RU2286402C1 - Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами - Google Patents
Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами Download PDFInfo
- Publication number
- RU2286402C1 RU2286402C1 RU2005107374/15A RU2005107374A RU2286402C1 RU 2286402 C1 RU2286402 C1 RU 2286402C1 RU 2005107374/15 A RU2005107374/15 A RU 2005107374/15A RU 2005107374 A RU2005107374 A RU 2005107374A RU 2286402 C1 RU2286402 C1 RU 2286402C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- hydrogen
- oxygen
- carbon dioxide
- electrodes
- reactor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/10—Process efficiency
Landscapes
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
Abstract
Изобретение относится к системе получения водорода и кислорода и может быть использовано в области энергетики. Система получения водорода и кислорода включает электроплазмохимический реактор, представляющий собой сосуд высокого давления, в торцах которого установлены сферические днища с экранами, через которые проходят волноводы сверхвысокочастотного излучения, отделенные от внутреннего объема реактора металлическими диафрагмами с опорными сетками и содержащие форсунки для подачи углекислоты и водяного пара, разнополярные пустотелые перфорированные электроды для получения и сепарации водорода и кислорода, внутренние объемы которых соединены с осушителями, молекулярными ситами для выделения водорода, кислорода и углекислоты, выходные холодильники, газгольдер и ресивер. Изобретение позволяет повысить энергетическую эффективность системы за счет сокращения потребления энергии, использования водорода из хранилищ в газопаровых установках вспомогательных электростанций в ночное время. 2 ил.
Description
Изобретение относится к системам для получения водорода и кислорода, может быть использовано в области энергетики для перевода атомных электростанций из базового режима эксплуатации в диспетчерский режим с одновременным получением, использованием и накоплением водорода и кислорода.
Наиболее близким аналогом является система для получения водорода и кислорода, включающая электроплазмохимический реактор, представляющий собой сосуд высокого давления (RU 2157861, 20.10.2000).
Недостатком данной системы является большое потребление энергии, низкая скорость выделения продуктов электролиза и невозможность использования данной системы на атомных станциях.
Задачей изобретения является снижение потребления энергии и использование продуктов реакции в качестве топлива на атомных станциях.
Система получения водорода и кислорода включает электроплазмохимический реактор, представляющий собой сосуд высокого давления, в торцах которого установлены сферические днища с экранами, через которые проходят волноводы сверхвысокочастотного излучения (СВЧ), отделенные от внутреннего объема реактора металлическими диафрагмами с опорными сетками и содержащие форсунки для подачи углекислоты и водяного пара, разнополярные пустотелые перфорированные электроды для получения и сепарации водорода и кислорода, внутренние объемы которых соединены с осушителями, молекулярными ситами для выделения водорода, кислорода и углекислоты, выходные холодильники, газгольдер и ресивер.
Фиг.1. Принципиальная схема системы для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами.
Фиг.2. Зависимость электропроводности плазмы от степени ионизации смеси водяного пара и углекислоты.
Система состоит из ядерной энергетической установки, имеющей первый контур в составе: ядерный реактор 1, парогенератор 2, главный циркуляционный насос 3 и трубопровод 4 их соединяющий, второй контур в составе: парогенератора 2, турбины высокого давления 5, турбины низкого давления 6, электротурбогенератора 7, конденсатора 8, конденсатного насоса 9, питательного насоса 10, регенеративного подогревателя 11. Водородно-кислородный реактор состоит из корпуса 12, представляющего собой сосуд высокого давления, разнополярных пустотелых перфорированных параллельно расположенных на фиксированном расстоянии электродов 13 и 14, к которым проведен ток разной полярности низкого напряжения. Днища корпуса 12 закрыты экранами 15. Через днища корпуса 12 проходят волноводы 16 и 17 СВЧ от генераторов 18 и 19. Между волноводами 16 и 17 и электродами электролизера 13 и 14 установлены форсунки 20 и 21 для подачи углекислоты и водяного пара в корпус реактора 12, где под воздействием СВЧ углекислота и водяной пар образуют плазму, которая подается на электроды 13 и 14, и происходит дальнейшее разложение водяного пара и сепарация полученной смеси продуктов на разноименных электродах 13 и 14, подключенных к генератору постоянного тока 22. Углекислота в процессе разложения водяного пара не расходуется, но часть углекислоты необходимо добавлять через систему подпитки, состоящую из газгольдеров 23, ресивера 24 и компрессоров 25 и 26. Смеси сепарированных продуктов от соответствующих электродов поступают на выходные системы: холодильники-осушители 35 водорода и холодильники-осушители 36 кислорода. Система имеет молекулярное сито 27 для выделения углекислоты за ситом и молекулярное сито 28 для выделения водорода за ситом, холодильники 29 и 30, молекулярное сито 31 для выделения углекислоты за ситом, молекулярное сито 32 для выделения кислорода за ситом, выходные холодильники 33 и 34, компрессор 37, газгольдер 38, подземное хранилище 39, компрессор 40, газгольдер 41, подземное хранилище 42.
На фиг.1. для наглядности показаны электроды 13 и 14 электролизера повернутыми на 90° вокруг вертикальной оси, а в зазоры "σ" между электродами направлено излучение СВЧ до образования стоячих резонансных волн. Маленькими стрелками показано движение плазмы к электродам 13 и 14, через перфорацию и внутри полостей электродов 13 и 14 и продуктов разложения к системе очистки, и их выводу из системы.
На фиг.2. показана зависимость электропроводности плазмы от степени ионизации углекислоты и водяного пара. Причем при облучении смеси H2O+CO2 СВЧ углекислота поглощает энергию и распадается на CO и 1/2 O2, в свою очередь CO разлагает воду на Н2 и СО2, все реакции неравновесные, данная реакция идет без затрат внешней энергии, однако энергия молекул смеси не может быть более 1500 К, так как возрастают обратные реакции, которые могут перейти в цепную.
Система для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами работает следующим образом.
Энергообеспечивающая система: реактор 1, парогенератор 2, главный циркуляционный насос 3 и трубопроводы 4 их связывающие, турбина 5 высокого давления, турбина 6 низкого давления, турбогенератор 7, конденсатор 8, конденсатный 9 и питательный 10 насосы, регенеративный подогреватель 11 и парогенератор 2 по второму контуру работают в номинальном стационарном режиме, вырабатывая электроэнергию, которая подается потребителю на генераторы СВЧ 18 и 19 с передачей на волноводы 16 и 17, одновременно подается силовое питание на генератор постоянного тока 22.
Пар из отбора турбины 6 в реактор 12 подают через форсунки 21, которые закольцованы паропроводами, туда же одновременно подается углекислота из газобаллонной рампы 23 через ресивер 24 и компрессор 26 через форсунки 20, закольцованные трубопроводами по углекислоте. Система прогрета, достигнуто необходимое давление смеси водяного пара и углекислоты - 2,5 МПа, система СВЧ достигла номинального значения по мощности, частоте, образованы резонансные стоячие волны, при этом образуется плазма, которая поступает на электроды 13 и 14 электролизера. Происходит электролиз плазмы с сепарацией смесей газов на своих электродах: водород на электроде 13, кислород на электроде 14. Одновременно присутствуют в сепарируемых газах водяные пары и углекислота. Водные пары водородной смеси осушают в холодильнике 35, а водяные пары кислородной смеси осушаются в холодильнике 36. Далее осушенная смесь поступает на молекулярные сита: 28 для выделения водорода за ситом и 27 для выделения углекислоты за ситом. Углекислота возвращается в цикл через холодильник 29 и компрессор 26, а водород после молекулярных сит 28 через холодильник 30 направляется на хранение: через компрессор 37, газгольдеры 38 в подземное хранилище 39, одновременно водород может подаваться на газопаровую установку вспомогательной электростанции. Кислородная смесь проходит через перфорацию электродов 14, попадает в полость электрода 14 и направляется на осушение в холодильник 36, обезвоженная смесь газов поступает на молекулярные сита: 32 для выделения кислорода за ситом и 31 для выделения углекислоты за ситом. Углекислота после холодильника 33 через компрессор 26 возвращается в цикл, а кислород, пройдя молекулярное сито 32 и холодильник 34, направляется к компрессору 40, газгольдерам 41 и подземному хранилищу 42.
