ייצור מימן


שתף מאמר זה עם החברים שלך:

אמצעים טכניים ותעשייתיים לייצר מימן.

מילות מפתח: דור מימן, תעשייה, אלקטרוליזה, פירוליזה, רפורמה, זרזי מתכת, עלויות, תנאים, ניצול.

מבוא

מאוד אופנתי עכשיו, ונחשב אולי בטעות, כפתרון אנרגיה עבור הדורות הבאים, מימן הוא אולם לא במדינת הילידים על פני כדור הארץ.

לא יכול ולכן לא להיחשב כמקור אנרגיה (שלא כמו מאובנים או אנרגיה מתחדשת) אלא רק אנרגיה נושאת, כלומר דרך להעביר או להעביר אנרגיה. למרבה הצער, את האילוצים הקשורים לשימוש של אנרגית מימן הן רבים, כך דלקי הנפט הנוזליים עדיין יש שנים רבות לפניהם.

אבל מלבד שיקולים אלה את השימוש במימן, בואו לקבל את הנושא של מאמר זה. ואכן, מאז מימן אינו קיים בצורתו הטבעית על פני האדמה, היה צורך (ובמיוחד זה יהיה) לפתח éconologiquement שיטות ייצור רווחי. הנה סקירה של שיטות קיימות.

לקבלת מידע, כרגע אנרגית מימן (מלבד כלי רכב תא דלק השוליים פועלים על H2 הטהור) משמשת רק תחום אחד: השיגור לחלל.

1) חומרי גלם

בעיקר פחמימנים (גז טבעי) ומים.

2) ייצור תעשייתי.

עקרון הפחתה H2O:
א) פחמימנים, גז טבעי בעיקר,
ב) אלקטרוליזה,
ג) פחמן.

3) רפורמת גז טבעי: מקור dihydrogen ראשי.

מאז 1970, רפורמת נפטא מוחלף בדרך כלל על ידי גז טבעי.

א) עקרון

גז הסינתזה מופק על ידי קיטור רפורמה, ב 800 - 900 ° C ו 3,3 מגפ"ס, בנוכחות הזרז של תחמוצת ניקל על אלומינה ספוגת צלצולי% 10 16 ידי המוני של ניקל (משך 8 10 חיים לשנים) ולפי התגובה:

CH4 + H2O <====> CO + 3 H2 חום ​​של התגובה 298 206,1 + = K kJ / mol

התגובה, מאוד אנדותרמית, דורשת אספקה ​​רציפה של אנרגיה. תערובת הגז זורמת דרך הצינורות המחוממים חיצוני, שהכילה הזרז. ממסדר עשרה עד כמה מאות צינורות (עד 500) של ס"מ 10 11 בקוטר מ 'אורך ממוקמים בתנור. לאחר הרפורמה, גז הסינתזה מכיל% 5 11, לפי נפח, מתאן unreacted.

הזרז הוא מאוד רגיש לנוכחות של גופרית לתת שקל: פחות מאטום S 1 1000 לאטום Ni מספיק כדי להרעיל את הזרז. הגז הטבעי חייב להיות desulfurized בתוך ppm 0,1 ס

לאחר prédésulfuration מתקבל על ידי הידרוגנציה קטליטית ואחריו קליטה בתמיסה מימית של Diethanolamine (ראה Lacq גז עיבוד בגופרית פרק) חברת הידרוגנציה חדשה שבוצעה עד 350 - 400 ° C מאפשר, בנוכחות זרזי מוליבדן -cobalt או ניקל מוליבדן, להפוך כל תרכובות גופרית מימן גפרתי. מימן גופרתי מקובע 380 - 400 ° C על תחמוצת אבץ פי התגובה:

H2S + ZnO ---> ZnS + H2O

ב) שימוש בגז הסינתזה לייצר אמוניה (ללא התאוששות של CO):

יש מסופק משני רפורמה על ידי הוספת אוויר בסכום כך שהתוכן הוא diazotized עם H2, בפרופורציות stoichiometric של התגובה להרכיב NH3. האוויר מתחמצן הנותרים O2 CH4. הזרז מבוסס על תחמוצת ניקל.

גז סינתזת CO מומר מכן, על ידי מרה, עם ייצור נוסף CO2 H2 בצעדי 2. לפיכך, המכיל גז 70% של H2.

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

- כדי 320 - 370 ° C עם זרז המבוססים על תחמוצת ברזל (Fe3O4) ותחמוצת כרום (Cr2O3) עם תוספת מתכת מבוסס נחושת. הזרז הוא בצורה של כדורים המתקבלים תחמוצות אבקה או spinels חייה לשנתי 4 10 ומעלה. אל% 2 3, לפי נפח, CO שיורית יומרו בשלב השני,

- כדי 205 - 240 ° C עם זרז של תחמוצת נחושת (15 30 ב% מסה) ותחמוצות כרום ואבץ על אלומינה, חיים לשנים 1 5. לאחר ההמרה: CO שיורית של כ 0,2% לפי נפח.

- CO2 הוסר על ידי פירוק בתמיסה של בר האמין 35 או בתמיסת אשלגן פחם. על ידי הרחבה ללחץ האטמוספרי, CO2 משתחרר, והפתרון הממוחזר.

- מימן משמש אז כדי לסנתז אמוניה

ג) שימוש בגז סינתזה עם התאוששות של CO ו- H2.

