waterstofproductie


Deel dit artikel met je vrienden:

Technische en industriële middelen voor de productie van waterstof.

Sleutelwoorden: waterstof generatie, industrie, elektrolyse, pyrolyse, de hervorming, metaalkatalysatoren, kosten, voorwaarden, uitbuiting.

Inleiding

Zeer modieus nu, en wordt beschouwd als misschien ten onrechte, als een energie oplossing voor de toekomstige generaties, waterstof is echter niet in de natieve toestand op aarde.

Er kan dan ook niet worden beschouwd als energiebron (In tegenstelling tot fossiele of hernieuwbare energie), maar alleen een energiedrager, Dwz een manier om het vervoer of de overdracht van energie. Helaas, de beperkingen met betrekking tot het gebruik van waterstof energie zijn talrijk, zodat de vloeibare brandstoffen nog vele jaren voor hen.

Maar naast deze overwegingen het gebruik van waterstof, laten we naar het onderwerp van dit artikel. Sterker nog, omdat waterstof bestaat niet in natuurlijke vorm op aarde, was het noodzakelijk (en in het bijzonder zal het) ontwikkelen éconologiquement rendabele productiemethoden. Hier vindt u een overzicht van de huidige methoden.

Voor informatie, wordt momenteel waterstof energie (naast de marginale brandstofcel voertuigen op pure H2) alleen gebruikt in een gebied: de ruimte te lanceren.

1) grondstoffen

Voornamelijk koolwaterstoffen (aardgas) en water.

2) Industriële productie.

H2O reductie principe:
a) koolwaterstoffen, voornamelijk aardgas,
b) elektrolyse,
c) koolstof.

3) Hervorming van aardgas: belangrijkste bron van dihydrogen.

Sinds 1970, de hervorming van nafta wordt in het algemeen vervangen door aardgas.

a) Principe

Het synthesegas wordt geproduceerd door stoom reformeren, in 800 - 900 ° C en 3,3 MPa, in aanwezigheid van katalysator van nikkeloxide op alumina geïmpregneerd met ringen 10 16 massa% Ni (duur van 8 10 leven tot jaren) en volgens de reactie:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 hitte van reactie op 298 206,1 + = K kJ / mol

De reactie sterk endotherm is een continue aanvoer van energie. Het gasmengsel stroomt door buizen uitwendig verhit, die de katalysator. Uit de orde van tien tot enkele honderden buizen (maximaal 500) 10 van 11 cm in diameter en m in een oven worden geplaatst. Na reformeren het synthesegas ten 5 11 vol% ongereageerd methaan.

De katalysator is zeer gevoelig voor de aanwezigheid van zwavel NiS geven: minder dan S-atoom 1 1000 Ni atoom is voldoende om de katalysator vergiftigen. Aardgas moet worden ontzwaveld binnen 0,1 ppm S.

Na prédésulfuration verkregen door katalytische hydrogenering gevolgd door absorptie in een waterige oplossing van diethanolamine (zie procesgas Lacq hoofdstuk zwavel), een nieuwe hydrogenering uitgevoerd om 350 - 400 ° C mogelijk maakt, in aanwezigheid van molybdeenkatalysatoren -cobalt of molybdeen-nikkel, transformeren alle zwavelverbindingen in waterstofsulfide. Waterstofsulfide wordt bevestigd aan 380 - 400 ° C op zinkoxide volgens de reactie:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

b) Het gebruik van het synthesegas in ammoniak (niet met terugwinning van CO te produceren):

Er wordt een secundair reformeren door het toevoegen van lucht in een zodanige hoeveelheid dat het gehalte wordt gediazoteerd met H2, in de stoichiometrische verhoudingen van de NH3 vormende reactie. Air oxideert de resterende O2 CH4. De katalysator op basis van nikkeloxide.

CO synthesegas wordt vervolgens omgezet, door omzetting, met extra productie CO2 H2 in 2 stappen. Zo, een gas dat 70% van H2.

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

- Om 320 - 370 ° C met een katalysator gebaseerd op ijzeroxide (Fe3O4) en chroomoxide (Cr2O3) met op koper gebaseerde metaal toevoeging. De katalysator in de vorm van pellets verkregen poedervormige oxiden of spinellen zijn leven 4 10 jaar en ouder. De 2 3% vol resterende CO worden omgezet in een tweede stap,

- Om 205 - 240 ° C met een katalysator op basis van koperoxide (15 30 in massa-%) en chroomoxide en zink op aluminiumoxide, leven 1 5 jaar. Na conversie: CO residu van ongeveer 0,2% vol.

- CO2 wordt verwijderd door oplossing in een oplossing van aminen 35 bar of in een kaliumcarbonaatoplossing. Door ontspanning tot atmosferische druk, wordt CO2 vrijgegeven en de gerecycleerde oplossing.

- Waterstof wordt vervolgens gebruikt om ammoniak synthetiseren

c) Gebruik van synthesegas met terugwinning van CO en H2.

