WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 ||

Перспективность данного метода термического разложения природного газа проявляется при условии исключительно высокой интенсивности процессов теплообмена в реакционной и нагревательных камерах реактора. Это возможно при использовании высокофорсированной струйной продувки расплава металла или в условиях режима «кипящего слоя» расплава или в струйном режиме*

3.

Поиск теплотехнических схем оформления и принципы конструктивных схем реактора для термического разложения природного газа опирается на две патентные разработки кафедры ЭВТ МЭИ (ТУ) при участии автора.

Разработано техническое решение реактора для термического разложения природного газа, которое защищено патентом на полезную модель 64624 РФ «Аппарат для пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе». В аппарате предусматривается использование кипящего слоя расплава в реакционной и нагревательной камерах при применении донного дутья.

Большие перспективы открываются при применении технического решения реактора защищенного патентом на полезную модель 71982 РФ «Устройство для пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе».

Рис. 7. Принципиальная конструктивная схема устройства для пиролиза углеводородного сырья в жидком теплоносителе

Устройство для пиролиза (рис. 7) углеводородного сырья в жидком теплоносителе состоит из корпуса 1 с патрубками ввода углеводородного сырья 2 и газообразного теплоносителя 3, разделенного перегородкой 4 на реакционную 5 и нагревательную 6 камеры, которые снабжены переточными окнами 7 и 8, причем они выполнены в перегородке 4. Реакционная камера 5 в верхней части снабжена решеткой 9, которая установлена под патрубком ввода углеводородного сырья 2. Нагревательная камера 6 в верхней части снабжена решеткой 10, которая установлена под патрубком ввода газообразного теплоносителя 3. Реакционная камера 5 снабжена шахтой 11, которая установлена в верхней, противоположной решетке 9, части реакционной камеры 5. Нагревательная камера 6 снабжена шахтой 12, которая установлена в верхней, противоположной решетке 10, части нагревательной камеры 6. Шахта 12 снабжена патрубками подвода природного газа 13 и 14. Реакционная камера 5 и нагревательная камера 6 снабжены загрузочными окнами 15, 16 и сливными окнами 17, 18 соответственно. Решетки 9 и 10 снабжены направляющими соплами 19.

В четвертой главе приводится разработка схемы производства водорода на базе термического разложения природного газа в условиях комбинирования технологических процессов предприятия черной металлургии рис. 8.

Создание комбинированной схемы базируется на выделении водорода из СВС при использовании углерода в качестве карбюризатора в кислородно-конвертерном производстве стали, увеличивая при этом долю лома в металлошихте до 50-70%. Это позволит сократить долю использования энергоемкого доменного чугуна. Безотходность комбинированной схемы основана на переработке металлургических шлаков в квалифицированную продукцию – цементный клинкер (ЦК) (аналогично схеме*

4) и переработке конвертерных газов на протяжении всей плавки в ВТ на базе ЭХА по схеме (рис. 9).

На основании проведенных расчетов материальных и тепловых балансов разрабатываемого комбинированного производства была составлена карта энергоматериалопотребления (рис. 10).

Рис. 10. Карта энергоматериалопотребления ресурсных и энергетических потоков в комбинированном производстве при доле лома 50%

А на базе полученных результатов ресурсных и энергетических потоков, в зависимости от доли лома (в пределах 5070%), были определены значения приведенной энергоемкости и выхода СО2 по отдельным продуктам комбинированного производства. На рис. 11, 12 представлены значения энергоемкости технологии производства и совокупного выхода СО2 предлагаемого комбинированного производства в сравнении с действующими производствами и в сравнении с комбинированным производством при термическом разложении природного газа на базе плазмотронов.

Рис. 11. Расчетные значения энергоемкости технологии производства стали и водорода:

1 – действующие производства стали и водорода; 2 –практическая модель разработанного способа получения СВС; 3 –практическая модель при использовании плазмотронов для получения СВС;

Рис.12 Расчетный выход СО2 при производстве стали и водорода:

1 – действующие производства стали и водорода; 2 –практическая модель разработанного способа получения СВС; 3 –практическая модель при использовании плазмотронов для получения СВС;

Из данных рисунков 11, 12 следует, что производство водорода в условиях комбинирования технологических процессов предприятия черной металлургии характеризуется значительными энергосберегающими и экологическими эффектами при термическом разложении природного газа как на базе предложенной схемы производства СВС, так и на базе действующих плазмотронов.

