1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 43
Текст из файла (страница 43)
Основным типом ЭХГ, разработка которого наиболее продвинута во всех странах и для всех задач, является водородокзслороднып (водородовоздушный). Такой ЭХГ как исто шик электроэнергии длнтель. ного непрерывного действия является предпочтительным как по энергетическим характеристикам, так и то конструктивно. технологическому исполнению. В настоящее время ЭХГ применяются в энергоснабжении автономных объектов, для которых главными являются не экономические показатели, а массогабарптиые, удельные энергетические и ресурсные характеристики.
Сравнительно высокая стоимость таких ЭХГ определяется в основном единичным их выпуском, применением дорогостоящих катализаторов на основе драгоценных металлов (платины, палладия), материалов и комплектующих изделий, отвечающих исключительно жестким техническим и эксплуатационным требованиям объектов, на которых ЭХГ используются. Однако в настоящее время уже осуществляется переход к неплатиновым катализаторам, а технические и эксплуатационные требования к ЭХГ обычного народнохозяйственного назначения значительно проще. Все это в сочетании с серийным вы.
пуском, вероятно, приведет к снижению стоимости ЭХГ. В некоторых работах водородным энергосистемам с ЭХГ отводится заметная роль з электроснабжении городов и промышленных центров з связи с высоким КПД ЭХГ, а также возможностью децентрализованного производства электроэнергии вблизи мест ее потребления, экологической чистотой ЭХГ и малой зависимостью его КПд от но- 14' 211 мииальиой мощности. Перспективным направлением использования ЭХГ может явиться создание систем электролнзер — ЭХГ для накопления энергии в периоды недогрузки базовых АЭС и последующего покрытия пиковых нагрузок. Та же система электролизер — ЭХГ моясет быть использована для выравнивания мощности электростанций на возоб.
новляемых истошщках энергии (ветер, солнце, прилины), Одной на важных задач создания энергоустанозок с ЭХГ для любых областей применения является обеспечение пх водородом. С автономными установками, особенно передвижными и транспортнымн, дело обстоит особенно сложно. Прн этом в зависимости от типа ЭХГ предъявляютсн определеюгые требования к составу питающих его газов Они не должны содерткать соеднпеняй фосфора, серы н мышьяка. отравляющих катализаторы. Для низкотемпературных и среднетемпературпых ЭХГ с водно-щелочным электролитом недопчстнмы также вредные прнмесн СО и СОь образующие со щелочью карбонаты. При вод. но-кислотном электролите присутствие СО, и небольших количеств СО допускается. От подобных ограяиченнй по составу рабочих газов свободны только высокотемпературные ЭХГ с расплавленным карбоиатным и твердым окисным электролптом.
Инертные примеси к рабочим газам допустимы, но они снижают мощность н отчасти экономичность ЭХГ. В ряде случаев для ЭХГ могут оказаться применимыми системы с получением водорода на месте потребления. Разработка систем с получением водорода в энергоустановке ведется главным образом для случаев, когда требуется максимальная независимость от баз снабжения.
В опытных чстанонках с ЭХГ на органическом топливе используются известные способы выработки водородсодержаших газов— каталитическая конверсия с водяяым паром (риформняг) и пнролиз. Конверсия помимо топлива требует второго исходного компонента— воды для этого способа технологячески наиболее благоприятным сырьем является метанол.
В различных странах разработано несколько опытных установок с ЭХГ на метаноле с КПЛ конверсии до 80зь прн производительности 3 — 5 мз ч-' чистого водорода. Удельный расход метанола в таких установках 0,33 — 0,37 кг (кВт ч) '. Серьезным недостатком метанола является высокая токсичность.
Ввиду присутствия в прод1ктах конверсии углеводородов, СО и СО, для ЭХГ со щелочным электролитом водород должен быть выделен цз конвертированного газа в чистом виде. Почти лдеально чистый водород получается при его очистке днффузией через мембраны из сплавов палладия и некоторых других металлов. В отдельных случаях целесообразна комбинация этой системы с предварительной сорбцнониой очисткой газа от СОа. Однако любые сястемы очистки водорода от газообразных примесей сильно усложняют энергоустановку н снижают КПЛ системы. Поэтому становятся очень ваэкнымп работы по созданию ЭХГ с кислым электролитом, для которых системы газоочистни могут быть зна штельно упрощены 1133). Второй из отмеченных способов получения водорода из органичесннх топлив — пнролиз Преимущество этого способа применительно к передвижным установкам заключается в отсутствии второго компонента — воды, что должна существенно упростить эксплуатацию Получаемый в результате пиролнза газ по йутн в ЭХГ проходит сероочист.
ку и метанатор для снижения до минимума содержания СО. К носителям водорода, используемым в автояомных эиергоустановках, относится также аммиак. Его термокаталитическое разложение при 773 †9 К дает смесь азота и водорода в объемном соотношении 1: 3. Эта смесь после сорбционной очистки от остатков не- 212 разложившегося аммиака может без разделения направляться в ЭХГ. Опытные эиергоустановки с ЭХГ иа аммиаке разработаны в ряде стран. Преимуществом аммиачной системы питания водородом является ее простота. Педостатки аммиака — химическая агрессивность н повышенные требования к технике безопасности при хранении.
В зависимости от задач, решаемых с помощью автономной энер. гоустановки с ЭХГ, могут применяться и другие системы нх питания водородом, например гпдридные системы хранения. В настоящее время кавптальиые затраты в энергоустановки с ЭХГ весьма велики, и поэтому пх применение ограничивается специальпымн автономными системама Точные оценки масштабов их применения как в крупной, так н в малой энергетике затруднительны. Однако следует ожидать, что потребление водорода электрохимическнми генераторами вплоть до 2000 г.
будет невелико. При этом значительная часть водорода для автономнык ЭХГ будет вырабатываться из его химических соединений непосредственно в составе энергоустаиовки, Системы аккумулирования и дальнего транспорта теплоты Расширение использования капиталоемких энергоисточников (ядерных, угольных, солнечных и т. д.) с относительно низкими топливными и эксплуатационными расходами делает весьма актуальными задачи крупномасштабного аккумулирования теплоты, ее последующего использования для покрытия неравномерной части графика потребления энергии и увеличения радиуса эффектнвной передачи потребителям. Принципиально возможно решение некоторых из этих задач с использованием систем производства водорода и других жидких и газообразных энергоносителей на его основе.
При этом мокнут использоваться как замкнутые, так и разомкнутые схемы транспорта энергоносителя. При использовании разомкнутых схем (транспорт в одну стгйрону) полученный за счет энергии первичного источника энергоноситель (например, метанол, аммиак, смесь газообразных Ня и СО и т. д.) у потребителя используетсяполностью в процессах п1роизводства энергии (тепловой и электрической) и химического синтеза.
В замкнутых схемах после передачи потребителю энергии отработанный энергоноситель возвращается к источнику энергии для повторного использования. Одним из наиболее эффективных путей решения задачи аккумулирования и дальнего транспорта теплоты является использование хемотермических систем 110, 135, 137], В таких системах аккумулирование теплоты осуществляется путем гйроведения эндотермической химической реакции с большим тепловым эффектом, а ее передача потребителю — путем проведения обратной реакции с выделением теплоты. Во многих случаях и прямая, и обратная реак- 15 — 12 213 ции проводятся на катализаторах. В таких системах хра. некие и транспорт энергии осуществляются путем хранения и транспс1рта продуктов прямой реакции. В настоящее время предложено большое количество различных хемотермических систем (ХТС) для решения разнообразных задач: передачи теплоты, преобразования теплоты низкого потенциала в теплоту высокого потенциала, регенерации теплоты и ее аккумулн1рования и т.
д. Одной из наиболее перспективных для крупномасштабных процессов аккумулирования и транспорта тепла является ХТС, основанная на процессах конверсии и синтеза метана на катализаторах СН,+Н,О СО+ ЗН,(ЬИа~эа=250 кДж моль '); СН,+СО,, 2СО+2Н,(ЬЛ,'эа= 248 кДж моль '), реализуемых при температурах 700 — 1200 К. В качестве высокотемпературного источника теплоты для таких систем могут быть использованы ВТЯР или уголь. Важными достоинствами этой ХТС являются высокая энергоемкость и скорость протекания п1рямой и обратной реакций на катализаторах, отсутствие необходимости разделения компонентов прн хранении и транспортировке, практически полное отсутствие вредных побочных реакций, относительно низкая стоимость исходного сырья, возможность использования иедефицитных материалов, а также то, что процессы конверсии метана хгарошо освоены промышленностью. Обратная реакция — метанирование — не столь хорошо освоена,как прямая, и здесь предстоитраэработатьстойкие и эффективные катализаторы, способные работать при температурах до 1000 К при больших объемных скоростях продуктов и высоком содержании СО и СОэ на входе в метанатор.
В настоящее время в химической промышленности применяются процессы каталитического пгдрирования СО и СОэ в метан (метаинрования) для удаления небольших количеств СО н СОа( до 2%) из водорода или азотоводородных смесей, однако используемые для этого катализаторы с высоким содержанием никеля н метапаторы не пригодны для работы с газовымн смесями, сод«1ржащнмн более 2,5% СО и СОт 1101. В установках метанирования для выделения теплоты содержание окислов углерода на входе достигает 30% и более, что приводит к необходимости разработки специально предназначенных для этих систем аппаратов и катализаторов. В лабораторных установках этн процессы реализованы, испытания отечественных промышленных ката- 214 лизаторов, разработанных Государственным институтоМ азотной промышленности в смесях с содержанием СО до 20%, показали техническую возможность реализации этих процессов и устройств. В ФРГ в ядерном центре в г.
Юлихе создана пилотная установка «Адам-1 — ~Ева-1» для отработки в едином замкнутом цикле режимов работ рифгармера и метанатора 11381 (рис. 7.9). Технико-экономический анализ возможности использования таких систем для Рос. 7.9 Пилотная установка «Адам-1 — Ева-1» в Ядерном. нсследоаательском центре ФРГ (г. Юлих) длн исследовании хемотермнческого транспорта энергии (137] дальнего транспорта теплоты (в радиусе около 250 км) от АЭС с ВТГР, выполненный в [135, !О), показывает, что атомные станции дальнего теплоснабжения с такими ХТС могут быть конкурентоспособными с ТЭЦ и районными котельными на газомазутном топливе при стоимости газо- мазутного топлива от 30 до 70 руб т ' в пересчете на условное топливо в зависимости от числа часов использования и тепловой мощности. Системы дальнего транспорта 16' 215 и аккумулирования теплоты с использованием ХТС могут применяться не только для дальнего теплоснабжения, но и для производства на месте потребления пиковой электроэнергии, например в паротурбинном цикле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
