Способ получения электрической энергии из природного газа с использованием топливного элемента на твердом окисле. Электричество из газа

Получение электричества из газа. Рассмотрим газовые генераторы для дома. Можно ли получать электричество из земли

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев – энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

Вероятно, энергетический сектор произвел больше электроэнергии с газом, чем уголь. В настоящее время оба топлива составляют около 33 процентов, согласно данным федеральных источников энергии. Однако газовое топливо не вызывает споров. Производство из сланцевых формаций с использованием горизонтального бурения и гидравлического разрыва, которое обеспечило большую часть роста производства за последнее десятилетие, загрязнило некоторые водные пути и вызвало проблемы с землетрясением.

М газа в день в среднем в прошлом году. Это не должно было быть так. В последние годы угольная промышленность была избита конкуренцией со стороны дешевых газовых и чистых правил, которые повысили затраты на сжигание грязной черной породы. Тенденция в пользу газа здесь, чтобы остаться. Генераторы добавляют больше газовых установок при выходе на пенсию старых угольных электростанций, - сказал Костас.

• разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
• рассмотреть возможность применения установки для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

С электричеством и газом вы платите за две основные вещи. Энергия, которую вы используете, затрачивает энергию на ваш дом. . Только более трети того, что вы платите, - это получение энергии для вас - остальное - то, что вы используете. Небольшая часть того, что вы платите, также идет на финансирование работы регулирующих органов энергетической отрасли.

* Цифры, которые у нас отсутствуют, не выделяют расходы на передачу от зарядов энергии. Существует целый ряд процессов для обеспечения вашего дома - и в конечном итоге вы платите за эти процессы в своем счете. Ваш счет охватывает производство, передачу, распределение и розничную продажу электроэнергии. Он также включает небольшой сбор, который управляет Управлением электроэнергией, которое регулирует и регулирует электроэнергетику.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Во-первых, ваша сила должна быть сгенерирована. В Новой Зеландии это в основном от гидроэнергетики, геотермальной энергетики и природного газа. Передача - это массовое движение энергии по всей стране. Передача электроэнергии осуществляется от электростанции до точки распространения вблизи вашего дома.

Основной канал передачи управляется вектором. Оттуда ваша сила распределяется. Распределение энергии от точки доставки или распределения к вашей собственности осуществляется местными дистрибьюторскими компаниями - либо линиями, либо сетевыми компаниями, либо, в случае газовых, газовых сетевых компаний.

Раньше водородом наполняли баллоны дирижаблей, которые нередко взрывались

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

Расходы на передачу и распределение электроэнергии обычно оплачиваются вашим розничным продавцом и включаются как часть того, что они взимают с вас. В некоторых случаях розничные торговцы разделяют различные компоненты вашего счета, чтобы вы могли видеть, что вы платите за каждую часть. В нескольких областях компания электросетей выставляет счета непосредственно за затраты на распределение.

Расходы на передачу и распределение газа включены в оптовую цену, когда ритейлеры покупают газ. Доля вашего счета, покрывающего передачу и распределение, выше для газа, чем для электричества. Ваш ритейлер - это энергетическая компания, с которой вы имеете дело, которая отправляет вам ваш счет.

2H 2 + O 2 → 2H 2 O + Q (энергия)

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

2H 2 O → 2H 2 + O 2 - Q

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Розничные продавцы покупают электроэнергию, производимую генерирующими компаниями в сложной системе торговли. Для электричества это называется новозеландским рынком электроэнергии. Именно на этом уровне торговли электроэнергией вы услышите такие термины, как «оптовый рынок» и «спот-ценообразование». Оптовая цена, на которую розничные продавцы покупают электроэнергию, может сильно повлиять на цену, которую вы платите.

Электрогенераторы продают электроэнергию на оптовом рынке. Это покупают продавцы, которые затем продают его вам. В то время как цена на электроэнергию устанавливается каждые полчаса и варьируется в зависимости от спроса, большинство розничных продавцов продают ее вам по установленной цене и обычно организуют контракты на покупку-продажу, известные как «хеджирования», с оптовиками.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Есть некоторые ритейлеры, которые будут продавать вам электроэнергию по контракту с ценой цены - так, что вы платите, зависит от изменений в спотовой цене. Для розничного продавца существует ценовая маржа, но поскольку розничный торговец не должен покрывать колебания в спотовой цене, маржа меньше, чем для установленной цены контракта. Так что в среднем, покупка на месте цены дешевле, но более рискованнее, чем контракты с ценой.

Владельцы газового месторождения платят роялти правительству, а затем продают газ оптовикам, которые продают их розничным торговцам. Рынки газа и электроэнергии взимаются для оплаты контролирующим органам, которые их контролируют, и за предоставление услуг по удовлетворению жалоб потребителей. Плата за регулирование энергетической отрасли крайне низка.

Из чего состоит примитивный электролизер:

• реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
• металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
• второй резервуар играет роль водяного затвора;
• трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Сравните ваш счет за электроэнергию и сохраните

Узнайте, кто поставляет ваше новое имущество и как получить наилучшую сделку с газом и электроэнергией. Поставщик коммутаторов - это быстрый и простой способ сократить расходы домашних хозяйств. С таким большим количеством задач в вашем контрольном списке движущегося дома, помня, чтобы уведомить вашего нынешнего поставщика энергии - и выяснить, кто ваш новый поставщик газа и электричества, - вероятно, будут последними в вашем уме.

Узнайте, кто поставляет газ и электричество в новое имущество

Хорошей новостью является то, что эти две задачи не так сложно отметить ваш список, как вы думаете. Если вы не можете получить эту информацию от нынешних арендаторов, вы можете сделать пару звонков, чтобы узнать, кто ваш новый поставщик энергии. Чтобы узнать, кто поставляет ваше электричество, вы можете позвонить в свой район распределения электроэнергии. Цифры перечислены ниже.

Принцип работы электролизера следующий:

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Термогенераторы. История и теория

Движущийся день - это напряженное время, но не забудьте позаботиться о нескольких деталях газа и электричества, пока

studiofiring.ru

Газовый генератор – альтернативный источник электроэнергии

В настоящее время, компактные генераторы и электростанции являются альтернативным источником получения электроэнергии, взамен привычным для всех городским сетям. С помощью действия поршневых и газовых моторов, газ преобразовывается в электричество. Это очень удобное устройство, но не всегда оно нужно на постоянной основа, а только на время - для выполнения каких либо работ или отдыха. В таком случае не нужно тратить лишние деньги на его приобретение, достаточно арендовать генератор.

Газовый генератор и экономия электричества

Отличительной особенностью и явным положительным качеством генератора считается его способность экономить потребление электроэнергии. Вследствие чего, значительно уменьшаются счета за электроэнергию, что также необходимо учитывать при установке генератора в доме или офисе.

Газовый генератор: топливо

Такие электростанции удобны еще и тем, что абсолютно не привередливы к разным видам газа. Хотя в настоящее время, из-за своей безопасности и наименьшим тепловым эффектом, чаще всего используются генераторы на природном газе.

Наиболее популярными считаются генераторы, работающие на газе. Для наибольшей теплоотдачи самыми подходящими являются – бутан и пропан. Обычно, при использовании на производстве, работа генераторов должна быть основана на двух видах газа, для того, чтобы он прослужил как можно дольше. Установив такой газовой генератор, вы заметно сэкономите на топливе, что в свою очередь позволит уменьшить денежные затраты.

Плюс ко всему, генераторы и электростанции, работающие на газе, считаются экологически чистыми. Все топливо, предназначенное для работы генераторов, изготавливается из специальных, очищенных газовых соединений. Тем самым, такие источники электроэнергии дают возможность использовать их когда и где угодно, не нанося вреда экологии.

Газовый генератор: преимущества

Безусловно, у подобных станций очень много положительных моментов, начиная от покупки и установки, заканчивая эксплуатацией, подводя итог, какие же главные качества можно отметить?

1. первое и безусловно главное, что нужно отметить – это небольшие счета за электроэнергию при использовании генератора и электростанции. Причем ощутимее это будет в помещениях с большой площадью;
2. благодаря большому ассортименту, подобрать электростанцию можно исходя из технических характеристик, требований и материальных возможностей;
3. генераторы помогут справиться с перебоями в подаче электроэнергии;
4. экологическая безопасность не нарушит вашего спокойствия.

Современные производители постоянно совершенствуют и вносят разнообразие в модели генераторов и электростанций, с самыми популярными можно ознакомиться на http://m.ua/kata/349/geko/. Отличие этих устройств обычно в виде газа, на котором они работают. В любом случае, вы получите долговечное устройство за небольшие деньги.

dom-remonta.org

Использование газовых генераторов в частном доме

Газовые генераторы – устройства, используемые для трансформации тепловой энергии, вырабатываемой при горении природного газа, в электричество. Газогенераторы незаменимы в тех случаях, когда часто происходят перебои с электричеством, параметры электроэнергии отличаются от номинальных показателей, наблюдаются аварийные отключения.

Возможности эксплуатации генератора

Газовый генератор возможно эксплуатировать в качестве резервного или постоянного источника электроснабжения. Для периодического использования подходит генератор, оборудованный механизмом автоматического включения и запускающийся при сбоях в электросети. Особенность резервных генераторов заключается в том, что их требуется выключать после несколько часовой работы. Это обуславливается наличием в их внутренней системе двигателей, вращающихся со скоростью до 3 тысяч оборотов в минуту.

В случае постоянной работы генератора он является единственным источником электричества в системе автономного снабжения электроэнергией. Такой вариант использования наиболее подходит для загородных коттеджей, находящихся далеко от ЛЭП либо в местах, где из-за определенных технических условий невозможно подключение к электросети. Генератор для непрерывной выработки электричества может быть подключен к баллону с природным газом, газгольдеру или магистральному газопроводу.

Преимущества газогенераторов

Современные генераторы, функционирующие на природном газе, по праву считаются оптимальным выбором для создания автономной системы электроснабжения в собственном доме. Газовые генераторы наделены множеством положительных качеств, включая следующие:

• компактность и простота в эксплуатации;
• бесшумность функционирования;
• экономичность и возможность получения недорогой электроэнергии;
• продолжительный эксплуатационный срок;
• безопасность и абсолютная экологичность;
• большое разнообразие, позволяющее подобрать оборудование с учетом определенных условий использования.

Подключение генератора

Расположить генератор необходимо в отдельном помещении – топочной либо котельной. При этом помещение, в котором размещаются газовые генераторы для дома на природном газе, должно соответствовать ряду требований:

1. Для вывода продуктов горения важно озаботиться наличием дымохода либо специального вентиляционного канала, внутри которого размещается газоотводящая труба.
2. В помещение должен поступать естественный свет на случай аварийной ситуации.
3. Газоотводящая труба должна надежно подключаться к отводящему отверстию газогенератора. Не допускается соединение с применением подручных неподходящих приспособлений.
4. Чтобы обеспечить максимальную устойчивость генератора, под ним должна располагаться плоская бетонированная площадка.
5. Использование газового электрогенератора без подогрева двигателя возможно только при положительной температуре.
6. Помещение должно быть оснащено постоянно функционирующей вентиляционной системой.

Критерии выбора

Ключевой характеристикой, на которую следует обратить внимание при покупке генератора для дома, является его предельная мощность. Целесообразно приобрести генератор с небольшим запасом мощности на случай чрезмерного потребления электроэнергии.

Существуют генераторы с воздушным и водяным охлаждением. Первая разновидность отличается более компактными размерами и доступной ценой, но на такие генераторы нельзя установить подогрев двигателя. Из-за данного ограничения становится невозможным эксплуатировать оборудование при низкой температуре. Для постоянной эксплуатации больше подойдет генератор с водяным охлаждением, поскольку такое оборудование предназначено для продолжительной непрерывной работы. Конкретный срок непрерывной работы, как правило, указывается в технической документации.

Также при покупке стоит предварительно выяснить уровень шума, который создает генератор, примерный расход природного газа и функционирование при невысоком давлении. Возможность работы при низком давлении газа особенно необходима в зимний период времени, когда из-за повышенного потребления ресурса давление в магистральных газопроводах значительно падает. Для функционирования в таких условиях генераторы могут оснащаться специальными регуляторами давления. Данная возможность прописывается в техническом паспорте генератора наряду с прочими характеристиками.

Большинство разновидностей генераторов изначально обладают оптимальными параметрами для использования в частном доме. Стоимость оборудования окупается достаточно быстро благодаря большой экономичности.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

madenergy.ru

замена газа в котле + электричество. 1кг=2.2м3 газа или 1кг=1кВт*час при получении электроэнергии / СоХабр

Скоро неделя как я доделал упрощенный вариант газогенератора чтобы получать газ для газового котла и электричества через 5кВт бензогенератор.

Задача стояла упростить, удешевить, сделать максимально удобным для массового промышленного производства. (кстати о конвеерном производстве — кто из москвы (да и не только), с удовольствием пообщаюсь на эту тему — пишите в лс)

Когда я делал первые газогенераторы они были круглыми и пришлось ломать голову где искать вальцы. После развала СССР сама услуга вальцовка, как оказалось, стала просто редким дефицитом. То вальцы не такие как надо, то просто нет, а если и есть, перевозить надо железякину через весь город, платить по ощутимой цене, а потом назад. В итоге время, бензин, амортизация транспорта. Логистика сжирает все возможные выгоды. Поэтому решил делать вместо круглой формы квадратную, любая фирма согнет листовой металл. Сделал профессиональные чертежи и передал на фирму по лазерное резки металла — они и порезали и согнули. Цены на металл на таких фирмах зачастую оптовые (их закупочные цены) и выходит значительно дешевле брать у них чем покупать и вести металл самому (по розничным ценам). Забрал я конструктор из металла толщиной 1.5 мм и обварили по швам за день.

Взял электропилу, топор наколол чурок древесных, насыпал пластиковых бутылок в бункер газогенератора, поджег, подождал минут 10 и газ загорелся.

Удалось решить несколько проблемных вопросов которые всегда стоят перед создателем газогенератора 1. Тяжесть аппарата — металл со временем изнашивается и многие делают его из бронелистов в 5мм, как на БТР. Себестоимость сразу сумашедшая и вес туда же. Сейчас вес аппарата около 50 кг. За счет сокращения толщины металла и моему усовершенствованию останавливающему износ железа — себестоимость упала многократно, даже при том что металл подскочил в цене в 2 раза себестоимость изделия прямо таки «индийская» 100-200$ (работа сварщика, свет, логистика, расходники, железо). 2. Возможность работать на сыроватом топливе. Это уже моя доработка. Не у всех сухие дрова в сарае лежат. 3. 12 часов работы — отопление на ночь, на день. Если делать на 24 часа это уже в 2 раза больший ящик, а это не удобно ни в производстве, ни в перевозке ни в размещении на месте. 4. 8-12 часов работы 5кВт бензогенератора — подключаемся к воздушному фильтру и получаем ток из дров 1кг=1кВт*час 5. Регулировка мощности газа — аппарат работает на разряжении или принудительном вдуве. Т.е. нужен постоянно работающий вентилятор от 200 ватт мощностью. Бывает вентиляторы мощнее и от этого получается метровое или полуметровое пламя, а если не нужно столько, например ложишься спать, зачем чтобы в котельной шуровал огонь. Нужно снижать обороты. Заказал разработку регулятора, обошелся около 10 долларов под ключи и разработка и изготовление. Вот он на фото.

Регулятор втыкается в розетку и в прибор. После этого можно регулировать число оборотов электромотора. Тут нужно сделать замечание. Регулятор нужен если мы эксплуатируем аппарат только для получения газа на обогрев, если мы получаем электричество с помощью бензогенератора — то бензогенератор и является тем аппаратом который засасывает газ (создает разряжение). В этом случае регулятор оборотов и принудительный вдув/выдув не нужен. На фото выше видно как я колю дрова — небольшие кубики это подходящий размер топлива конкретно для этого газогенератора разработанного на определенную мощность. Щепа — вообще прекрасно. Чурочка — размер спичечного коробка примерно.

Топливо В качестве топлива подходят, дрова, брекеты (тех марок которые при горении не разваливаются в кашу), лузга, мякина, уголь древесный, каменный и бурый (только при определенных модификациях). Любой пластиковый мусор (пластиковые бутылки, пакеты, одноразовая посуда, прочее).

Что бы хотелось? Хотелось бы этой статьей протолкнуть технологию в массы (лик без) и, может быть, найти партнера для массового производства газогенераторов нужных там, где плохо с газом и электричеством.

Если вам интересно вникнуть в то, как это работает — тут я расписал подробно ссылка.

sohabr.net

Как природный газ преобразуется в электричество?

17-12-2014

Основы тепловой электростанции

Базовая конструкция тепловой электростанции позволяет ей преобразовать химическую энергию в тепло, тепловую энергию в механическую энергию, и, наконец, механическую энергию в электрическую. Либо в результате сжигания ископаемого топлива, геотермальных источников или ядерного деления, тепло производится и используется для кипячения воды в пар. Пар вращает лопасти турбины, которая используется для питания генератора и выработки электроэнергии.

Газовые и паровые турбины

Электростанции природного газа работают таким же образом, но с добавлением, что наиболее эффективные электростанции объединяют паровые турбины с газовыми турбинами. Сжигание природного газа производит не только тепло, но и поток высокой скорости горячих выхлопных газов. Они также могут быть захвачены, и используется для управления отдельной турбины, которую называют газовая турбина. Иногда две функции размыты, в так называемой, комбинированной турбине.

Выбросы углерода

Конец процесса электростанции не с выработки электроэнергии, но с выбросом отработанных газов. По сравнению, природный газ производит около 30 процентов меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти и около 45 процентов меньше, чем при сжигании угля для производства того же количества тепловой энергии. Это делает его чистым из ископаемых видов топлива и большая часть из причин, почему природные газовые электростанции становятся популярной альтернативой угольных электростанций.

Эффективность

Метан в природном газе делает его, пожалуй, наиболее эффективным ископаемым  топливом. Его температура сгорания, тепло требуемое, чтобы зажечь его, это ниже, чем у какого-либо другого ископаемого топлива. В то же время, она производит больше тепла на единицу массы, чем все другие углеводородные основы ископаемого топлива. Основная проблема заключается в том, что в то время, как он дешев для транспортировки в трубопроводах, это дорого, чтобы переместить в портативном, жидком виде. Несмотря на это, по данным американского министерства энергетики, природный газ остается самым дешевым ископаемым топливом, используемого для выработки электроэнергии. 

 

college-mosenergo.ru

Способ получения электрической энергии из природного газа с использованием топливного элемента на твердом окисле

 

Способ производства электрической энергии из природного газа 1 включает подачу 37 воздуха на сторону 20 катода топливного элемента 10 на твердом окисле; преобразование на стороне 15 анода топливного элемента природного газа в водород и окись углерода и выполнения катодных и анодных реакций для получения разности потенциалов между анодом и катодом, в котором производится газ, отходящий от анода, который содержит воду и двуокись углерода, и подачу газа, отходящего от анода, со стороны 15 анода в керамический дожигатель 75, в котором несгорающая окись углерода и водород сжигаются без добавления азота к газу, отходящему от анода. Техническим результатом является повышение эффективности способа производства электроэнергии из природного газа с использованием топливного элемента на твердом окисле, снабженного установкой дожигания. 2 с. и 9 з.п. ф-лы, 2 ил.

Предпосылки изобретения Настоящее изобретение относится к способу производства электрической энергии из природного газа, используя топливный элемент на твердом окисле.

Топливный элемент представляет собой электрохимическую ячейку, которая может непрерывно преобразовывать химическую энергию топлива и окислителя в электрическую энергию с помощью способа, использующего неизменяющуюся систему электролит - электрод. Выражение "топливный элемент" используется здесь также в отношении к множеству ячеек, которые могут быть соединены последовательно или параллельно. Топливный элемент на твердом окисле представляет собой топливный элемент, содержащий сторону анода и сторону катода, отделенные друг от друга твердым электролитом. Твердый электролит представляет собой, например, смесь иттрия и циркония. Перенос заряда через электролит от катода к аноду производится ионами кислорода. Полную реакцию на катоде топливного элемента на твердом окисле можно записать в следующем виде 1/2(а+b)О2+2(а+b)е- ---> (а+b)О2-; и полную реакцию на аноде можно записать в следующем виде аН2+bСО+(а+b)02- ---> аН2О+bСО2+2(а+b)е-. Газ, выделяющийся на аноде, таким образом содержит двуокись углерода и воду. Заявитель особенно заинтересован в эксплуатации топливного элемента вблизи к скважине, с помощью которой добывают углеводородные жидкости из подземного месторождения, причем это может быть газовая скважина или нефтяная скважина, при эксплуатации которой также производится попутный газ. В обоих случаях имеется газ, содержащий метан, сжатый до высокого давления (25-50 МПа). Двуокись углерода, получаемая как побочный продукт процесса, накапливается в резервуаре, которым может служить подземный резервуар. С этой целью двуокись углерода должна быть сжата до давления, которое позволяет нагнетать двуокись углерода в подземный резервуар. Подземный резервуар может представлять собой пластовый резервуар, из которого производится добыча углеводородных жидкостей, или водоносный слой. Таким образом не происходит выпуска двуокиси углерода. Из описания европейского патента 482.222 известен способ генерирования электрической энергии из природного газа под высоким давлением с использованием топливного элемента на твердом окисле. Известный процесс включает следующие стадии: (а) подача окислителя на сторону катода топливного элемента; (b) преобразование природного газа на стороне анода топливного элемента в водород и окись углерода и прохождение катодных и анодных реакций, в результате которых образуется разность потенциалов между анодом и катодом, в результате чего образуется газ, отходящий от анода, который включает воду и двуокись углерода; (c) удаление окислителя с пониженным содержанием кислорода через выходное отверстие со стороны катода и удаление газа, отходящего от анода, через выходное отверстие со стороны анода; (d) подача газа, отходящего от анода, из выходного отверстия со стороны анода топливного элемента на установку дожигания; (e) частичное конденсирование газа, отходящего от анода, и удаление воды из газа, отходящего от анода, чтобы получить поток, богатый двуокисью углерода; (f) сжатие потока, богатого двуокисью углерода, до заданного давления; (g) частичное охлаждение сжатого потока, богатого двуокисью углерода, путем косвенного теплообмена с потоком природного газа, который подается в топливный элемент для получения частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода; (h) отделение неконденсирующегося газа от частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода; и (i) накопление в резервуаре частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода. Другая известная система топливного элемента, в которой отходящие газы подвергаются различной обработке, описана в японском патенте JP-A-6203845, в заявке на европейский патент 473152 и в американском патенте 4250230. В способе, описанном в европейском патенте 482222, используется обычная установка дожигания, в которой используется способ высокотемпературного окисления, в котором существенное количество азота добавляется к газам, отходящим от анода. Настоящее изобретение направлено на улучшенный способ производства электроэнергии из природного газа с использованием топливного элемента на твердом окисле, снабженный установкой дожигания, в которой к газу, отходящему от анода, добавляется минимальное количество азота или оно полностью устранено. Краткое описание изобретения В заявленном способе настоящего изобретения используется установка дожигания, в который кислород подается через избирательную керамическую мембрану, отделяющую кислород от азота, и в которой несгоревшая окись углерода и водород сгорают без добавления существенного количества азота к газу, отходящему от анода. Азот представляет собой по существу неконденсирующийся газ, который трудно отделить от отходящего от анода газа, и поэтому он затрудняет накопление газа, отходящего от анода, в резервуаре. Настоящее изобретение направлено на комплексный способ, в котором электрическая энергия может быть получена при низком давлении из природного газа, находящегося под высоким давлением, и в котором производится сжиженная двуокись углерода с повышенным давлением, которая может вводиться под давлением в подземный резервуар. В способе в соответствии с настоящим изобретением энергия, получаемая при расширении природного газа, подаваемого в топливный элемент, используется для частичного сжатия потока, богатого двуокисью углерода, выходящего из топливного элемента. Топливный элемент на твердом окисле работает при высоких температурах, приблизительно 1000oС, и это позволяет выполнять частичное преобразование метана в водород и окись углерода в топливном элементе на твердом окисле, причем эта реакция катализируется металлами, содержащимися в аноде. Поэтому стадия (b) предпочтительно содержит реакцию, происходящую на стороне анода топливного элемента на твердом окисле между подогретым потоком природного газа под низким давлением и водой, которая предназначена для получения водорода и окиси углерода, и реакций, происходящих на катоде и аноде, предназначенных для получения разности потенциалов между анодом и катодом, в которых производится газ, отходящий от анода, который содержит воду и двуокись углерода. В исходном состоянии некоторое количество воды необходимо добавить к природному газу для инициирования реакции преобразования метана, однако, впоследствии с метаном будет реагировать вода, получаемая в анодной реакции. Настоящее изобретение также относится к твердому топливному элементу, который снабжен установкой дожигания. В соответствии с настоящим изобретением, установка дожигания содержит керамическую мембрану, которая является по существу проницаемой для кислорода и по существу непроницаемой для азота, причем через эту мембрану кислород подается к газу, отходящему от анода, для окисления несгоревших компонентов газа, отходящего от анода. Предпочтительно эта керамическая мембрана представляет собой высокотемпературную кислородную керамическую оксидную мембрану, которая является проводником ионов кислорода. Предпочтительно топливный элемент и установка дожигания снабжены рядом керамических мембран в виде трубок, которые закрыты с одной стороны и через которые циркулирует воздух. Рассмотрим американский патент 4751151. В этой публикации описывается способ производства электрической энергии из ископаемого топлива, которое сначала преобразуется в реформинг-установке в топливный газ, богатый водородом, который также содержит двуокись углерода. Известный способ содержит подачу газообразного топлива, богатого водородом, ко входному отверстию на стороне анода топливного элемента; подачу воздуха к стороне катода топливного элемента и удаление истощенного воздуха через выходное отверстие со стороны катода; проведение анодной реакции (Н2 ---> 2Н++2е-) и катодной реакции (1/2O2+2Н-+2е- ---> Н2О) для получения разности потенциалов между анодом и катодом; удаление газа, отходящего от анода, в котором понижено содержание водорода, со стороны анода; и удаление двуокиси углерода из газа, отходящего от анода, в котором понижено содержание водорода. В известном процессе используется нещелочной топливный элемент в виде кислотного топливного элемента, в котором допускается образование двуокиси углерода. При этом двуокись углерода, образующаяся как побочный продукт преобразования органического топлива в водород, не оказывает отрицательного влияния на работу топливного элемента. Удаление двуокиси углерода из газа, отходящего от анода, выполняется благодаря поглощению двуокиси углерода в жидком поглотительном растворе, который пропускается через процесс регенерации для восстановления двуокиси углерода с целью ее дальнейшего использования. Эта публикация не имеет значения в отношении настоящего изобретения, поскольку в ней не описывается комплексный способ производства электрической энергии из природного газа под высоким давлением. Кроме того в этой публикации не описывается способ извлечения двуокиси углерода с помощью сжижения его при повышенном давлении. Краткое описание чертежей Настоящее изобретение будет теперь более подробно описано на примере со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых: на фиг.1 схематично изображена установка для выполнения способа в соответствии с настоящим изобретением; и на фиг. 2 схематично изображен топливный элемент на твердом окисле, снабженный керамической установкой дожигания. Описание предпочтительных вариантов воплощения изобретения На фиг.1 изображена диаграмма потока способа производства электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением. Природный газ под высоким давлением подается по трубопроводу 1 в турборасширитель 3, представляющий собой детандер, причем в этом турборасширителе 3 природный газ под высоким давлением расширяется для получения более низкого давления. Турборасширитель 3 приводит в движение нагрузку в форме электрогенератора 6. Природный газ под низким давлением проходит через трубопровод 8 к топливному элементу 10 на твердом окисле. Природный газ под низким давлением, проходящий через трубопровод 8, подогревается способом косвенного теплообмена в теплообменнике 11. Топливный элемент 10 на твердом окисле содержит сторону 15 катода, имеющую входное отверстие 17 и выходное отверстие 18, и сторону 20 анода, имеющую входное отверстие 25 и выходное отверстие 26. Между стороной 15 катода и стороной 20 анода установлен твердый электролит 30, содержащий анод 33 на стороне твердого электролита, обращенной к стороне 15 анода, и катод 35 на противоположной стороне твердого электролита 30. Окислитель в виде воздуха подается во входное отверстие 25 со стороны 20 катода топливного элемента 10 на твердом окисле через трубопровод 37. Вместе с водой, которая подается через трубопровод 39, подогретый природный газ под низким давлением подается во входное отверстие 17 стороны 15 катода топливного элемента 10 на твердом окисле. На стороне 15 катода природный газ под низким давлением преобразуется в водород и окись углерода. Это преобразование происходит в соответствии с реакцией Н2О+СН4-->3Н2+СО. На катоде 35 происходит катодная реакция, в которой производятся ионы кислорода, которые могут проходить через твердый электролит 30 на анод 33, где происходит анодная реакция, в которой производится газ, отходящий от анода, содержащий воду и двуокись углерода. Между анодом 33 и катодом 35 производится разность потенциалов. Через электрические проводники 41 и 42 выводы анода 33 и катода 35 соединяются с нагрузкой 44. Воздух с пониженным содержанием кислорода удаляется через трубопровод 46 из выходного отверстия 26 стороны 20 катода и газ, отходящий от анода, удаляется через трубопровод 47 из выходного отверстия 18 стороны 15 анода. В теплообменнике 49 газ, отходящий от анода, охлаждается и частично конденсируется так, что из газа, отходящего от анода, в сепараторе 51 удаляется вода. Вода выходит из сепаратора 51 через трубопровод 54, и газ, отходящий от анода, имеющий уменьшенное содержание воды, проходит через трубопровод 56 к компрессору 57. Газ, отходящий от анода, поток, богатый двуокисью углерода, сжимается в компрессоре 57 до заранее заданного давления, которое позволяет вводить поток под давлением в подземный резервуар (не показан). Это заранее заданное давление выбирается таким образом, чтобы двуокись углерода после дополнительного охлаждения могла быть введена под давлением в подземный резервуар с помощью насоса ввода под давлением (не показан). Компрессор 57 приводится в движение электродвигателем 58, который приводится в движение, по меньшей мере, частично с помощью электроэнергии, вырабатываемой электрогенератором 6. Сжатый поток, богатый двуокисью углерода, проходит через трубопровод 60, через устройство 70 отделения воды в теплообменник 11. Устройство 70 отделения воды выпускает отделяемую воду через трубопровод 71 и теплообменник 72 в сепаратор 51. Поток, богатый двуокисью углерода, текущий от устройства 70 отделения воды, имеет пониженное содержание воды такое, что уровень содержания воды является достаточно низким, чтобы не могли образовываться гидраты двуокиси углерода. Устройство 70 отделения воды предпочтительно, представляет собой устройство, в котором поток жидкости разгоняется до сверхзвуковой скорости по трубопроводу с тем, чтобы понизить температуру жидкости ниже точки конденсации воды, причем это устройство дополнительно содержит средство создания завихривающего движения, которое придает потоку жидкости вихревое движение с тем, чтобы капельки конденсированной воды отделялись от газового потока с помощью центробежных сил. Такое устройство отделения воды описано, например, в заявке на голландский патент 8901841. В теплообменнике 11 сжатый поток, по меньшей мере, частично охлаждается способом косвенного теплообмена с потоком природного газа под низким давлением в трубопроводе 8 до поступления в топливный элемент 10 с твердым электролитом. Из теплообменника 11 выходит частично сжиженный поток, богатый двуокисью углерода, который