Институт проблем машиностроения им. А.Н.Подгорного НАН Украины Харьков ТЕРМОДИНАМИКА И КИНЕТИКА ПРОЦЕССА ЭЛЕКТРОЛИЗА УГОЛЬНОЙ ПУЛЬПЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ. - презентация

1

2 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,

3 Химические и расчетные формулы С(графит) + О 2 = СО 2, Gi° = Дж Растворимость СО 2 в воде, при 25 °С и парциальном давлении в 1 атм, равна молей на литр СО 2 (г) = СО 2 (ж), Gi° = 8422 Дж (1) Согласно условию, касающемуся гидратированных растворов СО 2 (ж) + Н 2 О = Н 2 СО 3 (ж), Gi° = 0 (2) Комбинируя уравнения (1) и (2) с уравнением разложения воды (3) 2Н 2 О 2Н 2 + О 2, Gi° = Дж (3) получаем С(графит) + 3Н 2 О = Н 2 СО 3 (ж) + 2Н 2, Gi° = Дж (4) Диссоциация карбоновой кислоты идет по уравнению Н 2 СО 3 (ж) = Н + + НСО 3, Gi° = Дж (5) Отсюда с уравнением (4) получаем С(графит) + 3Н 2 О + ē = НСО 3 + 2,5Н 2, Gi° = Дж (6) Значение ЭДС (Е о ) 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 ) = 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 (P конечное / P начальное )

4 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, с.

5 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., Vol , P

6 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 В В V 0.1 – 6 А 21

7 Элементы экспериментального стенда Электролизер в сборе Конструкции электродов

8 Общий вид стенда по электролизу угольной пульпы

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

10 Температура процесса: 150…250 °С Давление, МПа 2,4…19,5 Потенциал, В 2…10 рН среды 1,8…6 Плотность тока: 0, ,048 А/см 2 Состав газа, % (объемные доли): Н ,24…66,67 СО ,55…33,33 остальное - СН 4 + О 2 Скорость выделения водорода: 2,5·10 6 … 6,57·10 6 м 3 /(м 2 · с) Экономические показатели Расход электроэнергии при электролизе воды: 4,6 кВт·ч/м 3 водорода Стоимость электроэнергии: 43,59 коп/кВт·ч (0,0513 дол/кВт·ч) Стоимость 1т Н 2 : 2650 дол При электролизе угольной пульпы стоимость 1т Н 2 : 1325 дол Технологические параметры электролиза угольной пульпы

11 Схема стеклянного стенда Перегородка Н2Н2 СО 2 Конденсатор Термометр Магнитная мешалка Анод Угольная пульпа Катод Нагревательный элемент

12 Наш адрес: 61046, Украина г. Харьков ул. Дм. Пожарского, 2 /10 ИПМаш НАНУ тел.: (0572) , факс , Благодарим за внимание