1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 40
Текст из файла (страница 40)
Главным недостатком их как аккумуляторов водорода являются одноразовость использования, большие затраты энергии и средств на их получение и токсичность некоторых из них. Важным достоинством этих систем является возможность осуществления эффективной регенерации теплоты отходящих газов в энергетических установках, использующих водород, полученный из этих аккумуляторов, как топаиво. Эта регенерация может осуществляться путем испарения жидких аккумуляторов водорода н проведения реакции их днссациацин или паровой конверсии за счет теплоты отходящих газов.
В частности, прн прямом сжигании метанола как топлива в ГТУ КПД установки составляет около 35с?е, при проведении же за счет теплоты отходящих газов испарения и днссоциации метанола и сжигании в ГТУ сьчсси Не+СО КПД возрастает до 41,3е?е, а при проведении паровой конверсии и сжигании Нв — до 41,9')в [!36]. Использование метанола как аккумулятора водорода для автотранспорта также может оказаться более эффективным, чем прямое использование его в качестве топлива [136, 1221.
Та блина 6.9. Показатели неноторых органических гидридов как возмои,ных аккумуляторов водорода В качестве органических гидридов для аккумулирования водорода, вообще говоря, могут быть использованы различные соединения. Показатели некоторых из них приведены в табл. 6.9 по данным [!23]. Из систем, приведенных в табл. 6.9, максимальное теоретическое содержание водорода имеет система 4, однако для нее в настоящее время не известен метод обратимого проведения цикла гндрирования— дегидрирования. В настоящее время наиболее подробно изучаются си.
стемы 1 — бензол — цнклогексан и 2 — толуол — метнлциклогексан. Теоретически для проведения реакпий дегидрирования циклогексана и метнлциклогексана необходимо подвести к ним извне теплоту в количестве соответственно 206,2 и 204,9 кДж моль-'. При этом освобождаются 3 моля водорода с поляой теплотой сгорания 725,9 кДжХ Хмель ', т. е. теоретическая энергоемкость цнклогексана и метилциклогексана составляет около 518,3 кдж моль ' — примерно 72?е теплоты сгорзния водорода, выделившегося прн дегндрировании.
Если для проведения реакции дегндрировання используется посторонний источник теплоты (например, низкопатеициальная теплота отходяпгнх газов теплоснловых энергоустановок), то энергоемкость жидких гидридов можно считать равной теплоте сгорания всего выделившегося при дегидрироваипи водорода Оцененные таким образом энергоемкости циклогексана составляют 2,407(1,730) кВт ч кг †' и 1,874(1,347) кВт.ч л ', а метилциклогексана 2,054(1,478) кВт ч кг-' и 1,584(1,137) кВт ч л ' 194 (н скобках указаны низшие значения с учетом затрат теплоты на дегидрирование). Реакции гндрированин бензола и толуола в дегидрировании циклогексана н метилциклогексана подробно изучаютсн в последнее время во многих лабораториях.
Реакции гидрирования протекают экзотармически до степени превращения 0,9 — 0,95 прн температурах 473— 673 К и давлениях !†!О МПа и выше в зависимости от используемых натализаторов. Эндотермические реакции дегндрировання менее изучены, они реализуются в опытных установках прп атмосферном давлении и температурах 6?3 — 8?3 К на катализаторах, в качестве которых используются Р(, Рб, МотОь МовОв †)вО, Главной проблемой прн реализации систем аккумулирования водорода на основе жидких гидридов является разработка дешевых н эффективных катализаторов для реакций гидрировання и дегидрирования, В последнее время в нескольких лабораториях созданы установки лабораторных масштабоа для такого аккумулирования.
Технико-экономические оденки [!24] показывают, что при сезонном цикле крупномасштабного хранения водорода с применением системы бензол — циклогексан эффективность аккумулирования составляет 79$ при затратах 2 24 10-' долл, СШАХ Х (кВт ч) ' в пересчете на высшую теплоту сгораяия водорода, если не осуществлять регенерацию теплоты, и 98 — 99в?е прн затратах 1,15 10-' долл. США (кВт ч) ' в случае полной регенерации теплоты. По некоторым оценкам системы крупномасштабного аккумулирования и транспорта водорода в жидких гидрндах могут оказаться более эффективными, чем существующие методы хранения и транспорта газообразного н жидкого водорода. Процессы потребления водорода и перспективы ик развития Структура потребления водорода, существующая в иа.
стоящее время, обсуждалась а гл. 1. Ниже мы кратко рассмотрим возможные области и процессы крупномасштабного использования водорода, производимого из воды за счет ядерных и других источников энергии. 7Л. Товарный и энергогехнопогичесиий водород Говоря о возможных масштабах использования водорода в относительно недалеком будущем, следует отличать процессы и схемы получения и потребления товарного водорода от процессов и схем получения и потребления водорода, используемого в качестве промежуточиого продукта в тех или иных эиерготехиологических производствах.
Товарный водород производится иа предприятиях и установках специально для внешних потребителей. В этом случае затраты иа получение водорода и его стоимость в большой степени определяют возможные масштабы 13' 195 и методы его использования. Например, товарный водород, производимый из воды, только тогда будет широко испочьзоваться в областях, использующих товарный водород сегодня (в ракетной технике, процессах обработки металлов, стекла, гидрогенизации пищевых продуктов, фармацевтической промышленности и др.), когда его стоимость окажется меньше, чем стоимость водорода, получаемого из природных жидких и газообразных топлив.
В тех отраслях, где товарный водород, полученный пз воды, и искусственные энергоносители на его основе будут вытеснять не водород, а сами природные жидкие и газообразные топлива, стоит:ость водорода и искусственных топлив на его основе будет также иметь первостепенное значение, однако решающими фзкторами станут изменение затрат на получение конечной продукции и достижение новых прогрессивных показателей техники или выпускаемой продукции.
Отрасли, использующие энерготехнологический водород, прежде всего химическая и нефтеперерабатывающая промышленность (а в будущем и производс!во синтетических жидких топлив из угля), являются крупнейшими его производителями и потребителями. В этих отраслях природные углеводородные топлива вытесняются ядерными источниками энергии и углем, а водород используется в качестве промежуточного энергоносителя и химического реагента. Целесообразность перехода этих отраслей на производство водорода из воды определяется в связи с этим не стоимостью получаемого водорода, а изменением затрат на конечную продукцию (аммиак, метанол н т. д,) и системными народнохозяйственными эффектами от экономии в отрасли дефицитных природных энергоресурсов, а также социальными и экологическими аспектзми.
Разумеется, деление водорода, получаемого из воды, на товарный и энерготехнологический достаточно условно и водород, производимый на одном и том же предприятии, может использоваться как в том, так и в другом качестве, однако это деление помогает в первом приближении очертить круг потребителей, для которых реп!аю!цее значение имеет стоимость водорода, получаемого по той или иной технологии из воды, и потребителей, для которых решающее значение приобретают системные и энерготехнологические аспекты. Основные потребители водорода сегодня и в будущем охарактеризованы в гл.
1. В табл. 7.1 приведены количества водорода, потребляемого на единицу продукции для важнейших из них. 196 Т абллца 7,!. Потребности в водороде для различных потребителей Потребность в водороде яв едвявау птодтвция влв сыры, и' Едвввцв пролуяцвв яля сырья Область пряыеяеняя т 1ЧНв т СНаОН мв сырой нефти мв сырой нефти 1940 †22 1623 — 2310 110 356 †4 Синтез аммиака Синтез метанола Гидроочистка Гидрокрекинт Гидрообработка: нафты коксовых дистиллятов Прямое восстановление железа Восстзнавление молибдена Восстановление вольфрама Получение искусственного жидкого топлива из угля Получение искусственного жидкого топлива из нефтяных сланцев ма нафты мз дистиллята т железа т молибдена т вольфрама т искусственного жидкого теплова мв искусственного жидкого топлива 10 !30 550 †!О 670 350 1070 — ! 250 В табл.
7.2 приведены оценки расчетных затрат на получение товарного водорода в крупных масштабах различными методами с использованием источников энергии различного типа. Эти оценки получены по наиболее достоверным литературным данным. Для мелкомасштабных производств соотношение расчетных приведенных затрат на получение водорода оказывается иным, чем указано в табл. 7.2.
В частности, при мелкомасштабном производстве очищенного водорода наиболее экономичным оказывается электролиз, так как использование современных систем очистки конверсионного водорода в этом случае нерентабельно. Приведенные в этой таблице оценки расчетных приведенных затрат для перспективных методов являются только ориентировочными, поскольку опыта создания таких систем нет. Они основаны на концептуальных схемных проработках и оценках по аналогии, исходящих из практики современной химической технологии.
Поскольку товарный водород в настоящее время производится в незначительных количествах, в основном для мелких потребителей, и в ближайшей перспективе прогнозируется рост крупномасштабного производства в основном для энерготехнологического водорода, перспективы развития методов производства водорода из воды в значительной степени определяются не стоимостью получаемого водорода, а изменением затрат на конечную продукцию и системными и экологическими эффектами, 197 66 3 н с н С 3 с с Ос О О Оса Сб ! ! счо 3 о ! СЧ са Ос и он, о с со сч Л са хй с О „3 „а '„ о" а '3 С Р ос О.' 1= а й 3 й 63 сс о с О и О.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
