Форум Химиков - Энтузиастов. Химия и Химики
http://www.chemistry-chemists.com/forum/

Сероводородная энергетика
http://www.chemistry-chemists.com/forum/viewtopic.php?f=12&t=5307		 Page 1 of 3
Author:  Ramon [ 28 Jun 2013 04:13 ]
Post subject:  Сероводородная энергетика
Сегодня на форуме впервые услышал о такой. Собствено интересно, что она из себя представляет?
Author:  Upsidesium [ 28 Jun 2013 05:35 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Ramon wrote:
Сегодня на форуме впервые услышал о такой. Собствено интересно, что она из себя представляет?

Если в кратце - использование сероводорода в качестве основного энергоносителя.
Можно выделить два направления:
1) Прямое окисление в электрохимических генераторах (твердоокисные элементы) для производства электроэнергии.
2) Использование сероводорода для получения водорода и его последующего использования в водородной энергетике.
Первый способ, в силу экологических причин, реализуем только на крупных электростанциях. Второй имеет гораздо более широкое применение, но несколько дороже первого, в то же время дешевле и выгоднее чем электролиз воды.
В качестве отходов ценное химическое сырье:
1) SO2, SO3 и олеум.
2) S.
Author:  Ramon [ 29 Jun 2013 00:54 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
А есть какая либо литература по данному направлению?
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 01:49 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Ramon wrote:
А есть какая либо литература по данному направлению?

Специальной литературы не встречал. Но есть много англоязычных статей, только в свободном доступе лишь единицы.
Вот подборка из 3-х статей:
Attachment:
H2S_O2_SOFC.rar [1.85 MiB]
Downloaded 855 times
Author:  Ing.P. [ 29 Jun 2013 03:52 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Upsidesium wrote:
Ramon wrote:
А есть какая либо литература по данному направлению?

Специальной литературы не встречал. Но есть много англоязычных статей, только в свободном доступе лишь единицы.
Вот подборка из 3-х статей:
Attachment:
H2S_O2_SOFC.rar

Спасибо, Upsidesium, захватывающе интересные материалы. Интересно только, как хранить сероводород (сжиженный, или в растворе), ведь аммиаку и пропан-бутану отдают предпочтение перед более дешевыми водородом и метаном из-за возможности компактного хранения. Как я понял из статей, сероводородные топливные элементы предлагаются для получения энергии из отходов нефтеперерабатывающей промышленности, т.е. на стационарных объектах. Не встречались ли Вам упоминания о перспективах применения такого топлива на транспорте? (конечно, я и сам теперь буду искать)
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 05:37 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Ing.P. wrote:
Спасибо, Upsidesium, захватывающе интересные материалы. Интересно только, как хранить сероводород (сжиженный, или в растворе), ведь аммиаку и пропан-бутану отдают предпочтение перед более дешевыми водородом и метаном из-за возможности компактного хранения. Как я понял из статей, сероводородные топливные элементы предлагаются для получения энергии из отходов нефтеперерабатывающей промышленности, т.е. на стационарных объектах. Не встречались ли Вам упоминания о перспективах применения такого топлива на транспорте? (конечно, я и сам теперь буду искать)
Где-то упоминалось, что в сжиженном виде. Основная проблемма только в его коррозионности. Первое время, насколько мне известно, планируется использовать отходы нефтепереработки и газ из т.н. некондиционных газовых/газоконденсатных месторождений (где доля H2S может доходить до 80%) законсервированных в настоящее время.
Лирика
А потом, по мере истощения запасов нефти, постепенно перейти к добыче сероводорода из мантии Земли паросерным методом. Вот где прочиал не помню, но по моему в Химии и Жизни (статья 80-х гг). В статье говорилось о получении водорода и сероводорода путем закачки воды в зоны рифтогенеза через сверхглубокие скважины. Общая масса серы равна 2,9% от массы всей планеты из них 0,1% содержится в земной коре, остальные 2,8% в мантии. 98% серы находится в виде сульфидов. В недрах Земли сера распределена следующим образом: 1,4% во внешнем ядре (именно благодаря сульфидам внешнего ядра у Земли есть магнитное поле) и 1,4% в нижней мантии. Внешнее ядро ЕМНП не обменивается веществом с мантией, поэтому его в расчет не берут. Зато вещество нижней мантии конвективными потоками (плюмы) выносится на поверхность - в зоны рифтогенеза. И в этих же местах мантия ближе всего подходит к поверхности земной коры. Концентрация серы там достигается до 300 г/т. Водород по мнению автора будет образовываться при реакции воды с силицидами металлов, а сероводород все же рассматривался как побочный, но ценный продукт.

собственные расчеты
Ради интереса сейчас посчитал, что если сероводород электрохимически окислять до серного ангидрида (у Багоцкого описан мембранный топливный элемент окисляющий SO2 до SO3), то с учетом того, что энергопотребление человечества возрастет, как минимум, в 3 раза, а кпд установок равен 0,7 - этих 1,4% в идеале хватит на 2,1 трлн лет (но это без учета транспорта, данных по нему не нашел :( ).

Про применение таких элементов на транспорте информации не находил. Думаю это связано с техническими причинами: чтобы получить приемлемый выход мощности необходимо окислить сероводород до сернистого газа, который надо куда-то девать. На стационарных объектах это делается гораздо проще (ценное сырье). С другой стороны из сероводорода можно получить водород, причем в таком случае водородная энергетика себя окупает. А из водорода получить аммиак, гидразин или метанол.
Самый главный плюс: для данного типа нетрадиционной энергетики уже есть инфраструктура (газовая промышленность).
Минус: неразвиты технологии сверхглубокого бурения. А в данном случае придется создать фактически "промышленный вулкан".
--------------------------------------------
Почему данное направление "замалчивается" в научно-популярной литературе, непонятно. Сам впервые узнал о ней в прошлом году когда наткнулся на статью украинского ученого предлагавшего использовать сероводород Черного моря для энергообеспечения Украины на несколько тысячелетий. В США данное направление развивалось начиная с начала 80-х гг, но постепенно умолкло на 10 лет из-за высокой популярности атомной энергетики.
Author:  Ramon [ 29 Jun 2013 06:16 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Спасибо. Сейчас погуглил оказывается есть и РЕМ-элементы работающие на сероводороде при комнатной температуре. Только в качестве окислителя пергидроль. Зато мощьность как у водородных с платиновым катализатором. Теперь тоже буду сам искать. Еще раз спасибо.
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 16:51 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Ramon wrote:
Спасибо. Сейчас погуглил оказывается есть и РЕМ-элементы работающие на сероводороде при комнатной температуре. Только в качестве окислителя пергидроль. Зато мощьность как у водородных с платиновым катализатором. Теперь тоже буду сам искать. Еще раз спасибо.

Это механически перезаряжаемая батарея (полутопливный элемент)
Novel H2S/H2O2 fuel cell
Hidden text: ON
Available only to registered users.

Топливо: 0,1 М водный раствор Na2S в 1 М водном растворе NaOH
Окислитель: 1 М или 2 M подкисленный водный раствор H2O2 (соответственно 3% и 6% растворы, до пергидроля далеко)
Катализатор: Сульфид никеля с примесью платины (или платиновой черни?)
Суммарная реакция: H2S + H2O2 = S + 2H2O
Развиваемая мощность: 10-30 мВт/см2 (что близко к теоретическому максимуму)
Для силовых устройств не годится, а вот питать светодиодные светильники или как устройства экстренной зарядки для портативной электроники самое то.

Attachments:
er.2950.pdf [276.69 KiB]
Downloaded 792 times
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 18:18 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Вот одна из старых работ (1987 г)
Attachment:
J. Electrochem. Soc.-1987-Pujare-2639-40.pdf [131.56 KiB]
Downloaded 829 times

И то чего, казалось бы, не может быть:
Твердоокисный топливный элемент с прямым окислением паров серы и сернистого газа (мощьность только низкая - 0,25 мВт/см2)
Attachment:
S1002-0721%2812%2960194-X.pdf [905.81 KiB]
Downloaded 779 times

Неясно так же чем в данном случае проводить нагрев ТЭ. Обычно для этого используется небольшая часть топлива, но горящая сера, как мне кажется, не даст 9000С.
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 20:05 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Еще одна пионерская работа: "Электрогенеративное окисление сернистого газа кислородом воздуха" (SO2/O2 fuel cell)
Сегодня такие элементы имеют рекордную мощьность 1-1,5 Вт/см2 при 600С (В.С. Багоцкий, 2009).
Attachment:
BF01132425.pdf [217.32 KiB]
Downloaded 835 times

Т.е. сернокислотное производство может быть и электростанцией по совместительству.
Author:  DVP [ 29 Jun 2013 21:15 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Upsidesium wrote:
Т.е. сернокислотное производство может быть и электростанцией по совместительству.

Не обязательно электростанция. Я в свое время в Виннице был на практике, в сернокислотном цеху. Там печь сгорания серы была. Так, тепло использовалось для получения технологического пара, т.е. можно использовать, как котельную, для отопления нескольких кварталов, а продукты горения, в серную кислоту, (или иные продукты.).
Author:  Upsidesium [ 29 Jun 2013 21:47 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Это т.н. - химическая когенерация. Многие химико-технологические процессы можно использовать для получения электроэнергии (как побочный продукт). Где-то в Европе (по моему в Венгрии) есть химический завод, одним из отходов производства которого является водород. Заводчане установили две электрохимические установки (каждая размером с киоск). Завод не только перекрыл свои потребности в электричестве, но и снабжает электричеством ближайший рабочий поселок, где собственно и живут рабочие данного завода.
Author:  Upsidesium [ 30 Jun 2013 20:47 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Вот еще три статьи по электродным материалам для твердоокисных элементов устойчивым к отравлению серой.
Attachment:
H2S_O2_SOFC_2.rar [1.45 MiB]
Downloaded 765 times
Author:  Upsidesium [ 02 Jul 2013 17:40 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Несколько статей и патентов
Attachment:
H2S_energetics.rar [2.49 MiB]
Downloaded 788 times
Author:  Upsidesium [ 02 Jul 2013 18:50 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Подборка статей по каталитическому разложению сероводорода на водород и серу.
Attachment:
H2S_decomposition.rar [3.97 MiB]
Downloaded 811 times
Author:  Upsidesium [ 06 Jul 2013 20:09 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Рифтогенез
Attachment:
Untitled-5-pic510-510x340-26679.jpg
Untitled-5-pic510-510x340-26679.jpg [ 83.6 KiB | Viewed 21655 times ]
Author:  Upsidesium [ 12 Jul 2013 04:18 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Проект E-19-X46 (использование процесса Клауса для получения серы, электричества и тепла)
Attachment:
E-19-X46.pdf [9.13 MiB]
Downloaded 854 times
Author:  Ramon [ 12 Jul 2013 13:26 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Uрsidеsium. Спасибо за поддержку темы.
Author:  Upsidesium [ 12 Jul 2013 18:20 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Всегда рад помочь. Особенно если кому-то это интересно.
Author:  Upsidesium [ 15 Jul 2013 05:51 ]
Post subject:  Re: Сероводородная энергетика
Сравнительно новый тип топливных элементов - топливный элемент с протонно-проводящей керамикой (PCFC или SOFC(H+)). Является разновидностью твердоокисного топливного элемента. Сочетает в себе преимущества SOFC(O2-), MСFC и PEMFC. Основным преимуществом данного типа ТЭ является возможность полного использования топлива и получение электрического кпд в 80% ( и 95 - 98% в режиме когенерации). Одним из направлений исследований является создание сероводородо-воздушных PCFC.
Attachment:
H2S_PCFC.rar [958.06 KiB]
Downloaded 760 times

offtop
В данной статье рассматривается метано-воздушный SOFC(H+). Показана возможность, в режиме когенерации, получения кпд свыше 100%.
Attachment:
S0378-7753%2803%2900072-7.pdf [396.67 KiB]
Downloaded 773 times
Page 1 of 3 All times are UTC [ DST ]
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
http://www.phpbb.com/