CC BY
117m
Производство водорода из органического сырья
М.Ф. Кротов,
начальник лаборатории института водородной энергетики ФГУ РНЦ «Курчатовский институт», к.т.н., СВ. Коробцев,
зам. директора института водородной энергетики ФГУ РНЦ «Курчатовский институт», к.т.н.,
B.Н. Фатеев,
зам. директора РНЦ «Курчатовский институт», профессор, д.х.н., Р.О. Самсонов,
генеральный директор ООО «ГазпромВНИИГАЗ», д.т.н.,
C.И. Козлов,
зам. генерального директора ООО «ГазпромВНИИГАЗ», д.т.н.
В настоящей статье рассмотрены современные разработки аппаратурно-технологического оформления процессов производства водорода из органического сырья. Особое внимание уделено разработкам ведущих отечественных и зарубежных фирм, направленных на создание новых, высокоэффективных технологий с уровнем единичной производительности в диапазоне 10-1000 нм3 водорода в час, позволяющих обеспечивать инфраструктуру децентрализованного производства водорода из углеводородов, включая станции водородной заправки для автотранспорта, а также производство водорода на борту автомобиля. Приведены результаты исследований, направленных на разработку конверторов метанола, в том числе для применения на борту автомобиля. Отдельно выделены современные разработки, выходящие за рамки традиционных химических технологий и позволяющие существенно повышать удельную производительность химического реактора. В их числе работы по созданию топливных процессоров на основе плазменных технологий, а также разработки микроканальных каталитических реакторов, активно использующие достижения микроэлектроники.
Ключевые слова: водородная энергетика, производство водорода, конверсия углеводородов, водородная автозаправочная станция, экологически чистый транспорт.
Hydrogen production from fossil fuel and other organic materials
M.F. Krotov, S.V. Korobtsev, V.N. Fateev, R.O. Samsonov, S.I. Kozlov
A modern development of technologies and apparatus for hydrogen production from fossil fuel and other organic materials is presented. A special attention paid for the development of leading Russian and foreign companies focused on creation advanced, high efficiency technologies of hydrogen production with the capacity range from 10 to 1000 nm3 per hour. Such systems allow supporting the infrastructure of a distributed (load-area) hydrogen production from hydrocarbons, including hydrogen refueling stations for vehicles and onboard hydrogen production. The results of research on a methanol conversion (including onboard conversion systems) are presented. A modern development of advanced technologies which are beyond the scope of traditional chemical technologies and which allow to essentially increase a specific productivity of chemical reactor are separately marked out. Among theirs - works on creation of fuel processors based on plasma technologies and on development of micro-channel catalytic reactors which used a microelectronics achievements.
Keywords: hydrogen energy, hydrogen production, hydrocarbons conversion, hydrogen refueling station, zero emission transport.
Часть 2
В журнале №3 (9) 2009 г. «Транспорт на альтернативном топливе» [1] были рассмотрены физико-химические основы процессов получения водорода из органических соединений. Как было отмечено, перевод автомобильного транспорта на водород требует в первую очередь решения задачи создания соответствующей инфраструктуры топливообеспечения. При этом на начальном этапе развития водородной энергетики наличие уже развитой инфраструктуры топливо-обеспечения бензином, сжиженным и газообразным природным газом позволяет создавать на ее основе инфраструктуру децентрализованного производства водорода из углеводородов, включая станции водородной заправки для автотранспорта [2, 3]. В дальнейшем предполагается переход на централизованную инфраструктуру производства и распределения водорода с использованием, в основном, в качестве сырья более широкого спектра органических соединений.
В настоящее время подавляющее большинство действующих установок, производящих водород, - это крупнотоннажные системы с единичной производительностью в диапазоне 10-100 тыс. нм3 водорода в час. Производимый на них водород используется в основном в качестве сырья для производства аммиака с последующим производством удобрений и/или азотной кислоты. Эти технологии уже сейчас обладают приемлемыми параметрами по стоимости производимого водорода и могут быть использованы в водородной энергетике с централизованной инфраструктурой. Децентрализованное производство водорода требует создания высокоэффективных технологий с уровнем единичной производительности в диапазоне 10-1000 нм3 водорода в час.
До настоящего времени промышленное производство водорода в различных отраслях (электроника, электротехника, машиностроение и т. д.) на этом уровне производительности обеспечивалось в основном электролизом воды. Стоимость производства водорода из воды значительно выше его производства из углеводородов
[4], однако, цена водорода для промышленных применений не является определяющей в стоимости конечной продукции. При этом суммарные потребности относительно невелики. В водородной энергетике цена водорода, как универсального вида топлива, является определяющим фактором, а требуемые объемы производства чрезвычайно высоки. Таким образом, одним из главных направлений разработок в области водородной энергетики является создание высокоэффективных технологий производства водорода из органического сырья, как наиболее широко распространенного источника водорода, и прежде всего технологий с малым уровнем производительности.
Типовая схема установки конверсионного производства водорода из углеводородного сырья включает, помимо двух основных стадий, к которым относятся конверсия углеводородов с получением синтез-газа (смесь оксида углерода и водорода) и реакция «сдвига», в результате чего оксид углерода при взаимодействии с
водой преобразуется в углекислый газ и водород, еще две вспомогательные стадии - подготовку сырья и очистку получаемого водорода, а также утилизацию теплоты реакционных и дымовых газов [5].
На стадии подготовки сырья производится удаление серосодержащих соединений. Требования к качеству сырья обусловлены опасностью отравления серой катализаторов. Содержание серы в сырьевом потоке не должно превышать 0,5 мг/нм3. Стадия очистки получаемого водорода включает в себя отделение водорода от СО2, а также удаление остатков СО. В настоящее время для очистки водорода на всех вновь строящихся водородных установках применяется метод коротко-цикловой адсорбции (КЦА). Метод основан на адсорбции цеолитами всех примесных газов - СО, СО2, СН4, Н2О, кроме водорода, при давлениях 1-4 МПа. Процесс проводится при температурах 4-30°С и обеспечивает высокую чистоту водорода вплоть до 99,999%, требуемую для
Рис. 1. Типичная технологическая схема процесса производства водорода методом паровой конверсии
Рис. 2. Реактор автотермического риформинга
энергоустановок на основе твердо-полимерных топливных элементов, являющихся основой энергопривода «водородных» автомобилей. Регенерация адсорбента проводится десорбцией поглощенных газов путем сброса давления до 0,1-0,4 МПа и продувкой адсорбера газом, который не поглощается адсорбентом (частью потока чистого водорода). Продувочный газ адсорберов представляет собой низкокалорийное топливо и используется на месте, покрывая 70-90% потребности реактора конверсии в топливе.
На рис. 1 на примере процесса «Hydrogen», разработанного одной из крупнейших фирм «Linde» (Германия), специализирующейся на производстве водорода, показана типичная схема процесса паровой конверсии газообразных углеводородов [6].
Процесс реализует паровой ри-форминг (конверсию) углеводородного сырья в трубчатой печи. Все виды сырья (природный или попутный нефтяной газы, нафта) подаются в установку в газообразном состоянии, при необходимости дожимаются, очищаются от сернистых и других примесей путем их гидрогенизации до H2S и его удаления в присутствии ZnO. Очищенный поток сырья смешивается с подогретым паром, подогревается дымовыми газами и подается в трубчатую реакторную печь риформинга, трубки которой наполнены никелевым катализатором. Температура в
Рис. 3. Конвективный реактор риформинга
реакционной зоне составляет 800-900°С. В качестве топлива печи частично используются газы адсорбционной очистки Н2. Поток реакционной смеси и пламя горелок направлены в одну и ту же сторону сверху или снизу реакторной печи. Теплота дымовых газов используется для выработки пара и предварительного подогрева потока сырья.
Смесь Н2, СО, СО2 и следов СН4 после охлаждения поступает в реактор «сдвига» СО в СО2 при избытке пара с получением дополнительного количества Н2 и выделением теплоты. Далее смесь охлаждается потоком исходного сырья, питательной водой парогенератора и после отделения конденсата подается в систему КЦА, где Н2 отделяется от остатков СО2, СН4
и воды. Диапазон единичных мощностей, введенных в производство, - от 1000 до 100 000 нм3/ч.
Технологические схемы производства водорода из органического сырья характеризуются большим разнообразием, в основном, в части стадии получения синтез-газа за счет применения различных процессов конверсии, их комбинирования и аппаратурного оформления. Типичное значение расхода энергии на процесс составляет 3-3,5 Гкал/1000 нм3Н2.
Прямое снижение единичной производительности конверсионных аппаратов кожухотрубчатого типа до уровня малых производи-тельностей наталкивается на проблему роста поверхности аппаратов относительно реакционного объема, что приводит к увеличению удельных капитальных затрат, избыточным тепловым потерям и, соответственно, недопустимо высокой цене водорода.
На рис. 2, 3 показаны различные варианты конструктивного оформления конверсионных реакторов.
На рис. 2 показан реактор, в котором реализован комбинированный процесс, сочетающий процессы парциального некаталитического окисления и одностадийного парового риформинга внутри одного аппарата. Рекомендуемый диапазон производительности 4-40 тыс. нм3/ч.
Конденсат
Рис. 5. Схема процесса «ATR» фирмы «Hydrogen Burner Technology» (США)
Конвективный реактор риформин-га, показанный на рис. 3, представляет собой цилиндрическую печь с от-
ром 5-30 мм продувают снизу паро-кислородной смесью под давлением около 3 МПа. Сухой газ, получаемый из бурого угля в таком газогенераторе, обычно содержит (% по объему): Н2 - 39%, СО - 20%, СН4 и другие углеводороды - 11%, СО2 - 30%. Недостатками газогенератора Лурги являются вероятность спекания угля в слое, загрязнение газа продуктами полукоксования и невозможность использования мелких кусков топлива.
В газогенераторе Копперс-Тотце-ка (рис. 4б) газификации подвергают угольную пыль с размером частиц менее 100 мкм, которая перемещается в одном направлении с парокислород-
ной смесью (соотношение О2 и пара от 50:1 до 20:1). Угольную пыль смешивают с паром и О2 в горелке и при атмосферном давлении подают в реакционный объем. Большое содержание О2 в дутье обеспечивает высокую температуру процесса (1400-1600°С) и жидкое шлакоудаление. Сухой газ, получаемый из бурого угля в этом газогенераторе, содержит (% объемные): Н2 - 29%, СО - 56%, СН4 - < 0,1%, СО2 - 12%. Максимальная производительность газогенератора (25-50)^103 м3/ч. Достоинства: возможность газификации любых топлив, включая шламы и отходы обогащения угля, отсутствие в газе продуктов полукоксования. Недостатки: дополнительные затраты энергии на тонкий помол и сушку топлива, большой расход кислорода.
В газогенераторе Винклера (рис. 4в) кипящий слой мелкозернистого топлива с частицами размером 2-10 мм продувают парокислородной смесью при атмосферном давлении. Температуру в кипящем слое (900-950°С) выбирают так, чтобы зола удалялась в твердом виде. При этом крупные частицы золы выводятся через нижнюю часть аппарата, а мелкие - с газом. Сухой газ, получаемый, например, из бурого угля в этом газогенераторе, содержит
дельной камерой сгорания в нижней секции и вертикальными трубками со слоем катализатора. Благодаря внутренней рекуперации тепла реактор обладает более высокой эффективностью, что позволяет реализовать диапазон средней производительности 200-20000 нм3/ч. Уже построено более 20 малых и средних установок по данной технологии, в том числе для обеспечения водородом энергетических установок на топливных элементах.
Конструкции газогенераторов-реакторов, применяемых для реализации процесса газификации твердых органических топлив, также отличаются разнообразием. На рис. 4 приведены схемы основных типов газогенераторов, применяемых в процессах газификации [7].
В газогенераторе типа Лурги (рис. 4а) медленно опускающийся слой кусков твердого топлива разме-
Рис. 7. Схема многостадийного процесса автотермического риформинга
(% объемные): Н2 - 39%, СО - 35%, СН4 - 1,8%, СО2 - 22%. Недостатки газогенератора: необходимость сортировки топлива, использования циклонов и систем рециркуляции, так как большое количество непрореагировавше-го топлива уносится с газом.
В качестве твердого органического сырья для производства синтез-газа, кроме угля, используются также смесь торфа, сланцев, твердых бытовых отходов (ТБО) и нефтяных остатков (мазута, гудрона, тяжелых остатков от вторичных процессов нефтепереработки) и биомасса. В отличие от угля, биомасса газифицируется при более низкой температуре Т = 400-500°С. Состав генераторного газа из биомассы: 18-20% Н2, 18-20% СО, 2-3% СН4, 8-10% СО2, остальное - азот. Малое содержание серы облегчает очистку полученного из биомассы генераторного газа. Расход энергии составляет 3,2-3,5 Гкал/1000 нм3Н.
Мембрана
Рис. 9. Схема процесса парокислородной конверсии метана в мембранном реакторе
Рис. 8. Адсорбционно-каталитическая конверсия углеводородов
Описанные выше схемы и аппараты создавались, прежде всего, для крупнотоннажного производства водорода. Ниже приведены схемы процессов, разрабатываемых специально для создания установок малой производительности, в том числе для обеспечения энергетических установок на топливных элементах. Основным направлением этих разработок является снижение температуры процесса и упрощение технологической схемы.
На рис. 5 изображена схема процесса «ATR» фирмы «Hydrogen Burner Technology» (США) [6].
Цель данной разработки - создать предельно простую технологию автотермического риформинга для малых компактных водородных установок. Синтетический газ из реактора имеет состав: 50% Н2, 30% N2, 20% СО2 и очень незначительное количество СО. Водород с чистотой 99,999% получают на адсорберах КЦА. Процесс предполагается использовать для малых водородных установок, применяемых в процессах гидрогенизации пищевых жиров и масел, а также для водородных автозаправочных станций. На рис. 6 приведена фотография серийной компактной установки контейнерного типа фирмы «Hydrogen Burner Technology» на производительность 12 м3 Н2 в час.
На рис. 7 приведена схема процесса, разрабатываемого японскими фирмами «IAE» и «RITE» [6]. В данной схеме реализуется многостадийный процесс автотермического риформинга при относительно низких температурах, проводимый в одном реакторе с чередованием окисления и парового риформинга в каждой стадии. Процесс происходит в вертикальном ре-
акторе с двумя или тремя секциями катализаторов, расположенных друг над другом. Каждая секция состоит из двух слоев насадок. Первый верхний слой на базе марганцевой соли гек-саалюминиевой кислоты поддерживает каталитическую реакцию окисления метана. Второй нижний слой - катализатор на базе никеля, наносимого на окись алюминия А1203.
В первом слое катализатора часть метана с температурой 450-500°С окисляется и в результате экзотермической реакции нагревается до 900-1000°С, то есть до температур парового риформинга. Во втором слое катализатора происходит реакция парового риформинга, то есть следующая часть метана реагирует с Н2О с получением Н2 и СО. Поскольку эта реакция эндотермическая, то происходит снижение температуры реакционных газов до 450-500°С. При такой схеме наружную температуру стенки реактора можно поддерживать ниже 300°С и работать с меньшими температурами предварительного подогрева, за счет чего снижается общая стоимость оборудования. Процесс находится на стадии исследований
Рис. 10. Принципиальная технологическая схема получения водорода с применением мембранных реакторов
и разработок. Производительность лабораторной установки - 24 нм3/сут.
В институте катализа им. Г.К. Бо-реского СО РАН разрабатывается процесс паровой конверсии, стимулированный сорбцией (рис. 8) [8]. В процессе используется катализатор паровой конверсии, перемешанный с сорбентом (оксид кальция). В результате из реакционной зоны удаляется СО и СО2, и в составе газа на выходе остается преимущественно водород (90% H2, 10%CH4, 0,5% CO2 и <50 ppm CO). Поскольку из зоны реакции постоянно удаляется один из продуктов, равновесие сдвигается и процесс идет при значительно более низких температурах (400-500°С), что уменьшает тепловые потери и металлоемкость аппаратов. Создана демонстрационная установка. По оценкам разработчиков такая технология обеспечивает снижение капитальных затрат на 30% и позволяет производить переработку топлива с содержанием серы до 200 ppm.
