Технологический комплекс для производства и хранения водорода в составе углекислотных энергетических циклов

Отчет 183 с., 128 рис., 64 табл., 138 источников В рамках проекта были достигнуты следующие цели: 1) Разработан аппарата риформинга природного газа для технологической схемы производства азота, интегрированной с углекислотным энергетическим циклом. 2) Разработан аппарат диссоциации аммиака высокой производительности с эффективностью 70-72% и потребление природного газа и электричества равным 6,52 МДж/кг NH3 и 0,946 кВт⋅ч/кг NH3. Предложена конструкция и произведен позонный расчета реактора диссоциации аммиака. По результатам расчета получены распределения температур рабочих среды, подведенной теплоты и молярных концентраций в смеси по длине обогреваемой части трубы. Степень преобразования аммиака составила до 96,4% при длине обогреваемой части трубы 12 м и скорости аммиака на входе 1,5 м/с. Количество передаваемой теплоты составило 49,76 МВт, а потеря давления 0,032 МПа (2,1% от начального). По результатам конструктивного расчёта создана трёхмерная модель диссоциатора с необходимыми коллекторами для подачи аммиака, воздуха и топлива, и коллекторами отвода реагентов. 3) Изучены особенности горения смеси CH4-H2-O2 в средах СО2 и N2, проведен анализ влияния разбавителя на основные параметры химической кинетики: нормальную скорость распространения пламени, время задержки зажигания и адиабатическую температуру пламени. Разработана схема распределения подачи СО2 по длине камеры сгорания и предварительная компоновка камеры сгорания. 4) Определено, что окисление аммиака кислородом воздуха возможно с высокой степенью полноты сжигания в среде водяного пара, что позволяет использовать его в качестве топлива для камер сгорания традиционных и комбинированных ГТУ и ПГУ. Максимальная температура в зоне активного горения аммиака составила 1135 К. Наиболее теплонапряженной оказалась стенка газосборника аммиачной камеры сгорания, так как там отсутствует отведение теплоты охладителем от наружной поверхности стенки жаровой трубы. Максимальная температура стенки неохлаждаемой части газосборника составила 913 К, что является допускаемой температурой для работы деталей традиционных камер сгорания ГТУ. Спроектированная камера сгорания удовлетворяет требованиям, предъявляемым к камерам сгорания традиционных ГТУ. 5) Проведен технико-экономический анализ, по результатам которого было получено, что при транспортировке водорода с помощью автотранспорта стоимость килограмма водорода у потребителя на расстоянии до 1 000 км оказывается наименьшей при транспортировке в сжатом виде, а при больших расстояниях в жидком виде. В случае с транспортировкой железнодорожным транспортом и с помощью морского транспорта аммиак становится наиболее экономически эффективным способом транспортировки при расстояниях больше 2 500 - 3 000 км и меньше 6 000 и 8000 км соответственно.