поступает на сепаратор 63. Если требуется, теплообменник (не показан) может быть включен перед сепаратором 63, в котором большая часть двуокиси углерода будет конденсироваться способом косвенного теплообмена с подходящим охладителем, который охлаждается в отдельном цикле (не показан). Примерами охладителя являются, например, пропан или аммиак. В сепараторе 63 неконденсирующийся газ отделяется от сжиженного потока, богатого двуокисью углерода. Неконденсирующийся газ удаляется через трубопровод 66 и сжиженный поток, богатый двуокисью углерода, удаляется через трубопровод 67. Удаляемый сжиженный поток, богатый двуокисью углерода, подается в подземный резервуар (не показан), где он хранится. В теплообменнике 49 нагретый природный газ под низким давлением может быть дополнительно нагрет до требуемой рабочей температуры, прежде чем он поступит в топливный элемент 10 на твердом окисле. Кроме того, воздух, который подается во входное отверстие 25 на стороне 20 катода топливного элемента 10 на твердом окисле через трубопровод 37, может быть нагрет с помощью косвенного теплообмена (не показан) с газом, отходящим от анода, или с воздухом с пониженным содержанием кислорода, который выходит со стороны 20 катода через трубопровод 46. В варианте воплощения настоящего изобретения, описанном со ссылкой на фиг. 1, преобразование метана в водород и окись углерода выполняется на стороне анода топливного элемента на твердом окисле. По меньшей мере, часть этой реакции может быть выполнена в отдельном реакторе до поступления газа в топливный элемент на твердом окисле. Когда неконденсирующийся газ, поступающий из сепаратора 63, содержит неиспользованный водород или окись углерода, он может быть повторно использован на стороне 15 анода топливного элемента 10 на твердом окисле. В соответствии с настоящим изобретением, топливный элемент на твердом окисле имеет секцию керамического дожигания, в которой несгоревшая окись углерода и водород полностью сгорают по существу без добавления азота к газу, отходящему от анода. Это выполняется благодаря наличию в топливном элементе 10 секции 75 дожигания, которая содержит высокотемпературную керамическую оксидную мембрану 76, благодаря кислороду (О2), который подается в поток газа, отходящего от анода. Мембрана 76 предпочтительно представляет собой мембрану, проницаемую для кислорода, которая является хорошим проводником ионов кислорода. Подходящие материалы для такой мембраны 76 описаны в статье "Керамические топливные элементы" авторов Нгуен К. Мин из компании Дж.А. Керамик Джи. А. Сесайети, том 76(3), 563-588, 1993г. ("Ceramic Fuel Cells" by Nguyen Q. Minh in J.A. Ceramic Society, vol.76(3), 563-588, 1993). Твердый оксидный электролит предпочтительно представляет собой смесь 8 мас. % иттрия и 92 мас.% циркония, анод содержит никель и цирконий, и катод содержит манганит лантана. Рабочая температура такого топливного элемента на твердом окисле находится между 900 и 1000oС и рабочее давление от 0,1 до 1 МПа (измеренное). Температура сжиженного потока, богатого двуокисью углерода, находится между 5 и 20oС, и его давление между 3 и 8 МПа (измеренное). Окислитель предпочтительно представляет собой воздух, однако, вместо него также может использоваться чистый кислород или воздух, обогащенный кислородом. Сжиженная двуокись углерода может накапливаться в резервуаре, который может представлять собой подземный резервуар и который предпочтительно представляет собой подземный резервуар, из которого добывают метан (СН4). В настоящем варианте воплощения, который описан со ссылкой на фиг.1, компрессор 57 приводится в движение с помощью электродвигателя 58. Однако турборасширитель 3 может быть непосредственно соединен с компрессором 57. В описанном варианте воплощения турборасширитель 3, а также компрессор 57 составляют единую машину, однако, они могут составлять большее количество машин, в которых турборасширитель содержит несколько машин, соединенных вместе известным способом, и в которой компрессор содержит несколько машин, соединенных известным способом. Рассмотрим теперь фиг. 2, на которой изображен топливный элемент 80 на твердом окисле, который содержит подвод воздуха 81 и последовательность трубок 82 топливных элементов, через которые воздух циркулирует через трубопроводы 83 подвода воздуха в направлении выхлопной трубы 84, предназначенной для выпуска воздуха с пониженным содержанием кислорода и с повышенным содержанием азота из топливного элемента 80. Природный газ, содержащий метан (СН4), подается в последовательность взаимосоединенных отделений 85 топливного элемента 10 через входное отверстие 86 для газа. Внешние поверхности трубок 82 топливного элемента формируют сторону анода, и внутренние поверхности трубок 82 топливного элемента формируют сторону катода топливного элемента 80. Описание работы трубок 83 топливного элемента, изображенных на фиг.2, приведено в публикации Энциклопедии Химической Технологии Кирк-Отмера, четвертое издание, том 11, страницы 1114-1121, издательства Джон Уили и сыновья, Инк. (Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, Fourth Edition, volume 11, page 1114-1121, published by John Wiley & Sons, Inc). Топливный элемент 80 имеет установку 87 дожигания, которая содержит последовательность керамических трубок 88 отделения кислорода, к которым подается воздух через трубопроводы 89 подачи воздуха, которые аналогичны трубопроводам 83 подачи воздуха трубок 82 топливного элемента. Отделения 85 соединены по текучей среде друг с другом и с внутренним объемом установки 87 дожигания через отверстия 90. Клапаны 91 выполнены в выхлопном трубопроводе 84 и во внутреннем объеме установки дожигания для управления и балансирования потока текучей среды через топливный элемент 30 и установку 87 дожигания. Трубки 88 отделения кислорода изготовлены из высокотемпературного керамического оксидного материала мембраны, которая проницаема для кислорода и которая представляет собой проводник ионов кислорода, но, по существу, непроницаема для азота. Поэтому только минимальное количество азота, если вообще добавляется к потоку 92 газа, отходящего от анода, в то время как по существу чистый кислород добавляется для сжигания несгоревшей окиси углерода и водорода в указанном потоке 92 в установке 87 дожигания. Поскольку поток газа, отходящего от анода, богатый двуокисью углерода, имеющий низкое содержание окиси углерода, водорода и азота, протекает через установку 87 дожигания в выхлопной трубопровод 93 газа, отходящего от анода, в котором выполнено входное отверстие 94 топлива, которое соединено с трубопроводом 94 для подачи увлажненного газа на предварительную реформинг-установку. Выхлопной трубопровод 93 газа, отходящего от анода, может быть дополнительно соединен с оборудованием осушки, охлаждения и компрессии таким же образом, как изображено в отношении трубопровода 47 газа, отходящего от анода, изображенного на фиг. 1.

