твердооксидным электролитом имеет блок подготовки и испарения воды, блок конденсации паров воды из водорода, систему тер-мостатирования и систему контроля и управления.

3.3.2. Электрохимическая конверсия топлива. Если к катоду ячейки с твердым оксидным электролитом подводить воду, а к аноду - электрохимически активный восстановитель, то на катоде будет протекать реакция (3.25), а на аноде - электро-окисление восстановителя, например в случае СО - реакция 0-40)

СО + О2" ^ 2е" - С02, в случае СН4 - реакция

СН4 + 202- - 8е" - COj + 2Н20.

173

Суммируя уравнения анодных и катодных реакций, получу уравнения (2.36) и (2.57):

. СО + н2о = С02 + Н2, СН4 + 2Н20 = С02 + 4Н2.

Уравнение (2.36) является уравнением реакции сдвига, а уравнение (2.57) - уравнением конверсии метана.

Как видно, в результате электрохимических реакций происходит конверсия топлива, поэтому процесс получил название "электрохимическая конверсия" [109], а устройство для ею проведения - "электрохимический Конвертор". В ячейке электрохимического конвертора анод работает подобно аноду ТЭ, а катод - подобно катоду электролизной ячейки. Как следует из рис. 2.14, для метана при высоких температурах AG < 0, т.е. в этом случае реакция конверсии метана может протекать самопроизвольно. Однако, из-за поляризации электродов и омических потерь напряжения, процесс может проходить лишь при подводе электрической энергии.

Реакция сдвига (2.36) при температире 1273 К протекает лишь при подводе электрической энергии.

Напряжение электрохимического конвертора СО будет определяться уравнением

U = Е3 + /гДэф.

При температуре 1273 К Е° = 0,04 В. Соответственно удельный расход электрической энергии на получение водорода, кВт • ч/м3, путем электрохимической конверсии СО при 1273 К можно рассчитать по уравнению

Щ = 2,39(0,04 + Л.Яэф)/пГэ.

ПриЯэф = 10-»Ом-м2 VLT\F = 1WV он будет равен 0,8 кВт-ч/м3-Удельный тепловой поток, кВт • ч/м3, рассчитывается по уравнению

= 2,394(0,17 + Jr*3При Дэф = Ю-4 Ом • м2 и т\р ?= 1 он будет равен 1,36 кВт-ч/м3. Как видно, в этом случае необходимо отводить значительное количество тепла.

174

Напряжение электрохимического конвертора значительно ^еныпе, чем напряжение электролизера, поэтому электрохимическую конверсию иногда называют электролизом с деполяризацией. Снижение расхода электрической энергии компенсируется увеличением расхода топлива. В случае, если используется недорогое топливо или продукт неполного сгорания топли-ва, выбрасываемый в настоящее время в атмосферу, в электрохимическом конверторе можно получить более дешевый водород.

3.4. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ СРАВНЕНИЕ СПОСОБОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

В связи с тем что водород производится либо из природного топлива, либо электролизом воды, проведем сравнение лишь этих способов производства водорода. Прогнозные технико-экономические оценки других способов получения водорода были приведены ранее.

3.4.1. Технико-экономические показатели производства водорода и природного топлива. Затраты на производство водорода зависят от вида и стоимости исходного топлива, способа производства, мощности установки и ее загрузки. Так, в США затраты на производство водорода из природного газа на давно работающих установках лежат в пределах 80-125 долл/т в пересчете на условное топливо (цены 1985 г.), а на новых установках мощностью 2,8 ? 106 м3/день - от 200 до 290 долл/т [86, с. 42-53].

По расчетам Штейнберга и Ченга [175, с. 699] стоимость водорода, получаемого газификацией угля, приведенного к массе условного топлива, в США в ценах 1987 г. лежит в пределах 310-440 долл/т.

В Западной Европе стоимость водорода из природного газа оценивается в 235 долл/т (также в пересчете на условное топливо) (цены 1985 г.), а из импортного угля (2 долл/ГДж) -320 долл/т [86, с. 175-184].

Следует заметить, что цена на водород зависит от его чистоты. Так, очищенный водород в 5 раз дороже неочищенного, водород высокой степени чистоты в 13-20 раз дороже неочищенного водорода [86, с. 121-129].

Приведенные затраты на производство водорода были рассчитаны в [14]. Однако в связи с повышением капитальных затрат на оборудование и замыкающих затрат на топливо [ПО,

175

Ill] целесообразно провести новый расчет приведенных затрат на водород. Последние, как и в [14], оценивались по уравнению

Зп " эк + зтп/т|т, (3.31)

где эп - приведенные затраты на водород (на 1 т условного топ-лива); зк - капитальная составляющая приведенных затрат; зтп - замыкающие затраты на топливо; Пт - КПД преобразова-ния энергии в генераторах водорода.

Капитальная составляющая рассчитывалась путем увеличения в 1,5 раза соответствующих величин, приведенных в [14]. Замыкающие затраты на топливо принимались из справочника [ПО]. Значение КПД преобразования топлива принималось равным: 0,6 - для пароводяной конверсии, 0,675 - для парокис-лородной конверсии и 0,57 - для газификации угля [14]. Результаты расчета приведены в табл. 3.7.

В связи с предстоящим увеличением оптовых цен, а соответственно и замыка