stringtranslate.com

Медно-хлорный цикл

Упрощенная схема медно-хлорового цикла.

Медно - хлоровый цикл (цикл Cu- Cl ) 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 химических реакции расщепления воды , в результате которых вода разлагается 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 мира разрабатывают ядерные реакторы следующего поколения для высокоэффективного производства электроэнергии и водорода.

Описание процесса

Четыре реакции цикла Cu-Cl перечислены следующим образом: [2] [3]

  1. 2 Cu + 2 HCl ( г ) → 2 CuCl( л ) + H 2 ( г ) (430–475 °С)
  2. 2 CuCl 2 + H 2 O( г ) → Cu 2 OCl 2 + 2 HCl( г ) (400 °C)
  3. 2 Cu 2 OCl 2 → 4 CuCl + O 2 ( г ) (500 °С)
  4. 2 CuCl → CuCl 2 ( водн. ) + Cu (электролиз при комнатной температуре)
Чистая реакция: 2 H 2 O → 2 H 2 + O 2
Условные обозначения: ( ж ) – 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 цитация ] Другое тепло может быть получено любым подходящим процессом. Недавние исследования были сосредоточены на схеме когенерации, использующей отходящее тепло ядерных реакторов, в частности сверхкритического водяного реактора CANDU . [4]

Преимущества и недостатки

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 чем в 43%, [6] исключая дополнительные потенциальные выгоды от использования отходящего 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]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Солнечная энергия для термохимического производства водорода.
  2. ^ 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 .
  3. ^ Льюис М. и Мэйсин Дж., «Оценка эффективности гибридного термохимического цикла хлорида меди», Аргоннская национальная лаборатория, Чикагский университет, 2 ноября 2005 г. (PDF).
  4. ^ аб Натерер, Г.Ф.; и другие. (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.
  5. ^ 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.
  6. ^ 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: archived copy as title (link)
  7. ^ Веб-сайт UOIT (Технологический институт Университета Онтарио), посвященный водороду. Архивировано 22 мая 2011 г. в Wayback Machine.