Введение
Глава 1. Обзор литературы 16
1.1. Проблема аккумулирования энергии 16
1.1.1. Системы аккумулирования электрической энергии 16
1.1.2. Неорганические энергоаккумулирующие вещества 20
1.1.2.1. Водород 20
1.1.2.2. Алюминий 21
1.2. Способы преобразования химической энергии алюминия в электрическую энергию. 22
1.2.1. Электрохимическое окисление алюминия 22
1.2.2. Химическое окисление алюминия в воде 24
1.2.2.1. Химическое окисление алюминия в водных растворах щелочей 24
1.2.2.2. Механохимическая активация алюминия 26
1.2.2.3. Механическая активация алюминия 27
1.3. Гидротермальное окисление алюминия 29
1.4. Выводы 35
Глава 2. Кинетика гидротермального окисления алюминия и свойства твердых продуктов реакции 38
2.1. Методика эксперимента 38
2.2. Методика обработки экспериментальных данных 41
2.2.1. Расчет скорости окисления и степени превращения 41
2.2.2. Определение энергии активации 45
2.3. Методы исследования порошков алюминия и продуктов их окисления 45
2.3.1. Гранулометрический анализ 46
2.3.2. Сканирующая электронная микроскопия 46
2.3.3. Рентгенофазовый анализ 46
2.3.4. Адсорбционный анализ 47
2.3.5. Анализ пористой структуры 47
2.3.6. Масс-спектрометрия 47
2.4. Результаты и их обсуждение 47
2.4.1. Физико-химические свойства исходных порошков алюминия 47
2.4.2. Кинетика окисления порошков алюминия 49
2.4.3. Физико-химические свойства продуктов окисления 59
2.4.3.1. Морфология поверхности 59
2.4.3.2. Фазовый состав и область когерентного рассеяния 59
2.4.3.3. Удельная поверхность 63
2.4.3.4. Пористость 63
2.4.3.5. Химический состав 65
2.5. Выводы 66
Глава 3. Непрерывный режим работы реактора гидротермального окиеления алюминия 68
3.1. Методика расчета параметров реактора непрерывного действия 68
3.1.1. Модель реактора непрерывного действия 68
3.1.2. Необходимые условия идеального непрерывного режима работы реактора 69
3.1.3. Расчет термодинамических параметров реактора 70
3.1.4. Расчет необходимого объема реактора 73
3.2. Методика эксперимента 74
3.3. Результаты расчетов 76
3.3.1. Термодинамические параметры реактора 76
3.3.2. Необходимый объем реактора 79
3.4. Результаты экспериментов 80
3.5. Выводы 83
Глава 4. Экспериментальная когенерационная энергетическая установка КЭУ-10 85
4.1. Состав экспериментальной установки 85
4.1.1. Реакторный блок 87
4.1.2. Электрохимический генератор 89
4.1.3. Система преобразования и распределения электрической энергии 90
4.2. Методика испытаний 90
4.3. Результаты испытания 93
4.4. Стоимость вырабатываемой электрической энергии 99
4.5. Выводы 100
Глава 5. Схемы перспективных энергетических установок на основе реакторов гидротермального окисления алюминия. Эффективность использования алюминия в качестве энергоносителя 101
5.1. Выбор принципиальных способов утилизации пароводородной смеси 102
5.2. Расчет пароводородной расширительной машины 103
5.2.1. Обратимое адиабатное расширение пароводородной смеси 105
5.2.2. Необратимое адиабатное расширение пароводородной смеси 107
5.3. Расчет схем утилизации пароводородной смеси 109
5.3.1. Исходные данные 109
5.3.2. Схема на основе топливных элементов 110
5.3.3. Схемы на основе традиционных теплосиловых установок 113
5.3.3.1. Простая схема без регенерации тепла 113
5.3.3.2. Схемы с регенерацией тепла 117
5.3.3.3. Бинарные схемы 126
5.3.4. Схема без сжигания водорода 127
5.4. Эффективность использования алюминия в качестве энергоносителя 128
5.4.1. Анализ процесса производства алюминия 128
5.4.1.1. Геология алюминия 128
5.4.1.2. Производство глинозема 129
5.4.1.3. Электролитическое производство алюминия 130
5.4.1.4. Материальный и энергетический балансы производства алюминия 132
5.4.1.5. Переработка алюминия 133
5.4.2. Эффективность аккумулирования энергии с помощью алюминия 134
5.4.3. Масштабы использования алюминия в энергетике 135
5.4.4. Экономические аспекты и области применения алюминия в энергетике 136
5.5. Выводы 137
Заключение 140
Литература 142
