Методы получения водорода
РАВНОВЕСИЕ В СИСТЕМЕ ВОДОРОДОСОДЕРЖАЩИЕ ГАЗЫ-КАРБОНАТНЫЙ РАСПЛАВ Li2CO3-K2CO3 (эвтектика)
Н. Н. Баталов, О. В. Лимановская, В. Н. Некрасов, Д. И. Терентъев
Институт высокотемпературной электрохимии УрО РАН ул. С. Ковалевской, 22, Екатеринбург, Россия Телефон: (3432) 74-59-92, e-mail: Batalov@ihim.uran.ru
В настоящее время созданы и успешно испытаны в ряде фирм США, Японии и Германии энергоустановки мегаваттного класса с карбонатными топливными элементами. Особое внимание уделяется работе карбонатных топливных элементов на возобновляемых видах топлива: биогазе (основной компонент которого метан), получаемом из сточных вод, бытовых отходов, отходов животноводческих ферм и т. п. с помощью микроорганизмов, а также метилового и этилового спиртов. Эти виды топлива необходимо конвертировать до смеси водорода и моноокиси углерода. Наиболее часто используют в качестве конвертирующего агента воду. Поскольку компонент электролита — карбонат-ион —также является конвертирующим агентом, то использование именно карбонатного топливного элемента может иметь то преимущество, что количество воды для конверсии можно свести к минимуму и тем самым увеличить значения ЭДС (напряжения) и коэффициент использования топлива.
Расчеты по составу равновесной газовой смеси в системе газ (метан, метанол и этанол)-пары воды-расплавленный карбонатный электролит (62моль0^^СО3-38моль%К2СО3) проводились методом термодинамического моделирования с помощью программного комплекса «Астра». В таблице 1 приведены данные расчетов для обычно используемой рабочей температуры 650 0С. Содержание углерода приведено в молях на один килограмм веса системы расплав + газовая фаза (1:1). Результаты подобного исследования этих систем при отсутствии паров воды в газовой фазе приведены в нашей последней работе [1]. В этих условиях, как и следовало ожидать, во всех случаях наблюдается углеродоотложение. Количество углерода в конденсированной фазе возрастает при увеличении содержания углерода в предельных углеводородах и резко падает в системах со спиртами; наименьшее содержание углерода в системе расплав-метанол. Поэтому особое внимание в этой ра-
Таблица 1
Парциальное давление паров воды в газовой фазе Равновесный состав газовой фазы, моль % Равновесный состав расплава, моль% Содержание углерода в расплаве, моль/кг
Н2 Н2О СО СО2 СН4 Li2CO3 K2CO3 KOH LiOH
Система расплав-метан
0,1 823 К 59,90 5,40 6,79 0,02 33,80 16,90 10,70 0,00 1,15 12,80
923 К 79,60 2,95 7,12 0,02 14,90 12,20 7,87 0,01 1,45 19,10
1023 К 88,30 1,12 4,63 0,00 5,91 9,72 6,83 0,02 2,10 22,40
0,6 923 К 68,60 71,90 19,70 2,7 1,8 57,7 36,7 0,5 4,9 0,02
1023 К 60,50 12,30 13,10 5,4 8,6 59,9 37,4 0,2 2,6 0,00
Система расплав-этиловый спирт
0,1 823 К 45,50 23,70 3,93 7,41 1,95 60,80 37,70 0,06 1,48 10,40
923 К 60,90 12,20 12,90 5,28 8,71 59,80 37,40 0,18 2,59 10,10
1023 К 67,30 4,27 23,10 1,91 3,44 58,00 36,80 0,49 4,55 8,10
0,4 823 К 40,40 27,00 5,04 12,20 15,30 61,00 37,70 0,05 1,23 2,88
923 К 54,30 13,80 16,40 8,55 6,92 60,20 37,50 0,15 2,18 1,18
1023 К 61,00 8,00 25,20 4,32 1,49 58,40 36,90 0,45 4,16 0,00
Система расплав-метиловый спирт
0,1 823 К 41,10 26,60 4,88 11,50 15,90 61,00 37,70 0,05 1,26 4,09
923 К 55,20 13,60 15,90 8,03 7,17 60,20 37,50 0,15 2,23 2,59
1023 К 61,40 5,59 27,40 3,26 2,36 58,50 36,90 0,43 4,01 0,00
0,3 823 К 38,90 27,70 5,37 13,90 14,20 61,00 37,70 0,05 1,17 0,35
923 К 53,50 17,20 14,80 9,73 4,77 60,10 37,50 0,16 2,28 0,00
1023 К 58,30 14,50 20,10 6,54 0,57 58,10 36,80 0,49 4,54 0,00
ISJAEE Специальный выпуск (2003)
боте было уделено системам, содержащим спирты. В результате термодинамических расчетов получены равновесные составы газовых и конденсированных фаз. В таблице 1 приведены равновесные составы фаз для минимального давления (РН о=0,1) и тех содержаний воды в газовой фазе, при которых прекращается углеродоотложение. Как видно из таблицы 1, наименьшее количество воды для прекращения углеродоотложения требуется в системе расплав-метанол, однако глубина конверсии метилового топлива — наименьшая из всех изученных нами. Состав расплава меняется незначительно, что свидетельствует о том, что расходуется, в основном, углерод углеродо-содержащего топлива, однако в расплаве появляются
гидроокиси, которые не могут иметь принципиального значения для работы карбонатного топливного элемента, поскольку подаваемый на кислородный электрод воздух содержит избыток углекислого газа. Последний будет нейтрализовать гидроокиси.
Список литературы
1. Терентьев Д. И., Некрасов В. Н., Баталов Н. Н., Лимановская О. В. Равновесие в системе топливо-расплав Li2CO3-K2CO3 (эвт.). II Всероссийский семинар. Топливные элементы и энергоустановки на их основе. 29 июня-2 июля 2003, Тезисы докладов, Новосибирск, 2003, с. 198-200.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.