Формула изобретения

1. Способ производства электрической энергии из природного газа с использованием топливного элемента на твердом окисле, отличающийся тем, что содержит следующие стадии: (a) преобразование на стороне анода топливного элемента природного газа в водород и окись углерода и прохождение катодной и анодной реакций для получения разности потенциалов между анодом и катодом топливного элемента, в результате которых образуется газ, отходящий от анода топливного элемента, содержащий воду и двуокись углерода; (b) удаление окислителя с пониженным содержанием кислорода через выходное отверстие на стороне катода топливного элемента и удаление газа, отходящего от анода, из отверстия на стороне анода топливного элемента; (с) подачу газа, отходящего от анода топливного элемента, из отверстия на стороне анода топливного элемента в установку дожигания; (d) частичное конденсирование газа, отходящего от анода топливного элемента, и удаление от газа, отходящего от анода, воды для получения потока, богатого двуокисью углерода; (e) сжатие потока, богатого двуокисью углерода, до заранее заданного значения давления; (f) частичное охлаждение сжатого потока, богатого двуокисью углерода, путем косвенного теплообмена с потоком природного газа, который подается на топливный элемент для получения частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода; (g) отделение неконденсирующегося газа от частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода; и (h) введение в резервуар под давлением частично сжиженного потока, богатого двуокисью углерода, где на стадии (с) подают газ, отходящий от анода топливного элемента, в установку дожигания, в которую кислород подается через избирательную керамическую мембрану, отделяющую кислород от азота, и в которой несгорающая окись углерода и водород сжигаются без добавления существенного количества азота к газу, отходящему от анода топливного элемента. 2. Способ по п.1, в котором на этапе (а) на стороне анода топливного элемента на твердом окисле осуществляют реакции как между нагретым потоком природного газа с низким давлением и водой для формирования водорода и окиси углерода, так и на катоде и аноде топливного элемента для получения разности потенциалов между анодом и катодом топливного элемента, в результате которых образуется газ, отходящий от анода топливного элемента, содержащий воду и двуокись углерода. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что используют керамическую установку дожигания, содержащую высокотемпературную керамическую оксидную мембрану, проницаемую для кислорода, и представляющую собой проводник ионов кислорода, где кислород подается через мембрану к газу, отходящему от анода топливного элемента. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на стадии (d) вода отделяется от потока, богатого двуокисью углерода, с помощью устройства отделения воды, в котором поток жидкости разгоняется до сверхзвуковой скорости через трубопровод так, что температура жидкости становится ниже температуры конденсации воды, причем этот трубопровод имеет средство, обеспечивающее вихревой поток, заставляющее капельки конденсированной воды отделяться от потока жидкости с помощью центробежных сил. 5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что резервуар представляет собой подземный резервуар. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что подземный резервуар образован в процессе добычи нефти и/или природного газа. 7. Способ по п.6, отличающийся тем, что сжиженный поток, богатый двуокисью углерода, вводится под давлением в резервуар, из которого добавляют природный газ, подаваемый в топливный элемент. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что содержит стадию расширения природного газа, обеспечивающего низкое давление в детандере, для производства энергии и нагрева потока природного газа под низким давлением с помощью косвенного теплообмена до подачи потока природного газа в топливный элемент на твердом окисле. 9. Топливный элемент на твердом окисле, снабженный установкой дожигания, которая содержит керамическую мембрану, по существу проницаемую для кислорода и по существу не проницаемую для азота, причем через эту мембрану кислород подается к газу, отходящему от анода, для окисления несгоревших компонентов газа, отходящего от анода. 10. Топливный элемент по п.9, в котором керамическая мембрана представляет собой высокотемпературную кислородную керамическую оксидную мембрану, являющуюся проводником иона кислорода. 11. Топливный элемент по п.10, который содержит ряд керамических мембранных трубок, закрытых с одного конца, и через который циркулируют воздух.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2

www.findpatent.ru

---

• 
  Скорость света это
• 
  Фаза электрическая это
• 
  Ток кз
• 
  Открытая проводящая часть
• 
  Поиск скрытой электропроводки в стене
• 
  Отличие дифавтомата от узо в чем разница
• 
  Отличие трансформатора от автотрансформатора
• 
  Отражение и преломление света
• 
  Розетки под тв на стене
• 
  Усилитель антенна wifi
• 
  Компрессор принцип действия