производство водорода


Установить ссылку на эту статью с друзьями:

Технические и промышленные средства производства водорода.

Ключевые слова: генерация водорода, промышленности, электролиз, пиролиз, риформинг, металлические катализаторы, расходы, условия, эксплуатации.

Введение

Очень модно сейчас, и считается, возможно, ошибочно, как решение энергии для будущих поколений, водород, однако, не в родном государстве на Земле.

Там может поэтому не рассматривается в качестве источника энергии (В отличие от ископаемого топлива или возобновляемых источников энергии), а лишь энергоноситель, Т.е. способ транспортировки или передачи энергии. К сожалению, ограничения, связанные с использованием энергии водорода многочисленны, так что жидкие нефтяные топлива еще много лет впереди.

Но помимо этих соображений использование водорода, давайте перейдем к теме данной статьи. Действительно, так как водород не существует в естественном виде на земле, это было необходимо (и особенно это будет) разрабатывать éconologiquement прибыльные методы производства. Ниже приведен обзор существующих методов.

Для получения дополнительной информации, в настоящее время энергия водорода (кроме маргинальных транспортных средств на топливных элементах, работающих на чистом H2) используется только в одной области: запуск космического пространства.

1) сырье

В основном углеводороды (природный газ) и вода.

2) Промышленное производство.

принцип редукции H2O:
а) углеводороды, прежде всего, природный газ,
б) электролиз,
с) углерода.

3) Реформирование природного газа: основной источник дигидрофосфат.

Так как 1970, риформинга нафты, как правило, заменяется природным газом.

а) принцип

Синтез-газ получают путем парового риформинга, в 800 - 900 ° С и 3,3 МПа, в присутствии катализатора оксида никеля на оксиде алюминия, пропитанного кольцами до 10 16% по массе Ni (длительность 8 10 жизнь до нескольких лет) и в соответствии с реакцией:

CH4 + H2O <====> СО + 3 H2 Теплота реакции на 298 206,1 + = K кДж / моль

Реакция, высоко эндотермической, требует непрерывного притока энергии. Газовая смесь протекает через трубки нагревают снаружи, содержащую катализатор. От порядка десяти до нескольких сотен трубок (до 500) от 10 11 см в диаметре и м длиной помещают в печь. После того, как риформинг, синтез-газ содержит в 5 11% по объему непрореагировавшего метана.

Катализатор очень чувствителен к присутствию серы, чтобы дать Nis: менее чем атом S 1 1000 к атому Ni достаточно отравлять катализатор. Природный газ должен быть обессеривать в пределах 0,1 частей на миллион S.

После того, как prédésulfuration, полученного путем каталитического гидрирования с последующим поглощением в водном растворе диэтаноламина (см Лак Газоперерабатывающие в главе серы), новый гидрирование проводили до 350 - 400 ° С позволяет, в присутствии катализаторов молибдена -cobalt или молибден-никель, трансформировать все соединения серы в сероводород. Сероводород крепится к 380 - 400 ° C на оксид цинка по реакции:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

б) использование синтез-газа для производства аммиака (без извлечения CO):

Там предусмотрен вторичный риформинг путем добавления воздуха в таком количестве, что содержание диазотируют с H2, в стехиометрическом соотношении в реакции образования NH3. Воздух окисляет оставшийся O2 CH4. Катализатор на основе оксида никеля.

синтез СО газ затем преобразуется, путем преобразования, с дополнительным производством CO2 H2 на этапах 2. Таким образом, газ, содержащий 70% от H2.

CO + H2O <====> CO2 + H2 DRH ° = 298 - 41 кДж / моль

- Для 320 - 370 ° С, с катализатором на основе оксида железа (Fe3O4) и оксид хрома (Cr2O3) с медью металла на основе сложения. Катализатор в виде гранул, полученных из порошковых оксидов или шпинели свою жизнь 4 10 лет и старше. К 2 3% по объему остаточного CO преобразуются во второй стадии,

- Для 205 - 240 ° С, с катализатором на основе оксида меди (15 30 в% по массе) и оксидов хрома и цинка на оксиде алюминия, жизни до 1 5 лет. После преобразования: CO остаточного около 0,2% по объему.

- CO2 удаляют путем растворения в растворе аминов 35 бар или в растворе карбоната калия. Расширительной до атмосферного давления, CO2 высвобождается, и регенерированный раствор.

