Hidrojen üretimi

Hidrojen üretiminin teknikleri ve endüstriyel araçları.

Anahtar Kelimeler: Hidrojen üretimi, sanayi, elektroliz, piroliz, reform, metal katalizörler, maliyetler, koşulları, sömürü.

Giriş

Bugün çok moda olan ve belki de yanlış bir şekilde gelecek nesiller için bir enerji çözümü olarak görülen hidrojen, yine de Dünya'daki doğal durumunda mevcut değildir.

Orada bu nedenle can enerji kaynağı olarak görülmemeli (Fosil ya da yenilenebilir enerji aksine) ancak sadece bir enerji taşıyıcısıyani enerjiyi taşıma veya aktarma aracı. Ne yazık ki, enerjik hidrojenin kullanımıyla ilgili kısıtlamalar çoktur, bu nedenle sıvı petrol yakıtlarının önünde hala iyi yıllar var.

Ancak hidrojen kullanımıyla ilgili bu hususlara ek olarak bu makalenin konusuna gelelim. Nitekim, hidrojen yeryüzünde doğal biçimde bulunmadığından, ekolojik olarak karlı üretim yöntemlerinin geliştirilmesi gerekliydi (ve her şeyden önce gerekli olacaktır). İşte mevcut yöntemlere genel bir bakış.

Bilgi için, şu anda hidrojen enerjisi (saf H2 ile çalışan marjinal yakıt hücreli araçlara ek olarak) yalnızca bir alanda kullanılmaktadır: uzay rampaları.

1) hammadde

Esas olarak hidrokarbonlar (doğal gaz) ve su.

2) Endüstriyel üretim.

H2O azaltma prensibi:
a) hidrokarbonlar, esas olarak doğal gaz,
b) Elektroliz,
c) C-.

dihidrojen ana kaynağı: 3) doğal gaz reform.

1970 yana, nafta reformasyon, genellikle doğal gaz ile değiştirilir.

a) İlke

Sentez gazı, kütlece% 800 ila 900 Ni ( ömür boyu 3,3 ila 10 yıl) ve reaksiyona bağlı olarak:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 298 ° K'de reaksiyon entalpisi = + 206,1 kJ / mol

Oldukça endotermik olan reaksiyon, sürekli bir enerji kaynağı gerektirir. Gaz karışımı, katalizörü içeren, dışarıdan ısıtılan tüplerde dolaşır. 500 cm çapında ve 10 m uzunluğunda on ila birkaç yüz (11'e kadar) tüpler bir fırına yerleştirilir. Yeniden biçimlendirildikten sonra, sentez gazı hacimce% 5 ila 11 dönüştürülmemiş metan içerir.

Ayrıca Oku:  çekirdek birleşmesi

az Ni atomuna S atomunun 1 1000 katalizörü zehir için yeterli olan daha katalizörün NIS elde kükürt varlığında karşı çok hassastır. Doğalgaz 0,1 ppm S. olan kükürtten arındırılmış olmalıdır

Katalitik hidrojenasyon ile elde edilen bir ön desülfürizasyonun ardından sulu bir dietanolamin solüsyonunda emilmesinden sonra (kükürt bölümünde Lacq gazının işlenmesine bakın), yaklaşık 350-400 ° C'de gerçekleştirilen yeni bir hidrojenasyon, molibden katalizörlerinin varlığında izin verir. -kobalt veya molibden-nikel, tüm kükürt bileşiklerini hidrojen sülfüre dönüştürmek için. Hidrojen sülfit, reaksiyona bağlı olarak çinko oksit üzerinde 380-400 ° C civarında sabitlenir:

H2S + ZnO –––> ZnS + H2O

b) Amonyak üretmek için sentez gazının kullanılması (CO geri kazanımı olmadan):

İkincil bir yeniden biçimlendirme, NH2 oluşum reaksiyonunun stoikiometrik oranlarında nitrojen içeriğinin H3 ile olacağı bir miktarda hava ilave edilerek gerçekleştirilir. Havadaki O2, kalan CH4'ü okside eder. Kullanılan katalizör, nikel okside dayanmaktadır.

CO sentez gazı daha sonra 2 adımda ek üretim CO2 H2 ile dönüştürülmesi, dönüştürülür. Bu durumda, bir gaz H70 bölgesinin 2 içeren%.

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

- bakır bazlı metal ilaveli demir oksit (Fe320O370) ve krom oksit (Cr3O4) bazlı bir katalizör ile 2 - 3 ° C'de. Katalizör, toz oksitlerden veya spinellerden elde edilen peletler biçimindedir, ömrü 4 ila 10 yıl ve daha fazladır. Hacimce% 2 ila 3 kalıntı CO ikinci bir adımda dönüştürülür,

- 205-240 ° C'de bakır oksit (kütlece% 15 ila 30) ve alüminyum oksit üzerinde krom ve çinko oksit bazlı bir katalizör ile, ömür 1 ila 5 yıl. Dönüştürmeden sonra: hacimce yaklaşık% 0,2 kalıntı CO.

Ayrıca Oku:  Isı pompaları: Bu gerçekten yenilenebilir enerji mi? Avantajları ve dezavantajları

- CO2, 35 bar'da bir amin çözeltisi veya bir potasyum karbonat çözeltisi içinde çözülerek elimine edilir. Atmosferik basınca genişletilerek CO2 açığa çıkar ve çözelti geri dönüştürülür.

- Dihidrojen daha sonra amonyağı sentezlemek için kullanılır

CO ve H2 geri kazanımı ile birlikte sentez gazının C) kullanın.

Yeniden biçimlendirme, asetik asit, formik asit, akrilik asit, fosgen ve izosiyanatların üretimi için ilginç bir CO hammaddesi kaynağıdır.

Karbon dioksit ve kurutma çıkarılmasından sonra dihidrojen ve karbon monoksit ayrılır. Air Liquide iki kriyojenik süreçleri kullanır:

- Eşanjörlerde soğutma ve CO yoğunlaşması ile: CO% 97-98 saflığa sahiptir ve H2% 2 ila% 5 CO içerir.

- Sıvı metanla yıkayarak soğutarak: CO'nun saflığı% 98-99'dur ve H2 yalnızca birkaç ppm CO içerir.

Örneğin, 64 yılında Acetex (Kanada) tarafından devralınan Pardies'deki (14) Rhône-Poulenc asetik asit birimi (800 m3 / h CO ve 32 m290 / h H3) ve fosgen Toulouse'daki SNPE bu işlemleri kullanır.

d) yüksek saflıkta elde edilmesi H2

Elektronik, gıda, uzayda tahrik gibi uygulamalar çok yüksek saflıkta hidrojen gerektirir. Bu, safsızlıkların aktif karbon üzerine adsorpsiyonu ile saflaştırılır (PSA işlemi). Elde edilen saflık% 99,9999'dan fazla olabilir.

4) Elektroliz

- NaCl: Birlikte üretilen H2 (ton Cl28 başına 2 kg H2), dünyadaki H3'nin% 2'ünü verir. Avrupa'da endüstriyel gaz üreticileri tarafından dağıtılan hidrojenin yarısından fazlası bu kaynaktan geliyor.

- H2O: şu anda karlı değil. Karlılık, elektrik maliyetine bağlıdır, tüketim yaklaşık 4,5 kWh / m3 H2'dir. Küresel kurulu kapasiteler, yani 33 m000 H3 / sa, küresel H2'nin yaklaşık% 1'ini verir.

Elektroliz, sulu bir KOH çözeltisi (% 25 ila 40 konsantrasyon) kullanılarak, mümkün olan en saf su (aktif karbon üzerinde filtrasyon ve iyon değişim reçineleri ile toplam demineralizasyon) kullanılarak gerçekleştirilir. Direnç 2 Wcm'den büyük olmalıdır. Katot, Ni bazlı bir yüzey birikintisinin oluşturulmasıyla aktive edilen yumuşak çelikten yapılmıştır. Anot, nikel kaplı çelikten veya katı nikelden yapılmıştır. En çok kullanılan diyafram asbesttir (krizotil). Voltaj 104 ila 1,8 V arasındadır. Elektrolizör başına güç 2,2 ila 2,2 MW'a ulaşabilir.

Ayrıca Oku:  Thèse des Mines de Paris: akaryakıt ve su yanması

kömür 5) piroliz H5 yaklaşık 2% içerir.

Kok üretimi (1100-1400 ° C'de uçucu maddeyi kömürden uzaklaştırarak)% 60 H2 -% 25 CH4'te (1 t kömür 300 m3 gaz verir) bir gaz verir. H2 üretmek için doğal gaz kullanılması nedeniyle, koklaşabilir gaz yakılır ve açığa çıkan enerji geri kazanılır (bkz. Doğal gaz bölümü).

6) Kömür gazlaştırma

Doğal gaz kullanılmadan önceki ana H2 kaynağı. Sentetik yakıt üretmek için sentez gazı üreten Güney Afrika (Sasol şirketi) dışında şu anda artık kullanılmamaktadır. NH3 (Japonya), metanol (Almanya), asetik anhidrit (Amerika Birleşik Devletleri, Eastmann-Kodak) birkaç üretim birimi dışında bu teknik şu anda karlı değildir.

- İlke: 1000 ° C'de su veya sentez gazı ile gaz oluşumu

C + H2O <====> CO + H2
Reaksiyon entalpisi 298 ° K = + 131 kJ / mol

Karbon yakarak sıcaklığı korumak için O2 patlaması gerektiren endotermik reaksiyon. Gaz bileşimi:% 50 H2 -% 40 CO.

CO dönüşüm ile H2 üretimini geliştirmek, yukarıya bakın.

- Kullanılan teknik: gazlaştırıcılarda gazlaştırma (Lurgi).

Gelecekte yer altı gazlaştırma kullanılabilir.

7) Diğer kaynaklar

- Petrol ürünlerinin yeniden biçimlendirilmesi ve katalitik parçalanması.

- Naftanın buharla kırılması (etilen üretimi).

- Stiren imalatının yan ürünü (Elf Atochem, Dow): önemli bir kaynak.

- Metanol kırma (Grande Paroisse işlemi): Ariane uçuşları için tasarlanmış sıvı hidrojen (10 milyon L / yıl) üretmek için Air Liquide tarafından Fransız Guyanası'ndaki Kourou'da kullanılır.

- Petrol kesimlerinin kısmi oksidasyonu (Shell ve Texaco prosesleri).

- Amonyak üretim birimlerindeki gazı temizleyin.

- Biyokimyasal reaksiyonlarla mikroorganizmalar. Örneğin bir mikro alg: Chlamydomonas ile verimler hala oldukça düşüktür, ancak mevcut araştırmalar umut vericidir. Daha fazla bilgi, burayı tıklayın. Ancak dikkat: okyanus besin zincirinin temelindeki organizmalarda yapılan genetik değişiklikler risksiz değildir ...

YORUM BIRAKIN

E-posta adresiniz gösterilmeyecektir. Doldurulması zorunlu alanlar * ile işaretlenmiştir *