Одновременно из газгольдеров 41 кислород может направляться к газопаровой установке на пусковой электростанции.
Технико-экономическое обоснование работы системы для получения водорода и кислорода.
Система может быть использована с любыми источниками электроэнергии, но желательно использовать электроэнергию атомных станции в период спада потребления электроэнергии и с использованием полученных водорода и кислорода в пиковых и полупиковых режимах на пусковых электростанциях с использованием парогазового цикла. В этом случае основное оборудование, например атомные электрические станции с реакторами ВВЭР-1000, постоянно работают в базовом режиме, а производство и использование водорода и кислорода снимает провалы и пики, фактически атомная электрическая станция большой мощности и пусковая электростанция работают в диспетчерском режиме по электрической нагрузке.
Ориентировочная стоимость накопленных водорода и кислорода, полученных в реакторе 12, может быть определена из условий:
- затраты электроэнергии на получение одного куб. м водорода составят не более 4 кВт·час;
- дифференциальный тариф (согласно Постановлению ФЭК №11 от 2.04.2002 г.) составит:
- ночной 284 руб/МВт·час;
- полупиковый - 355 руб/МВт·час;
- пиковый - 603 руб/МВт·час;
предполагая действие ночного тарифа, примерно, 8 часов с располагаемой мощностью около 400 МВт;
Предполагаемое действие пикового тарифа, примерно, 2-3 часа с предполагаемой мощностью 400 МВт для компенсации пика.
Следует отметить, что высшую теплотворную способность водорода можно получить, сжигая водородно-кислородную смесь стехиометрического состава в горелках высокого давления. В нашем случае рассмотрим высшую и среднюю теплотворные способности водорода.
Расчет экономического эффекта
Стоимость невостребованной ночной энергии, тыс.руб. 908,8.
Объем водорода, полученный за счет невостребованной энергии: V=800 тыс.куб.м H2.
| Теплотворная способность водорода: | высшая | средняя |
| кДж/куб. м 1: | 2778,1 | 11769,1 |
| Энергия, заключенная в 800 тыс.куб.м Н2, ГДж | 10222,48 | 9415,3 |
| В сеть отдается, МВт | 400 | 400 |
| От парогазового цикла с КПД | 0,6 | 0,6 |
| Энергия, отдаваемая в сеть, МВт·час | 1703,7 | 1569,2 |
| Время поддержания пиковой нагрузки, час | 4,26 | 3,92 |
| Стоимость электроэнергии, компенсирующей пиковую | 1027,33 | 946,23 |
| нагрузку, тыс.руб. | ||
| Прибыль без учета амортизационных отчислений и | 118,53 | 37,43 |
| заработной платы за один цикл - "провал-пик", тыс.руб. | ||
| Предполагая только недельные и праздничные колебания | 7111,8 | 2245,8 |
| нагрузки К=60 в год получим, тыс.руб |
Таким образом, использование реактора для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами позволяет осуществить перевод атомной электростанции с реакторами ВВЭР-1000 и пусковой котельной с парогазовым циклом из базового режима нагрузки в диспетчерский и на этом дополнительно получать прибыль.
