إنتاج الهيدروجين


حصة هذه المادة مع أصدقائك:

وسائل التقنية والصناعية لإنتاج الهيدروجين.

كلمات البحث: توليد الهيدروجين، والصناعة، والتحليل الكهربائي، والانحلال الحراري، وإصلاح، المواد الحفازة المعادن والتكاليف والشروط والاستغلال.

المقدمة

من المألوف جدا الآن، وتعتبر ربما خطأ، باعتبارها حلا الطاقة للأجيال القادمة، والهيدروجين هو ولكن ليس في ولاية الأم على الأرض.

هناك بالتالي يمكن لا يعتبر كمصدر للطاقة (خلافا الأحفوري أو الطاقة المتجددة)، ولكن مجرد حاملة الطاقة، أي وسيلة للنقل أو تحويل الطاقة. وللأسف، فإن القيود المتعلقة باستخدام طاقة الهيدروجين عديدة، حتى أن الوقود البترولية السائلة لا تزال لديها قبل سنوات عديدة منهم.

ولكن إلى جانب هذه الاعتبارات استخدام الهيدروجين، دعونا نصل إلى موضوع هذا المقال. في الواقع، منذ الهيدروجين غير موجود في شكل طبيعي على الأرض، كان من الضروري (وخصوصا انها سوف) تطوير أساليب الإنتاج éconologiquement مربحة. هنا لمحة عامة عن الطرق الحالية.

للحصول على معلومات، ويستخدم حاليا طاقة الهيدروجين (إلى جانب المركبات التي تعمل بخلايا الوقود هامشية تعمل على H2 نقية) فقط في منطقة واحدة: إطلاق المركبات الفضائية.

1) المواد الخام

الهيدروكربونات بشكل رئيسي (الغاز الطبيعي) والماء.

2) للصناعات التحويلية.

مبدأ تخفيض H2O:
أ) المواد الهيدروكربونية والغاز الطبيعي في المقام الأول،
ب) التحليل الكهربائي،
ج) الكربون.

3) إصلاح الغاز الطبيعي: المصدر الرئيسي للهيدروجين.

منذ 1970، وإصلاح النفتا يتم استبدال عموما الغاز الطبيعي.

أ) مبدأ

ويتم إنتاج الغاز الاصطناعي بواسطة البخار إصلاح، في 800 - 900 درجة مئوية، و3,3 ميجا باسكال، في وجود محفز من أكسيد النيكل على الألومينا مخصب مع حلقات ل10 16٪ من الكتلة ني (مدة 8 10 حياة إلى سنوات عمرنا) وفقا لردود الفعل:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 الحرارة رد الفعل إلى 298 206,1 + = ك جول / مول

رد الفعل، ماص للغاية، ويتطلب امدادات مستمرة من الطاقة. تدفق خليط الغاز عبر أنابيب تسخين خارجيا، الذي يحتوي على محفز. من أجل من عشرة إلى بضع مئات من أنابيب (إلى 500) من 10 11 سم وقطرها م وضعت منذ فترة طويلة في الفرن. بعد إصلاح، يحتوي على غاز التخليق في 5 11٪ من حجم الميثان غير المتفاعل.

المحفز حساس جدا لوجود الكبريت لإعطاء النزاهة الوطنية: أقل من S ذرة 1 1000 لني ذرة يكفي لتسميم المحفز. يجب desulfurized الغاز الطبيعي في 0,1 جزء في المليون س.

بعد prédésulfuration التي حصلت عليها الهدرجة التحفيزية تليها امتصاص في محلول مائي من (سي رؤية Lacq معالجة الغاز في الفصل الكبريت)، اديت الهدرجة جديدة ل350 - 400 ° C يسمح، في وجود محفزات الموليبدينوم -cobalt أو الموليبدينوم والنيكل، وتحويل جميع مركبات الكبريت إلى كبريتيد الهيدروجين. هو ثابت كبريتيد الهيدروجين إلى 380 - 400 درجة مئوية على أكسيد الزنك وفقا لردود الفعل:

H2S + أكسيد الزنك ---> ZnS + H2O

ب) استخدام الغاز الاصطناعي لإنتاج الأمونيا (بدون استعادة CO):

وتقدم هناك إصلاح الثانوية بإضافة الهواء في مبلغ من هذا القبيل أن المحتوى diazotized مع H2، في نسب متكافئة من رد فعل تشكيل NH3. يتأكسد الهواء O2 CH4 المتبقية. ويستند حافزا على أكسيد النيكل.

ثم يتم تحويل غاز التخليق CO، من خلال تحويل، مع الإنتاج الإضافي CO2 H2 في الخطوات 2. وهكذا، وهو غاز تحتوي على 70٪ من H2.

CO + H2O <====> CO2 + H2 DRH ° = 298 - 41 كج / مول

- ل320 - 370 درجة مئوية مع حافزا على أساس أكسيد الحديد (Fe3O4) وأكسيد الكروم (Cr2O3) مع إضافة معدن النحاس على أساس. المحفز في شكل الكريات تم الحصول عليها من أكاسيد مسحوق أو سبينيلس حياته لسنوات 4 10 وكبار السن. إلى 2 3٪ من حجم ثاني أكسيد الكربون المتبقية يتم تحويلها في الخطوة الثانية،

- ل205 - 240 درجة مئوية مع حافزا على أساس أكسيد النحاس (15 30 في كتلة٪) وأكاسيد الكروم والزنك على الألومينا، الحياة لسنوات 1 5. بعد التحويل: CO المتبقي من حوالي 0,2٪ من حيث الحجم.

- إزالة CO2 من حل في حل من شريط الأمينات 35 أو في محلول كربونات البوتاسيوم. عن طريق التوسع في الضغط الجوي، ويتم تحريرها CO2، والحل إعادة تدويرها.

- ثم يتم استخدام الهيدروجين لتجميع الأمونيا

ج) استخدام الغاز الاصطناعي مع تعافي ثاني أكسيد الكربون وH2.

إصلاح هو مصدر المواد الخام للاهتمام من ثاني أكسيد الكربون لتصنيع حامض الخليك، حامض الفورميك، حامض الاكريليك، الفوسجين والأيزوسيانات.

بعد إزالة ثاني أكسيد الكربون والتجفيف، ويتم فصل هيدروجين وأول أكسيد الكربون. يستخدم اير ليكيد عمليتين المبردة:

- عن طريق التبريد في المبادلات والتكثيف من ثاني أكسيد الكربون: CO ديه نقاء 97-98٪ وH2 يحتوي على 2 5٪ CO.

- عن طريق التبريد عن طريق تنقية غاز الميثان السائل: CO ديه نقاء 98-99٪ وH2 يحتوي سوى عدد قليل من جزء في المليون CO.

على سبيل المثال، وحدة حامض الخليك من رون بولينك في Pardies (64) (14 800 m3 / ساعة من ثاني أكسيد الكربون و32 290 m3 / ساعة H2) استيلاء اسيتيكس Acetex (كندا) و1995 الفوسجين سنبي تولوز باستخدام هذه الأساليب.

د) الحصول على درجة نقاوة عالية H2

تطبيقات مثل الالكترونيات وتجهيز الأغذية، والدفع الفضائي هيدروجين تتطلب نقاء عالية جدا. يتم تنقيته ذلك عن طريق امتصاص الشوائب على الكربون المنشط (عملية PSA). نقاء تم الحصول عليها قد تكون أكبر من 99,9999٪.

4) التحليل الكهربائي

- كلوريد الصوديوم: H2 شارك (28 كجم لكل طن من H2 Cl2) يعطي 3٪ من سكان العالم H2. في أوروبا، وأكثر من نصف هيدروجين توزيعها من قبل منتجي الغاز الصناعي من هذا المصدر.

- من H2O: غير مربحة حاليا. ويرتبط الربحية للتكلفة الكهرباء، واستهلاك حوالي 4,5 كيلووات / m3 H2. القدرة المركبة العالمية أو 33 000 m3 من H2 / ساعة، وإعطاء حول 1٪ من H2 العالم.

يتم تنفيذ التحليل الكهربائي باستخدام محلول KOH مائي (من 25 ل40 تركيز٪)، وذلك باستخدام أنقى المياه المتاحة (الترشيح بالكربون المنشط والتنقيه الكلية التي راتنجات التبادل الأيوني). يجب أن يكون أعلى من المقاومة 2 104 W.cm. الكاثود والفولاذ الطري تفعيلها من خلال تشكيل وديعة سطح بناء على النيكل. الأنود هو النيكل مطلي أو النيكل الصلب. الحجاب الحاجز الأكثر استخداما هو الأسبستوس (الكريسوتيل). التوتر ما بين 1,8 و2,2 خامسا قوة يمكن الوصول إليها الكهربي ل2,2 2,5 ميغاواط.

5) الانحلال الحراري الفحم يحتوي على حوالي 5٪ من H2.

إنتاج فحم الكوك (عن طريق devolatilization من الفحم، 1100-1400 ° C) يعطي الغاز 60٪ H2 - 25٪ CH4 (1 طن من الفحم يعطي 300 الغاز m3). لأن استخدام الغاز الطبيعي لإنتاج H2، يتم حرق فحم الكوك فرن الغاز واسترداد الطاقة المنطلقة (انظر الفصل الغاز الطبيعي).

6) تغويز الفحم

المصدر الرئيسي للH2 قبل استخدام الغاز الطبيعي. لم يعد يستخدم الآن باستثناء جنوب أفريقيا (ساسول) وبالتالي إنتاج الغاز الاصطناعي لتصنيع الوقود الاصطناعي. هذه التقنية حاليا ليست مربحة باستثناء بعض وحدات الإنتاج: NH3 (اليابان)، والميثانول (ألمانيا)، أنهيدريد الخليك (الولايات المتحدة، من خلال ايستمان كوداك-).

- المبدأ: تشكيل الغاز والمياه أو الغاز الاصطناعي، في 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
رد فعل المحتوى الحراري 298 ° K = + 131 كج / مول

رد فعل ماص للحرارة مما يتطلب O2 تهب للحفاظ على درجة حرارة الاحتراق الكربون. تكوين الغازات: 50٪ H2 - 40٪ CO.

تحسين إنتاج H2 عن طريق تحويل CO، انظر أعلاه.

- تقنية المستخدمة: التحويل إلى غاز تغويز (ورجي).



في المستقبل، يمكن أن تستخدم تغويز تحت الأرض.

7) مصادر أخرى

- إصلاح والتكسير التحفيزي للمنتجات البترولية.

- تكسير البخار من النفتا (انتاج الاثيلين).

- ثانوي من صناعة الستايرين (أتوتشيم، داو): المصدر الرئيسي.

- تكسير الميثانول (غراندي عملية Paroisse و) المستخدمة في كورو، غيانا الفرنسية، عن طريق اير ليكيد لإنتاج الهيدروجين السائل (10 مليون لتر / السنة) للرحلات طيران من طراز أريان.

- الأكسدة الجزئية الكسور البترولية (عمليات شل وتكساكو).

- الغاز التطهير في وحدات إنتاج الأمونيا.

- الكائنات المجهرية التي كتبها التفاعلات الكيميائية الحيوية. على سبيل المثال مع الطحالب الدقيقة: عائدات كلاميدوموناس لا تزال منخفضة جدا ولكن الأبحاث الحالية واعدة. مزيد من المعلومات انقر هنا. ولكن حذار: التغيرات الجينية على الكائنات في قاعدة السلسلة الغذائية في المحيطات هي لا تخلو من المخاطر ...


تعليقات الفيسبوك

قم بكتابة تعليق

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها ب *