- Водород затем используется для синтеза аммиака

с) использование синтез-газа с выделением СО и H2.

Риформинг является интересным источником сырья СО для производства уксусной кислоты, муравьиной кислоты, акриловой кислоты, фосген и изоцианаты.

После удаления двуокиси углерода и сушке, дигидрофосфат и окись углерода разделены. Air Liquide использует два криогенные процессы:

- Охлаждение в теплообменниках и конденсации СО: СО имеет чистоту 97-98% и H2 содержит в 2 5% CO.

- При охлаждении вычищая с жидким метаном: СО имеет чистоту 98-99% и H2 содержит лишь несколько частей на миллион CO.

Например, блок уксуснокислый Rhone-Poulenc в Pardies (64) (14 800 m3 / ч СО и 32 290 m3 / ч H2) присоединения к Acetex (Канада) и 1995 фосгена SNPE Тулуза с помощью этих методов.

d) Получение высокой чистоты H2

Такие приложения, как электроника, пищевая промышленность, космические двигательные дигидрофосфат требуют очень высокой степени чистоты. Его очищают путем адсорбции примесей на активированном угле (процесс PSA). Степень чистоты, полученный, может быть больше, чем 99,9999%.

4) Электролиз

- NaCl: H2 со (28 кг на тонну H2 Cl2) дает 3% мирового рынка H2. В Европе более половины дигидрофосфат распределенных промышленных производителей газа из этого источника.

- Из H2O: в настоящее время не выгодно. Рентабельность связана со стоимостью электроэнергии, потребление около 4,5 кВтч / m3 H2. Глобальная установленная мощность или 33 000 m3 из H2 / ч, дают около 1% мирового H2.

Электролиз проводят с использованием водного раствора KOH (от 25 до 40% концентрации), используя чистейший доступную воду (фильтрации через активированный уголь и общий деминерализацию ионообменными смолами). Сопротивление должно быть выше, чем 2 104 W.cm. Катод изготовлен из мягкой стали активизируется образования поверхностного месторождения на основе Ni. Анод никелированный или твердый никель. Наиболее используемая диафрагма асбест (хризотил). Напряженность между 1,8 и 2,2 V. мощность может достигать от электролизера до 2,2 2,5 МВт.

5) пиролиз угля содержит около 5% от H2.

Производство кокса (при испарении угля, 1100-1400 ° С) дает газ 60% H2 - 25% CH4 (1 т угля дает 300 газ m3). Поскольку использование природного газа для производства H2, коксовый газ сжигается и извлекают энергию, выделяемую (глава природного газа).

6) Газификация угля

Основным источником H2 перед использованием природного газа. Он больше не используется в настоящее время, за исключением Южной Африки (Sasol) с получением таким образом синтез-газа для производства синтетического топлива. Этот метод в настоящее время не выгодно для некоторых производств, за исключением: NH3 (Япония), метанол (Германия), уксусный ангидрид (США, от компании Eastman Kodak-).

- Принцип: образование водяного газа или синтез-газа, в 1000 ° С

C + H2O <====> СО + H2
энтальпия реакции 298 ° К = + 131 кДж / моль

эндотермической реакции, которая требует вспенивающего O2 для поддержания температуры сгорания углерода. Состав газа: 50% H2 - 40% CO.

Улучшение производства H2 СО конверсии, смотри выше.

- Техника используется: газификация газогенераторы (Lurgi).



В будущем, может быть использован подземной газификации.

7) Другие источники

- Реформирование и каталитического крекинга нефтепродуктов.

- Паровой крекинг нафты (производство этилена).

- Побочный продукт производства стирола (Atochem, Dow): Основным источником.

- Крекинг метанол (Grande Paroisse процесс), используемый в Куру, Французская Гвиана, с помощью Air Liquide для производства жидкого водорода (10 млн л / год) для Ariane рейсов.

- Частичное окисление нефтяных фракций (Shell и Texaco процессы).

- Продувка газа в производственных агрегатов аммиака.

- Микроорганизмы по биохимических реакций. Например, с микроводорослей: выходы СЫатуйотопаз по-прежнему довольно низок, но современные исследования является перспективным. Более подробная информация нажмите здесь, Но будьте осторожны: генетические изменения на живые организмы на основе океанической пищевой цепи не без риска ...


Facebook комментарии

Оставить комментарий

Ваш электронный адрес не будет опубликован. Обязательные для заполнения поля помечены *