Väteproduktion


Dela den här artikeln med dina vänner:

Tekniker och industriella medel för väteproduktion.

Nyckelord: väteproduktion, industri, elektrolys, pyrolys, reformering, metallkatalysatorer, kostnader, förhållanden, drift.

Introduktion

Mycket modernt nu och ansett, kanske felaktigt, som en energilösning för kommande generationer, finns inte väte i det ursprungliga landet på jorden.

Det kan inte inte betraktas som en energikälla (till skillnad från fossila eller förnybara energikällor) men helt enkelt som en energi vektordet vill säga ett sätt att transportera eller överföra energi. Tyvärr är begränsningarna i samband med användningen av energi väte många, så att flytande petroleumbränslen fortfarande har goda år framåt.

Men förutom dessa överväganden relaterade till användningen av väte, låt oss komma till föremålet för denna artikel. Eftersom väte inte existerar i naturlig form på jorden, har det varit nödvändigt (och framförallt nödvändigt) att utveckla ekologiskt lönsamma produktionsmetoder. Här är en översikt över aktuella metoder.

För information används för närvarande endast vätgasenergi (förutom marginalbränslecellfordon som körs på ren H2) i ett område: rymdsläpare.

1) Råvaror

Huvudsakligen kolväten (naturgas) och vatten.

2) Industriell tillverkning.

Princip för reduktion av H2O genom:
a) kolväten, huvudsakligen naturgas,
(b) elektrolys,
(c) kol.

3) Naturgasreformering: den huvudsakliga källan till dihydrogen.

Sedan 1970 ersätts reformeringen av nafta i allmänhet av naturgas.

a) Princip

Syntesgasen produceras genom ångreformering, i 800 - 900 ° C och 3,3 MPa, i närvaro av katalysator av nickeloxid på aluminiumoxidringar impregnerade med 10 att 16 mass% av Ni (varaktighet liv 8 till 10 år) och enligt reaktionen:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 Entalalpreaktion vid 298 ° K = + 206,1 kJ / mol

Reaktionen är starkt endoterm och kräver kontinuerlig energiförsörjning. Den gasformiga blandningen cirkulerar i rör, upphettad externt, innehållande katalysatorn. På order av tio till några hundra rör (upp till 500) placeras 10 cm-diameter och 11 m lång i en ugn. Efter reformering innehåller syntesgasen 5 vid 11% volym obehandlad metan.

Katalysatorn är mycket känslig för närvaron av svavel som ger NiS: mindre än 1 S-atom för 1000 Ni-atom är tillräcklig för att förgifta katalysatorn. Naturgas måste desulfuriseras till mindre än 0,1 ppm S

Efter prédésulfuration erhållas genom katalytisk hydrering, följt av absorption i en vattenhaltig lösning av dietanolamin (se behandlingsgasen Lacq i kapitel svavel), en ny hydrering utförs för att 350 - 400 ° C, gör det möjligt, i närvaro av molybdenkatalysatorer -kobolt eller molybden-nickel, för att omvandla alla svavelföreningar till vätesulfid. Vätesulfiden är fäst vid 380 - 400 ° C på zinkoxid enligt reaktionen:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) Användning av syntesgas för att producera ammoniak (utan CO-återvinning):

Sekundär reformering utförs genom att tillföra luft i en sådan mängd att dinitrogenhalten är, med H2, i de stökiometriska proportionerna av NH3-bildningsreaktionen. O2 luft oxiderar återstående CH4. Den använda katalysatorn är baserad på nickeloxid.

Syntesgasens CO omvandlas sedan genom omvandling till CO2 med ytterligare produktion av H2, till 2-steg. En gas innehållande 70% H2 erhålles sålunda.

CO + H2O <====> CO2 + H2 DrH ° 298 = - 41 kJ / mol

- till 320 - 370 ° C med en katalysator baserad på järnoxid (Fe3O4) och kromoxid (Cr2O3) med kopparbaserad metalltillsats. Katalysatorn är i form av pellets erhållna från oxid eller spinelpulver, dess livslängd från 4 till 10 år och mer. 2 3% volym av återstående CO omvandlas i ett andra steg,

- till 205 - 240 ° C med en katalysator baserad på kopparoxid (15 att 30 vikt-%) och kromoxid och zink på aluminiumoxid, liv 1 att 5 år. Efter omvandling: resterande CO av ca 0,2 volymprocent.

- CO2 avlägsnas genom upplösning i en lösning av aminer i 35-baren eller i en lösning av kaliumkarbonat. Genom avkoppling vid atmosfärstryck släpps CO2, och lösningen återvinns.

- Dihydrogen används sedan för att syntetisera ammoniak

c) Användning av syntesgas med återvinning av CO och H2.

Reformering är en intressant källa till CO råmaterial för tillverkning av ättiksyra, myrsyra, akrylsyra, fosgen och isocyanater.

Efter avlägsnande av koldioxid närvarande och torkning separeras dihydrogen och kolmonoxiden. Air Liquide använder två kryogena processer:

- Genom kylning i växlare och kondensering av CO: CO har en renhet av 97-98% och H2 innehåller 2 vid 5% CO.

- Genom kylning genom tvättning med flytande metan: CO har en renhet av 98-99%, och H2 innehåller bara några ppm CO.

Till exempel, ättiksyraenheten från Rhone-Poulenc i Pardies (64) (14 800 m3 / h av CO och 32 290 m3 / h H2) återhämtning genom Acetex (Kanada) i 1995 och det av fosgen SNPE i Toulouse använder dessa metoder.

d) H2 med hög renhet

Tillämpningar som elektronik, matförädling och rymdframdrivning kräver mycket hög renhetsdihydrogen. Detta renas genom adsorption av föroreningarna på aktivt kol (PSA-processen). Den erhållna renheten kan vara större än 99,9999%.

4) Elektrolys

- NaCl: H2 co (28 kg per ton H2 Cl2) ger 3% av världens H2. I Europa kommer mer än hälften av dihydrogenen som distribueras av industrigasproducenter från denna källa.

- H2O: För närvarande inte lönsam. Lönsamheten är relaterad till elkostnaden, förbrukningen är av storleksordningen 4,5 kWh / m3 H2. Global installerad kapacitet, 33 000 m3 av H2 / h, ger ungefär 1% av den globala H2.

Elektrolysen utförs med användning av en vattenhaltig KOH-lösning (av 25 att 40% koncentration), med användning av det renaste tillgängliga vattnet (aktivt kol filtrering och totala demineralisering genom jonbytarhartser). Resistiviteten måste vara större än 2 104 W.cm. Katoden är tillverkad av mjukt stål aktiverat genom bildandet av en Ni-baserad ytbeläggning. Anoden är förnicklad stål eller fast nickel. Det mest använda membranet är asbest (krysotil). Spänningen är mellan 1,8 och 2,2 V. Elektrolytorns effekt kan nå 2,2 vid 2,5 MW.

5) Pyrolyse av kol som innehåller omkring 5% H2.

Koksproduktion (genom avgasning av kolet, 1100-1400 ° C) ger en gas 60% H2 - 25% CH4 (1 t kol ger 300 gas m3). Eftersom användningen av naturgas för att producera H2 är koksugnsgas bränns och återvunnen energi frigörs (se kapitel naturgas).

6) Kolförgasning

Huvudkälla till H2 innan naturgas används. Det används inte längre förutom i Sydafrika (Sasol Company) som producerar syngas för syntetiskt bränsle. Denna teknik är för närvarande inte lönsam förutom några få produktionsenheter av: NH3 (Japan), metanol (Tyskland), ättiksyraanhydrid (USA, av Eastmann-Kodak).

- Princip: bildning av gas med vatten eller syntesgas vid 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
Entalp av reaktion vid 298 ° K = + 131 kJ / mol

Endoterm reaktion som kräver att O2 blåses för att behålla temperaturen genom att bränna kol. Gasens sammansättning: 50% H2 - 40% CO.

Förbättrad produktion av H2 genom CO konvertering, se ovan.

- Teknik som används: Förgasning i gasgeneratorer (Lurgi).



I framtiden kan underjordisk förgasning användas.

7) Andra källor

- Reformering och katalytisk krackning av petroleumprodukter.

- Vapocracking av nafta (etenproduktion).

- Biprodukt av tillverkning av styren (Elf Atochem, Dow): viktig källa.

- Metanolkrossning (Grande Paroisse-processen): Används i Kourou, Guyana, av Air Liquide, för att producera flytande dihydrogen (10 miljoner L / år) för Ariane-flygningar.

- Delvis oxidation av petroleumfraktioner (Shell och Texaco-processer).

- Rengörgas från ammoniakproduktionsenheter.

- Mikroorganismer genom biokemiska reaktioner. Till exempel med en mikroalga: Chlamydomonas utbyten är fortfarande ganska låga, men nuvarande forskning är lovande. Mer information, klicka här. Men akta dig: genetiska modifieringar på organismer vid basen av havets matkedja är inte utan risker ...


Facebook kommentarer

Lämna en kommentar

Din e-postadress kommer inte att publiceras. Obligatoriska fält är markerade *