1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 48
Текст из файла (страница 48)
е. 80 — 90 кг на 1 кг Н,. Полная масса контейнеров с гидридом, содержащим запас водорода 45,3 кг, равноценный по энергии содержимому бензинового бака автомобиля ЗИЛ-130, составит 3620 кг, илн 72 % грузоподъемности автомобиля. Кроме чрезмерно большой массы подобного устройства, практически исключающей его применение, лантан-никелевый гидрид едва ли может стать перспективным для широкого применения на автомобильном транспорте и из-за своей сравнительно высокой стоимости.
Более перспективным оказался для размещения на борту автомобиля гидрнд ГеТ!Н, с массовым содержанием водорода около 2%. Хотя масса этого гидрида в сравнении с бензиновым баком также относительно велика, его диссоциация происходит прп низких температурах (около 260 К), насыщение его водородом также не вызывает трудностей и в сравнении с другими гидридами он наименее дефицитен, В СШЛ (штат Калифорния) с1977 г.
находится в опытной эксплуатации 19-местный автобус на водородном топливе. Питание двигателя водородом осуществляется от батареи, состоящей из 10 контейнеров, наполненных гндрндом интерметаллида титан- железо с небольшой добавкой марганца, способствующей активизации реакции (Т(м Ге4~ Мпз, индексы — массовое содержание компонентов, %). Каждый контейнер, изготовленный из алюминия, с водяной рубашкой теплообмена, имеет собственную массу 22,6 кг и вместимость 0,0295 м'.
Полная масса гидрида во всех контейнерах достигает 907 кг при полезном содержании водорода до 1,9 %. Это обеспечивает пробег автобуса в 274 км при скорости движения до 88 км ч '. Возможности применения более легких высокотемпературных гндридов, например Мц, Ы Н„в котором массовое содержание водорода достигает 4 7ю, и гидридов с еще более высоким содержанием водорода типа МцН~ (7,7%) для хранения водорода на борту автомобиля ограничены 236 йо ряду причин и прежде вбего из-эа высокой температурь( и большой теплоты их диссоциация 1550 — 600 К, ЗЗ кДж (моль Н,)-' и выше] [145]. При использовании высокотемпературных гидридов для обеспечения подачи водорода из гндридного бака во время работы двигателя необходимо подводить к гидридному баку теплоту при высокой температуре.
Располагаемая энтальпия отработавших газов после цилиндра, т. е. запас теплоты, которая может быть использована для проведения процесса десорбции, определяется разностью температуры газов после цилиндров Т,ы, и температуры диссоциа-' цнн гидрида 7,. При высоких Т, теплоты отработавших газов оказывается недостаточно для десорбцни водорода из гндрндного бака в количестве, обеспечивающем работу двигателя. В связи с этим высокотемпературные гидриды могут быть использованы, как правило, только в сочетании с низкотемпературными, и в этом случае система хранения водорода на борту автомобиля включает в себя два гидридных бака. Таким путем удается несколько улучшить массовые характеристики системы хранения водорода и повысить эффективность использования тепловых потерь, утилизируя в высокотемпературном баке теплоту отработавших газов, а в низкотемпературиом— охлаждающей воды. В настоящее время в СССР и за рубежом созданы опытные образцы автомобилей различных типов с гидридными баками для хранения водорода 1119, 144 — 150].
При использовании в качестве среды для хранения водорода на борту автомобиля жидких химических соединений, например метанола, удается несколько улучшить массовые характеристики системы хранения При этом,' однако, на борту автомобиля необходимо разместить теплообменник — испаритель для испарения «жидкого гидрида» и специальный реактор для получения водорода. В реакторе происходит термическая диссоциация метанола по схеме СН»ОН+4 — »2Нз+СО при 523 — 623 К и давлении 0,1 — 0,15 М11а или осуществляется его паровой рнформинг при 473 К и 0,1 МПа: СНзОН+НзО+ч ~ ЗНз+СОь Оба процесса идут с поглощением теплоты на катализаторах.
При диссоциации метанола на водород и окись углерода теплота сгорания топлива возрастает на 22 Зо и составляет около 20 МДж.кг-', или 19 МДж л-' метанола, а при паровом риформинге — 19 МДж кг ', или 11 МДж л-' метанола 1136]. о "н нв Й 'О» нэ О» сч о й» о о о о сч О» О с.»энс Г 'ээсд -э»,ээ»»ннснээ -эн ч»энмчэ н О» С» О» »' Сэс» ОсО -о- оо о~ СО СЧ ЛЭЭ»ОСЧ О --сч о й э 2 н чв э э -» .» ОСОС ФО»СЧ О О сО О в О сэ нныэ»сэнс »ч»с»ээээ Ооо со»О8 СО Оч)и» вЂ”.с о ° о М» ОСЧ ээээээ»но» СЭ- О СОСОСО О ОСО СОО'~О Э О»о О »О с'ч с "» О О ООЧ) ° О сч Ксч " Оэс эцы 'эннэн Ннн ЭЭЬО»НД О. сэ э со с» с» О э," '~О » О О Ф О ° «Е' О а ш 2 Ээ Р,' О, 2 Ф » О О э О М э О.