הרפורמה מהווה מקור חומר גלם מעניין של CO לייצור חומצה אצטית, חומצה פורמית, חומצה אקרילית, פוסגן ו איזוציאנאטים.

לאחר הסרת פחמן דו חמצני וייבוש, dihydrogen ופחמן חד חמצני הם מופרדים. Air Liquide משתמשת בשני תהליכים קריוגני:

- מאת קירור מחליפי ובתמצית של CO: יש CO הטוהר של% 97-98 ו H2 מכיל CO% 2 5.

- על ידי קירור על ידי שפשוף עם מתאן נוזלי: CO יש טוהר% 98-99 ו H2 מכיל רק כמה עמודים לדקה CO.

לדוגמה, יחידת חומצה אצטית של רון-פולנק ב מסיבות שנמשכו (64) (14 800 m3 / h של CO ו- 32 290 m3 / h H2) השתלטות Acetex (קנדה) לבין 1995 של פוסגן SNPE טולוז בשיטות אלה.

ד) קבלת טוהר גבוה H2

יישומים כגון אלקטרוניקה, עיבוד מזון, dihydrogen הנע בחלל דורשים טוהר גבוה מאוד. זה מטוהר על ידי ספיחה של זיהומים על פחם פעיל (תהליך PSA). הטוהר שהושג עשוי להיות גדול יותר% 99,9999.

4) אלקטרוליזה

- NaCl: H2 שיתוף (28 ק"ג לטון של H2 Cl2) נותן% 3 העולם H2. באירופה, יותר ממחצית dihydrogen מופצת על ידי יצרני גז תעשייתיים ממקור זה.

- Of H2O: לא רווחי כרגע. הרווחיות צמודה עלות החשמל, צריכת על 4,5 קוט"ש / m3 H2. יכולת גלובלית מותקן או 33 000 m3 של H2 / h, לתת על 1% של העולם H2.

אלקטרוליזה מבוצע באמצעות פתרון KOH מימי (של 25 כדי 40 ריכוז%), באמצעות המים הטהורים זמינים (סינון פחם פעיל ו איבוד מינרלים הכוללים באמצעות שרפי חילוף יונים). ההתנגדות צריכה להיות גבוהה מ 2 104 W.cm. הקתודה היא פלדה קלה מופעלת על ידי היווצרות של פיקדון משטח המבוסס על ניקל. האנודה הוא מצופה ניקל או ניקל מוצק. הסרעפת הנפוצה ביותר היא אסבסט (chrysotile). המתח הוא בין 1,8 ו 2,2 V. הכוח יכול להגיע על ידי electrolyser כדי 2,2 2,5 MW.

פירוליזה של פחם 5) מכיל כ 5% של H2.

ייצור קולה (על ידי devolatilization פחם, 1100-1400 ° C) נותן גז 60% H2 - 25% CH4 (1 t פחם נותן 300 גז m3). מאז השימוש בגז טבעי לייצור H2, גז קוקס שרפה התאושש אנרגיה משתחררת (ראה פרק גז טבעי).

6) גזיפיקציה של פחם

המקור העיקרי של H2 לפני השימוש בגז טבעי. הוא כבר לא בשימוש כעת למעט דרום אפריקה (Sasol) ובכך לייצר גז סינתזה לייצור דלק סינתטי. טכניקה זו היא כיום לא משתלם חוץ מכמה יחידות ייצור: NH3 (יפן), מתנול (גרמניה), אנהידריד אצטית (ארצות הברית, על ידי איסטמן-קודאק).

- עקרון: היווצרות של גז מים או גז סינתזה, ב 1000 ° C.

C + H2O <====> CO + H2
תגובה אנתלפיה 298 ° K = + 131 kJ / mol

תגובה אנדותרמית מחייב O2 נושבת כדי לשמור על טמפרטורת בעירת פחמן. רכב גז: H50% 2 -% 40 CO.

לשפר את הייצור של H2 ידי המרה CO, ראה לעיל.

- טכניקה בשימוש: gasifiers גיזוז (Lurgi).



בעתיד, גזיפיקציה המחתרת יוכל לשמש.

7) מקורות אחרים

- רפורמת פיצוח קטליטי של מוצרי נפט.

- פיצוח קיטור עם נפטא (ייצור אתילן).

- תוצר לוואי מייצור של סטירן (Atochem, דאו): המקור העיקרי.

- פיצוח מתנול (תהליך Paroisse Grande) המשמשים בקורו, גיאנה הצרפתית, על ידי האוויר Liquide לייצר מימן נוזלי (10 מיליון L / שנה) עבור טיסות אריאן.

- חמצון חלקי של שברי נפט (תהליכי מעטפת טקסקו).

- גז טהר ביחידות ייצור אמוניה.

- מיקרואורגניזמים על ידי תגובות ביוכימיות. לדוגמה עם אצות מיקרו: התשואות Chlamydomonas עדיין נמוכים למדי, אך המחקר הנוכחי הוא מבטיח. מידע נוסף לחץ כאן. אבל צריך להיזהר: השינויים הגנטיים על אורגניזמים בבסיס שרשרת המזון האוקיאנית אינם ללא סיכון ...


הערות פייסבוק

השאירו תגובה

כתובת הדוא"ל שלך לא תפורסם. שדות חובה מסומנים *