Hidrogenul ca sursă de energie, cu proprietăți ridicate de mediu - procesele industriale de preparare

Pagina 3 din 8

Potrivit geologilor, atmosfera terestră se alocă în mod continuu cantitate mare de hidrogen gazos, fără nici o intervenție umană.

Stocurile de hidrogen legat în materia organică și apă, practic inepuizabile [Ponamarov-Steppe]. Spargerea acestor conexiuni permite hidrogenul și apoi folosiți drept combustibil.

In prezent, cea mai mare parte hidrogenul produs în scară industrială este obținută în procesul de reformare a aburului de metan în lume (PCM). [Ponamarov-Steppe] hidrogen astfel obținut este utilizat ca reactiv pentru purificarea uleiului și ca o componentă a îngrășămintelor azotoase, precum și pentru tehnologia rachetelor.

Pentru a separa hidrogenul din substratul de carbon în metan necesită abur și energie termică la temperaturi de 750-850 ° C și are loc într-o instalație de reformare cu abur pentru suprafețele catalitice chimice. Primul pas scindează reacție metan și abur în hidrogen și monoxid de carbon (gaz de sinteză). Ca urmare a acestei „reacție de schimbare“ convertește monoxid de carbon și apă în dioxid de carbon și hidrogen. Această reacție are loc la temperaturi de 200 - 250 ° C. Pentru a efectua endoterme arsuri proces PKM aproximativ jumătate din gazul original.

oxidarea parțială a metanului și omologii acestuia poate produce hidrogen și monoxid de carbon. În reacția CO cu vapori de apă poate fi convertit în CO2 și hidrogen. După purificare, gazul transformat din dioxidul de carbon obținut hidrogen. Materiile prime care conțin metan poate fi gaz natural, gazele care trec de petrol, gaze de prelucrare petrochimică, gaz de cocserie, etc.

Hidrogen și monoxid de carbon este obținut din hidrocarburi gazoase prin oxidarea parțială a vaporilor de apă, dioxid de carbon, oxigen. Oxidarea parțială a veniturilor metan conform următoarelor reacții principale:

Monoxidul de carbon, care este o parte din gaze diferite pot fi reciclate la hidrogen și dioxid de carbon prin vapori de apă, conform reacției:

Acest proces se realizează la temperaturi ridicate, în prezența catalizatorilor.

Oxidarea metan, cu un exces de vapori de apă poate avea loc prin reacția

care poate fi privit ca fluxul de proces de ansamblu a două reacții consecutive (4) și (1).

Pentru a maximiza randamentul hidrogenului în conversia metanului cu abur este de interes pentru a finaliza conversia metanului conform reacției (5) cu un randament de hidrogen directă într-o singură etapă, și dioxid de carbon. Cu toate acestea, un astfel de proces cu un singur pas este termodinamic dezavantajos, deoarece la temperaturi mai scăzute conversia produșilor de reacție rămâne cantități destul de importante de metan, la temperaturi ridicate și gaze va conține o cantitate mare de monoxid de carbon. Prin urmare, un proces endoterm conform reacției (1) este favorizată termodinamic la temperaturi ridicate pentru a efectua și reacția (5) -cu temperaturi scăzute. Prin urmare, în practică, procesul de producere a hidrogenului prin reformarea cu abur a metanului de conversie se realizează în două etape separate. În primul rând, la temperaturi relativ ridicate converti metan la monoxid de carbon și hidrogen, iar apoi monoxid de carbon rezultată la temperaturi mai scăzute este transformat în CO2 și hidrogen.

Folosirea excesului de vapori de apă în comparație cu un stoichiometric permite nu numai să crească gradul de conversie a metanului, dar, de asemenea, împiedică alocarea de carbon elementar. Carbonul scăpat pe catalizator în acest caz, este transformat în abur sau dioxid de carbon în monoxid de carbon și hidrogen.

Bazat pe considerente economice asociate cu utilizarea energiei de comprimare a gazelor naturale și pentru a reduce dimensiunea echipamentului și creșterea ratei de conversie a metanului a procedeului se realizează în mod avantajos la presiuni ridicate (15-30 atm): Permite obține un grad de conversie a metanului la temperaturi ceva mai mari, decât la presiunea atmosferică.

În cazul ratei de conversie a metanului omologi crește cu vapori de apă, cu creșterea numărului de atomi de carbon în hidrocarbură de pornire.

