Новые катализаторы и сорбенты для термохимического преобразования энергии

• Автор: Гордеева, Лариса Геннадьевна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 161 с.

Оглавление
Введение
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Термохимический и термокаталитический способы преобразования энергии
1.2. Реакции, перспективные для аккумулирования энергии
1.2.1. Основные критерии перспективности
1.2.2. Реакции для аккумулирования низкопотенциального тепла
1.2.3. Реакции для аккумулирования среднепотенциального тепла
1.2.4. Реакции для аккумулирования высокопотенциального тепла
1.3. Процессы и устройства для аккумулирования энергии
1.3.1. Аккумулирование высокопотенциального тепла
1.3.1.1. Ядерная энергия как источник высокопотенциального тепла
1.3.1.2. Эффективность и энергонапряженность преобразования
энергии
1.3.1.3. Процесс "Адам — Ева"
1.3.1.4. "ИКАР" — процесс
1.3.1.5. Кислородные соединения урана
1.3.2. Аккумулирование низкопотенциального тепла
1.3.2.1. Тепловые насосы и системы кондиционирования воздуха
1.3.2.2. Получение воды из атмосферной влаги
1.3.2.3. Селективные сорбенты воды
Заключение
Глава 2. Экспериментальная часть
2.1. Реактивы
2.2. Синтез катализаторов и сорбентов
2.2.1. Синтез оксидов урана
2.2.2. Синтез катализаторов на основе оксидов урана
2.2.3. Синтез оксидных пленок на поверхности оксида урана
2.2.4. Синтез селективных сорбентов воды
2.3. Методики проведения экспериментов

2.3.1. Испытания каталитической активности синтезированных катализаторов
2.3.2. Проведение паровой конверсии метана в условиях прямого радиационного разогрева катализатора
2.3.3. Проверка целостности керамических покрытий на поверхности катализаторов
2.3.4. Измерение изобар сорбции паров воды СВС
2.3.5. Лабораторная установка для получения воды из атмосферы
Глава 3. Катализаторы паровой конверсии метана для ИКАР — процесса
3.1. Исследование пористых оксидов урана и катализаторов на их основе
3.2. Каталитическая активность синтезированных катализаторов
3.3. Керамические защитные пленки: синтез и исследование
Глава 4. Селективные сорбенты воды для преобразования низкопотенциального тепла
4.1. Сорбционные свойства синтезированных сорбентов: влияние природы соли и матрицы
4.1.1. Система "бромид лития — крупнопористый силикагель"
4.1.2. Система "хлорид лития — крупнопористый силикагель"
4.1.3. Система "хлорид магния — крупнопористый силикагель"
4.1.4. Система "бромид лития —расширенный графит"
4.1.5. Система "бромид лития — Сибунит”
4.1.6. Система "бромид лития — оксид алюминия”
4.1.7. Система "хлорид кальция — кремниевый аэрогель (ксерогелъ)"
4.2. Анализ практических приложений
4.2.1. Аккумулирование тепла
4.2.2. Тепловые насосы и устройства для кондиционирования воздуха
4.2.3. Получение воды из атмосферы
Выводы
Литература

ВВЕДЕНИЕ
В связи с принципиальной ограниченностью запасов и растущим дефицитом ископаемых органических топлив поиски альтернативных источников энергии, а также использование тепловых отходов промышленности приобрели особенную актуальность [1]. На данном этапе одним из перспективных вариантов решения энергетической проблемы является использование ядерной и солнечной энергии, запасы которых практически неисчерпаемы [2—5].
Характерной чертой возобновляемых источников энергии является то, что они бывают доступны в ограниченный период времени. Так, например, период наибольшей интенсивности солнечного света приходится на дневное время суток и летнее время года. В связи с этим возникает необходимость аккумулировать тепло, хранить его длительное время с целью регенерации и использования в холодное время суток или года. Поэтому одной из центральных проблем, связанных с использованием нетрадиционных источников тепла, является разработка эффективных методов преобразования энергии первичного энергоисточника в удобную для потребителя форму и аккумулирования ее в течение длительного времени.
Традиционные способы аккумулирования термической энергии связаны 1) с процессами нагрева жидкостей или твердых тел с большой теплоемкостью, например, воды, камня и т.д., либо 2) с процессами фазового перехода "твердое тело — жидкость" или "твердое тело — твердое тело" [5]. К сожалению, оба метода обладают невысокой эффективностью, при этом хранение и транспортировка тепла, запасенного в виде теплоемкости или тепла фазовых переходов, может быть связано с существенными тепловыми потерями.
Термохимический метод преобразования энергии в последнее время вызывает возрастающий интерес в качестве альтернативного метода, позволяющего преобразовывать энергию источников как высоко-, так и низкопотенциального тепла в энергию химических связей, хранить ее в таком виде длительное время, транспортировать на большие расстояния и

исследования каталитического окисления угля кислородом [73] показали, что добавление 9.0% урана в катализатор, содержащем 5.5% никеля на оксиде алюминия, приводит к снижению энергии активации с 27.5 до
12.1 ккал/моль и, следовательно, к значительному увеличению скорости газификации угля. В работе [73] показано, что различные оксиды урана проявляют каталитическую активность в реакции окисления графита, которая изменяется следующим образом: и3Оз < 1Ю2 < иОз = иОф Преложен следующий окислительно-восстановительный цикл для этой реакции:
ио3 + с = ио2 +СО и02 + 1/202 = и03.
Таким образом, приведенные примеры показывают, что различные кислородные соединения урана проявляют каталитическую активность в ряде окислительно-восстановительных реакций. Механизм каталитического действия часто включает в себя стадии, в которых атомы урана обратимо меняют степени окисления, поэтому мультивалентность урана, его способность действовать в качестве окисляющего агента и образовывать соединения с различными координационными числами играют определяющую роль в использовании соединений урана в качестве катализаторов.
1.3.2. Аккумулирование низкопотенциального тепла.
1.3.2.1. Тепловые насосы и системы кондиционирования воздуха.
Для многих промышленных процессов, а также для бытовых целей, например, обогрева или охлаждения воздуха в помещениях, достаточны источники низкопотенциального тепла с температурой около 100°С и ниже. В то же время, в результате многих промышленных процессов, таких как, очистка нефти, нефтехимическая промышленность, образуются отходы, имеющие температуру 100 — 150°С, которые можно использовать в качестве источника тепла. Отходы текстильной промышленности можно использовать в качестве источников тепла с температурой 40 — 80°С, а