Другим перспективным направлением разработок является концепция мембранных реакторов, основанная на применении в конструкции реакторов газопроницаемых мембран с селективной проводимостью по различным газам. Такие мембраны позволяют создавать системы, где реакционные процессы и процессы разделения компонентов совмещены в одном аппарате. Это позволяет существенно упрощать технологическую схему процесса, а также интенсифицировать процессы за счет селективного удаления продуктов из реакционной зоны [9]. Применительно к разработке конверсионных процессов производства водорода рассматриваются два типа мембран - с кислородной проводимостью и водородопроницаемые.
В качестве мембран с кислородной проводимостью применяются ионно-транспортные мембраны (ITM
- ion transport membrane; в литературе используется также термин ОТМ
- оxygen transport membrane). Если с одной стороны такой мембраны имеется поток воздуха, а с другой стороны мембраны с нанесенным катализатором пропускать поток метана в смеси с водяным паром, то в системе можно реализовать, например, про-
Топливный процессор
Фильтр отделения чистого водорода
Рис. 11. Конвертор (процессор) метанола разработки компании «НИК НЭП»
Основные технические характеристики конвертора
Производительность по водороду (обеспечивается электрическая мощность ЭУ не менее 6 кВт) 0,4 кг/ч
Чистота производимого водорода, не хуже 99,99% об.
Давление водорода 0,2 Мпа
Расход метаноло-водного топлива 5,0 кг/ч
Выбросы в окружающую среду (1\ЮХ, СД, СО) Ниже требований«Евро-4»
Масса незаправленного топливного процессора 70 кг
Количество заправляемого металоводного топлива (в последних модификациях) 50 л
цесс парокислородной конверсии метана (рис. 9) или процесс парциального окисления метана, совмещенный с процессом разделения воздуха. Такая организация процесса позволяет исключить из технологической схемы дорогостоящий процесс разделения воздуха, а в случае паровоздушной конверсии исключить выбросы NОx и необходимость выделения азота из продуктов реакции. Снижение капитальных затрат при этом оценивается в 30%.
В качестве мембран, обладающих селективной проницаемостью по водороду (НТМ), возможно применение трех типов мембран, различающихся механизмом проницаемости. В настоящее время наиболее эффективные водородопроницаемые мембраны изготавливаются из сплавов палладия с серебром, медью, церием, иттрием в виде пленок толщиной до 60 мкм.
В отличие от чистого палладия такие сплавы не подвержены водородному растрескиванию и нечувствительны к циклическим изменениям температуры. Другими типами мембран, обладающих селективной проницаемостью по водороду, являются микропористые мембраны с молекулярным механизмом проницаемости, а также мембраны с протонной проводимостью по ионно-транспортному механизму.
Мембранный реактор на основе водородопроницаемых мембран позволяет реализовать процесс паровой конверсии метана с получением водорода высокой чистоты в одном аппарате. В этом случае в реакционную зону, заполненную катализатором паровой конверсии, подаются под давлением пар и метан. Образующийся в процессе паровой конверсии метана водород при наличии разницы
Рис. 12. Модульная установка производства водорода из метанола
парциальных давлений на водоро-допроницаемой мембране непрерывно удаляется из реакционной зоны. Непрерывное удаление водорода сдвигает равновесие процесса, что позволяет получать высокую степень конверсии при более низких температурах.
Принципиальная технологическая схема получения водорода с последовательным применением мембранных реакторов по типу ОТМ и НТМ приведена на рис. 10.
В первом реакторе с ОТМ-мемб-раной реализуется процесс парокис-лородной конверсии, совмещенный с процессом выделения кислорода из воздуха. Второй мембранный реактор с водородопроницаемой мембраной заменяет реактор конверсии СО в СО2
и установку очистки Н2. Непрерывное удаление водорода из зоны реакции через мембрану способствует смещению реакции конверсии СО в сторону увеличения выхода Н2.
Еще одним перспективным направлением работ является разработка конверторов метанола, в том числе для получения водорода на борту автомобиля. Метанол (этанол) является жидкостью, что упрощает проблему его хранения на борту автомобиля. Очистка водорода от исходных непро-реагировавших веществ достаточно проста, а более низкие температуры конверсии сокращают время выхода конвертора на рабочий режим и делают его более удобным при эксплуатации (не нужна мощная тепловая защита и теплоотвод). На рис. 11 представлен топливный процессор (конвертор) метанола, предназначенный для получения чистого водорода из метаноло-водного топлива, разработанный компанией «НИК НЭП» [10]. Процессор является составной частью водородно-воздушных энергоустановок с топливными элементами для стационарного и транспортного применения.
Фирма «НаИог Тор$ое» (Дания) разработала технологию получения водорода путем пиролиза метанола. Метанол и технологическая вода
смешиваются, смесь испаряется и перегревается, затем поступает в реактор разложения метанола, где образуются Н2, СО и СО2. Реакция эндотермическая, поэтому реактор подогревается паром или горячим маслом, циркулирующим через печь. Реакционная смесь после реактора охлаждается, отделяется от конденсата и поступает в установку КЦА. Продувочные газы КЦА сжигаются в печи. Рекомендуется для производ-
Рис. 14. Секционный микрореактор
прямоугольной формы для паровой конверсии метанола с встроенным электронагревом
ства водорода на установках малой производительности 100-1000 нм3/ч. На рис. 12 показана действующая установка производительностью 600 м3 водорода в час. Установка выполнена в виде модулей, которые могут перевозиться в стандартных контейнерах [11].
Исследования в области создания компактных установок для конверсии топлива малой производительности (топливных процессоров) стимулировали интерес к разработкам, выходящим за рамки традиционных химических технологий и позволяющим, прежде всего, существенно повысить удельную производительность реактора.
Большой интерес, в частности, представляют работы по созданию топливных процессоров на основе плазменных технологий. Существенную роль в развитии этих разработок сыграла недавно установленная возможность проведения реакций окисления углеводородов по плаз-мокаталитическому механизму, где активные частицы плазмы как бы выполняют функции катализатора (многократно участвуя в процессе),
Параметры
Потребление природного газа (метана) 0,6 м3/ч
Производительность по синтез-газу, в том числе по водороду по окиси углерода 1,5 м3/ч 1 (33%) м3/ч 0,5 (16%) м3/ч
Удельная производительность по синтез-газу на единицу реакционного объема 45 м3/(ч^л)
Температура синтез-газа на выходе из риформера (800-900) °С
Конверсия метана при ТСГ=850°С 95%
Время выхода на номинальный режим мощности 30 мин
Электрическая мощность, потребляемая на нагнетание воздуха в топливный процессор 120 Вт
Масса топливного процессора с блоком нагнетания воздуха 35 кг
Габаритные размеры топливного процессора 0,6 х 0,6 х 0,9 м
Рис. 15. Технические характеристики и конструкция топливного процессора парциального окисления метана микроканального типа
инициируя процесс конверсии в газовой фазе [12]. Основными качественными достоинствами плазменного метода конверсии углеводородов, помимо высокой удельной производительности, являются - независимость
работы конвертора от вида углеводорода (от метана до мазута, включая кислородсодержащуюю органику и различные виды биотоплив), компактность и экономичность, безынерци-онность, оперативная возможность
Рис. 16. Стоимость водорода для централизованного и локального производств
неограниченного количества циклов «пуск-останов». На рис. 13 показан разработанный компанией «НИК НЭП» совместно с РНЦ «Курчатовский институт» плазменный конвертор с производительностью 7 м3 синтез-газа в час [10]. Недостатком плазмохими-ческих технологий является дополнительный расход электроэнергии (0,100,15 кВт^ч/м3 Н2), однако, эти затраты не превышают 5% от энергоемкости получаемого водорода
Другим перспективным направлением исследований являются разработки микроканальных каталитических реакторов, активно использующие достижения микроэлектроники.
13 . Уникальные свойства микроканальных реакторов (малые размеры каналов, малое время контакта реакционной смеси с катализатором и высокие скорости тепломассопереноса) позволяют изготовлять компактные микроканальные реакторы, микросмесители и микротеплообменники. К основным достоинствам этих реакторов относятся:
■ высокое отношение геометрической поверхности к объему (1000050000 м2/м3), что многократно превосходит значение этого параметра (1001000 м2/м3) для традиционных реакторов (конверторов, реакторов сдвига);
■ отсутствие заметных градиентов концентраций реагентов по сечению канала;
■ высокая скорость тепломас-сопереноса, что позволяет обеспечивать изотермичность процесса во всем реакторе.
Объединение микрореактора с топливным элементом позволяет создать компактные электрогенериру-ющие устройства, превышающие по своей удельной энергопроизводительности многие известные источники электроэнергии. На рис. 14 показан микроканальный реактор для процесса паровой конверсии метанола, разработанный в ИК СО РАН им. Г.К. Бореского 13 . На рис. 15 приведены технические характеристики и конструкция топливного процессора парциального окисления метана на основе микроканальных структур разработки компании «НИК НЭП» 10 .
В заключение приведем результаты анализа водородной экономики,
выполненного Департаментом энергетики США [14]. На рис. 16 представлена сравнительная стоимость производства водорода с использованием различных технологий для крупномасштабного (централизованного) и локального (распределенного) производств [15]. Целевые ориентиры стоимости водорода согласно Национальной программе (дорожной карте) по водородной энергетике США (National Hydrogen Energy Roadmap) определены как 2-3 долл. США/кг Н2 (1 кг водорода по энергосодержанию эквивалентен одному галлону бензина). Отметим, что минимальная стоимость достигается для централизованного крупномасштабного производства водорода при использовании газификации угля, причем это лидерство сохранится, по-видимому, и в будущем. Распределенное производство водорода, несмотря на более высокую стоимость, позволяет обеспечивать потребителей с использованием существующей инфраструктуры энергоснабжения. К таким потребителям относятся автотранспорт на водороде, когенерационные энергоустановки на базе топливных элементов для нужд ЖКХ, системы аварийного энергообеспечения и т. д.
Литература
1. Кротов М.Ф., Коробцев СВ., Фатеев В.Н., Самсонов Р.О., Козлов С.И. Производство водорода из органического сырья. - «Транспорт на альтернативном топливе», №3(9), 2009. - С. 73-79.
2. Korobtsev S.V., Rusanov V.D., Kornilov G.S., Fateev V.N. Russian concept of ecologically clean city transport, Proceedings of International Symposium "HYPOTHESIS III", St.Petersburg, July 5-8, 1999.
3. Коробцев С.В., Фатеев В.Н. «Водород - альтернативное топливо для автомобильных энергоустановок: получение и применение». Тезисы докладов II Международной конференции «Альтернативные источники энергии для больших городов». - Москва, 2006. - М.: Изд-во Прима-Пресс-М. - С. 21-22.
4. Григорьев С.А., Порембский В.И., Фатеев В.Н., Самсонов Р.О., Козлов С.И. Получение водорода электролизом воды: современное состояние, проблемы и перспективы. - «Транспорт на альтернативном топливе», № 3 (3), 2008. - С. 62-69.
5. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Справочн. изд; под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубровина. - М.: Химия, 1989.
6. «Производство и использование водорода. Технико-инвестиционные показатели установок и перспективные направления развития на мировом рынке», отчет-справочник, ООО «Прима-химмаш», С.-Петербург, 2006.
7. Шиллинг Г.-Д., Бонн Б., Краус У. Газификация угля. - Пер. с нем. и ред. С.Р. Исламова - М: Недра, 1986 - С. 175.
8. Лысиков А.И., Окунев А.Г., Трухан С.Н. Одностадийный адсорбционно-каталитический способ получения водорода с низким содержанием СО из углеводородного сырья. II Международный симпозиум по водородной энергетике в МЭИ, сентябрь 2007 г.
9. Joan M. Ogden, REVIEW OF SMALL STATIONARY REFORMERS FOR HYDROGEN PRODUCTION, REPORT TO THE INTERNATIONAL ENERGY AGENCY, March 9, 2001.
10. http://www.nic-nep.ru/.
11. http://www.topsoe.com/site.nsf/all/BBNN-5PNH3X?OpenDocument.
12. Русанов В.Д., Бабарицкий А.И., Баранов Е.И., Демкин С.А., Животов В.К., Потапкин Б.В., Рязанцев Е.И., Этиван К. Эффект плазменного катализа на примере диссоциации метана на водород и углерод. Доклады Академии Наук, 1997, т. 354, № 2. С. 1-3.
13. Макаршин Л.И., Пармон В.Н. Микроканальные каталитические системы для водородной энергетики. Российский химический журнал, 2006, т. 1, № 6. - С. 19-25.
14. http://www.doe.gov.
15. The Hydrogen Economy: Opportunities, Costs, Barries, and R&D Needs.- 2004, THE NATIONAL ACADEMIES PRESS, Washington, D.C., 240 р. www.nap.edu.
ВСЕ О НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗАХ И ПРОДУКТАХ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА — В ОДНОМ ЖУРНАЛЕ!
НПВНВ «н í
Bg. НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИИ И ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ ЖУРНАЛ
* "ТЕХНИЧЕСКИЕ ГАЗЫ"
_ ИЗДАТЕЛЬ - УКРАИНСКАЯ АССОЦИАЦИЯ
I ПРОИЗВОДИТЕЛЕЙ ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ "УА-СИГМА"
ЖУРНАЛ ЗАРЕГИСТРИРОВАН В ГОСКОМИТЕТЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОЛИТИКИ, ТЕЛЕ- И РАДИОВЕЩАНИЯ УКРАИНЫ — СВИДЕТЕЛЬСТВО КВ Na 4943 ОТ 15.03,2001 Г. С 2005 Г — ОФИЦИАЛЬНОЕ ИЗДАНИЕ ВАК УКРАИНЫ. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ИЗДАНИЯ — 6 ВЫПУСКОВ В ГОД. ОБЪЁМ КАЖДОГО ВЫПУСКА — 72 СТР. ПУБЛИКУЕМЫЕ СТАТЬИ РЕФЕРИРУЮТСЯ В РАЗЛИЧНЫХ ЖУРНАЛАХ И БАЗАХ ДАННЫХ ВИНИТИ РАН (Г. МОСКВА)
ЖУРНАЛ ПРЕДНАЗНАЧЕН ДЛЯ ИНЖЕНЕРОВ, ЗАНИМАЮЩИХСЯ СОЗДАНИЕМ. ИЗГОТОВЛЕНИЕМ И ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ ХОЛОДИЛЬНЫХ И КРИОГЕННЫХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ ГАЗОВ (ГЕЛИЯ, ВОДОРОДА, ОКСИДА И ДИОКСИДА УГЛЕРОДА, СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА И ДР.), ПРОДУКТОВ РАЗДЕЛЕНИЯ ВОЗДУХА. А ТАКЖЕ НАУЧНЫХ РАБОТНИКОВ И СТУДЕНТОВ
РУБРИКИ ЖУРНАЛА
- проблемы криогенного. кислородного.
"¿'■^■"та:* п ~ компрессорного и углекислотного
-'-_ машиностроения
~Г" £ -процессы, циклы, схемы и оборудование
!■ 'у 1 ! холодильных и криогенных систем
лн - установки и оборудование для производства
т ^ чр1 " продуктов разделения воздуха, компримированного
____^^^ и сжиженного природного газа: диоксида
: углерода идр.техническихгазов
-технические газы в современных технологиях
- ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГАЗОВ И ИХ СМЕСЕЙ. ТЕРМОДИНАЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ПОРЦЕССОВ
в НИЗКО ТЕМПЕРА ТУРНЫХ СИСТЕМАХ
- экономика предприятий. энергосБЕРЕжение, безопасность
- ПРАКТИКА, новые РАЗРАБОТКИ
'Í
ШДДШЭМЕШ1МЖ Sí
ГМ »1
Приглашаем к сотрудничеству производственников, учёных, аспирантов и докторантов
Аля оформления подписки и размещения рекламы нужно связаться с редакцией журнала по телефону или e-mail.
Адрес редакции: а/я 271, г. Одесса-26, Украина, 65026 Тел./факс: +380 (48) 777-00-87; e-mail: uasigma@paco.net; http://www.uasigma.odessa.ua
