Термохимический способ преобразования солнечной и ядерной энергии.

Синтез -газ (смесь водородаи оксида углерода (II)) способен выделять запасённую в нём энергию в различных экзотермических каталитических процессах, например, в процессе метанирования:

3H₂ + CO «CH₄ + H₂O DH = -206 кДж/моль при T = 895 K.

Данный процесс может быть проведён в газотурбинной установке, благодаря чему будет получена механическая работа, а из неё электрическая энергия. “Отработанная” топливная смесь, состоящая из метана и водяных паров может быть снова регенерирована путём проведения обратной эндотермической реакции. В реактор, нагреваемый сконцентрированными солнечными лучами, или теплом ядерной реакции подаются метан и водяной пар, которые в присутствии катализаторов превращаются в синтез-газ (смесь оксида углерода (II) c водородом) с поглощением теплоты. Затем процесс повторяется. Впервые идея транспорта энергии с помощью химических веществ на расстояние в несколько сот километров была реализована в проекте немецкой фирмы KFA [Harth R. E., Boltendahl U. The chemical heat pipe EVA and ADAM. Interdisciplinary Sci. Rev. 1981. 6. P.221]. Предполагалось подавать полученный с использованием теплоты ядерного реактора синтез-газ в населенные пункты, а отработанную смесь возвращать назад. Проектная мощность установки составляла 10 МВт. Проведенная проверка работоспособности и эффективности данной системы подтвердила принципиальную возможность создания коммерческих установок большей мощности. Специалисты Института им. Вайцмана (Израиль) использовали аналогичную схему в проекте установки для преобразования и транспорта солнечной энергии. Ими подобран эффективный катализатор для реакции метанирования и обратной реакции - катализатор, содержащий родий (0,5% Rh), нанесённый на поверхность алюминиевых шариков, производства фирмы “Engelhard Corp.” Этот катализатор полностью сохранял активность и механические свойства даже после 1100-кратного прохождения через него газа [М. Леви, Р. Левитан. Аккумулирование, хранение и дальний транспорт солнечной энергии с использованием замкнутого и открытого тепловых химических циклов. Энергетическое строительство, 1994, №2. -С.23-27]. Работы в этом направлении ведутся также в России [Прокопьев С.И., Аристов Ю.И., Пармон В.Н. Получение механической работы в схеме ГТУ с использованием топлив, способных к обратимым экзотермическим превращениям с уменьшением числа молей. Известия Академии наук. (Россия). -1994. -№3. -С.70-78.].

1.1.3. Схема “разложение - синтез” для охлаждения.

Схема “разложение - синтез” может быть использована не только для аккумуляции тепла, но и для охлаждения. Например, реакция паровой конверсии метана может быть использована для эффективного охлаждения при высоких температурах. Вследствие теплового эффекта эндотермической реакции существенно увеличивается теплоёмкость газа, что позволяет увеличить скорость охлаждения [Курганов В.А. и др. Термохимический принцип охлаждения на основе реакции паровой конверсии метана. Теплоэнергетика, 1996, №3. -С.18-29].

Разложение гидратов газов (см. 2.1.) при понижении давления происходит с поглощением тепла (от 58 до 134 кДж/моль), что сопровождается значительным понижением температуры. Впервые кристаллогидратный способ получения холода описан в а. с. № 355459.

Рисунок Установка для получения холода с использованием кристаллогидрата хлора.

В испарителе 1 при испарении жидкого хлора получают холод. Пары хлора из испарителя поступают в кристаллизатор 2, взаимодействуя с водой, хлор образует кристаллогидраты, которые насосом 3 перекачиваются через теплообменник 4 в плавитель-отстойник 5. Здесь кристаллогидраты плавят с одновременным образованием воды, которую через теплообменник снова подают в кристаллизатор, и жидкого хлора. Последний через паровой охладитель 6 и регулирующий вентиль 7 направляется в испаритель. Кристаллизатор работает при давлении

4 × 10⁵ Па, а плавитель-отстойник при 9 × 10⁵ Па. Для осуществления холодильного цикла требуется нагреватель с температурой 45^оС и охлаждающая вода с температурой 15^оС.

Гидратные установки энергетически выгоднее сорбиционно-компрессионных. В модификации способа: а. с. №1 013709 предложено «льдохранилище, содержащее корпус из теплоизоляционного материала, отличающееся тем, что с целью предотвращения загрязнения воды при размораживании льда в качестве теплоизоляционного материала используют искусственный нетоксичный тугоплавкий лед, получаемый из смеси воды с метаном».

Цикл “разложение - синтез” может быть реализован в системе “водород - металлогидрид”, например, сплав титана, циркония, хрома, железа, марганца. Японские фирмы “Тоё коге, нитирэй” и “Ниппон сэйкосё” совместно разработали высокоэффективную морозильную систему такого типа с холодопроизводительностью 10000ккал/ч, температурой рассола -35^oC и объёмом камеры 100 м³ [Murai Masamitsu, Sato Yutaka. Reito = Refrigeration. -1996. -71, №824. P.590-596].

1.1.4. Схема “разложение - синтез” в тепловых насосах.

Для создания теплового насоса с целью использования низкотемпературных источников тепла предложена обратимая реакция гидратации изобутена в третичный бутанол:

Эта реакция обратима при прохождении в жидкой фазе до температуры 373К. В качестве катализатора гидратации-дегидратации может использоваться ионозамещённый эластомер на основе полистирена. Экзотермическая реакция гидратации при давлении 70 кПа длится примерно 0,8 часа и даёт прирост температуры с 333 K до 373 K, эндотермическая реакция дегидратации длится в 5-20 раз большее время, давая примерно то же по абсолютной величине падение температуры [Kato Yukitaka, Honda Takuya, Kanzawa Atsushi. Int. J. Energy Res. -1996. -20, №8. P.681-692].

Дата добавления: 2015-10-29