Reformeren is een interessante grondstof koolmonoxidebron voor het vervaardigen van azijnzuur, mierenzuur, acrylzuur, fosgeen en isocyanaten.

Na verwijdering van kooldioxide en drogen, dihydrogen en koolstofmonoxide gescheiden. Air Liquide maakt gebruik van twee cryogene processen:

- Door koeling in warmtewisselaars en condensatie van CO: CO heeft een zuiverheid van 97-98% en H2 bevat ten 2 5% CO.

- Door koeling door schrobben met vloeibaar methaan: CO heeft een zuiverheid van 98-99% en H2 bevat slechts een paar ppm CO.

Bijvoorbeeld, het azijnzuur eenheid van Rhône-Poulenc in Pardies (64) (14 800 m3 / h CO en 32 290 m3 / h H2) overname door Acetex (Canada) en de 1995 fosgeen SNPE Toulouse behulp van deze methoden.

d) het verkrijgen van een hoge zuiverheidsgraad H2

Toepassingen zoals elektronica, voedselverwerking, ruimte voortstuwing dihydrogen vereisen zeer hoge zuiverheid. Dit wordt gezuiverd door adsorptie van onzuiverheden op geactiveerde koolstof (PSA proces). De zuiverheid verkregen kan groter zijn dan 99,9999% bedragen.

4) Elektrolyse

- NaCl: H2 co (28 kg per ton H2 Cl2) geeft 3% van de wereld H2. In Europa, meer dan de helft van dihydrogen gedistribueerd door producenten industriële gas uit deze bron.

- Of H2O: op dit moment niet rendabel. De rentabiliteit is gekoppeld aan de kosten van elektriciteit, het verbruik van ongeveer 4,5 kWh / m3 H2. Global geïnstalleerde capaciteit of 33 000 m3 van H2 / h, te geven over 1% van de wereldbevolking H2.

De elektrolyse wordt uitgevoerd met een waterige KOH-oplossing (van tot 25 40% concentratie), met de zuiverste beschikbare water (actieve kool filtratie en totale demineralisatie door ionenwisselaars). De weerstand moet hoger zijn dan 2 104 W.cm. zijn De kathode staal geactiveerd door vorming van een oppervlakte storting basis van Ni. De anode vernikkelde of massief nikkel. De meest gebruikte membraan is asbest (chrysotiel). De spanning is tussen de 1,8 en 2,2 V. Het vermogen kan bereiken door elektrolyse om 2,2 2,5 MW.

5) Pyrolyse van steenkool bevat ongeveer 5% van H2.

Productie van cokes (door ontgassing van steenkool, 1100-1400 ° C) geeft een gas 60% H2 - 25% CH4 (1 t kolen geeft 300 gas m3). Aangezien het gebruik van aardgas aan H2 produceren, wordt cokesovengas verbrand en teruggewonnen energie die vrijkomt (zie hoofdstuk aardgas).

6) Kolenvergassing

belangrijkste bron van H2 vóór het gebruik van aardgas. Het is nu niet meer gebruikt, behalve Zuid-Afrika (Sasol) om daardoor synthesegas voor het vervaardigen van synthetische brandstof. Deze techniek is niet rendabel uitzondering van enkele productie-eenheden: NH3 (Japan), methanol (Duitsland), azijnzuuranhydride (Verenigde Staten door Eastman-Kodak).

- Principe: vorming van water gas of synthesegas, in 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
reactie enthalpie 298 ° K = + 131 kJ / mol

endotherme reactie die een schuimmiddel O2 vereist het koolstofatoom verbrandingstemperatuur te houden. Gassamenstelling: 50% H2 - 40% CO.

Verbetering van de productie van H2 door CO-omzetting, zie hierboven.

- Gebruikte techniek: vergassing vergassers (Lurgi).



In de toekomst kan het ondergrondse vergassing worden gebruikt.

7) Andere bronnen

- Hervorming en katalytisch kraken van aardolieproducten.

- Steam kraken van nafta (ethyleen productie).

- Bijproduct van de vervaardiging van styreen (Atochem, Dow): belangrijke bron.

- Cracking methanol (Grande Paroisse proces) gebruikt in Kourou, Frans-Guyana, door Air Liquide vloeibaar waterstof (10 miljoen L / jaar) te produceren voor de Ariane vluchten.

- Gedeeltelijke oxidatie van aardoliefracties (Shell en Texaco processen).

- Purge gas in ammoniak productie-eenheden.

- Micro-organismen door biochemische reacties. Bijvoorbeeld met micro-algen: de Chlamydomonas rendementen zijn nog steeds vrij laag, maar het huidige onderzoek is veelbelovend. meer informatie cliquez ici. Maar let op: de genetische veranderingen op organismen aan de basis van de oceanische voedselketen zijn niet zonder risico ...


Facebook reacties

Laat een reactie achter

Uw e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd *