Оптимизационные исследования энерготехнологических установок производства водорода и электроэнергии с удалением CO2

• Автор: Медников, Александр Станиславович
• Шифр специальности: 05.14.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ, ПЕРСПЕКТИВЫ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА, ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

1.1. Анализ существующего положения угольной энергетики и

' і ! < ! '

ПЕРСПЕКІ ИВ ЕЕ РАЗВИТИЯ

1.2. Физико-химические свойства водорода

1.3. Объем и структура потребления водорода

1.4. Хранение водорода

1.5. Характеристика рынка водорода

2. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОПТИМИЗАЦИОННЫХ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ЭТУ КРУПНОМАСШТАБНОГО ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ПРОИЗВОДСТВА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С УДАЛЕНИЕМ С02
2.1. Методический подход к решению задачи оптимизационных
технико-экономических исследований ЭТУ ПРОИЗВОДСТВА водорода и электроэнергии с удалениемС02
2.2. Вопросы пос троения эффективных математических моделей
ЭЛЕМЕНТОВ И УСТАНОВОК В ЦЕЛОМ ЭТУ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ С02
2.3 Методика расчета экономических показателей ЭТУ
ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА 11 ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ С02
3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ УСТАНОВОК ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ С ИЗВЛЕЧЕНИЕМ С02
3.1. Технологическая схема энерготехнологической установки
ПРО! 13В0ДСТВА ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
3.1.1. Технологическая схема блока газификации (конверсии)
3.1.2. Технологическая схема энергетического блока
3.1.3. Технологическая схема блока получения водорода
3.1.4. Технологическая схема блока выделения С
3.2. Моделирование основных процессов и элементов ЭТУ
3.2.1. Математическая модель блока получения водорода
3.2.2. Математические модели конвертора природного газа и метанатора (конвертора СО)

3.2.3. Математическое моделирование систем удаления С02 в составе ЭТУ
3.2.3.1. Математическая модель системы удаления С02 из продуктов сгорания
3.3. Математическое моделирование установки в целом
3.3.1. Программно-вычислительный комплекс для гехнико-экономических исследований ЭТУ
4. ОПТИМИЗАЦИОННЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ
ИССЛЕДОВАНИЯ ЭТУ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
4.1. Исходная информация для технико-экономических ИССЛЕДОВАНИЙ ЭТУ
4.2. Результаты исследований ЭТУ производства водорода и электроэнергии
4.3. Определение условий конкурентоспособности синтетических жидких и газообразных топлив с естественными углеводородными ТОПЛИВАМИ
5. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭТУ ПРОИЗВОСТВА ВОДОРОДА И ЭТУ СИНТЕЗА СЖТ С УЧЕТОМ УДАЛЕНИЯ С02
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Введение
Актуальность работы. Ресурсы ископаемого топлива, которые ныне удовлетворяют до 85% мировой потребности в энергоресурсах, не возобновляются, богатые и доступные месторождения быстро исчерпываются. К тому же растущие выбросы парниковых газов в атмосферу оказывают необратимое воздействие на климат планеты. Главное направление глобальной энергетической стратегии на долгосрочную перспективу вырисовывается довольно отчетливо: все более широкая замена ископаемого топлива альтернативными, возобновляемыми, экологически безопасными источниками энергии, к которым принадлежит и водородная энергия, отходом использования которой является обыкновенная вода. К этому будет подталкивать и реализация Киотского протокола.
Среди альтернативных экологически чистых топлив водород благодаря своим уникальным свойствам является универсальным энергоносителем (чистота продуктов сгорания, высокая массовая энергоемкость, возможность получения из различных сырьевых ресурсов и др.). Водород перспективен для использования в двигателях внутреннего сгорания, для выработки электроэнергии в топливных элементах, для производства синтетических жидких топлив и др. В связи с этим возникает задача поиска и исследования технологий крупномасштабного получения водорода, характеризующихся высокими энергетическими, экологическими и экономическими показателями.
Из существующих в настоящее время технологий производства водорода экономически наиболее эффективными являются технологии получения водорода на основе органических топлив (например, по сравнению с электролизом воды, термохимическим разложением воды и др.). Следует отметить, что в восточных регионах России находятся крупнейшие месторождения угля, которые по энергетическому эквиваленту существенно превосходят месторождения жидких и газообразных углеводородов. Причем,
плотности до 30 кг/м3. Композитные баллоны на давление 35 МПа в настоящее время выпускаются промышленностью, серийный выпуск баллонов на 69 МПа планируется в ближайшее время. Ведущими производителями таких баллонов являются фирмы «Dynetec» (Канада -Германия), «Quantum» (США), ВОС (Великобритания) и ряд других [53 -56].
Основным преимуществом газобаллонного хранения водорода являются простота работы потребителя и отсутствие энергозатрат на выдачу газа.
Низкая объемная плотность и проблемы безопасности (взрывоопасный газ под высоким давлением) являются существенными недостатками хранения водорода в газообразном состоянии. Кроме этого, компримирование водорода до высоких давлений само по себе является довольно сложной инженерной проблемой, связанной с возможными утечками газа через подвижные уплотнения, а также с водородной коррозией нагруженных конструкционных материалов.
Системы хранения жидкого водорода представляют значительный интерес в силу высокой объемной плотности и большого содержания хранимого водорода. Жидкий водород хранится в специальных резервуарах с двойными стенками (сосуды Дьюара).
Водород в виде криогенной жидкости существует в узком интервале температур, от точки кипения -252,77 °С до точки замерзания -259,19 °С [49]. Из-за низкой критической температуры (-240 °С) жидкий водород можно хранить либо в открытых системах, либо в специальных закрытых резервуарах, в которых предусмотрен сброс газа при росте давления более 0,2-0,3 МПа; в противном случае давление может возрасти (при комнатной температуре) до МО'1 бар [51]. Поэтому закрытые резервуары никогда не заполняют полностью, оставляя не менее 5 % объема газовой «подушки».
Хранение жидкого водорода связано с неизбежными и довольно значительными потерями из-за его испарения: до -0,4 % в день для резер-