ТЕРМОДИНАМИКА И КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА УГОЛЬНОЙ ПУЛЬПЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОРОДА В. Б. Трошенькин, В. П. Маркосова, Б. А. Трошенькин,


The Presentation inside:

Slide 0

Институт проблем машиностроения им. А.Н.Подгорного НАН Украины Харьков ТЕРМОДИНАМИКА И КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА УГОЛЬНОЙ ПУЛЬПЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ВОДОРОДА В. Б. Трошенькин, В. П. Маркосова, Б. А. Трошенькин,


Slide 1

Химические и расчетные формулы С(графит) + О2 = СО2 , ?Gi° = ? 394949 Дж Растворимость СО2 в воде, при 25 °С и парциальном давлении в 1 атм, равна 0.0338 молей на литр СО2(г) = СО2(ж) , ?Gi° = 8422 Дж (1) Согласно условию, касающемуся гидратированных растворов СО2(ж) + Н2О = Н2СО3(ж) , ?Gi° = 0 (2) Комбинируя уравнения (1) и (2) с уравнением разложения воды (3) 2Н2О > 2Н2 + О2 , ?Gi° = 473973 Дж (3) получаем С(графит) + 3Н2О = Н2СО3(ж) + 2Н2 , ?Gi° = 87445 Дж (4) Диссоциация карбоновой кислоты идет по уравнению Н2СО3(ж) = Н+ + НСО3? , ?Gi° = 36914 Дж (5) Отсюда с уравнением (4) получаем С(графит) + 3Н2О + e = НСО3? + 2,5Н2 , ?Gi° = 124359 Дж (6) Значение ЭДС (Ео) для данной реакции определяют из уравнения [ Латимер В. М. ] ?Gi° = n • F • Е° , Для проведения реакции (3) пришлось затратить 4 Фарадея. Таким образом, для проведения реакции (6) необходимо в общей сложности 5 Фарадеев, откуда Е° = ?Gi° / (n • F ) = 0.257 В В связи с тем, что величина ?Gi зависит от температуры и давления, в третьем приближении значение Е° необходимо уточнить по формуле [Дикерсон] ?Gi = ?Gi° + RT • ln (Pконечное / Pначальное)


Slide 2

Зависимость термодинамического потенциала электролиза воды от температуры 1 - равновесный потенциал; 2 - термонейтральный потенциал для жидкой воды; 3 - термонейтральный потенциал для паров воды; 4 - равновесный потенциал, учитывающий сжатие образовавшихся газов до 150 атм; 5 - термонейтральный потенциал, учитывающий сжатие образовавшихся газов до 70 атм; 6 - термонейтральный потенциал, учитывающий сжатие образовавшихся газов до 150 атм. ¦ - данные: Электрохимия. Прошедшие тридцать и будущие тридцать лет/Под ред. Г. Блума и Ф. Гутмана. Пер. с англ. Т. Я. Сафоновой. - М.: Химия, 1982. - 368 с.


Slide 3

Зависимость термодинамического потенциала электролиза водоугольной суспензии от температуры 1 ? равновесный потенциал; 2 ? термонейтральный потенциал для жидкой воды; 3 ? термонейтральный потенциал для паров воды; 4 ? равновесный потенциал, учитывающий сжатие образовавшихся газов до 150 атм; 5 ? термонейтральный потенциал, учитывающий сжатие образовавшихся газов до 150 атм; ^ ? данные 65. Coughlin R. W. Termodinamic, Kinetic, and Mass Balance Aspects of Coal-Depolarized Water Electrolysis/R. W. Coughlin, M. Farooque//Eng. Chem. Process Des. Dev., 1982. Vol. 21. № 4, P. 559 - 564.


Slide 4

Схема экспериментальной установки для электролиза угольной пульпы 1 – реактор, 2 – электроды, 3 – кассета с углеродным материалом, 4 – предохранительная мембрана, 5 – манометр, 6 – заземление, 7 – вольтметр универсальный, 8 – выпрямительно-стабилизирующее устройство, 9 – ЛАТР, 10 – контрольный манометр, 11 – конденсатор, 12 – сепаратор, 13 – редуктор, 14 – расходомер, 15, 16 – термопары, 17 – муфельная печь, 18, 19 – вторичные приборы, 20 – баллоны для получаемого газа, 21 – баллон с инертным газом 0.1 – 25 В 4 ? 220 В 3 9 8 5 6 7 2 17 18 19 ? 380 В 1 10 11 12 13 14 20 15 16 V 0.1 – 6 А 21


Slide 5

Элементы экспериментального стенда Электролизер в сборе Конструкции электродов


Slide 6

Общий вид стенда по электролизу угольной пульпы


Slide 7

Технический анализ шламов* (данные Углехимического института, г. Харьков) * слева - значение величины до эксперимента, справа - после опыта


Slide 8

Температура процесса: 150…250 °С Давление, МПа 2,4…19,5 Потенциал, В 2…10 рН среды 1,8…6 Плотность тока: 0,003 - 0,048 А/см2 Состав газа, % (объемные доли): Н2 - 66,24…66,67 СО2 - 20,55…33,33 остальное - СН4 + О2 Скорость выделения водорода: 2,5·10?6… 6,57·10?6 м3/(м2 ? с) Экономические показатели Расход электроэнергии при электролизе воды: 4,6 кВт·ч/м3 водорода Стоимость электроэнергии: 43,59 коп/кВт·ч (0,0513 дол/кВт·ч) Стоимость 1т Н2 : 2650 дол При электролизе угольной пульпы стоимость 1т Н2: 1325 дол Технологические параметры электролиза угольной пульпы


Slide 9

Схема стеклянного стенда


Slide 10

Наш адрес: 61046, Украина г. Харьков ул. Дм. Пожарского, 2 /10 ИПМаш НАНУ тел.: (0572) 95-96-85, 95-96-75 факс 95-46-35, E-mail: [email protected] [email protected] Благодарим за внимание


×

HTML:





Ссылка: