Медно-хлорный цикл
Медно (цикл Cu- Cl - хлоровый цикл ) представляет собой четырехстадийный термохимический цикл получения водорода. Цикл Cu-Cl представляет собой гибридный процесс, в котором используются как термохимические , так и электролизные стадии.Максимальная требуемая температура составляет около 530 градусов по Цельсию. [1]
Цикл Cu-Cl включает четыре химические реакции расщепления воды , итоговая реакция которых разлагает воду на водород и кислород . Все остальные химикаты перерабатываются. Процесс Cu-Cl можно связать с атомными электростанциями или другими источниками тепла, такими как солнечная энергия и промышленное тепло , чтобы потенциально достичь более высокой эффективности, меньшего воздействия на окружающую среду и более низких затрат на производство водорода , чем любая другая традиционная технология.
Цикл Cu-Cl является одним из выдающихся термохимических циклов, разрабатываемых в рамках Международного форума «Поколение IV» (GIF). Через GIF более десятка стран по всему миру разрабатывают ядерные реакторы следующего поколения для высокоэффективного производства электроэнергии и водорода.
Описание процесса
[ редактировать ]Четыре реакции цикла Cu-Cl перечислены следующим образом: [2] [3]
- 2 Cu + 2 HCl ( г ) → 2 CuCl( л ) + H 2 ( г ) (430–475 °С)
- 2 CuCl 2 + H 2 O( г ) → Cu 2 OCl 2 + 2 HCl( г ) (400 °C)
- 2 Cu 2 OCl 2 → 4 CuCl + O 2 ( г ) (500 °С)
- 2 CuCl → CuCl 2 ( водн .) + Cu (электролиз при комнатной температуре)
- Чистая реакция: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
- Условные обозначения: ( г ) – газ; ( л ) – жидкость; ( aq ) – водный раствор; баланс видов находится в твердой фазе.
Компания Atomic Energy of Canada Limited экспериментально продемонстрировала электролизер CuCl, в котором водород производится электролитически на катоде, а Cu(I) окисляется до Cu(II) на аноде, тем самым объединяя вышеуказанные этапы 1 и 4 для устранения промежуточного производства и последующего транспортировка твердой меди. [4]
Примерно 50% тепла, необходимого для запуска этой реакции, можно получить из самой реакции. [ нужна ссылка ] Другое тепло может быть получено любым подходящим способом. Недавние исследования были сосредоточены на схеме когенерации, использующей отходящее тепло ядерных реакторов, в частности CANDU сверхкритического водяного реактора . [4]
Преимущества и недостатки
[ редактировать ]Преимущества цикла медь-хлор включают более низкие рабочие температуры , возможность использовать низкопотенциальное отходящее тепло для повышения энергоэффективности и потенциально более дешевые материалы. По сравнению с другими термохимическими циклами процесс Cu–Cl требует относительно низких температур — до 530 °C (990 °F).
Еще одним существенным достоинством этого цикла является относительно низкое напряжение (следовательно, низкий расход электроэнергии), необходимое для электрохимического этапа (от 0,6 до 1,0 В, возможно, даже 0,5, если можно достичь более низкой плотности тока). [5] Общая эффективность цикла Cu-Cl оценивается чуть более 43%. [6] исключая дополнительные потенциальные выгоды от использования отработанного тепла в цикле.
Обращение с твердыми частицами между процессами и агрессивными рабочими жидкостями представляет собой уникальную задачу для разработки инженерного оборудования. Среди прочего, в настоящее время используются следующие материалы: напыленные покрытия , никелевые сплавы , эмалированная сталь , огнеупорные материалы и другие современные материалы. [7]
См. также
[ редактировать ]- Цикл оксида церия (IV)–оксида церия (III)
- Гибридный цикл серы
- Цикл оксида железа
- Цикл серы и йода
- Цикл цинк-оксид цинка
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Солнечная энергия для термохимического производства водорода.
- ^ Розен, М.А., Натерер, Г.Ф., Садханкар, Р., Суппия, С., «Ядерное производство водорода с термохимическим медно-хлорным циклом и сверхкритическим водным реактором», Семинар Канадской водородной ассоциации, Квебек, 19–20 октября, 2006. (PDF) Архивировано 6 июля 2011 г. в Wayback Machine .
- ^ Льюис М. и Мэйсин Дж., «Оценка эффективности гибридного термохимического цикла хлорида меди», Аргоннская национальная лаборатория, Чикагский университет, 2 ноября 2005 г. (PDF) .
- ^ Jump up to: а б Натерер, Г.Ф.; и др. (2009). «Последние достижения Канады в области ядерного производства водорода и термохимического цикла Cu-Cl». Международный журнал водородной энергетики . 34 (7): 2901–2917. doi : 10.1016/j.ijhydene.2009.01.090 .
- ^ Докия, М.; Котера, Ю. (1976). «Гибридный цикл с электролизом с использованием системы Cu-Cl» (PDF) . Международный журнал водородной энергетики . 1 (2): 117–121. дои : 10.1016/0360-3199(76)90064-1 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2011 г. Проверено 27 февраля 2009 г.
- ↑ Чукву, К., Натерер, Г.Ф., Розен, Массачусетс, «Моделирование процесса получения водорода с помощью ядерного оружия с циклом Cu-Cl», 29-я конференция Канадского ядерного общества, Торонто, Онтарио, Канада, 1–4 июня 2008 г. . «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 20 февраля 2012 г. Проверено 4 декабря 2013 г.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка ) - ^ Веб-сайт UOIT (Технологический институт Университета Онтарио), посвященный водороду. Архивировано 22 мая 2011 г. на Wayback Machine.