CC BY
65
2. http://www.ncontrol.ru/
3. http://www.all-fizika.com Рентгеновские лучи
4. http://www.medical-enc.ru/
5. http://www.ntcexpert.ru/ Статьи по неразрушающему контролю. Источник - статья А. А. Майорова опубликованная в журнале «В мире НК» № 3(25). 2004.
Arkhipova Ludmila, post-gratuated student University of Technology, Korolev, Russia (e-mail: [email protected]) Voeyko Olga, PhD, Associated professor University of Technology, Korolev, Russia (e-mail: [email protected])
SOME FACTS ABOUT CHOOSING A METHOD ASSESSING THE QUALITY OF WELDED JOINT BY X-RAY CONTROL
Abstract. This article describes two methods of assessing the quality of welded joints by x-ray control. The advantages and disadvantages of both methods are determined. Key words: quality control, x-ray control, weld.
УДК 662.758
АНАЛИЗ ПРАКТИЧЕСКОГО ЗАМЕЩЕНИЯ НЕФТЯНЫХ МОТОРНЫХ ТОПЛИВ ВОДОРОДОМ
Булгаков Сергей Викторович, к.т.н., доцент, Тихоокеанский государственный университет, г.Хабаровск, Россия
(e-mail: [email protected])
В данной статье проводится анализ практического замещения нефтяных моторных топлив водородом. Дается краткая экономическая и экологическая характеристика водородного топлива.
Ключевые слова: водород, моторное топливо, альтернатива, транспорт, природный газ, безопасность.
Первое практическое применение водорода в качестве моторного топлива произошло в 1941 г. в блокадном Ленинграде, где водород из аэростатов воздушного заграждения успешно использовался в качестве моторного топлива в двигателе автомобиля ГАЗ-АА, который вращал лебедку для опускания аэростатов. Для работы на водороде были переоборудованы несколько сотен постов ПВО. В 1943 г. в СССР было получено первое авторское свидетельство на изобретение №64209, закрепляющее приоритет за нашей страной в использовании водорода на транспорте1.
Мировой энергетический кризис 1973 г, коснувшийся в основном государств западного мира, инициировал масштабные исследования в области энергосбережения и альтернативной энергетики. Развитые страны обрати-
1 Булгаков С.В. Использование водорода в качестве альтернативного топлива. / Бартошик Д.Я., Булгаков С.В. // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур : материалы VI междунар. науч.-практ. конф., (Хабаровск, 28 апр. - 4 мая 2017 г.), выпуск 6. [отв. ред. П.Б. Рябухин]. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. - Вып. 6. С. 87-91.
ли внимание на природный газ2 и другие альтернативы, в том числе на водород3. При сжигании водорода выделяется в три раза больше энергии, чем при сжигании бензина:
2Н2 + О2 = 2Н2О + 571 кДж/моль.
Если тогда основной проблемой считалось сокращение мировых запасов углеводородов, то сегодня - угроза стремительно нарастающего экологического кризиса. С этой стороны использование водорода в качестве моторного топлива считается почти идеальным решением экологических проблем на транспорте (табл. 1). Во многих странах водород рассматривают как топливо уже недалекого будущего.
Сегодня в качестве моторного топлива водород может применяться, как в чистом виде, так и в смеси с углеводородами. Благодаря высокой физико-химической активности добавка 5-10% масс. водорода к бензину снижает токсичность выхлопных газов на 65-75%. Однако чисто водородный двигатель из-за более высокой теплонапряженности процесса горения кроме паров воды вырабатывает и оксиды азота (N0), максимальный выброс ко -торых примерно вдвое превышает выбросы N0 бензинового двигателя. С обеднением топливной смеси образование оксидов азота быстро снижается и при коэффициенте избытка воздуха (а) 1 : 8 практически не происходит. Также в выхлопных газах в небольшом количестве присутствуют СО и СН (несгоревшие углеводороды), что обусловлено выгоранием углеводородных смазок водородного двигателя. Поэтому полностью экологически без-
4, 5
опасным использование водорода на транспорте назвать нельзя .
Таблица 1 - Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив3
Виды топлива Выброс вредных веществ, г/км
СО СН КОх
Бензин 42 8,5 9,1
Сжиженный нефтяной газ 19 4,8 8,7
Сжатый природный газ 8,5 4,5 8,5
Бензин в смеси с водородом 3 2,8 4,55
Бензин в смеси с метанолом 32 5,4 7,6
Синтез-газ 0 0,4 2,3
Водород 0 0 2,5
ЕВРО-6 (для легковых автомобилей на бензине) 1 0 0,06
2 Булгаков С.В. Использование природного газа на транспорте / Сб. науч. статей 4-й Международной молодежной науч.-практ. конф. (21-22 сент. 2017 г.) Юго-Зап. гос. ун-т., Изд-во ЗАО «Университетская книга», Курск, 2017. - С.38-42.
3 Повышение экологической эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в котельных и на транспорте / С.В. Булгаков, В. Д. Катин / под. ред. д-ра техн. наук, проф. В. Д. Катина. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. Гос. ун-та, 2015. - 147 с.
4 Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 264 с.
5 Терентьев Г.А., Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов / -М.: Химия, 1989. - 270 с.
Наиболее распространенным методом хранения водорода на борту современных автомобилей является хранение в виде сжатого газа при давлении 35 и 70 МПа. Хранение в виде криогенной жидкости при температуре минус 259,14°С гораздо затратнее и экономически целесообразно для более значительных количеств водорода. Обеспечение автозаправочных станций компримированным водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. С гораздо большими затратами связана его транспортировка и хранение. Это является одной из основных проблем, возникающих при использовании водорода. Ограниченность водородной инфраструктуры на дороге серьёзно тормозит использование водородного транспорта, который в свою очередь сам не развивается из-за инфраструктурных ограничений. Современные модели баков для водорода делают из углепластика и хранимого в них водорода достаточно для 400-500 км пробега. Но, являясь самым лёгким газом, один кг сжатого при 70,0 МПа водорода занимает в 7,5 раз больше места, чем энергетически эквивалентное количество бензина. Другой сдерживающей проблемой водородной энергетики является получение водорода. Этот газ является важнейшим сырьём в химической и нефтехимической промышленности и потребность в нём постоянно растёт, в основном за счёт углубления нефтепереработки (гидроочистка, гидрокрекинг). Объем мирового производства водорода в 2013 г. оценивался в 55-58 млн т.
В отличие от других промышленных газов водород в России практически не продается: чаще всего он вырабатывается и используется на одном и том же предприятии. В табл. 2 и 3 представлены основные сферы использования водорода в России (2013 г.) и сравнительная характеристика современных способов его получения3.
Таблица 2 - Основные сферы использования водорода в России
Продукция % от общего потребления водорода
Аммиак 54,88
Нефтепереработка 22,35
Метанол 13,30
Восстановление железа 7,11
Прочие 2,36
Таблица 3 - Сравнительная характеристика основных способов получе-
ния водорода
Процесс получения Термический Себестоимость во-
водорода кпд дорода, у. е ./1000 м3
Паровая конверсия метана 74 58
Частичное окисление нефтяных остатков 83 96
Газификация угля (процесс Копперса-Тотцека) 59 109
Электролиз воды: - обычный 76 243
- с твёрдым электролитом 78 160
Промышленностью в основном используется водородсодержащий газ с концентрацией водорода 75-80% об, который получают паровой конверсией природного газа непосредственно на месте его потребления. Это не требует создания специальной инфраструктуры для его хранения, транспортировки, очистки, ожижения, заправки и т.д. Данным способом производится примерно половина всего водорода. Стоимость такого водорода невелика, но при использовании топливных элементов требуется водород со степенью чистоты свыше 99%, что повышает его стоимость в 5-7 и более раз, приближая к стоимости наиболее чистого электролитического водорода4. В табл.4 представлен сравнительный анализ розничной стоимости бензина и водорода в России и США6.
Таблица 4 - Сравнение розничной стоимости бензина и водорода
на 09.10.2017 г.
Страна Средняя цена, у.е./кг
Бензин АИ-95*(1,33 л) Водород
Россия 0,69 21,53
США 0,75 8,6
-1-3* Средняя плотность бензина АИ-95 - 750 кг/м ;
Несмотря на то, что достигнутый уровень технологии получения водорода пока не может обеспечить предстоящие масштабы его использования на транспорте по приемлемой цене, многие автомобильные компании вкладывают значительные средства в «водород», считая его топливом будущего. Во многом это стимулируется государственной политикой стран импортёров нефти, целью которой является ослабление нефтяной зависимости и соблюдение экологических требований на транспорте. В США, Канаде, Германии, Китае, странах ЕС и многих других приняты программы создания экологически чистого автомобильного транспорта, использующего водородное топливо. Наиболее активные исследования по разработке водородных двигателей ведут компании «Оепега1 Motors», «Honda Motor», «Ford Motor», «BMW» и другие (рис. 1).
В качестве альтернативы рассматриваются методы непосредственного получения водорода на борту транспортного средства из гидридов металлов или же путем риформинга тех же углеводородов. Как и в случае ис-
7 8
пользования моторных биоальтернатив - биодизеля , биоэтанола и др., использование водорода можно рассматривать как попытку стран импортеров
6 Цены бензина, литр. / URL: http://ru.globalpetrolprices.com/ (дата обращения: 10.10.2017).
7 Булгаков С.В. Перспективы использования биодизельного топлива на транспорте. / Булгаков С.В. // Прогрессивные технологии и процессы : сб. науч. статей 4-й Международной молодежной научно-практической конференции (21-22 сентября 2017 года), Юго-Зап. гос. ун-т., Из-во ЗАО «Университетская книга», Курск, 2017, - С.42-46.
8 Булгаков С.В. Перспективы использования этанола в качестве экологически безопасного моторного топлива. / Бартошик Д.Я., Булгаков С.В. // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур : материалы VI междунар. науч.-практ. конф., (Хабаровск, 28 апр. - 4 мая 2017 г.), выпуск 6. [отв. ред. П.Б. Рябухин]. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. - Вып. 6. 78-82 С.
углеводородов локализовать производство моторного топлива на своей территории.
Рисунок 1 - Водородный поршневой двигатель компании «Ford Motor»
В заключение следует отметить, что основная проблема водородной энергетики состоит в том, что водород является вторичным энергоносителем, который получают переработкой ископаемых ресурсов, сжигая при этом нефть, газ, уголь или уран9. Таким образом, водород следует рассматривать не столько как топливо, сколько как аккумулятор энергии, заключённой ранее в других энергоносителях. Если при расчете кпд водородного двигателя посчитать кпд всей производственной цепочки: производство электроэнергии - её передача - получение водорода - его транспортировка - водородный двигатель, то суммарный кпд водородного двигателя окажется значительно ниже, чем у бензинового. При таком подходе водородный двигатель неэкономичен, потребляет много топлива и создает больше экологических проблем.
Список литературы
1. Булгаков С.В. Использование водорода в качестве альтернативного топлива. / Бар-тошик Д.Я., Булгаков С.В. // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур : материалы VI междунар. науч.-практ. конф., (Хабаровск, 28 апр. - 4 мая 2017 г.), выпуск 6. [отв. ред. П.Б. Рябухин]. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. - Вып. 6. 87-91 С.
2. Булгаков С.В. Использование природного газа на транспорте / Сб. науч. статей 4-й Международной молодежной науч.-практ. конф. (21-22 сент. 2017 г.) Юго-Зап. гос. унт., Изд-во ЗАО «Университетская книга», Курск, 2017. - С.38-42.
3. Повышение экологической эффективности использования топливно-энергетических ресурсов в котельных и на транспорте / С.В. Булгаков, В.Д. Катин / под. ред. д-ра техн. наук, проф. В.Д. Катина. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. Гос. ун-та, 2015. - 147 с.
9 Перспективы использования водородного двигателя на транспорте [Электронный ресурс]. - URL: http://ua-hho.do.am/publ/idei_po_ehnergii/perspektivy_ispolzovanija_vodorodnogo_dvigatelja_na_transporte/2-1-0-55 (дата обращения: 17.06.2015).
4. Коровин Н.В. Электрохимическая энергетика. - М.: Энергоатомиздат. 1991. - 264с.
5. Терентьев Г.А., Тюков В.М., Смаль Ф.В. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов / - М.: Химия, 1989. - 270 с.
6. Цены бензина, литр. / URL: http://ru.globalpetrolprices.com/ (дата обра-щения: 10.10.2017).
7. Булгаков С.В. Перспективы использования биодизельного топлива на транспорте. / Прогрессивные технологии и процессы : сб. науч. статей 4-й Международной молодежной научно-практической конференции (21-22 сентября 2017 года), Юго-Зап. гос. ун-т., Из-во ЗАО «Университетская книга», Курск, 2017, - С.42-46.
8. Булгаков С.В. Перспективы использования этанола в качестве экологически безопасного моторного топлива. / Бартошик Д.Я., Булгаков С.В. // Философия современного природопользования в бассейне реки Амур : материалы VI междунар. науч.-практ. конф., (Хабаровск, 28 апр. - 4 мая 2017 г.), выпуск 6. [отв.ред. П.Б. Рябухин]. - Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2017. - Вып. 6. 78-82 С.
9. Водородный двигатель [Электронный ресурс]. - URL: https:// blamper. ru/auto/wiki/dvigatel/vodorodnyy-dvigatel-3019 (дата обращения: 17.06.2015).
10. Перспективы использования водородного двигателя на транспорте. / URL: http://ua-hho.do.am/publ/idei_po_ehnergii/perspektivy_ispolzovanija_vodo rod-nogo_dvigatelja_na_transporte/2-1-0-55 (дата обращения: 17.06.2015).
Bulgakov Sergey Viktorovich, associate professor Pacific National University, Khabarovsk, Russia.
e-mail: [email protected] HYDROGEN ENGINE
Abstract. This article analyzes the practical replacement of petroleum motor fuels with hydrogen. Provides a brief economic and environmental characteristics of hydrogen fuel.
Keywords: hydrogen, motor fuel, alternative, transport, natural gas, security.
