Гибридные циклы: HyS-цикл.

Разлагающие воду циклы, которые включают по крайней мере один электрохимический шаг реакции, классифицируют как гибридные термохимические циклы. Наиболее известный и хорошо изученный из них — гибридный цикл серы, также известный как HyS-цикл, цикл серы Westinghouse, цикл Ispra Mark II или цикл GA 22 (рис. 5.6). Все чисто термохимические циклы (типа IS) требуют по крайней мере трех отдельных шагов реакций. Гибридные циклы могут иметь только два шага. HyS-цикл имеет шаги: H2S04 => S02 + Н20 4- 1/2 02 и 2 Н20 + + S02 = > H2S04 + Н2 Оба процесса — термохимические; первый протекает при температуре 800-900 °С, второй — при 100-120 °С.

Присутствие S02 на аноде электролизёра сильно уменьшает реверсивный потенциал ячейки, необходимый для расщепления молекул воды электролизом. Ввиду того что прямой электролиз воды имеет реверсивный потенциал ячейки 1,23 В при 25 °С, теоретический потенциал для электролиза на аноде, деполяризованном SC>2, составит только 0,17 В на ячейку. Практические БОг-электролизёры, как ожидается, будут потреблять в четыре раза меньше электроэнергии, чем обычные электролизёры. При объединении с эндотермическим разложением H2S04 чистые потребности в тепловой энергии для HyS-цикла значительно меньше, чем для прямого электролиза воды. Проблема состоит в разработке такого процесса, который максимизировал бы преимущество в тепловой эффективности при минимизации его сложности и капзатрат.

Гибридный серный цикл

Рис. 5.6. Гибридный серный цикл

Недавняя работа Национальной лаборатории Savannah River (SRNL) привела к усовершенствованию процесса в HyS-цикле. Был проведен анализ технологической схемы HyS-системы, объединенной с охлаждаемым гелием ядерным реактором. Расчетная чистая тепловая эффективность установки составила 48,8% при температуре на входе в процесс, равной 900 °С. Разработка деполяризованного 502-электролизёра, соответствующего заданным рабочим параметрам, имеющего долгий срок эксплуатации и эффективного по затратам, является основной целью продолжающихся исследований. SRNL разрабатывает электролизёр на основе РЕМ-электролиза. Уникальные условия S02 электролиза, такие, как необходимость иметь дело с серной кислотой и растворенным S02, делают такую разработку трудной задачей. Разработка дешевого электролизёра — ключевой фактор в получении эффективного по затратам HyS-цикла. Предварительный экономический анализ, сделанный на основе разумной экстраполяции прогнозных значений стоимости РЕМ-электролизёра, показывает, что HyS-цикл в комбинации с охлаждаемым гелием газовым реактором мог бы производить водород при затратах —1,60 долл./кг, что примерно соответствует затратам процесса IS. Дополнительные доходы от продажи побочного продукта (кислорода) могут уменьшить издержки. Технические проблемы включают оптимизацию эксплуатационных режимов (температура, давление, кислотная концентрация), материалы для строительства, проект ячейки (в том числе, выбор мембраны и нагрузки электрокатализатора), а также долговечность и рабочие характеристики. Другие технические вопросы связаны с секцией разложения серной кислоты и системой разделения S02/02. Следующим шагом является демонстрационная замкнутая петля полного HyS цикла, включая электролизёр и секции разложения кислоты.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >