Vetytuotanto


Jaa tämä artikkeli kavereillesi:

Vedyntuotannon tekniikat ja teolliset keinot.

Avainsanat: vedyntuotanto, teollisuus, elektrolyysi, pyrolyysi, uudistaminen, metallikatalysaattorit, kustannukset, olosuhteet, toiminta.

esittely

Erittäin muodikas nyt ja harkittuna, ehkä väärin, energiaratkaisuna tuleville sukupolville, vetyä ei ole olemassa maan päällä.

Se ei voi ei pidetä energianlähteenä (toisin kuin fossiiliset tai uusiutuvat energialähteet) vaan yksinkertaisesti energiavektorieli energian kuljettamiseen tai siirtämiseen. Valitettavasti vetyenergian käyttöön liittyvät rajoitukset ovat lukuisia, joten nestemäisiin polttoaineisiin on vielä hyvät vuodet.

Mutta lisäksi näiden vedyn käyttöön liittyvien näkökohtien lisäksi, tulemme tämän artikkelin kohteeseen. Itse asiassa, koska vetyä ei ole luonnollisessa muodossa maan päällä, on ollut tarpeen (ja ennen kaikkea tarpeellista) kehittää taloudellisesti kannattavia tuotantomenetelmiä. Tässä on yleiskatsaus nykyisistä menetelmistä.

Informaatiota varten tällä hetkellä vetyenergiaa (vain puhtaan H2: n toimintaan käytettävien marginaalisten polttokennoajoneuvojen lisäksi) käytetään vain yhdellä alueella: avaruuskelaajia.

1) Raaka-aineet

Pääasiassa hiilivedyt (maakaasu) ja vesi.

2) Teollisuustuotanto.

H2On vähentämisen periaate:
(a) hiilivedyt, lähinnä maakaasu,
(b) elektrolyysi,
(c) hiili.

3) Maakaasureformointi: dihydrogeniumin pääasiallinen lähde.

Koska 1970: ina, teollisuusbensiinin uudistaminen on yleensä korvattu maakaasun uudistamisella.

a) Periaate

Synteesikaasua tuotetaan höyryreformoinnilla, in 800 - 900 ° C: ssa ja 3,3 MPa, kun läsnä on katalyytti nikkelioksidia alumiinioksidilla renkaat kyllästetty 10 on 16 massa-% Ni: ä (kesto elämä 8 - 10 vuotta) ja reaktion mukaan:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 Entalipreaktio 298 ° K = + 206,1 kJ / mooli

Reaktio on erittäin endoterminen ja vaatii jatkuvaa energiaa. Kaasuma- seos kiertää putkissa, jotka lämmitetään ulkoisesti, joka sisältää katalyyttiä. Kymmenen muutaman sadan sadan putken (enintään 500) halkaisija 10 cm ja 11 m pituus asetetaan uuniin. Reformoinnin jälkeen synteesikaasu sisältää 5: n 11 tilavuusprosentteina käsittelemättömästä metaanista.

Katalyytti on erittäin herkkä rikkiä, joka antaa NiS: lle pienemmän kuin 1 S-atomin 1000-Ni-atomin kanssa, riittää katalysaattorin myrkyttämiseen. Maakaasu on rikinpoistettava alle 0,1 ppm S

Jälkeen prédésulfuration saatu katalyyttisellä hydrauksella, jota seuraa absorptio vesiliuoksessa dietanoliamiinia (ks käsittely kaasun Lacq luvussa rikki), uusi hydraus suoritetaan 350 - 400 ° C, mahdollistaa sen, että kun läsnä on molybdeeni katalyyttien -cobalt tai molybdeeni-nikkeli, muuntaa kaikki rikkiyhdisteet rikkivedyksi. Rikkivetyä on kiinnitetty 380 - 400 ° C sinkkioksidin seuraavan reaktion mukaisesti:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) Synteesikaasun käyttö ammoniakin tuottamiseksi (ilman CO-talteenottoa):

Toissijainen uudistaminen suoritetaan lisäämällä ilmaa niin paljon, että dinitroosipitoisuus on H2: n kanssa NH3-muodostumisreaktion stökiometrisessä suhteessa. O2-ilma hapettaa jäljellä olevan CH4: n. Käytetty katalysaattori perustuu nikkelioksidiin.

Synteesikaasun CO muutetaan sitten konversiolla CO2: iin lisätyllä H2-tuotannolla 2-vaiheiksi. Näin saadaan kaasu, joka sisältää 70% H2: a.

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

- 320 - 370 ° C katalyytillä, joka perustuu rautaoksidiin (Fe3O4) ja kromioksidiin (Cr2O3) kuparipohjaisella metallin lisäyksellä. Katalyytti on pellettien muodossa, joka on saatu oksidi- tai spinellijauheesta, sen käyttöikä 4: stä 10-vuoteen ja enemmän. Jäljelle jäävän CO: n 2 3% tilavuudesta muunnetaan toisessa vaiheessa,

- ja 205 - 240 ° C: ssa katalyytin kanssa, joka perustuu kuparioksidin (15 ja 30 paino-%) ja kromioksidia ja sinkki alumiinioksidilla, elämä 1 ja 5 vuotta. Muunnoksen jälkeen: CO-jäännösjäämä on noin 0,2% tilavuudesta.

- CO2 poistetaan liuottamalla liuokseen, jossa on amiineja 35-palkissa tai kaliumkarbonaattiliuoksessa. Rentouttamalla ilmakehän paineessa CO2 vapautetaan ja liuos kierrätetään.

- Dihydrogeenia käytetään sitten ammoniakin syntetisoimiseen

c) Synteesikaasun käyttö CO: n ja H2: n talteenotolla.

Reformointi on mielenkiintoinen CO-raaka-aine lähteeksi etikkahapon, muurahaishapon, akryylihapon, fosgeenin ja isosyanaattien valmistamiseksi.

Läsnä olevan hiilidioksidin poistamisen ja kuivauksen jälkeen dihydrogeni ja hiilimonoksidi erotetaan. Air Liquide käyttää kahta kryogeenistä prosessia:

- Jäähdyttämällä vaihtimissa ja CO: n kondensaatiossa: CO: lla on 97-98%: n puhtaus ja H2 sisältää 2: n 5% CO: ssa.

- Jäähdyttämällä pesemällä nestemäisellä metaanilla: CO: lla on puhtaus 98-99% ja H2 sisältää vain muutama ppm CO: ta.

Esimerkiksi etikkahappo laite Rhone-Poulenc Pardies (64) (14 800 m3 / h CO ja 32 290 m3 / h H2) talteenottoa Acetexin (Kanada) in 1995 ja että on fosgeenia SNPE Toulouse käyttämällä näitä menetelmiä.

d) Saadaan erittäin puhdasta H2ia

Sovellukset, kuten elektroniikka, elintarvikkeiden jalostus ja avaruusvoimakäyttö vaativat erittäin suurta puhtausdivetyä. Tämä puhdistetaan aktiivihiilen epäpuhtauksien adsorptioon (PSA-prosessi). Saatu puhtaus voi olla suurempi kuin 99,9999%.

4) Elektrolyysi

- NaCI: H2 co (28 kg kohden H2 Cl2) antaa 3% maailman H2. Euroopassa lähteestä tulee yli puolet teollisuuskaasun tuottajien jakamasta dihydrogeniasta.

- H2O: ei tällä hetkellä kannattavaa. Kannattavuus liittyy sähkön hintaan, kulutus on 4,5 kWh / m3 H2: n suuruinen. Globaali asennettu kapasiteetti, 33 000 m3 H2 / h, tuottaa noin 1% maailmanlaajuisesta H2: sta.

Elektrolyysi suoritetaan käyttämällä vesipitoista KOH-liuosta (on 25 ja 40% pitoisuus), käyttäen puhtainta saatavilla vettä (aktiivihiili suodattamalla ja yhteensä demineralisoitumista ioninvaihtohartsit). Resistiivisyyden on oltava suurempi kuin 2 104 W.cm. Katodi on valmistettu lievästä teräksestä, joka aktivoidaan muodostumalla Ni-pohjainen pintapinnoitus. Anodi on nikkelöityä terästä tai kiinteää nikkeliä. Käytetyin kalvo on asbesti (krysotiili). Jännite on välillä 1,8 ja 2,2 V. Virran kohti Elektrolysoimislaitetta pääsee 2,2 ja 2,5 MW.

5) Hiilen pyrolyysi, joka sisältää noin 5% H2.

Koksin tuotanto (mukaan haihtuvuuden hiili, 1100-1400 ° C) antaa kaasun 60% H2 - 25% CH4 (1 t hiili antaa 300 kaasu m3). Koska maakaasun käyttö tuottaa H2, koksikaasua poltetaan ja talteen energiaa vapautuu (katso luku maakaasu).

6) Hiilikaasutus

H2: n tärkein lähde ennen maakaasun käyttöä. Sitä ei enää käytetä, paitsi Etelä-Afrikassa (Sasol-yhtiö), joka synnyttää synteettistä polttoainetta. Tämä tekniikka ei tällä hetkellä ole kannattavaa lukuun ottamatta muutamaa tuotantoyksikköä: NH3 (Japani), metanoli (Saksa), etikkahappoanhydridi (Yhdysvallat, Eastmann-Kodak).

- Periaate: kaasun muodostuminen vedellä tai synteesikaasulla, 1000 ° C: ssa.

C + H2O <====> CO + H2
Reagenssin entalpia 298 ° K = + 131 kJ / mooli

Endoterminen reaktio, joka vaatii O2-puhalluksen ylläpitämään lämpötilaa polttamalla hiiltä. Kaasun koostumus: 50% H2 - 40% CO.

H2: n tuotanto paranee CO-muuntamisen avulla, ks. Edellä.

- Käytetty tekniikka: kaasutus kaasunkehittimissä (Lurgi).



Tulevaisuudessa voitaisiin käyttää maanalaista kaasutusmenetelmää.

7) Muut lähteet

- Öljytuotteiden uudistaminen ja katalyyttinen krakkaus.

- teollisuusbensiinin (etyleenin tuotanto) vedenottaminen.

- Styreenin (Elf Atochem, Dow) valmistuksen sivutuote: tärkeä lähde.

- Cracking metanolia (Grande Paroissen menetelmä), joita käytetään Kourousta, Guyanassa Air Liquide tuottaa nestemäistä vetyä (10 miljoonaa L / vuosi) Ariane lennot.

- Petroleum fraktioiden osittainen hapetus (Shell ja Texaco prosessit).

- Tyhjennä kaasua ammoniakin tuotantolaitoksista.

- Mikro-organismit biokemiallisilla reaktioilla. Esimerkiksi mikroalga: Chlamydomonas-tuotokset ovat edelleen melko alhaiset, mutta nykyinen tutkimus on lupaavaa. Lisätietoja, klikkaa tästä. Mutta varokaa: geneettiset muutokset meren ravintoketjun pohjalla olevista organismeista eivät ole vaarassa ...


Facebook-kommentit

Jätä kommentti

Sähköpostiosoitettasi ei julkaista. Pakolliset kentät on merkitty *