Ю » м эс О, с» О; йг« О н 2 О Я Д $ О л ш йЯ сйс О, О МО » *. йн 2 н ~й ООВ О М сн ОШ ~-о И« $. эн ЙР Ь Запуск двигателя (в особенности при низких температурах) производится после проведения реакции в реакторе, что, естественно, затрудняет эксплуатацию автомобиля. Испарение метанола осуществляется за счет теплоты охлаждающей воды при 353 К, а реакции диссоциации илн риформинга — за счет теплоты отходящих газов.
Лля легкового автомобиля необходимые размеры поверхностей нагрева теплообменников и реактора по лабораторным данным составляют: 850 — 900 см' в испарителе, 4 м' в реакторе и 1000 †12 см' в охладителе продуктов реакции. После реактора продукты реакции должны быть охлаждены до 3?3 К с целью уменьшения выбросов КОС, предотвращения преждевременного воспламенения и повышения эффективности работы двигателя. В качестве «жидких гидридов» могут быть использованы и другие вещества, например этанол или комбинация бензол — циклогексан. Схема использования этапола практически та же, что и для метанола. В комбинации бензол — циклогексан используется цикл: гидрогенизаппя бензола (С,Н,) до циклогексана (ССНы) — дегндрогенизация циклогексана до бензола с выделением 3 молей Нэ на 1 моль цпклогексана.
Аналогичный цикл может быть осуществлен и на других системах, например метилцнклогексан (ССНцСН») — толуол (ССН»СН»). При этом массовый и объемный показатели плотности энергии среды хранения для циклогексана составляют соответственно (1,? —;2,4) КВт ч кг ' и (1,35 —:1,86) кВт ч л ', что превышает аналогичные показатели, напрчмер, для системы ГеТ1, Необходимо, однако, учесть, что на автомобиле должен быть отдельный бак для транспортировки отработанного «жидкого гидрида», или отработанное вещество вновь должно после охлаждения поступать в бак с исходным веществом, что приведет к уменьшению в процессе работы содержания водорода в веществе, поступающем в реактор и, следовательно, к снижению удельного выхода водорода, увеличению затрат энергии на его выделение и т. д. Для всех известных сегодня «жидких гидридов» уровень температур в реакторе для получения водорода составляет 473 — 673 К.
При этом необходимые затраты теплоты на выделение единицы массы водорода оказываются меньше, чем при использовании гидридов интерметаллидов. В настоящее время в лабораторных условиях проверена осуществимость многих из описанных схем получения водорода из «жндкнх гидридов», и в ряде лабо- 238 90 ', во у 70 $ 50 " 50 ЧО О УО 2 го Е 10 Ряс. 7.15. Влияние днвлення водорода на скорость зарядки гндрндного бака. Отношения р7р„.
Р— НЛ; О— яеп; Х вЂ” 201!! СŠ— 10111 то — 5!1 О 10 го 50 00 50 во 70~, раторий проводятся стендовые испытания работы таких систем хранения в сочетании с различяыми автомобильными двигателями. По данным этих испытаний использование метанола в качестве «жидкого гидрида» с последующим получением водорода или смеси СО+Н, на борту автомобиля более эффективно, чем прямое использование метанола в качестве автомобильного топлива 1122, 1361. В настоящее время наиболее продвинуты исследования и разработки гидридных и криогенных баков для хранения водорода на борту автомобиля, В табл. 7.10 приве- 'зе уо ,во й 70 ,оо й 50 ЧОО я хо го ~В 1О О 10 го 50 90 50 50 70'Г,мии дены данные о некоторых гидридных баках, созданных к 1982 г.
в различных лабораториях мира. Разработка и создание гидридных баков сопряжены с решением ряда трудных технических задач (см. э 7.3). При работе или перезарядке бака фактором, лимитирующим скорость выделения или поглощения водорода, является теплообмен в слоях частиц интерметаллида, а не кинетика сорбции — десорбции на отдельных частицах. В связи с этим вопросы организации эффективного тепло. обмена приобретают первостепенное значение. Применяются как внутренние, так и внешние системы нагрева и охлаждения бака. Скорость перезарядки зависит также от того, насколько давление водорода в контейнере при зарядке превышает равновесное, соответствующее температуре частиц интерметаллида.
На рнс. 7.16, 7.16 приведены кривые перезарядки трубчатого контейнера с гидридом в зависимости ат отношения рпl/7,(7') при практически постоянном темпе охлаждения и в зависимости от диаметра трубы (т. е. от темпа охлаждения массы частиц интерметаллида) при постоянном риг1/7, (Т) 11181. Из приведенных данных следует, что для обеспечения приемлемь!х 2й Времен перезарядки гидридных баков необходимо существенно повышать давленне водорода при заправке, что приводит к дополнительным затратам энергии на сжатие водорода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
