Водородные энергетические технологии
жүктеу/скачать 0,69 Mb. Pdf көрінісі
|
| Получение водорода
Известны различные способы производства водорода, начиная от традиционных, таких как электролиз воды и конверсия углеводородов, и кончая биологическими методами, когда водород выделяется специально подобранными микроорганизмами (см. рисунок 2). В мире промышленным способом производится порядка 50-60 млн.т. водорода, при этом практически 95% производимого водорода получается из углеродосодержащего сырья, в первую очередь ископаемого – природного газа и угля, а также нефтепродуктов. Большая часть производимого водорода является побочным продуктом переработки нефти и используется на месте производства в технологической цепочке. Например, в ЕС в 2006 г. 42% водорода производилось из нефтепродуктов и 47% потреблялось на нефтепереработку. Вторым основным источником водорода является природный газ (метан), а сферой потребления – производство аммиака. Энергетическое потребление водорода в настоящее время мало.
Рисунок 2 – Основные методы получения водорода Ключевые технологии получения водорода из углеводородов, угля и биомассы включают: 1. Конверсия (в том числе паровая конверсия steam reforming – SR, метана – SMR); 2. Частичное окисление (Partial oxidation POX) и Автотермическая конверсия (Autothermal reforming ATR). 3. Газификация 4. Биологические методы (ферментация, фотолиз) Термохимические методы 1)-3) основаны на промежуточном получении синтез-газа, представляющего собой смесь монооксида углерода и водорода в пропорциях до 1:3 (стехиометрическое соотношение для метана). При получении водорода из исходного сырья возможно получение промежуточных продуктов, таких как синтетические жидкие топлива, биогаз и проч. с применением таких методов как пиролиз, торрефикация, гидролиз, этерификация, анаэробное сбраживание, алкогольная ферментация и т.д. Эти промежуточные продукты могут быть переработаны в водород с применением упомянутых выше пяти основных методов. 12 ВОДОРОДНЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ - 2017
Для получения водорода может быть использован электролиз воды, основные виды электролиза отличаются типом носителей заряда, такими как гидроксид-ионы в щелочном электролизе воды и протоны в кислотном. Высокопроизводительные щелочные и твердополимерные (PEM) электролизные системы производятся в настоящее время многими зарубежными компаниями, такими как CETH2/Areva H2Gen, Hydrotechnik, Hydrogenics, ITM Power, McPhy Energy, NEL, Next Hydrogen, PERIC, Siemens. По состоянию на первую половину 2014 г. на рынке были представлены электролизеры мощностью 0.35-3.35 МВт (щелочные KOH) и 0.45-2.5 МВт (PEM). Каждый электролизер оснащается вспомогательными системами водоподготовки, охлаждения и очистки до 99.999%, срок эксплуатации стеков до замены составляет 6-11 лет, КПД по нижней теплоте сгорания водорода на начало эксплуатации находится в диапазоне 52%-62% для щелочных электролизеров и 67-64% для твердополимерных, которые характеризуются большей скоростью деградации, чем щелочные [29]. Очистка– важная и затратная часть процесса производства водорода. Например, при крупномасштабном производстве водорода очистка требует, как минимум 50%, а иногда и до 80% от общих капвложений в процесс. При производстве водорода методом паровой конверсии энергозатраты составляют порядка 131 МДж/кг, а затраты на очистку могут достигать 29 МДж/кг [30]. Можно выделить следующие основные способы очистки водорода от примесей: 1. Адсорбция прочих газов, с получением водорода как продукта; 2. Абсорбция (физическая или химическая) CO 2 , с получением углекислоты как продукта 3. Мембранная очистка 4. Криогенное разделение 5. Селективная абсорбция водорода Традиционно водород хранится в сжатом виде, в настоящее время разработаны и коммерциализированы системы хранения с давлением свыше 70 МПа. Относительно низкое давление получаемого водорода приводит к необходимости использования компрессора, что приводит к росту энергозатрат на производство конечного продукта. В настоящее время водород сжимается преимущественно с помощью поршневых компрессоров, обладающих низкой эффективностью. Например, адиабатный КПД компрессора для водородной заправочной станции производительностью 1000 кг/сут составляет 56% и КПД мотора 92%. В результате почти 11.3% энергии водорода на заправке тратится на его компрессию [31].
жүктеу/скачать 0,69 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|