Разработка перспективной модели энерго- и экологически эффективного производства водорода на базе природного газа и комбинирования процессов в черной металлургии

• Автор: Петин, Сергей Николаевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 157 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА.
1.1. Оценка энергетической и экологической эффективности производства водорода, производимого электролизом воды

1.1.1. Анализ действующего производства водорода электролизом воды.

1.1.2. Анализ термодинамически идеальной модели производства водорода электролизом воды
1.2. Оценка энергетической и экологической эффективности производства водорода на основе пароводяной конверсии природного газа ПВК.

1.2.1. Анализ действующею производства ПВК.

1.2.2. Анализ термодинамически идеальной модели производства водорода ПВК

1.3. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. ПРОДУКТЫ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ И ЭФФЕКТИВНОЕ СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА
2.1. Продукты термического разложения природного газа экстремальный источник энергии.
2.2. Рассмотрение вопросов термодинамики и кинетики процесса термического разложения природного газа.
2.3. Анализ энергетической эффективности способов термического разложения природного газа
2.3.1. Плазмотроны для термического разложения природного газа.
2.3.2. Регенераторы с насадкой периодического действия для термического
разложения природного газа.
2.3.3 Анализ энергетической и экологической эффективности действующих способов производства водорода на базе термического разложения природного газа
2.3.4. Анализ действующих способов разделения продуктов термического разложения природного газа
2.4. Способ термического разложения природного газа в жидкометаллическом теплоносителе.
2.5. Выводы по главе
ГЛАВА 3. ФОРМИРОВАНИЕ КОНЦЕ ГГУАЛЬНОЙ ТЕПЛОТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ОСНОВЫ ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА НА Б АЗЕ ТЕРМИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ ПРИГОДНОГО ГАЗА.
3.1. Разработка термодинамически идеальной модели производства водорода на базе термического разложения природного аза
3.1.1. Разрабо тка тепловой схемы и построение температурного графика производства водорода.
3.1.2. Энергоемкость технологии производства водорода методом термического разложения природного газа
3.1.3. Совокупный выход диоксида углерода в технологии производства водорода
методом термического разложения природного газа.
3.2. Разработка термодинамически идеальной модели производства водорода методом термического разложения природного газа с применением ЭХА.
3.2.1. Разработка математической модели энергохимической аккумуляции
3.2.2. Разработка тепловой схемы и построение температурного графика модели производства водорода методом термического разложения природного газа с применением ЭХА.
3.2.3. Энергоемкость технологии производства водорода методом термического разложения природного газа с применением ЭХА
3.2.4. Оценка совоку нот общего выхода диоксида углерода в технологии производства водорода методом термического разложения природного газа с применением ЭХА.
3.2.5. Оценка энергоемкости и совокупного общего выхода диоксида углерода в практической модели технологии производства водорода методом термическог о разложения природного газа с применением ЭХА
3.3. Разработка конструктивных схем реакторов для термического разложения природного газа в жидких расплавах
3.3.1. Выбор жидкометаллических теплоносителей для получения СВС в расплаве
3.3.2. Разработка принципиальных схем реакторов для термического разложения природного газа в расплаве в режиме высокофорсированной продувки.
3.4. Выводы по главе 3.
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА ПЕРСПЕКТИВНОЙ МОДЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА В УСЛОВИЯХ РЕДГ1РИЯТИЯ ЧЕРНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ .
4.1. Формирование концептуальной модели ТТК крупномасштабного производства
водорода на базе комплексного использования природного газа и
комбинированного производства в черной металлургии.
4.2. Элементы схемы комбинированною производства в условиях предприятия черной металлургии
4.2.1. Производство чугуна и водорода.
4.2.2. Производство кислородноконвертерной стали.
4.2.3. Плавка лома и переработка металлургических шлаков на полупродукт для получения цементного клинкера ППЦК
4.2.4. Производство плавленого цемен тного клинкера.
4.2.5. Использование конвертерных газов.
4.2.6. Расчегэнергоматериатопотребления комбинированного производства
4.3. Расчет энергоемкости и совокупного выхода диоксида углерода в комбинированном производстве
4.3.1. Расчет энергоемкости производства продуктов в комбинированном производстве
4.3.2. Расчет выхода диоксида углерода в комбинированном производстве
4.3.3. Расчетэнергоемкости и общего диоксида углерода продуктов в комбинированном производстве в зависимости от доли металлического лома в металлошихте
4.3.4. Расчет коэффициентов полезного использования энергии для оценки комбинированного производства.
4.3.5. Оценка дополнительного производства водорода на базе получаемых
вторичных топлив в комбинированном производстве
4.4. Выводы по главе
Общие выводы по работе
ЛИТЕРАТУРА


Таким образом, изыскание способов производства водорода на базе теплотехнологических производств является весьма перспективным. В качестве наиболее перспективной профессиональной и методологической базы поиска и разработки перспективной модели производсгва водорода на базе тепл отехнологического комплекса предлагается методология интенсивного энергосбережения, разработанная в МЭИТУ профессором Ключниковым А. Д. Мероприятия интенсивного энергосбережения, в отличие ог традиционных, ставят перед собой задачи достижения одномоментного, предельно высокого, крупномасштабного энергосбере1ающего эффекта. Это достигается на базе системного энергетического анализа крупных производственных комплексов и на основе изменения, в общем случае, принципиальных основ технологии, техники управления, повышения качества продукции и полноты конечного использования. Суммируя изложенное, интенсивное энергосбережение можно с полным основанием уподобить тягачу общего прогресса теплотехнолотческих систем и комплексов 7, 8. Основываясь на методологии интенсивного энергосбережения, возможна разработка перспективных моделей энергоматсриалоеберсгающих и экологически совершенных теплотехнологических систем и комплексов будущей, в том числе и для производства водорода. ГЛАВА 1. Необходимо выяснить состоятельность этих способов для производства экологически чистого водорода, который можно будет применять в производстве электрической энергии при отказе от централизованных систем электроснабжения. Для этого предлагается произвести оценку по объективным энергетическим и экологическим критериям. Развитие водородной энергетики в первую очередь обоснована угрозой глобального потепления 9. Воздействие на окружающую среду диоксида углерода характеризуется глобальным парниковым эффектом. Основным источником диоксида углерода является сжигание углеродного и углеводородного топлива. Известно, что переход на водородное топливо будет способствовать снижению эмиссии диоксида углерода в атмосферу. Но замена углеродного или углеводородного топлива водородным будет эффективна только при условии, если удельный выход СЬ на единицу энергии производимого водорода ниже выхода ССЬ заменяемого углеводородного или углеродного топлива. Энергоемкость действующей технологии производства водорода ЭП
кгу. ЬиГс эпг Ьт э, тмН4 элы еээ эээ ок оок , . Н2 эг энергоемкость природного газа, кгу. Ьг видимый удельный расход топлива, м3м3Н2 э удельная энергоемкость видимого расхо
да топлива, кг у. Втчм3Н2 оэ энергоемкость производства электроэнергии, кг у. Втч v видимый удельный расход окислителя, м3м3Ы2 эж удельная энергоемкость окислителя, кг у. АЬЦ3 удельный расход первичного природного топлива, замещаемого производимым водородом, кг у. Н2 удельный расход замещаемого первичного природного топлива, определяемый в связи с производством внешней энергетической продукции кг у. Н2 АЬ удельный расход замещаемого первичного природного топлива, определяемый производством дополнительной технологической продукции, кг у. Н2. Коэффициент полезного использования КПИ энергии критерий оценки доли общей первичной энергии, участвующей в реализации теплотехнологии производства водорода
Для действующего производства водорода Кг 7 1. Эц2
Для производства водорода в условиях ТДИМ 1. Кк э . Здесь удельный выход ССЬ от сжигания 1 кгу. СОгкг у. Джкг у. С, в технологии производства водорода, м Скгу. Н2. Экологический критерий удельный выход диоксида углерода на единицу энергии производимого водорода, который выбирается на основе того, что диоксид углерода является самым распространенным парниковым газом. КД 0, мС1к. СО на единицу получаемой энергии. Таким образом, экологически чистым производством водорода, можно называть то производство, которое сможет обеспечить совокупный выброс диоксида углерода на единицу энергии водорода ниже, чем от использования эквивалентного количества но теплоте сгорания природного газа. Производство водорода на базе электролиза воды весьма перспективно с точки зрения ресурсной базы для производства водорода.