрическими методами булут находить применение как электролиз, так и плазмохимические методы, Целесообразность использования того или иного процесса булет при этом определяться всей структурой производства, оптимизированной по минимуму затрат на конечную продукцию. 5.2.
Прочие методы получения водорода Многие разработки новых метолов производства водорода из воды ориентируются на использование возобновляемых энергоресурсов, в первую очередь солнечной энергии, и других нетрадиционных источников энергии, в частности энергии ядерных излучений. В настоящее время перспективность этих методов для крупномасштабного производства водорола еще не вполне ясна, так как их технико-экономические показатели для крупномасштабных производств по предварительным оценкам оказываются пока хуже, чем для электролиза, плазмохимических, термохимических и комбинированных циклов. Фотонатапнгнчесное разложение воды Огромные ресурсы солнечной энергии и сс роль в энергетическом балансе Земли хорошо известны.
Всего лшпь двухнедельная доза солнечной энсргнн, падающей на поверхность Земля, оказывается сравннмой с общими мировыми запасами органического топлива Крайне малая доля этой энергии, всего около 0,035с, превращается в химическую в процессах фотосинтеза, вся остальная энергия в конечном итоге рассеивается в мировом пространстве. Максимум солнечной актнвностн лежит в желто-эслсной областн спектра н соответствует нзлучснню черного тола с температурой около 5800 К. Нанболсс эффективными счнтаются два пути прсобразовання солнечной знсргнн: природный фотосинтез н фотозффскт в полупроводниках. В нервом нз ннх в результате поглощения 8 фотонов света пнгмснтамн типа хлорофилла происходит разложение воды, связанное в ндсальном случае с переносом 4 элсктронов прн раэностн равновесных потенциалов кислородного н водородного электродов 1,23 В, В полупроводниковых солнечных батареях происходит прямое прсобразованнс световой знсргнн в элсктрнчссную в результате образованна элснтронно-дырочных пар прн оптнчсс«ом мсждузонном пс.
рсходс с послсдующнм разделением зарядов в поле р †~-перехода 157 ()гневной характеристикой преобразователей является нх зффек- спектч тивность. Она принципиально ограничена тем, что из.за пали и ,е солнечно~о света широкого набора энергий фотонов в при- емниках излучения с определенной границеи поглощения е „ к кото- рым отвосятся как кристаллы полупроводников, так и органические молекулы (в полупроводниках с прямыми оптическвмн переходами е„, равно шнриве запрещенной зоны, а в оргапическьх молекулах— энергии низшего синглетного возбужденно~о с ~стояния), ф рг ей, меньшей еяо не поглощаются.
Поэтому максимально воз- можная эффектианость преобразования зависит от е . Ог . ум ри ем=1,3 —;1,7 зВ для солнечного света у поверхности Земли и составляет 40 — 43%. Снижение эффективности фотоэлемен- тов связано н с тем, по развиваемая фото-ЭДС, равная разности энергий Ферми между составляющими фотоэлемента (паприм р, . е, меж- тнил, д . у роводниками л- н р-типа в р — л переходе пли . е енц а ом плоских зон полупроводника и равновесным потенциалом раствора), всегда меньше е . Уменьшение эффективности обусловле- но также неактивным поглощением света, снижающим квантовый аыепий, о.
ход фотоэффекта, рекомбинациями зарядов, образующихся п щ, мическнми потерями на внутреннем сопротивлении элеь н отажни мента ется эфф р .е ем света. В существующих солнечных батареях реа. р лизу- занного ффективность преобразования, равная примерно йохо н виге ука- ге е гл1, выше предельного значения (около 20%). При фотосн ф нтезе, д =,8 эВ, а энергия одного фотона, используемая для разло- жения воды, составляет лишь О,б2 эВ (два фотона па перенос од- ного электрона), коэффициент преобразования без учета йотерь на рекомбинацию зарядов и отражение света составляет 14% .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