Дополнительное производство водорода в предлагаемом комбинированном производстве может осуществляться на базе переработки получаемых вторичных топлив на основе известных действующих технологий, основанных на пароводяной конверсии оксида углерода и выделении чистого водорода из газовых сред.

С учетом переработки ВТ производство водорода на тонну стали составит 220 м3(Н2)/т ст. вместо 48 м3/т ст. (водород при 50% доли лома), что открывает возможности для крупномасштабного энергосберегающего и экологически чистого производства водорода на базе природного газа в условиях предприятия черной металлургии.

Заключение

    1. Впервые на базе концепции интенсивного энергосбережения, выступающей в качестве новой методологической базы решения фундаментальных задач энергетики теплотехнологии, проведен анализ энергетической и экологической эффективности действующих и перспективных систем производств водорода в границах замкнутых теплотехнологических комплексов. Здесь в качестве основного энергетического критерия принята энергоемкость технологии производства водорода на уровне первичного топлива, а в качестве экологического критерия – совокупный выход диоксида углерода на единицу энергии получаемого водорода (в условном исчислении).
    2. Определены уровни принципиально возможного повышения энергетической и экологической эффективности действующих способов производства водорода: снижение энергоемкости водорода почти в 3 раза – для электролиза и более чем в 3 раза – для ПВК. А уровни снижения совокупного выхода диоксида углерода соответственно в 3 и 1,67 раза. Однако, даже при полном использовании этого достаточно высокого потенциала, экологически чистое производство водорода в условиях действующих ЗТТК практически невозможно, так как совокупный выброс СО2 не может быть снижен до уровня эквивалентного по теплоте сгорания природного газа.
    3. Устанавливается перспективность использования продуктов термического разложения природного газа (СВС) в качестве полупродукта для производства водорода. Анализ энергетической эффективности способов термического разложения природного газа (плазмотроны, регенераторы с насадкой и реакторы с жидкометаллическим промежуточным теплоносителем) в условиях ТДИМ показал соответственно следующие значения КПИ: 0,23; 0,42; 0,79 – с заметным преимуществом реакторов с жидкометаллическим промежуточным теплоносителем.
    4. Установлена принципиальная возможность радикального снижения энергоемкости получения водорода при реализации технологического использования углеродной части СВС. При этом снижение совокупного выброса СО2 по сравнению с природным газом, может быть более, чем в 1,5 раза.
    5. Проведен энергетический и экологический анализ способа производства водорода на базе термического разложения природного газа в жидких промежуточных теплоносителях, в условиях ТДИМ. Полная энергоемкость технологии производства водорода принципиально может быть снижена, при технологическом использовании углерода, более чем в 7 раз, а совокупный выход СО2 более, чем в 14 раз по сравнению с лучшими действующими способами производства водорода.
    6. Разработано несколько принципиально-конструктивных схем реактора получения СВС в жидкометаллическом расплаве, на уровне патентов РФ на изобретение и полезные модели.
    7. Разработаны модули расчетов для определения термодинамических и кинетических параметров экстремальных источников энергии (СВС и ЭХА). Эти модули представлены и используются в качестве программного средства учебного назначения (ПСУН) в МЭИ (ТУ).
    8. Разработана модель энергосберегающего и экологически эффективного крупномасштабного производства водорода на базе комбинирования технологических процессов и комплексного использования природного газа в черной металлургии. В предлагаемой модели производство водорода характеризуется не затратами энергии, а крупномасштабным суммарным энергосберегающим эффектом, который в условиях практической модели достигает 5,98 кг у.т./м3(Н2), что более чем в 15 раз выше энергоемкости лучших действующих способов производства водорода, а выделение СО2 в атмосферу при производстве водорода может быть снижено почти на 11 м3(СО2)/кг у.т.(Н2), что соответствует снижению выхода СО2 в атмосферу, по сравнению с природным газом (эквивалентного по теплоте) более, чем в 13 раз.
    9. Показана перспектива существенного повышения энергетической и экологической эффективности черной металлургии при комбинировании производства стали, водорода, цементного клинкера, как в условиях получения СВС на базе жидкометаллических промежуточных теплоносителей, так и на базе плазмотронов. Расчетный суммарный энергосберегающий эффект комбинированного производства в первом случае составил 2746% (соответственно при 50% и 70% лома) при сокращении совокупного диоксида углерода 28,546,8%, а во втором соответственно 18,836,8% и 22,532%.
    10. Итоги работы свидетельствуют о примере возможного создания энергосберегающего производства водорода на базе природного газа, согласующегося с терминологической формулой: «Водородная энергетика – экологически чистая энергетика».