Claims (1)
- Система получения водорода и кислорода, включающая электроплазмохимический реактор, представляющий собой сосуд высокого давления, отличающаяся тем, что в торцах сосуда высокого давления установлены сферические днища с экранами, через которые проходят волноводы сверхвысокочастотного излучения, отделенные от внутреннего объема реактора металлическими диафрагмами с опорными сетками и содержащие форсунки для подачи углекислоты и водяного пара, разнополярные пустотелые перфорированные электроды для получения и сепарации водорода и кислорода, внутренние объемы которых соединены с осушителями, молекулярными ситами для выделения водорода, кислорода и углекислоты, выходные холодильники, газгольдер и ресивер.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107374/15A RU2286402C1 (ru) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005107374/15A RU2286402C1 (ru) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005107374A RU2005107374A (ru) | 2006-08-27 |
| RU2286402C1 true RU2286402C1 (ru) | 2006-10-27 |
Family
ID=37061049
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005107374/15A RU2286402C1 (ru) | 2005-03-17 | 2005-03-17 | Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2286402C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457559C2 (ru) * | 2010-11-01 | 2012-07-27 | Евгений Фёдорович Широков-Брюхов | Энергетическая установка, вырабатывающая тепло и электрическую энергию посредством плазмохимических реакций с магнитно-гидродинамическим генератором на холодной плазме |
-
2005
- 2005-03-17 RU RU2005107374/15A patent/RU2286402C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2457559C2 (ru) * | 2010-11-01 | 2012-07-27 | Евгений Фёдорович Широков-Брюхов | Энергетическая установка, вырабатывающая тепло и электрическую энергию посредством плазмохимических реакций с магнитно-гидродинамическим генератором на холодной плазме |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005107374A (ru) | 2006-08-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113054750B (zh) | 一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统 | |
| JP2002526655A (ja) | 天然ガス支援の電解装置 | |
| Wang et al. | Ammonia (NH3) storage for massive PV electricity | |
| CN101880046A (zh) | 复合设备 | |
| CN113279001B (zh) | 风光电氢储一体化用于直接电解海水制氢氧联供系统 | |
| US20090211541A1 (en) | Method for converting solar thermal energy | |
| Skorek-Osikowska et al. | Thermodynamic assessment of the novel concept of the energy storage system using compressed carbon dioxide, methanation and hydrogen generator | |
| CN114044562A (zh) | 一种电解装置和水处理淡化系统的集成系统 | |
| CN115679353A (zh) | 一种离网式风光互补耦制绿氢合成氨联产系统 | |
| CN116161675A (zh) | 一种生活垃圾焚烧发电厂与氢氨醇制备的耦合系统及方法 | |
| CN114623608B (zh) | 一种用于多联产的聚光光伏热系统 | |
| CN110921623A (zh) | 氢分离与水煤气重整一体式高压制氢系统及其方法 | |
| RU2286402C1 (ru) | Система получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами | |
| Zhou et al. | Efficient waste heat recovery of a hybrid solar-biogas-fueled gas turbine cycle for poly-generation purpose: 4E analysis, parametric study, and multi-objective optimization | |
| Lu et al. | Exergoeconomic evaluation of novel solid oxide fuel cell-integrated solar combined cycle with different solar integration modes | |
| RU2291228C2 (ru) | Реактор для получения водорода и кислорода плазмохимическим и электролизным методами | |
| CN219429725U (zh) | 一种生活垃圾焚烧发电厂与氢氨醇制备的耦合系统 | |
| JP7439368B2 (ja) | グリーンエネルギー輸送システム及びエネルギー輸送方法 | |
| JP2023103348A (ja) | 溶融炭酸塩電解槽電池を使用する燃焼タービンのためのエネルギー貯蔵 | |
| RU2529615C1 (ru) | Способ аккумулирования энергии | |
| CN110790229B (zh) | 甲醇水超高压制氢系统及其制氢方法 | |
| CN110817794B (zh) | 氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统及其方法 | |
| CN211998808U (zh) | 氢分离与水煤气重整一体式超高压制氢系统 | |
| NEB | Overview of the pem silyzer family | |
| CN214734561U (zh) | 一种清洁氢与可再生能源氢联合生产系统 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20120318 |