În termeni practici, conversia metanului și omologii acestuia, se realizează la un exces considerabil de abur, ajungând în exces 2-2,5 ori cantitatea stoechiometrică. Cu creșterea temperaturii, viteza de curgere relativă a aburului poate fi scăzută din cauza trecerii echilibrului de reacție într-o direcție favorabilă și de a crește viteza procesului.

Când Omologii metan încălzite și hidrocarburi nesaturate cu alocarea de carbon cu abur începe în condițiile de temperatură mai scăzută decât metanul. [Atroschenko]

Dezavantajul acestei metode este acela de a produce hidrogen, care este CO2 murdar și necesită o purificare suplimentară. Dar chiar și după această cantitate de hidrogen rezidual conține dioxid de carbon.

Si cel mai important, în timpul producției de H2 în acest mod produce dioxid de carbon, care intră în atmosferă, care contribuie la poluarea și creșterea acestuia „efect de seră“.

Aparent, în viitorul apropiat, metodele de producere a hidrogenului, folosind materiale de carbon sunt de bază. Cu toate acestea, materiile prime și de constrângerile de mediu metan cu abur proces de reformare, a stimula dezvoltarea procesului de producere a hidrogenului din apă. Numeroase procese au fost dezvoltate pentru descompunerea apei în elementele sale constitutive.

Printre metodele pentru producerea hidrogenului din cel mai mare interes de apă în contextul energiei hidrogenului atomic sunt electroliză și termoelektrohimicheskie cicluri termochimice.

termoliza directă a apei

Când este încălzit peste 2500 ° C, apa se descompune în hidrogen și oxigen. Problema aici este de a preveni recombinarea hidrogenului și oxigenului.

cicluri termochimice și termoelektrohimicheskie. După cum se știe, pentru descompunerea termică directă a apei în hidrogen și oxigen sunt necesare o temperatură ridicată la 2500 ° C O astfel de temperatură ridicată poate fi obținută, de exemplu, folosind concentratoare de energie solară. Cu toate acestea, apa poate fi descompus termic la o temperatură mai scăzută, utilizând o secvență de reacții chimice, care îndeplinesc următoarele funcții: legare a apei, scindarea regenerării hidrogenului și reactanți de oxigen. Procesul termochimic pentru producerea hidrogenului cu o eficiență de 50%, folosind o secvență de reacții chimice (proces de exemplu, acid sulfuric) iod și necesită o alimentare de căldură la o temperatură de aproximativ 1000 ° C Sursa de căldură în timpul descompunerii termochimică a apei este ridicat temperatura - reactor de temperatură. Etapele individuale ale procedeului de acest tip, împreună cu termiches kim-expunerea la captarea de hidrogen poate fi utilizat electricitate (electroliza, plasmă).

A studiat multe combinații de reacții chimice în care apa este împărțită în hidrogen și oxigen într-un ciclu închis, cu absorbție de căldură și electricitate. Acest ciclu poate fi construit, pe baza PTP. Când conversia metanului cu abur de aproximativ jumătate din hidrogenul produs din apă. Se aduce conținutul de hidrogen bucla obținut prin scindarea apei până la 100%, este posibil prin electrochimică sau plasma recuperarea metanului din metanol pentru a se întoarce la cap proces. Selectarea procesului optim de descompunere a apei este determinată de mai multe criterii, printre care cele mai importante sunt: ​​randamentul ciclului, caracteristicile termodinamice și cinetice ale reacțiilor individuale, disponibilitatea și costul reactanților, compatibilitatea reactivilor și materialelor de construcție, siguranța procesului, considerațiile de mediu și, în cele din urmă, performanța economică.

Cercetătorii americani Richard Diver și Dzhim Miller de Sandia National Laboratories au venit cu un alt mod de a produce hidrogen - fără tratare a apei electroliza. Noul generator de hidrogen include un contra-rotative inele, aranjate de elemente active - feritic nanocompozit cu dioxid de zirconiu.

După ce aburul furnizează aceste inele oxigen retrase din acesta prin reacție chimică, iar hidrogenul eliberat este pompat în rezervoare speciale. Apoi, datorită tratamentului termic este eliberat inele de oxigen. Cu toate acestea, vorbind despre fezabilitatea economică a acestei metode de punere în aplicare ca fiind prea devreme, ca multe altele, cu toate că aceste probleme, inclusiv în cadrul Asociației Energiei Hydrogen Mondiale, înființată în 1974, angajat în timp de mai mulți ani.

descompunerea electrolitică a apei (electroliza).

Hidrogenul electrolitic este cel mai ușor disponibile, dar scump produs. În lumea a produs electrolitica doar 4% hidrogen. [R. Kathari] Pentru descompunerea apei pure în condiții ambiante, o tensiune de 1,24 volți. Tensiunea depinde de temperatura și presiunea electrolitului și alte proprietăți ale celulei elementului-mente. În electrolitic implementat eficiența energetică comercială și instalație pilot -70 - 75%, inclusiv pentru electroliză sub presiune [Atroschenko] electroliza cu abur -. Un fel de electroliză convenționale. O parte din energia necesară pentru scindarea apei, în acest caz, să fie încorporat într-o căldură cu temperatură ridicată în aburul de încălzire (900 ° C), ceea ce face procesul mai eficient.

Din cauza pierderilor de tensiune și, de asemenea, datorită faptului că randamentul curentului de hidrogen mai mic de 100%, un consum de energie practic este mult mai mare. De obicei, consumul de energie este de 5,0 - 5,9 kWh / m3 de hidrogen, ceea ce corespunde unui randament de 50% -60 energie.

In 1888, LL Lachinov a propus să realizeze electroliza apei sub presiune. Ulterior, sa constatat că acest lucru permite să ridice temperatura de electroliză, crescând astfel conductivitatea electrolitului și a redus suprapotențialul. Dacă la 80 ° C, tensiunea este 2.07 V și consumul de energie este 4,97 kWh / m3 H2, în cazul electrolizei sub presiune la 120 ° C, tensiunea scade la 1,8 V, iar consumul de energie la 4,44 kWh / m3 de hidrogen (15,98 MJ). Ieșirea Rezultatele astfel gazele din baie la presiune ridicată.

În unele apă realizează indicatori practice electrolitici moderne 4,1- 4,2 kWh per m 3 H2 [Fateev] - și acest lot, ca o primă aproximație, costul de hidrogen la 75-80% din costul energiei electrice consumate pentru prepararea acestuia . Este necesar de menționat că, în anumite condiții, ca parte a un fel de sistem în care rolul important jucat de distribuția de energie și se transferă în intervalul, poate veni un moment în care sistemul de distribuție a energiei electrice prin intermediul hidrogenului este mai avantajoasă decât sistemul cu energie electrică. [Ponamarov2]
unități de cercetare GE Global Research (SUA) a încercat să reducă costul electrolizoare prin efectuarea armaturile din materiale plastice rezistente la mediul electrolit alcalin, iar masa metalică a aplicată electrozilor pentru a reduce cheltuielile de depunere a unui catalizator pe bază de nichel. După aceea un cost de producție de hidrogen a fost redus. Cu toate acestea, competitivitatea insuficientă.

considerat canadian fabricat Corporation «Stuart Energy» În lumea celor mai buni dintre electrolizoarele alcaline de apă industrială. Ele sunt stabile pentru mult timp, resursa oferind un consum specific mai mic de 5 kWh / m 3 H2 [Ponamarov-Steppe], ceea ce le face (la o valoare scăzută a consumului de energie electrică și a prețurilor la nivel mondial de metan) este competitivă pentru a produce conversia hidrogenului de gaze naturale cu ajutorul unui Swing adsorbție. Mai mult, aceste electrolizoare permit schimbarea sarcinii în intervalul de la 3% până la 100%, în timp ce variația sarcinii pe tip electrolitic PV-500 conduce la o reducere substanțială a activității lor.

interesant de stiut

Departamentul de Energie al SUA selectate 37 de proiecte de cercetare în spațiul de stocare a energiei, biomasa, dioxid de carbon și capturarea altor direcții. Printre acestea - noile lichide ionice pe bază de baterii de metal-aer, cu o densitate de energie ce depășește 6-20 ori densitatea de energie a bateriilor cu litiu convenționale, precum și un proiect pentru a obține benzină direct de la lumina solară și CO2, folosind două simbioză microbiană.

cumpăra ulei pentru a cumpăra autos ulei mobil mobil cumpăra magazin online