Основные положения диссертации представлены в следующих публикациях:

  1. Ключников А.Д., Петин С.Н. Повышение энергетической и экологической эффективности производства водорода на базе комплексного использования природного газа на предприятиях черной металлургии // Вестник МЭИ. 2008. № 3. С. 18 23.
  2. Патент РФ МПК7 С10G9/34. Способ пиролиза углеводородного сырья / Ключников А.Н., Петин С.Н. (РФ). Заявл. 2007141785 от 14.11.2007. Положительное решение от 24.10.2008.
  3. Ключников А.Д., Петин С.Н. Повышение энергетической эффективности производства водорода на базе комплексного использования природного газа в металлургии// Тр. Международного симпозиума по водородной энергетике. М.: Изд-во МЭИ, 2007. С. 2830.
  4. Петин С.Н., Ключников А.Д. Повышение энергетической эффективности производства водорода на базе термического разложения природного газа// Энерго- и ресурсосбережение. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии: Сб. материалов Всерос. студенческой олимпиады, науч.-практ. конф. и выставки студентов, аспирантов и молодых ученых. Екатеринбург: ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ», 2007. С. 179182.
  5. Петин С.Н., Ключников А.Д. Разработка перспективной модели крупномасштабного производства водорода на базе безокислительной конверсии природного газа // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 14-й Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Т. 2. М.: Издательский дом МЭИ (ТУ). 2008. С. 345 346.
  6. Петин С.Н., Ключников А.Д. Повышение энергетической эффективности производства конвертерной стали на базе концепции интенсивного энергосбережения // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тез. докл. 14-й Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. Т. 2. М.: Издательский дом МЭИ (ТУ). 2008. С. 346.
  7. Ключников А.Д., Петин С.Н. Повышение энергетической эффективности производсва водорода на базе термического разложения природного газа и направления использования углерода: Cб. докладов III Межд. науч.-практ. конф. «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ – 2008». Т. 2. М.: ООО «Франтера», 2008. С. 279281.
  8. Ключников А.Д., Петин С.Н., Повышение энергетической и экологической эффективности производства водорода на базе термического разложения природного газа в комбинированном производстве черной металлургии // Энергосбережение – теория и практика: Тр. IV Всерос. школы-семинара молодых ученых и специалистов. – М.: Издательский дом МЭИ, 2008. – С.272–274.
  9. Патент на полезную модель 58120 РФ, МПК7 С10G9/34. Аппарат для пиролиза углеводородного сырья / Картавцев С.В., Петин С.Н., Нешпоренко Е.Г., Бурмакина А.В. (РФ). Заявл. 02.05.2006.; Опубл. 10.11.2006. Бюл. № 31. С. 484485.
  10. Патент на полезную модель 64624 РФ, МПК7 С10G9/34. Устройство для пиролиза углеводородного сырья / Ключников А.Д., Петин С.Н. (РФ). Заявл. 26.02.2007.; Опубл. 10.07.2007. Бюл. № 19. С. 550551.
  11. Патент на полезную модель 71982 РФ, МПК7 С10G9/34. Устройство для пиролиза углеводородного сырья. в жидком теплоносителе / Ключников А.Д., Петин С.Н. Заявл. 14.11.2007.; Опубл. 27.03.2008. Бюл. № 9. С. 999.

Подписано в печать Зак. Тир. 100 П.л.

Полиграфический центр МЭИ (ТУ)

Красноказарменная ул., д.13


Лавров Н.В., Евланов С.Ф. Получение восстановительного газа с высоким содержанием водорода пиролизом природного метана в расплавах // Цветные металлы. 1972. №3. – С. 1214.

* Картавцев С.В. Разработка на базе концепции интенсивного энергосбережения перспективной модели энергоматериалосберегающего теплотехнологического комплекса черной металлургии: автореф. дис....д-ра техн. наук.– М.: МЭИ(ТУ), 2007.– 40 с.

* Сборщиков Г.С. Исследование и разработка физических основ проектирования и эксплуатации с барботажным слоем: автореф. дис. … д-ра техн. наук. – М.: МИСиС(ТУ), 2002. – 49 с.

* Овчинников И.В., Глушенко И.В., Ключников А.Д. Тепловые схемы производства цементного клинкера плавлением // Тр. Второй междунар. нучн. практич. конференции «Современные энергосберегающие тепловые технологии» Т.2. – М.: Издательство ВИМ, 2005. С. 138140.

Pages:     | 1 | 2 ||






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»