1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Теплоэнергетика
  4. № 2, 2024

Теплоэнергетика, 2024, № 2, стр. 90-106

Расчетное обоснование системы получения водорода из биомассы с использованием газификации в химических циклах

Д. С. Литун a, *, Г. А. Рябов a

a Всероссийский теплотехнический институт
115280 Москва, Автозаводская ул., д. 14, Россия

* E-mail: litoun@gmail.com

Поступила в редакцию 25.04.2023
После доработки 11.07.2023
Принята к публикации 01.08.2023

Аннотация

Рассмотрены современные требования к производству водорода с минимальным углеродным следом, возможность применения полигенерирующих систем для производства электроэнергии, тепла, полезных продуктов и технологий химических циклов для получения водорода с одновременным улавливанием диоксида углерода. Разработана новая система, объединяющая использование биомассы в качестве топлива, химические циклы и получение синтетического газа в полигенерирующей системе связанных реакторов, которая является весьма перспективной с позиции достижения максимальной эффективности процесса производства водорода без углеродного следа (с отрицательным углеродным следом). Приведены методика и результаты расчетов состава и расхода генераторного газа, материального баланса системы химических циклов, тепловых эффектов химических реакций в системе связанных между собой реакторов, теплового баланса и температур в отдельных реакторах, тепловых и материальных балансов в утилизаторах тепла отходящих газов. Определено влияние основных условий работы системы химических циклов на температуры в реакторах по данным расчетов тепловых и материальных балансов. Приведено расчетное значение эффективности по водороду (75.93%), которое вполне вписывается в общую картину результатов моделирования аналогичных систем для получения водорода в химических циклах с оксидами металлов и может рассматриваться как ориентир при проработках технических решений в рамках предлагаемой принципиальной технологической схемы. Намечены пути дальнейших исследований.

Ключевые слова: получение водорода, углеродный след, биомасса, паровой риформинг, химические циклы, полигенерация, улавливание диоксида углерода, связанные между собой реакторы с кипящим и циркулирующим кипящим слоем

Список литературы

  1. Energy technology perspectives 2020: Special Report on Carbon Capture Utilisation and Storage // CCUS in Clean Energy Transitions. Paris: International Energy Agency, 2020. https://webstore.iea.org/ccus-in-clean-energy-transitions.

  2. Minchener A. Development and deployment of future fuels from coal: Report of Clean Coal Centre IEA, 2019. www.IEA-COAL.ORG.

  3. ETP Clean Energy Technology Guide, 2020. https://www.iea.org/articles/etp-cleanenergy-technology-guide, accessed.

  4. Negative emission technologies: What role in meeting Paris agreement targets? EASAC Policy Report, 2019. https://easac.eu/fileadmin/PDF_s/reports_statements/Negative_Carbon/EASAC_Report_on_Negative_Emission_Technologies.pdf.

  5. Using a life cycle assessment approach to estimate the net greenhouse gas emissions of bioenergy // IEA Bioenergy. 2013. https://www.ieabioenergy.com/wpcontent/uploads/2013/10/ Using-a-LCA-approach-to-estimate-the-net-GHG-emissionsof-bioenergy.pdf, accessed 23 May 2019.

  6. The crucial role of low-carbon hydrogen production to achieve Europe’s climate ambition: A technical assessment. https://zeroemissionsplatform.eu/wp-content/uploads/ The-crucial-role-of-low-carbon-hydrogen-production-to-achieve-Europes-climate-ambition-ZEP-report-January-2021.pdf.).

  7. Распоряжение Правительства РФ от 05.08.2021 № 2162-р “Об утверждении Концепции развития водородной энергетики в РФ”. М., 2021.

  8. Review of hydrogen production using chemical-looping technology / M. Luo, Y. Yia, S. Wang, Z. Wang, M. Du, J. Pan, Q. Wang // Renewable Sustainable Energy Rev. 2018. V. 81. Part 2. P. 3186–3214 https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.07.007

  9. Рябов Г.А. Использование технологии химических циклов для производства водорода // Альтернативная энергетика и экология. 2021. № 4–6. С. 82–92. https://doi.org/10.15518/isjaee.2021.04-06.082-092

  10. Chemical looping gasification / L.S. Fan, F. Li, L.G. Valazquer-Vargas, S. Ramkumar // Proc. of the 9th Intern. Conf. on Circulating Fluidized Beds. Hamburg, Germany, 13–16 May 2008. P. 801–806.

  11. Is polygeneration the future for clean coal? 2014. www.powermag.com/ispolygeneration- the-future-for-clean-coal/

  12. Рябов Г.А., Ханеев К.В. Применение полигенерирующих систем для повышения эффективности использования твердых топлив // Энергетик. 2010. № 11. С. 35–38.

  13. Chemical looping gasification in a 2–4 MWt dual fluidized bed gasifier / S. Pissot, T.B. Vilches, J. Maric, M. Seemann // Proc. of 23rd Intern. Conf. on Fluidized Bed Conversion. FBC-23. Seoul, Korea, May 2018. P. 956–966.

  14. Cebrucean D., Ionel I., Spliethoff H. Performance of two iron-based syngas-fueled chemical looping systems for hydrogen and/or electricity generation combined with carbon capture // Clean Technol. Environ. Policy. 2017. No. 19. P. 451–470. https://doi.org/10.1007/s10098-016-1231-y

  15. Small scale hydrogen production from metal-metal oxide Redox cycles / D. Yamaguchi, L. Tang, N. Burke, K. Chiang, L. Rye, T. Hadley, S. Lim // Hydrogen Energy. Chapter 2 / Ed. by D. Minic. Intech Open, 2012. https://doi.org/10.5772/50030

  16. Khan M.N. Techno-economic assessment of a plant based on a three reactor chemical looping reforming system // Int. J. Hydrogen Energy. 2016. No. 41 (48). P. 22677–22688. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2016.09.016

  17. Three-reactors chemical looping process for hydrogen production / P. Chiesa, G. Lozza, A. Malandrino, M. Romano, V. Piccolo // Int. J. Hydrogen Energy. 2008. No. 33. Is. 9. P. 2233–2245. https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2008.02.032

  18. Kern S., Pfeifer C., Hofbauer H. Co-gasification of wood and hard coal in a dual fluidized bed steam gasifier: process efficiency vs. gasification temperature // Proc. of the 21st Intern. Conf. on Fluidized Bed Conversion. FBC-21. Naples, Italy, 3–6 June 2012.

  19. Тепловой расчет котлов (нормативный метод). 3‑е изд., перераб. и доп. СПб.: НПО ЦКТИ, 1998.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Теплоэнергетика

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал