Реактор гидротермального окисления алюминия непрерывного действия и энергетическая установка на его основе

• Автор: Власкин, Михаил Сергеевич
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Список аббревиатур
Список обозначений
Глава 1. Обзор литературы
1.1. Проблема аккумулирования энергии
1.1.1. Системы аккумулирования электрической энергии
1.1.2. Неорганические энергоаккумулирующие вещества
1.1.2.1. Водород
1.1.2.2. Алюминий
1.2. Способы преобразования химической энергии алюминия в электрическую энергию
1.2.1. Электрохимическое окисление алюминия
1.2.2. Химическое окисление алюминия в воде
1.2.2.1. Химическое окисление алюминия в водных растворах щелочей
1.2.2.2. Механохимическая активация алюминия
1.2.2.3. Механическая активация алюминия
1.3. Гидротермальное окисление алюминия
1.4. Выводы
Глава 2. Кинетика гидротермального окисления алюминия и свойства твердых продуктов реакции
2.1. Методика эксперимента
2.2. Методика обработки экспериментальных данных
2.2.1. Расчет скорости окисления и степени превращения
2.2.2. Определение энергии активации
2.3. Методы исследования порошков алюминия и продуктов их окисления
2.3.1. Гранулометрический анализ
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия
2.3.3. Рентгенофазовый анализ
2.3.4. Адсорбционный анализ
2.3.5. Анализ пористой структуры
2.3.6. Масс-спектрометрия

2.4. Результаты и их обсуждение
2.4.1. Физико-химические свойства исходных порошков алюминия
2.4.2. Кинетика окисления порошков алюминия
2.4.3. Физико-химические свойства продуктов окисления
2.4.3.1. Морфология поверхности
2.4.3.2. Фазовый состав и область когерентного рассеяния
2.4.3.3. Удельная поверхность
2.4.3.4. Пористость
2.4.3.5. Химический состав
2.5. Выводы
Глава 3. Непрерывный режим работы реактора гидротермального окисления алюминия
3.1. Методика расчета параметров реактора непрерывного действия
3.1.1. Модель реактора непрерывного действия
3.1.2. Необходимые условия идеального непрерывного режима работы реактора
3.1.3. Расчет термодинамических параметров реактора
3.1.4. Расчет необходимого объема реактора
3.2. Методика эксперимента
3.3. Результаты расчетов
3.3.1. Термодинамические параметры реактора
3.3.2. Необходимый объем реактора
3.4. Результаты экспериментов
3.5. Выводы
Глава 4. Экспериментальная когенерационная энергетическая установка КЭУ
4.1. Состав экспериментальной установки
4.1.1. Реакторный блок
4.1.2. Электрохимический генератор
4.1.3. Система преобразования и распределения электрической энергии
4.2. Методика испытаний
4.3. Результаты испытания
4.4. Стоимость вырабатываемой электрической энергии
4.5. Выводы

Глава 5. Схемы перспективных энергетических установок на основе реакторов гидротермального окисления алюминия. Эффективность использования алюминия в качестве энергоносителя
5.1. Выбор принципиальных способов утилизации пароводородной смеси
5.2. Расчет пароводородной расширительной машины
5.2.1. Обратимое адиабатное расширение пароводородной смеси
5.2.2. Необратимое адиабатное расширение пароводородной смеси
5.3. Расчет схем утилизации пароводородной смеси
5.3.1. Исходные данные
5.3.2. Схема на основе топливных элементов
5.3.3. Схемы на основе традиционных теплосиловых установок
5.3.3.1. Простая схема без регенерации тепла
5.3.3.2. Схемы с регенерацией тепла
5.3.3.3. Бинарные схемы
5.3.4. Схема без сжигания водорода
5.4. Эффективность использования алюминия в качестве энергоносителя
5.4.1. Анализ процесса производства алюминия
5.4.1.1. Геология алюминия
5.4.1.2. Производство глинозема
5.4.1.3. Электролитическое производство алюминия
5.4.1.4. Материальный и энергетический балансы производства алюминия
5.4.1.5. Переработка алюминия
5.4.2. Эффективность аккумулирования энергии с помощью алюминия
5.4.3. Масштабы использования алюминия в энергетике
5.4.4. Экономические аспекты и области применения алюминия в энергетике
5.5. Выводы
Заключение
Литература

результаты серии экспериментов с порошком АСД-4, на рис. 2.6в представлены результаты серии экспериментов с порошком АСД-1. Первоначальные падения давления на каждой кривой объясняются охлаждением влажного насыщенного пара во время ввода в реактор холодной суспензии. Сразу после окончания ввода суспензии (спустя 20 сек) давление в реакторе росло. При этом если для порошка АСД-1 был характерен острый пик кривой давления на 20-й секунде, то для порошков АСД-4 и АСД-6 суммарное давление реактора начинало расти раньше окончания впрыска. Данное обстоятельство свидетельствовало о том, что характерное время индукционного периода реакции ГТОА составляло всего несколько секунд. С увеличением начального давления, а соответственно и температуры реактора, начало роста суммарного давления во время впрыска наступало быстрее.
Некоторые кривые давления на рис. 2.6 проходят через максимумы. С увеличением начального давления максимум наступает раньше. Однако падение давления, следующее за максимальной точкой, абсолютно не связано с негерметичностыо реактора. Как было сказано ранее, увеличение давления в реакторе обусловлено не только образованием водорода, но и теплом, выделяющимся в ходе реакции. Последнее приводило к увеличению, как температуры влажного насыщенного водяного пара, так и его давления. При высоких температурах (давлениях) химическая реакция протекала настолько интенсивно, что ее тепловая мощность в первые секунды не успевала передаться стенкам реактора и расходовалась преимущественно на нагрев реакционной среды, что и проводило к резкому увеличению давления. Далее, постепенно, в процессе неизбежного теплообмена между стенками реактора и продуктами реакции температура и соответственно давление водяного пара уменьшались. При относительно невысоких температурах (давлениях) реакция протекала более медленно, в результате чего процесс теплообмена между реакционной средой и стенками реактора не «отставал» от процесса тепловыделения в ходе реакции, что, в конечном счете, приводило к плавному выходу давления реактора на стационар.
Начальные условия экспериментов, а также рассчитанные на основе экспериментальных данных характерное время реакции и конечная степень превращения алюминия представлены в табл. 2.2. Значения начальных температур реактора получены усреднением показаний датчиков Ткі...ТК4 в конце периода нагрева реактора. Так как ТК1...ТК4 расположены на внешней поверхности реактора между его стенкой и обмоткой омического нагревателя, то к концу нагрева реактора эти датчики показывали температуру, превышающую на несколько градусов значение температуры Тф0рмул